專利名稱：用于高壓管的連接套筒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種連接套筒，用于連接固定在其插入端上的至少一個管件，該連接套筒包括一以熱塑性材料制成的內(nèi)部襯套及一外部襯套，內(nèi)部襯套中容納有電阻絲，電阻絲可以與一電源連接，以便熔化彼此面對的連接套筒的表面及每一管件的表面以形成焊接接頭。內(nèi)部襯套和外部襯套在軸向剖面上具有彼此咬合的部分，以便傳遞軸向和/或切向力。
在EP-A-693652中披露了一種用于使兩根管件彼此相連的連接套筒。這種已知的連接套筒具有多個同心套管，這些同心套管通過具有塊狀截面的咬合齒彼此相連。這些齒的目的首先在于在模具中模制套管期間提供更好的散熱效果，且所述齒的另一個優(yōu)點在于能夠更好地實現(xiàn)套管的相互連接。
但是，以這種方式設(shè)計而成的連接套筒不適用于高壓管。在這種情況下，連接套筒會受到較大拉力的作用。被焊接至兩根管件端部的連接套筒的內(nèi)部襯套在該過程中被拉伸?？紤]到彼此咬合部分的均勻性，載荷最初集中作用在相互咬合的最外部部分上。這樣會導(dǎo)致裝置破裂，其中咬合部分會先后破裂，破裂開始產(chǎn)生在最外層且會持續(xù)發(fā)展至位于更深處的齒。
本發(fā)明涉及一種連接套筒，它在插入端可固定至一根管上，并例如在另一端可支承在一固定凸緣上。
本發(fā)明的目的在于提供一種連接套筒，其能有效地適用于高壓管。該目的是通過以下事實實現(xiàn)的，即內(nèi)部襯套具有至少一個帶有側(cè)面的部分，所述側(cè)面面向插入端且在軸向平面內(nèi)由一切線限定，該切線與內(nèi)部襯套的軸線所形成的角度小于45°。
通過這種咬合部分的形狀，可更均勻地傳遞力，并避免在最外側(cè)咬合部分上產(chǎn)生過大的拉力，且位于更內(nèi)側(cè)的咬合部分也能參與力的傳遞。
所述切線和軸線間的角度優(yōu)選為小于30°，并最好小于15°。
連接套筒是通過一連續(xù)環(huán)形焊縫連接至每一管件上。通過較大的焊接表面在管件和連接套筒之間產(chǎn)生力的傳遞，其結(jié)果是，可沿軸向產(chǎn)生非常平緩的力且避免產(chǎn)生應(yīng)力集中。
特別是，連接套筒可包括一以熱塑性材料制成的內(nèi)部襯套及一外部襯套，其中，內(nèi)部襯套容納有電阻絲。
通過使咬合部分具有相對于徑向平面的非對稱截面這一事實，可獲得沿連接套筒兩個軸向端方向的理想拉伸強度。其優(yōu)點在于，非對稱性加大了部件參與軸向力傳遞的能力。
該非對稱形狀出現(xiàn)在例如這樣的咬合部分的情況下，即該咬合部分包括有齒，這些齒具有非對稱截面，并設(shè)有相對較陡的斜齒側(cè)和相對較緩的斜齒側(cè)。具有非對稱截面的所有咬合部分中的相對較陡的斜齒側(cè)朝向背離插入端的方向。由于這些齒并不有助于力的傳遞，因此，它們在軸向應(yīng)盡可能的短，從而導(dǎo)致產(chǎn)生很大的斜度。位于距連接套筒插入端相對較遠(yuǎn)處的咬合部分中相對較緩的斜齒側(cè)的斜度小于位于距插入端相對較近處的咬合部分中相對較緩的斜齒側(cè)的斜度，這樣會使力的傳遞均勻分布在整個連接套筒上。
咬合部分中相對較緩的斜齒側(cè)的斜度沿背離插入端的方向單調(diào)遞減。
另外，通過錐狀逐漸變細(xì)的部分，能夠在每一端流暢地切斷連接套筒。
本發(fā)明的非對稱咬合部分可被設(shè)計為多種變型。
根據(jù)第一種變型，內(nèi)部襯套和外部襯套具有環(huán)繞圓周方向的獨立咬合齒。每個齒均形成有相對于內(nèi)部襯套和外部襯套的環(huán)形加厚部分。
根據(jù)另一種變型，連接套筒中內(nèi)部襯套和外部襯套具有螺旋狀咬合的齒形裝置。這種螺旋形狀適用于可被擰接至套筒上的較短管件。所述齒形裝置為非對稱的，但也必須具有連續(xù)的截面，以允許螺旋運動。
根據(jù)可能的應(yīng)用，可以多種方式設(shè)計連接套筒。如果能夠沿軸向?qū)⑦B接套筒推至每一管件上，那么連接套筒可包括一個襯套，該襯套在圓周方向為一個整體件，且環(huán)繞圓周方向容納有電阻絲。
在一個替換性實施例中，連接套筒包括相互連接的殼體，其容納有沿軸向布置的電阻絲。
外部襯套被纖維增強，以用于承受軸向和/或切向力。外部襯套最好包括具有抗拉模量＞50Gpa的纖維，如玻璃纖維，碳纖維或芳族聚酰胺纖維。外部襯套最好還包括一種熱固性材料，例如聚酯，乙烯基酯或環(huán)氧樹脂。
本發(fā)明的連接套筒能夠以多種方式使用。首先，連接套筒適用于使兩個管件彼此相連。在連接套筒相對于徑向?qū)ΨQ平面對稱的情況下，對稱平面一側(cè)的咬合部分與對稱平面另一側(cè)的咬合部分成鏡像對稱關(guān)系。
根據(jù)一種變型，內(nèi)部襯套具有兩個外部部分，每一部分均向著一軸向端以錐狀逐漸變細(xì)，且外部襯套具有兩個形狀對應(yīng)的內(nèi)部部分，外部襯套具有基本上恒定的厚度。
已知包括具有電阻絲的內(nèi)部襯套的連接套筒。這種內(nèi)部襯套可采用標(biāo)準(zhǔn)的尺寸，但應(yīng)考慮在高壓管中出現(xiàn)的很大的力有時可能會造成不足的焊接?？傊?，就高壓管而言，為了能夠使用這種標(biāo)準(zhǔn)部件，連接套筒至少具有兩個獨立的內(nèi)部襯套，這兩個襯套沿軸向彼此相鄰設(shè)置且被容納在外部襯套內(nèi)。
根據(jù)第二種變型，連接套筒具有一個部件，該部件設(shè)有一管件插入端，且還具有一能固定另一元件的輔助端部。所述輔助端部可設(shè)有一固定凸緣，通過該凸緣可將連接套筒連接至例如一容器上。
本發(fā)明還涉及一位于高壓管的兩個管件之間的套筒接頭，其中，如上所述，兩個管件均包括一由熱塑性材料制成的不滲透內(nèi)部套管及一增強型外部套管，內(nèi)部套管以不滲透方式彼此相連，且外部套管通過連接套筒彼此相連。
內(nèi)部套管在彼此面對的端面上直接焊接在一起。
也可采用這樣的方式設(shè)計套筒接頭，即在彼此相對的管件端部，內(nèi)部套管在其外側(cè)是自由的。在這種情況下，連接套筒具有一內(nèi)部襯套，該內(nèi)部襯套具有一較大直徑的中部，內(nèi)部襯套的中部被焊接在內(nèi)部套筒的外表面上。
外部套管可包括具有抗拉模量＞50Gpa的纖維，如玻璃纖維，碳纖維或芳族聚酰胺纖維，所述纖維嵌入熱塑性基體內(nèi)。
另外，外部套管可包括一熱塑性材料外層。
如果內(nèi)部套管和外部套管及連接套筒的內(nèi)部襯套包括相同的熱塑性材料，如聚烯烴，那么最好在連接套筒和管件之間形成焊接接頭。
WO-A-9512086披露了另一種連接套筒。這種連接套筒特別適用于高壓管，例如特別適用于壓力達(dá)100巴的高壓管。管件中內(nèi)部套管的連接可通過焊接獲得，因此，所述連接適用于保證理想的厚度。所涉及的一個例子為用于輸送氣體和原油的管道。
就這種已知的套筒接頭而言，應(yīng)將連接套筒設(shè)置在彼此面對的外部套管的端部。通過錐形固定圈，使連接套筒固定在外部套管的外表面，連接套筒及管件可產(chǎn)生局部變形，以便提供必需的軸向保持力。
這種已知的套筒接頭具有多種缺點。首先，管件壁的局部變形能夠引起應(yīng)力集中，其特別在高壓下可導(dǎo)致破裂。
另一個缺點在于所述接頭必須使用多個松動元件，因此，這些元件必須被預(yù)先裝配在管件上。
下面參照附圖所示的典型實施例對本發(fā)明作更詳細(xì)的說明。


圖1所示為具有根據(jù)本發(fā)明位于兩個管件之間的連接套筒的套筒接頭。
圖2所示為套筒接頭的一種變型。
圖3以放大比例示出了連接套筒的內(nèi)部襯套。
圖4所示為套筒接頭的又一種變型。
圖5所示為具有凸緣的套筒接頭。
如圖1所示，在高壓管中兩個管件2,3之間的套筒接頭包括一連接套筒4。該連接套筒由一內(nèi)部襯套5和一用于承受軸向力的外部襯套6構(gòu)成，所述內(nèi)部襯套由如聚烯烴這樣的熱塑性材料制成，所述外部襯套由纖維增強熱固性合成物制成。在內(nèi)部襯套5的內(nèi)表面上容納有多根電阻絲7，這些電阻絲可通過接線(未示出)與一電源相連。
內(nèi)部襯套的外表面上設(shè)有一環(huán)繞圓周方向的齒形裝置8，同時，外部襯套6的內(nèi)表面上設(shè)有對應(yīng)的齒形裝置9。這些齒形裝置8,9彼此緊密咬合，以這種方式能夠可靠地將作用在內(nèi)部襯套上的載荷，特別是那些沿軸向的載荷傳遞至外部襯套6。
管件2,3均包括一不滲透內(nèi)部套管10，這些套管采用熱塑性材料制成，最好采用與連接套筒的內(nèi)部襯套5相同的材料，如聚烯烴。這些內(nèi)部套管10在焊接接頭11處以不滲透方式彼此固定在一起。
管件2,3還具有一外部套管12，所外部述套管由一增強纖維層13及一由熱塑性防護材料制成的外層14構(gòu)成，其中，所述增強纖維層13具有例如加入熱塑性基體的玻璃纖維，碳纖維或芳族聚酰胺纖維。
在焊接接頭11的位置處，熱塑性材料最外層14已被除去，通過這種方式，能夠容納在不滲透內(nèi)部套管的加熱板件焊接期間形成的焊珠22。
為了形成套筒接頭，應(yīng)使連接套筒中內(nèi)部襯套5的熱塑性材料和管件2,3中熱塑性材料最外層14的熱塑性材料熔化，以便實現(xiàn)緊密連接。在冷卻后，便形成了套筒接頭。
在高壓管情況下產(chǎn)生的相當(dāng)大的軸向拉力通過熱塑性層14,15和齒形裝置8,9被傳遞至由纖維增強型材料制成的外部襯套。結(jié)果，確保了管件2,3之間的可靠和非常堅固的連接。
如圖3所述，齒8(還有齒9)具有不對稱的結(jié)構(gòu)。朝向內(nèi)部襯套5的對稱面25的齒側(cè)23比背離對稱面25的齒側(cè)24更陡。另外，背離對稱面25的所述齒側(cè)24的斜度沿內(nèi)部襯套端部的方向增大(或沿對稱面25的方向減小)。
如圖2所示，本發(fā)明中套筒接頭的第二種變型包括一連接套筒4，該連接套筒具有一外部襯套6和一內(nèi)部襯套5，對應(yīng)于圖1的變型，這些襯套通過齒形裝置8,9被相互連接在一起。
內(nèi)部襯套5具有一向內(nèi)延伸的加厚部分28。
焊絲7分布在內(nèi)部襯套5的整個內(nèi)表面上，換句話說，也分布在所述加厚部分28上。
同樣，對應(yīng)于圖1所示的變型，管件2,3均具有一內(nèi)部套管10和一外部套管12。
但是，在圖2所示的變型情況下，內(nèi)部套管10在其相對的表面上未被彼此焊接在一起。取而代之，鄰接連接套筒4的內(nèi)部襯套5中加厚部分28的內(nèi)部襯套10的外表面被焊接至所述加厚部分。通過這種方式，在內(nèi)部襯套10之間獲得了(液密式)不滲透接頭。
內(nèi)部襯套5還被焊接在外部套管12上。在圖2中所示的對焊接連接套筒4的進一步處理與圖1相同。
圖4所示的變型包括一內(nèi)部襯套16，該襯套具有兩個錐狀部分18,19。所述錐狀部分18,19緊密地裝配在外部襯套17的對應(yīng)錐形腔20,21內(nèi)。通過這些形狀，能夠可靠地傳遞內(nèi)部襯套16和襯套17之間的軸向力和切向力。
在圖5所示的變型中，通過固定凸緣30后面的增厚部分36鉤住連接套筒4，所述凸緣反過來可以通過螺栓31被固定至例如一固定件上。
連接套筒被壓靠在一個環(huán)32上，該環(huán)相對于管件3的內(nèi)部套筒10、由O-形環(huán)33密封，并通過一O-形環(huán)35相對于例如一環(huán)繞著一孔的邊緣密封。
套管10由襯套34保持。
權(quán)利要求
1.連接套筒(4)，用于連接固定在其插入端(29)上的至少一個管件(2,3)，該連接套筒(4)包括一以熱塑性材料制成的內(nèi)部襯套(5)及一外部襯套(6)，內(nèi)部襯套(5)中容納有電阻絲(7)，電阻絲(7)可以與一電源相連，以便熔化彼此面對的連接套筒(4)的表面及每一管件(2,3)的表面，從而形成焊接接頭，內(nèi)部襯套(5)和外部襯套(6)在軸向剖面上具有彼此咬合的部分(8,9)，以便傳遞軸向和/或切向力，其特征在于內(nèi)部襯套(5)具有至少一個帶有側(cè)面的部分，所述側(cè)面朝向插入端且在軸向平面內(nèi)由一切線限定，該切線與內(nèi)部襯套(5)的軸線所形成的角度小于45°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接套筒，其特征在于每個切線和軸線間的角度小于33°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的連接套筒，其特征在于每個切線和軸線間的角度小于15°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1,2或3所述的連接套筒(4)，其特征在于咬合部分(8,9)具有相對于徑向平面的非對稱截面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的連接套筒(4)，其特征在于所述咬合部分(8,9)包括齒，這些齒具有非對稱截面，并設(shè)有相對較陡的斜齒側(cè)(23)和相對較緩的斜齒側(cè)(24)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的連接套筒(4)，其特征在于具有非對稱剖面的所有咬合部分(8,9)中相對較陡的斜齒側(cè)(23)向著背離插入端(29)的方向。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的連接套筒(4)，其特征在于位于距一插入端(29)相對較近處的咬合部分(8,9)中相對較緩的斜齒側(cè)(24)的斜度小于位于距插入端(29)相對較遠(yuǎn)處的咬合部分(8,9)中相對較緩的斜齒側(cè)(24)的斜度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的連接套筒(4)，其特征在于咬合部分(8,9)中相對較緩的斜齒側(cè)(24)的斜度沿對稱平面(27)的方向單調(diào)遞減。
9.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的連接套筒(4)，其特征在于內(nèi)部襯套(5)的形狀為向著每一插入端(29)其外側(cè)以錐狀逐漸變細(xì)。
10.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的連接套筒(4)，其特征在于內(nèi)部襯套(5)和外部襯套(6)分別具有咬合齒(8,9)，這些齒在圓周方向上是連續(xù)的。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任何一項所述的連接套筒，其特征在于內(nèi)部襯套(5)和外部襯套(6)具有螺旋狀咬合的齒裝置。
12.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的連接套筒，其特征在于外部襯套(6)被纖維增強，以便承受軸向和/或切向力。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的連接套筒，其特征在于所述外部襯套包括具有抗拉模量＞50Gpa的纖維，如玻璃纖維，碳纖維或芳族聚酰胺纖維。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的連接套筒，其特征在于所述外部襯套包括熱固性材料，如聚酯，乙烯基酯或環(huán)氧樹脂。
15.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的連接套筒，其特征在于內(nèi)部襯套(5)在圓周方向上為一個整體件，且容納有環(huán)繞圓周方向的電阻絲(7)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-14中任何一項所述的連接套筒，其特征在于內(nèi)部襯套(5)包括相互連接的殼體，其容納有沿軸向布置的電阻絲(7)。
17.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的連接套筒(4)，其特征在于確定兩個半體，這兩個半體沿徑向?qū)ΨQ面(27)對稱，且在對稱面(27)一側(cè)的咬合部分(8,9)與在對稱面(27)另一側(cè)的咬合部分(8,9)成鏡像對稱形狀。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的連接套筒，其特征在于內(nèi)部襯套(5)具有兩個外部部分(18,19)，每一部分均在外側(cè)朝一軸向端成錐狀逐漸變細(xì)，且外部襯套(6)具有兩個形狀對應(yīng)的內(nèi)部部分，外部襯套(6)具有基本上恒定的厚度。
19.根據(jù)權(quán)利要求1-16中任何一項所述的連接套筒，其特征在于設(shè)置一個且僅設(shè)置一個部件，該部件具有一管件(3)的插入端(29)，以及一可以固定另一元件的輔助端部(31-34)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的連接套筒，其特征在于輔助端部(31-34)設(shè)有一固定凸緣(30)。
21.根據(jù)權(quán)利要求17-20中任何一項所述的連接套筒，其特征在于內(nèi)部襯套(5)包括至少兩個獨立的內(nèi)部襯套半體，這兩個半體沿軸向彼此相鄰設(shè)置且被容納在外部襯套(6)內(nèi)。
22.一種位于高壓管的兩個管件(2,3)之間的套筒接頭，其中，兩個管件(2,3)均包括一由熱塑性材料制成的不滲透內(nèi)部套管(10)及一增強型外部套管(12)，內(nèi)部套管(10)以不滲透方式彼此相連，且外部套管(12)通過前述任一權(quán)利要求所述的一連接套筒(4)彼此相連。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的套筒接頭，其特征在于內(nèi)部套管(10)在彼此面對的端面上被直接焊接在一起。
24.根據(jù)權(quán)利要求22或23所述的套筒接頭，其特征在于在彼此相對的管件端部，內(nèi)部套管(10)在其外表面上是自由的，且連接套筒(4)具有一內(nèi)部襯套(5)，該內(nèi)部襯套具有一較大直徑的中部(28)，內(nèi)部襯套(5)的中部(28)被焊接在內(nèi)部套管(10)的外表面上。
25.根據(jù)權(quán)利要求22,23或24所述的套筒接頭，其特征在于所述外部套管包括具有抗拉模量＞50Gpa的纖維，如玻璃纖維，碳纖維或芳族聚酰胺纖維，所述纖維嵌入熱塑性基體內(nèi)。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的套筒接頭，其特征在于所述外部套管包括一熱塑性材料最外層。
27.根據(jù)權(quán)利要求22-26中任何一項所述的套筒接頭，其特征在于所述內(nèi)部套管和外部套管以及所述連接套筒的內(nèi)部襯套(5)包括相同的熱塑性材料，如聚烯烴。
全文摘要
一種連接套筒(4),用于連接固定在其插入端(29)上的至少一個管件(2,3),其包括一以熱塑性材料制成的內(nèi)部襯套(5)及一外部襯套(6),內(nèi)部襯套中容納有電阻絲,電阻絲(7)可以被連接至一電源,以便熔化彼此面對的連接套筒的表面及每一管件的表面,從而形成焊接接頭,內(nèi)部襯套和外部襯套在軸向剖面上具有彼此咬合的部分(8,9),以便傳遞軸向和/或切向力。內(nèi)部襯套具有至少一個帶有側(cè)面的部分,所述側(cè)面朝向插入端且在軸向表面內(nèi)由一切線限定,該切線與內(nèi)部襯套的軸線形成的角度小于45°。
文檔編號F16L47/02GK1300357SQ99806138
公開日2001年6月20日 申請日期1999年5月17日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月14日
發(fā)明者蘭伯特斯·赫里特·達(dá)爾莫倫, 漢斯·愛德華·吉托諾 申請人:派普萊福荷蘭公司