[发明专利]波纹形铸造管子法兰

说明书

本发明涉及管子法兰，尤其涉及一种波纹形的管子法兰。管子法兰用于相互连接各段管子、将装配件连接于别的管子段以及相互连接不同形式的装配件。一种波纹形法兰采用具有U形横截面以加强法兰的环状法兰件的设计，这种结构重量轻、材料少从而节省成本。1984年11月27日公布的舒尔茨的美国专利4,484,771揭示了一种波纹形法兰。在该参考文献的说明中，波纹形法兰凸缘是由盘状坯件冲压制作的。因此这种环状波纹形法兰凸缘的厚度是均匀一致的。法兰凸缘在管端上滑动并由一张开的端面保持，该张开端面为在一管子段或装配件上的一个相对法兰提供接触或密封面。波纹形的法兰凸缘为相配装配件的法兰凸缘提供紧固环。

为了防止在较轻的已有技术的波纹形法兰的凸缘变形作为应力传向管子焊接件，U形凸缘的外周边接触相对法兰的压紧面。这种接触为管子连接的机械支承提供强度，而不会在焊缝处或焊缝之上把管子过分压到用于安置法兰凸缘的向外张开的管接头端部的装配件上。在已有技术的法兰中的这种控制应力的方法限制了所能使用的密封种类并且在按合适厚度选择密封时要求很高的精度。

传统法兰是铸造的并且通常较厚以防止在拧螺栓时扭曲变形。由于铸造的法兰生产成本低，各种系统都已设计成带铸造金属法兰凸缘的波纹形法兰。于1984年7月10日公布的名称为“双金属法兰连接件”申请人为施利赫的美国专利4,458,924描述了带球墨铸铁波纹形法兰凸缘的这样一种法兰。尽管这种双金属法兰比传统的法兰重量轻，但双金属法兰与传统的铸造或锻造的法兰相比，它制造工艺复杂并成本较高。

本发明人已制造出具有舒尔茨法兰的优点而并不要求法兰凸缘周边接触相对的法兰面的实用的铸造波纹形法兰。然而，为提高与被连接法兰机械连接的结构牢固性，这种铸造的波纹形法兰比较厚，因而失去作为波纹形法兰特点所要求的重量轻、材料少的优点。此外，增加的厚度导致产生传向管子焊接件的应力，使这种设计实际上比理想方案效果差。

本发明的一个目的是提供这样一种波纹形法兰，它重量轻并在设计和结构上具有波纹形法兰的所有优点，它采用低成本的铸造或锻造并可控制应力。本目的是用法兰件的厚度过渡变化的办法实现的。这种改进后的波纹形法兰具有较大的灵活性因而允许法兰螺栓以所要求的力压缩设置在压缩面间的密封件以产生合适的密封，而不会将过大的应力传向法兰管接头或管子焊接件上。

本发明的另一个目的提供一种法兰组件，它包括一封闭的密封法兰组件并采用一种最好是可控制地消除应力型式的波纹形法兰件。这种封闭的密封法兰组件对传送磨蚀性泥浆的管道系统特别有用并可消除磨损管子内表面的湍流。这种封闭的密封件对于必需使管子中的介质与密封件接触尽可能减少，尤其是在拧紧法兰螺栓时密封件有可能挤压进管道内这样的系统也是理想的。

本发明的又一个目的是提供这样一种法兰组件，拧紧螺栓穿过的法兰凸缘在管端上可以转动以方便地对准它所连接的相对法兰上的孔，而且法兰凸缘具有一种波纹形的设计结构，这种结构不要求接触相对法兰的外边缘，因此可用于许多种法兰密封。

本发明的这种改进的波纹形法兰组件设计得可用铸、锻、冷轧或多种其它适合于法兰尺寸、材料及其使用的成形方法低成本地制作。这种法兰具有超过较重的等同平法兰的性能特点，可大大节约材料、制造成本和与批量货物的搬运和装运有关的其它费用。这种法兰虽是设计为用于焊接管子的一种金属法兰，然而可适用于螺纹管甚至是用不同的塑料模注加工制成的塑料件。

这种法兰是采用具有不同厚度的波纹形横截面构形的法兰凸缘或紧固环来实现其轻重量灵活性和卓越的应力分配特性。在U形法兰凸缘的横截面的要害部位上，厚度是渐渐过渡增大以便在拧紧连接螺栓时在法兰的重要区域上产生均匀的机械应力。应力控制无需法兰的外周边接触相对的法兰装配件端面就可实现。在这种方式中，密封件厚度不必精确即可实现所要求程度的密封要求。

在一个实施例中的这种改进的波纹形法兰组件包括一个封闭的法兰密封件，它允许使用一个精确对准邻接管部位的对准环以消除在管子内的流体湍流。虽然使用一个对准环已在本发明人所设计和制造的已有技术的管道系统中采用，但是封闭的密封结构的改进是一个新改进，它保持了法兰密封件不会挤压进管道内。