專利名稱：管子接頭組件及其使用方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及管子接頭組件以及管接頭的制作方式，尤其涉及一種連接多層管的方法。
背景技術：
在許多工業(yè)中，每天都會使用到大量腐蝕性的和/或有害的化學制品。穿越工業(yè)場所轉移這些化學制品是通過各種耐化學制品的腐蝕特性設計的管道系統(tǒng)進行的，并且這種管道系統(tǒng)還可以防止有害液體、氣體、蒸汽以及其它排放物的釋放。這通常是通過使用裝有熱塑襯套的鋼管來實現(xiàn)的。鋼管用作結構性殼體并且為熱塑襯套提供保護。熱塑襯套是密封性的材料，它可防止鋼管結構和環(huán)境暴露到腐蝕性的和/或有害的化學制品中。
類似地，雙層管也被用來輸送腐蝕性的和/或有害的化學制品。與有襯套的鋼管類似，雙層管包括支承和保護熱塑襯套的結構性殼體。然而，雙層管的出現(xiàn)和成功使人們認為雙層管優(yōu)于帶有襯套的鋼管，而雙層管通常是較昂貴的。其中一項優(yōu)點是重量輕；例如，在許多雙層管用作外層的玻璃纖維強化的塑料(＂FRP＂)殼體比鋼材輕四倍。此外，與鋼材相比，雙層管中的這種外層通常更能經受腐蝕和其他環(huán)境的影響，并且與鋼材不同的是，這種外層無需采用額外的防腐措施(例如涂漆)。雙層管的另一個優(yōu)點涉及這樣一種情況，即，內層(例如熱塑襯套)可與外層(例如一種FRP結構)完全結合在一起，從而可以暴露在真空中(即使在較高的溫度下)。此外，雙層管的使用使系統(tǒng)中所需的法蘭接頭的數(shù)量得以減少，由此減少法蘭接頭泄漏的可能性。
盡管雙層管有這些優(yōu)點，但以下三點使有時帶有襯套的鋼管成為一種更有利的選擇。
第一個優(yōu)點與初始成本有關。根據(jù)材料和人工，制造雙層管的成本比帶有襯套的鋼管更高。然而，在某些應用中，由于雙層管的使用時間是帶有襯套的鋼管的三到五倍，使用周期的成本通常能夠補償較高的初始成本。
第二個優(yōu)點與強度有關。帶有襯套的鋼管的鋼質殼體能夠在支承件之間橫跨更大的長度。這就減少了適當安裝帶有襯套的鋼管系統(tǒng)的結構位置和管子支承件的數(shù)量。然而，在許多應用中，與鋼管相比，用于安裝雙層管所需的額外支承鋼材和其它支承裝置的額外成本實際是極小的。此外，使用了大量為了使雙層系統(tǒng)適應現(xiàn)存的為帶有襯套的鋼管系統(tǒng)設計的管子支承結構而研發(fā)的技術，這些額外成本占項目總成本的百分比是極小的。
第三個優(yōu)點有關帶有襯套的鋼管與雙層管系統(tǒng)相比安裝的容易度。使用帶有襯套的鋼管系統(tǒng)的用戶可以自已制作管子段。它們可以這樣來準備鋼管段，通過在每一端部上焊上法蘭，而后插入熱塑襯套并且使襯套材料向外擴張到法蘭的端部上。目前，使用雙層管系統(tǒng)的用戶必須依靠生產廠商來提供定制的管道段。當發(fā)生損壞或故障時，他們還必須依靠生產廠商提供的應急服務。直到現(xiàn)在還沒有形成一種方法允許用戶以雙層管制備任意長度的管子段。
因此，需要一種連接雙層管段的方法。本發(fā)明即是為了滿足這種需要而提出的。

發(fā)明內容
本發(fā)明涉及用于將管子的一個端部密封到一外部密封表面上的一種方法。該方法包括設置一管子組件，該管子組件包括一管子(如多層管)和一法蘭。管子包括一個管子近端和一個擴張端部區(qū)域。擴張端部區(qū)域接近管子的近端并且與之連續(xù)。法蘭是圍繞管子的擴張端部區(qū)域的遠端非一體地設置的。該方法還包括將法蘭在管子的擴張端部區(qū)域的遠端寬松地、非一體地固定到一管子上，從而限制法蘭相對于管子的向近端的運動。將法蘭朝著外部密封表面拉動，這將引起法蘭壓迫管子的擴張端部區(qū)域與外部密封表面密封接觸。
本發(fā)明還涉及另一種將管子的一個端部密封到一外部密封表面的方法。在該方法中提供了一種包括一管子和一法蘭的管子組件。管子為多層管并且包括一個管子近端和一個擴張端部區(qū)域。擴張端部區(qū)域接近于管子近端并且與之連續(xù)。法蘭圍繞管子的擴張端部區(qū)域的遠端非一體地設置，法蘭在管子的擴張端部區(qū)域的遠端非一體地固定到管子上，從而限制了法蘭相對于管子的向近端的運動。該方法還包括朝著外部密封表面拉動法蘭，這將引起法蘭密封表面壓迫管子的擴張端部區(qū)與外部密封表面密封接觸。
本發(fā)明還涉及一種管子組件，該管子組件包括一管子和一法蘭。管子包括一管子近端和一擴張端部區(qū)域。擴張端部區(qū)域接近管子近端并且與之連續(xù)，而法蘭在管子的擴張端部區(qū)域的遠端非一體地固定到管子上。
本發(fā)明還涉及一種接頭組件。接頭組件包括一個法蘭，該法蘭具有一外表面、一內表面和一最接近法蘭密封表面的端部。最接近法蘭密封表面的端部中具有一個環(huán)形凹部，內表面包括一個圓周凹槽或一個圓周脊部，而法蘭的表面由一個錐形構成。接頭組件還包括一個擋圈，該擋圈具有一個錐形的內側法蘭配合表面。擋圈圍繞法蘭的外表面設置，并且相對于法蘭向近端推動該擋圈，擋圈向內壓迫法蘭的內表面。
本發(fā)明還涉及另一種用于將管子的一個端部密封到一外部密封表面上的方法。該方法包括設置一管子組件，該管子組件包括一管子、一法蘭和一擋圈。該管子包括一管子近端、一外表面和一擴張端部區(qū)域。擴張端部區(qū)域接近管子近端并且與之連續(xù)。法蘭包括一內表面，并且該法蘭在管子的擴張端部區(qū)域的遠端非一體地圍繞管子設置。該方法還包括將法蘭在管子的擴張端部區(qū)域的遠端非一體地固定到管子上，從而限制法蘭相對于管子的向近端的運動。該方法還包括通過朝外部密封表面推動擋圈而向外部密封表面拉動法蘭。拉動的過程引起法蘭密封表面壓迫管子的擴張端部區(qū)域與外部密封表面密封接觸，而推動過程偏壓法蘭的內表面使之抵靠管子的外表面。
本發(fā)明還涉及另一種用于將管子的一個端部密封到外部密封表面上的方法。該方法包括設置一種管子組件，該管子組件包括一管子、一法蘭和一擋圈。管子包括一管子近端、一外表面和一擴張端部區(qū)域。該擴張端部區(qū)域接近于管子近端并且與之連續(xù)。法蘭包括一個內表面，并且在管子的擴張端部區(qū)域的遠端非一體地圍繞管子設置。在管子的擴張端部區(qū)域的遠端法蘭還非一體地固定到管子上，從而限制法蘭相對于管子的向近端的運動。該方法還包括通過朝著外部密封表面推動擋圈而向外部密封表面拉動法蘭。這種拉動過程引起法蘭密封表面壓迫管子的擴張端部區(qū)域與外部密封表面密封接觸，而推動過程偏壓法蘭的內表面使之抵靠管子的外表面。
本發(fā)明還涉及另一種管子組件。該管子組件包括一管子、該管子具有一個管子近端、一外表面和一擴張端部區(qū)域。擴張端部區(qū)域接近于管子近端并且與之連續(xù)。管子組件還包括一法蘭。法蘭具有一個內表面，并且它在管子的擴張端部區(qū)域遠端非一體地圍繞管子設置。管子組件還包括一擋圈，當相對于管子向近端推動擋圈時，擋圈將偏壓法蘭的內表面使之抵靠管子的外表面。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的管子組件的軸向截面圖。
圖2A、2B、2C和2D為根據(jù)本發(fā)明的各種管子組件的一部分的徑向截面圖。
圖3A和圖3B為根據(jù)本發(fā)明的兩個法蘭的軸向截面圖。
圖3C為根據(jù)本發(fā)明的一管子組件的一部分的徑向截面圖。
圖4A為根據(jù)本發(fā)明的一管子組件的軸向截面圖。
圖4B為根據(jù)本發(fā)明的一管子組件的一部分的徑向截面圖。
圖5A為根據(jù)本發(fā)明的一管子組件的軸向截面圖。
圖5B為根據(jù)本發(fā)明的一管子組件的一部分的徑向截面圖。
圖6A為根據(jù)本發(fā)明的一管子組件的軸向截面圖。
圖6B和6C為根據(jù)本發(fā)明的兩個法蘭的徑向截面圖。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及用于將管道的一端部密封到一外部密封表面、管子組件和接頭組件的方法。
文中使用的“管子(管)”旨在包括任何用于輸送、容納或排除氣體、蒸汽或液體的封閉的管道。文中所使用的“管子”的示范性實例包括金屬管(例如鍛鐵管、鋼管(例如“黑鋼皮”管和鍍鋅鋼管)、鉛管、銅管、黃銅管等)、陶瓷管(例如琉璃管)、玻璃管以及塑料管。塑料管例如可包括由乙烯聚合物制成的管子(例如PVC管和CPVC管)、由烯烴族聚合物(例如聚乙烯和聚丙烯)制成的管子以及由含氟聚合物(例如KYNARTM、聚偏氟乙烯(＂PVDF＂)以及聚四氟乙烯-共-六氟丙烷(＂FEP＂)制成的管子。塑料管道還包括由熱固塑料制成的管子，諸如玻璃纖維增強的塑料(“FRP”)管，這種管子有時還指加強的熱固樹脂管(＂RTRP＂)和玻璃加強管(＂GRP＂)。文中使用的“管子”意在包括剛性管以及那些柔性的管子，有時還指本技術領域中的“管道”(例如銅質管道、如TYGONTM管道之類的聚合物管道等)。
這些管子可以是不帶襯套的或帶有襯套的、單層的或多層的。文中所使用的“帶有襯套的管子”是指包括一個這樣一個襯套的管子，其中襯套基本不與管子外部的結構性部分結合(即結合部分少于約50％)。文中所使用的“多層管”是指這樣一種管子，管子由兩層或多層制成，這些層沿管子的整個長度基本相互結合(即結合部分大于50％)。通過定義，多層管包括一個最內層和一個最外層。多層管還可以包括一個或多個中間層，例如(在三層管中)一個中間層、(在四層管中)兩個中間層、(在五層管中)三個中間層等。
文中使用的“密封”有著廣義的解釋，它可以包括任何形式或程度的連接，這種連接基本可以防止包含在管子內的液體或氣體漏出(或被阻止進入管子，或者可以在正常的工作壓力下防止或基本可防止密封處泄漏，如在如周圍大氣壓力(例如在自重泄流的情況下)的情況中、在達到500psi的正壓力或遠大于大氣壓力的情況中(例如，在高壓液體和/或氣體輸送系統(tǒng)中)或在從約760Torr到約0.1mTorr的負壓力下或遠小于大氣壓力下(例如在真空系統(tǒng)中)的情況中。
文中使用的“外部密封表面”意在包括任何可以密封管子的表面?！巴獠棵芊獗砻妗敝械摹巴獠俊币辉~僅用于將外部密封表面同法蘭密封表面(下文中將要論述)區(qū)別開。外部密封表面可以是裝置殼體(例如泵殼體、防回流裝置殼體、閥殼體)的一部分、一連接件(例如T形連接件、Y形連接件等)的一部分或者需與另一個管子連接的法蘭的一部分。外部密封表面可以具有任何適當?shù)男螤?。例如，它可以基本是平坦的，或者它可以是凸起的或凹進的，從而允許某些程度的不同軸(如傳統(tǒng)的鉛管接頭中通?？梢园l(fā)現(xiàn)的)，或者它可以大致是平坦的(如在平面法蘭的清況中)。盡管上述外部密封表面的所有實例與允許氣體、液體等的通過的表面有關，但外部密封表面也可以為不允許這種通過的一個裝置或連接件的一部分，例如一塊板(例如為了端結鋪設的管道)或者為壓力傳感器的一個感應表面。
外部密封表面最好基本與管子垂直。例如，在基本平坦的外部密封表面的情況中，文中使用的“基本與管子垂直”意在包括這樣一些情況，其中管子的中心軸線與由外部密封表面形成的平面形成一個90°角，并且還包括這樣一些情況，其中管子的中心軸線與外部密封表面形成的平面形成的角在約65°到約90°之間。在某些情況中，外部密封表面可以是由上述裝置殼體、連接件或法蘭支持的墊圈的表面。
現(xiàn)參照圖1，本發(fā)明涉及一種用于將管子2的端部密封到一外部密封表面4上的方法。本發(fā)明的方法包括提供包括管子2和法蘭8的管子組件6。
管子2可以為上述任何類型的管子。管子2具有一條管子軸線10和兩個端部一個管子近端12，該端部12被密封到外部密封表面上；以及一個遠端14。沿管子軸線10的相對方向在文中往往是指參照管子2的管子近端12和管子遠端14。例如，文中使用的“近端的”和“向近端地”指朝著管子2的管子近端12的方向，而“遠端的”和“向遠端地”指離開管子2的管子近端12的方向。進一步說明，“A在B的近端”是指A比B更接近管子2的管子近端12；“A在B的遠端”是指B比A更接近管子2的管子近端12；“向近端的運動”指朝管子2的管子近端12的運動；而“向遠端的運動”指離開管子2的管子近端12的運動。如上所述，管子2具有管子軸線10，該軸線10是沿管子的長度通過其幾何中心的一條假想線。當管子2為圓形截面的情況中，管子2的幾何中心是截面圓形的中心。當管子2具有一個非圓形截面，管子2的幾何中心定義為管子2的截面的轉動中心。
管子2還包括擴大的端部區(qū)域16。擴大的端部區(qū)域16可以選擇為與管子2結合成一體。對于本發(fā)明，當A和B是作為一單個單元形成的(例如通過鑄造、模制、擠壓、旋制等而形成的)，A與B結合成一體。在特性上，當A與B結合成一體時，A和B之間沒有間隙(如在A與B機械地相連的情況下)，在A和B之間不存在材料的不連續(xù)性(如A用粘結劑粘結到B上的情況)，而且A和B之間不存在微觀結構的不連續(xù)性(如在A被焊接(例如熱焊或溶劑焊接)到B上的情況下)。相反地，對于本發(fā)明的應用，當A和B不是作為一單個單元形成的時候，A與B”不是結合成一體的“，在特性上，當A與B“不是結合成一體的”時候，A和B之間存在間隙(如在A機械地與B相連的情況下)，在A和B之間存在材料的不連續(xù)性(如在A通過一種粘結劑粘合到B上的情況下)，和/或A和B之間存在微觀結構的不連續(xù)性(如在A被焊接(例如熱焊或溶劑焊接)到B上的情況下)。
擴張的端部區(qū)域16還與管子2的管子近端12連續(xù)。對于本發(fā)明，擴張的端部區(qū)域16是指從管子近端12開始到管子恢復到基本一致的內截面之處結束的管子2的整個擴張部分，在管子具有圓形截面的情況下，即在內徑變?yōu)楹愣ㄖ幗Y束。擴張端部區(qū)域16中的擴張部分形狀不是本發(fā)明實踐的重點，它可以是平坦的、凸起的、凹進的(這些均是沿包含管子軸線10的平面中觀察到的)，或者為其它任何合適的形狀。較佳地，擴張部分是基本平坦的或與管子軸線10垂直，而更佳地，從管子2的非擴張部分到擴張端部區(qū)域16的平面部分的過渡是突變的而不是漸變的。
擴張端部區(qū)域16可以使用任何傳統(tǒng)的擴張方法形成。當然，所使用的特定的方法將取決于被擴張材料的屬性、管壁的厚度、管子的直徑、所需擴張的形狀等。對于某些材料(例如玻璃)，有利的是，在擴張操作之前或過程中，在擴張的區(qū)域中例如通過加熱或通過使用溶劑來將管子軟化。對于某些材料，理想的作法是，在擴張操作之前或過程中，在擴張端部區(qū)域16中例如通過從外管表面22或內管表面24去除材料而使管壁20變薄。
如上所述，本發(fā)明特別適合管子2為多層管的情況。當使用多層管來實踐本發(fā)明的方法時，特別較佳是，擴張端部區(qū)域16比管子2的剩余部分薄。圖4示出了這種情況。如上所述以及如圖4A所示出的，多層管2可以包括最內層2a和最外層2b。通常，對于多層管，最內層是最為惰性的，擴張端部區(qū)域16的暴露的近端面一般最好由這種最內層制成。因此，多層管通常從外側起變薄。較佳地，擴張的端部區(qū)域16包括最內層的整個厚度，但不包括其它層的厚度。然而，擴張的端部區(qū)域16可以變薄，從而使其僅包括最內層的一部分厚度。在含有中間層的多層管(例如3層管、4層管等)的情況中，擴張的端部區(qū)域16還可以包括一個或多個中間層(或其中的一部分)。擴張的端部區(qū)域16還可以包括一部分最外層，例如，少于最外層厚度的約50％，較佳地少于最外層厚度的約20％，更佳地少于最外層厚度的約5％，而更佳地少于最外層厚度的約2％。然而，擴張端部區(qū)域16一般將不包括或基本不包括最外層。
擴張端部區(qū)域16的長度對于本發(fā)明的實踐而言不是特別關鍵的。較佳地，當使用多層管時，有一個足夠長的區(qū)域變薄，這樣它可以更易于擴張。通常，變薄的擴張端部區(qū)域16的長度不超過管子2的截面部分最小圓周的三倍。在管子2具有一個直徑為d的圓形截面的情況下，變薄區(qū)域的長度最好過超過約3d。
盡管對本發(fā)明的實踐不是關鍵的，但管子的變薄區(qū)域的壁厚最好基本一致，至少相對于管子的圓周線一致，更佳地，也相對于變薄區(qū)域的長度一致。
例如可以通過任何傳統(tǒng)的用于制作多層管的方法來制造適用本發(fā)明的方法的多層管，如Shaw等人的美國專利No.4,357,962、Anderson等人的美國專利No.4,347,090，Dopkin等人的美國專利No.4,282,905以及Shaw的美國專利No.4,104,095中所揭示的那些，這些專利援引在此以作參考。
多層管的變薄的擴張端部區(qū)域16可以由用于制造多層管的工藝產生。例如，在雙層管中，當最外層涂覆到最內層上并且與最內層結合在一起時，最外層的長度可以選擇成比最內層的長度短，這樣所制出的產品在一個或兩個管子端部附近有變薄的區(qū)域。在這種情況中，擴張端部區(qū)域16包括最內層的整個厚度，而不包括最外層。
或者，可以在管子生產之后，例如通過從擴張端部區(qū)域16去除一部分最外層、所有的最外層、所有最外層和一部分中間層、所有最外層和所有中間層或所有最外層加所有中間層和某些最內層來使多層管的擴張端部區(qū)域16變薄。例如可以通過一種手持式砂輪來實成。在管子為圓形截面的情況中，這種去除方法可以通過將管子安裝在車床上并且以切削工具去除期望的層或部分更有效更精確地實現(xiàn)。
再次參照圖1，如上所述，管子組件6還包括一法蘭8。法蘭8圍繞管子2設置，從而使法蘭8在擴張端部區(qū)域16的遠端。對于本發(fā)明，只要法蘭8的任一部分在擴張端部區(qū)域16的每一部分的遠端(例如至少一部分法蘭8是圍繞管子2的未擴張部分設置的)，即認為法蘭8在擴張端部區(qū)域16的遠端。圖1示出了一種較佳實施例，其中法蘭8的每個部分均在擴張端部區(qū)域16的每個部分的遠端。
如上所述，法蘭8是圍繞管子2設置的。參照圖2A-2D將更容易理解“圍繞……設置”的意義，圖2A-2D是沿圖1中的線A-A截取的截面圖。如圖2A所示，法蘭8可以具有一個實心截面并且完全包圍管子2，或者如圖2D所示，法蘭8可以具有一個實心截面并且完全包圍管子2，但沿法蘭有一單個長度方向的裂縫?；蛘?，如圖2B所示，法蘭8例如可以由完全或基本包圍管子2的兩個或多個部分(如兩半部分)構成。又或者，如圖2C所示，法蘭8可以由兩個或多個結合在一起僅部分包圍管子2的部分構成。在這種情況下，這些部分最好圍繞管子2的圓周基本均勻地隔開。較佳地，法蘭8完全或基本包圍管子2并且由不超過2部分構成。
法蘭8可以寬松地圍繞管子2設置，或者它可以圍繞管子2設置并固定在其上。如下文中將要詳細論述的，法蘭8可以以各種不同的方式固定到管子2上，例如機械方式和/或粘結方式。本中所使用的“寬松地設置”是指那些法蘭8不固定在管子2上的那些情況。因此，可以在法蘭8不僅圍繞管子2設置并且還與之固定情況下提供管子2，或者也可以在法蘭8寬松地圍繞管子2設置的情況下提供管子2。在后一種情況中，法蘭8固定在管子2上。因此，例如，可通過首先形成擴張端部區(qū)域(例如上述詳細論述的)，隨后當最內層(在多層管的情況中)或襯套(在帶有襯套的鋼管的情況中)在管子內存在時在一個單獨的步驟中將法蘭固定到管子上，這樣來使用多層管或帶有襯套的鋼管來實踐本發(fā)明的方法。
法蘭8還包括一個法蘭密封表面26。法蘭密封表面26的形狀通常是根據(jù)外部密封表面4的形狀選擇的，并且通常與管子2的擴張端部區(qū)域16的形狀相應。法蘭密封表面26可以是平坦的(如圖1所示)，或者它可以是任何其它適合的形狀(例如凸起的、凹進的等)。在某些情況中，特別是在擴張端部區(qū)域16特別薄或能夠變形的情況中，如圖3A-3C所示，法蘭密封表面26包括一個或多個環(huán)形突面28是有利的。在圖3A中，突面28由與法蘭8一體形成的凸部29形成。在圖3B中，突面28由非一體的環(huán)30和31形成，環(huán)30和31可以由凹部32保持在位。如圖3C所示，在法蘭8由兩個或多個(例如兩半部分)完全或基本包圍管子2(例如圖2B所示)的部分構成的情況下，法蘭密封表面26最好包括由非一體的環(huán)30形成的突面28，而非一體的環(huán)30可以由凹部32保持在位。
本發(fā)明的方法還包括將法蘭8固定到管子2上，從而可以限制法蘭8相對于管子2的向近端的運動。此外，所進行的固定是非一體的，并且固定在擴張端部區(qū)域16的遠端進行。對于本發(fā)明，法蘭8例如可以機械地、粘連地或通過焊接在沿管子2的一個或多個點與管子2相連，這些點是在擴張端部區(qū)域16的遠端，則“固定是在擴張端部區(qū)域16的遠端進行的”。對于本發(fā)明，法蘭8相對于管子2的近端運動在這樣一些情況下被認為“受到限制”，即，完全阻止的這樣種向近端的運動(如當法蘭8被焊接到管子2上和/或法蘭8螺紋連接到管子2上情況下)，和/或法蘭8相對于管子2的在這樣一些情況下也被認為“受到限制”，即，當一遠端力(即，沿遠端方向拉動管子2的力)被施加到管子2的遠端上時，至少一部分(例如至少約10％、至少約30％、至少約50％、至少約95％、和或至少約98％)產生的張力在管子2的擴張端部區(qū)域16遠端的一點轉移到法蘭8上。將法蘭8固定到管子2上還可以選擇為限制法蘭8相對于管子2沿一個或多個其它方向(例如遠端地和/或徑向地)運動。
將法蘭8固定到管子2上的方法對于本發(fā)明的實踐不是特別關鍵的，例如可以使用任何傳統(tǒng)的將法蘭固定管子的方法來實現(xiàn)這種固定。例如，法蘭可以通過使用適當?shù)恼辰Y劑粘結固定到管子上。當然，粘結劑的選擇取決于法蘭材料的屬性、管子材料(特別是需要粘連法蘭的那部分管子)的屬性、管子可能要經受的環(huán)境條件等?；蛘撸ㄌm可以機械地與管子固定，例如可使用機械緊固件、使用管螺紋技術或件用下述的一些較佳的方法。
法蘭8可以固定到管子2任何方便的部分，使得法蘭的至少一些部分在管子2的擴張端部區(qū)域16的遠端固定。當使用多層管時，為了使強度最大化，法蘭8最好固定在多層管的最外層，最外層通常是強度和剛度最大的。較佳地，法蘭密封表面26與管子2的遠端邊緣擴張端部區(qū)域16對齊或在其附近。然而，本發(fā)明的方法可以通過將法蘭8固定到可以提供足夠的結構強度和剛度的管子2的任何部分，從而經受住在朝著外部密封表面4拖拉法蘭8中遇到的力以及與隨后期望的服務條件(例如期望的溫度、壓力和/或真空的情況)的應用相關的力。
本發(fā)明的方法還包括以這樣一種方式朝外部密封表面4拉動法蘭8，即，拉動過程會引起法蘭的密封表面26使管子2的擴張端部區(qū)域16偏向于與外部密封表面4密封接觸。法蘭8可以以任何傳統(tǒng)的方法拉向外部密封表面4。例如，再次參照圖1，法蘭8可以設有若干孔34，這些孔34與外部密閉表面4中的相應的孔36對齊，可以使用一種螺母和螺栓的組合(未圖示)來將法蘭8拉向外部密封表面4?；蛘?，法蘭8和/或外部密封表面4中的上述孔34和/或36可以以一個或多個雙頭螺栓(未圖示)來代替。又或者，法蘭8管子組件6也可以包括擋圈38，該擋圈38例如可具有若干孔40。在這種設置中，一種螺桿/螺母的組合(未圖示)可以結合外部密封表面4中相應的孔42來使用，從而將擋圈38拉向外部密封表面4，由此使法蘭8拉向外部密封表面4，而又將引起法蘭密封表面26使管子2的擴張端部區(qū)域16偏置成與外部密封表面4密封接觸。擋圈的設置還可以用于在外部密封表面4上施加一個遠端的力。除了使用帶螺紋的螺母/螺桿或螺母/螺栓的設置來施加拉力之外，也可以使用夾持機構(例如彈簧加載的夾持機構)來將法蘭8拉向外部密封表面4(可以使用擋圈也可以不使用擋圈)。如在標準實踐中，為了產生最優(yōu)化的密封，用于將法蘭8拉向外部密封表面4的力應當遵照合適的墊圈密封要求。
如上所述，本發(fā)明的方法包括設置、固定、拉動這些步驟。這三個步驟中的每一個步驟可以循序進行?；蛘撸潭ú襟E可以與設置步驟或與拉動步驟相結合。
例如，在某些情況中，根據(jù)將法蘭8固定到管子2上使用的機構的屬性，固定可以作為朝外部密封表面4拉動法蘭8的一部分來實現(xiàn)。
圖4A、4B、5A、5B、6A、6B和6C示出了用于將法蘭8固定管子2上的一些較佳實施例。盡管這些實施例是作為用于擴張端部區(qū)域16與管子2結合成一體的上述方法的較佳實施例而提出的，但是一般也可以使用這些用于將法蘭與管子機械固定的實施例的方法和結構。例如，即使在擴張端部區(qū)域16不是與管子2結合成一體的情況下(例如當一個單獨的擴張部分密封到管子的內表面上時)，也可以使用這些方法和結構來將管子密封到外部密封表面。在本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明涉及這些更普通的方法和結構。
圖4A示出了用于將法蘭8機械固定到管子2的一種較佳實施例。在該實施例中，管子組件6包括管子2、法蘭8和可選的擋圈38。在圖4A中，管子2是作為一種多層管示出的，它具有最內層2a和最外層2b。管子2具有一個包括凹部52的外表面50。法蘭8具有一個包括凸部58的內表面56。法蘭8的凸部58與管子2的凹部52對齊。當法蘭8被拉向外部密封表面4時，法蘭8的凸部58(特別是凸部58的近端邊緣60)與將法蘭8與管子2固定的管子2的凹部52(特別是凹部52的近端邊緣62)相配合，從而防止法蘭8相對于管子2向近端運動。凹部52最好是管子2的外表面50內的圓周凹槽，而凸部58最好是法蘭8的內表面56上的一個圓周脊部。更佳地，凹部52最好是與管子軸線10垂直的圓周凹槽?；蛘撸鐖D4B所示(該圖是沿圖4A中的B-B線截取的管子2和法蘭8的截面圖)，管子2的外表面50可以包括多個離散的凹部52、52a、52b和52c，而法蘭8的內表面56中有相應數(shù)量的離散的、對齊的凸部58、58a、58b和58c。為了便于圍繞管子2設置法蘭8，如圖2D所示，法蘭8可以被分裂開，或者如圖2B所示，它可以由兩個或多個完全或基本包圍管子2的部分(例如兩半部分)構成。再次參照圖4A，又或者，圍繞管子2設置法蘭8可以是更容易的，當凸部58的內表面64傾斜，法蘭8上的凸部58的凸出量在凸部58的近端邊緣60是最大的(一般不大于相應的凹部52的深度)而在凸部58的遠端邊緣63是最小的(較佳地為零)。
如上所述，圖4A中示出的本發(fā)明的實施例示出的管子2是一種多層管，更具體地說，是一種具有最內層2a和最外層2b的雙層管。圖4A的較佳實施例還示出了，擴張端部區(qū)域16是作薄的，并且僅包括最內層2a而不包括最外層2b。此外，在圖4A示出的實例中，示出的凹部52的深度約為最外層2b的厚度的四分之三。然而，當使用多層管時，本發(fā)明不必須一定是這種情況，它可以比示出的實施例更深或更淺。
圖5A示出了另一種用于將法蘭8和管子2機械固定的較佳實施例。在本實施例中，管子組件6包括管子2、法蘭8和可選的擋圈38。管子2具具有一外表面50，該外表面包括凸部66。法蘭8具有一個內表面，該內表面具有一個凹部68。管子2的凸部66與法蘭8的凹部68對齊。當法蘭8拉向外部密封表面4時，管子2的凸部66(更具體地說是凸部66的遠端邊緣70)與法蘭8的凹部68(更具體地說是凹部68的遠端邊緣72)配合，這使法蘭8固定到管子2上，從而法蘭8與管子2固定，從而阻止法蘭8相對于管子2向近端運動。凹部68最好是位于法蘭8的內表面56內的圓周凹槽，而凸部66最好是管子2的外表面50上的圓周脊部。更具體地說，凸部66是與管子軸線10垂直的圓周脊部。或者，如圖5B所示(該圖是沿圖5A的線C-C截取的管子2和法蘭8的截面圖)，管子2的外表面50可以包括多個離散的凸部66、66a、66b和66c，而較佳地法蘭8的內表面56中有相應數(shù)量的離散的對齊的凹部68。為了便于圍繞管子2設置法蘭8，如圖2D所示，法蘭8可以被分裂開，或者如圖2B所示，它可以由兩個或多個完全或基本包圍管子2的部分(例如兩半部分)構成。再次參照圖5A，又或者，當凸部66的外表面74是傾斜的，從而使凸部66的在管子2的外表面50上的突出量在凸部66的遠端邊緣70最大(并且一般不大于相應的凹部68的深度)而在凸部66的近端邊緣73最小(較佳為零)時，將進一步有利于圍繞管子2設置法蘭8。又或者，如圖5A還示出的，通過使法蘭8的遠端邊緣76傾斜，將進一步有利于圍繞管子2設置法蘭8。
圖6A、6B和6C示出了將法蘭8固定到管子2上的另一較佳實施例。參照圖6A所示出的實施例，管子組件6包括管子2、法蘭8和擋圈38。管子2具有一個外表面50，而法蘭8具有一個內表面56和一個外表面80。至少一部分法蘭8的外表面80是錐形的，這樣，法蘭8的最大的壁厚82(同樣參見圖6B)在遠端遞減。較佳地，法蘭8的外表面80線性地逐漸變細(參見圖6A)。當管子2具有一個圓形截面時，法蘭8最好具有一個遠端直徑遞減的圓形截面，雖然，如本技術領域的普通技術人員所知的，其它的錐形的截面(如圖6B和圖6C所示)也是適合的。擋環(huán)38包括內側法蘭配合表面84，該配合表面最好是錐形的，其錐度最好與法蘭8的外表面80相同。在實踐中，當擋圈38被推向外部密封表面4時(即向近端推進)，擋圈38的內法蘭配合表面84與法蘭8的錐形的外表面80接觸，由此偏壓法蘭8的內表面56使之抵靠管子2的外表面50。在文中，“偏壓……使之抵靠”是指包括當法蘭8的內表面56直接與管子2的外表面50接觸并直接受力而抵靠管子2的外表面50的那些情況，并且包括當某些中介材料存在時法蘭8的內表面56與中介材料接觸與直接受力而抵靠管子的外表面50的那些情況。當法蘭8粘連固定到管子2上時，偏壓法蘭8的內表面使之抵靠管子2的外表面2可以增加法蘭8與管子2固定的程度。當法蘭8機械地固定到管子2上時，所產生的法蘭8的內表面56受到偏壓而抵靠管子2的外表面50可以使法蘭8與管子2固定，或者所產生的法蘭8的內表面56受到偏壓而抵靠管子2的外表面50可以增加法蘭8與管子2機械固定的程度。如本技術領域的普通技術人員可以認識到的，當在擋圈38與外部密封表面4接觸并且壓迫法蘭8朝著外部密封表面4的那一點處錐形的法蘭8的截面外徑與擋圈38的內徑平衡，從而提供所需的橫向力(即指向近端的力，例如為了滿足墊圈座的要求)和軸向力(即，偏壓法蘭8的內表面56使之抵靠管子2的外表面50的力，例如，為了將法蘭8與管子2固定或增加法蘭8與管子2固定地程度)平衡時，可以實現(xiàn)這種錐形的法蘭8和擋圈38的組合的最優(yōu)化的性能。盡管本實施例中提到的方法和結構一般是有用的，但它們在這樣一些情況中將特別有用如圖2B所示，法蘭8是由兩個或多個完全或基本包圍管子2的部分(例如兩半部分)構成的。此外，本實施例中所述的方法和結構結合關于圖4A、4B、5A和5B論述的機械固定方法是特別有用的。因此，盡管對于那些實施例實踐不是必須的，但圖4A和圖5A示出了法蘭8具有一個錐形的表面80而擋圈38具有一個錐形的內側法蘭配合表面84。
盡管本發(fā)明是為了說明而詳細描述的，但需理解的是，這些詳細說明僅是出于說明的目的，而本技術領域內的普通技術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下可以作出各種變化形式，而本發(fā)明的精神和范圍將由下列權利要求確定。
權利要求
1.一用于將管子的端部密封到外部密封表面的方法，所述方法包括設置一種管子組件，管子組件包括一管子和一法蘭，其中管子包括一管子近端和一擴張端部區(qū)域；其中擴張端部區(qū)域接近管子近端并且與之連續(xù)；并且其中法蘭非一體地、寬松地圍繞管子的擴張端部區(qū)域遠端的管子設置；在管子擴張端部區(qū)域的遠端非一體地將法蘭固定到管子上，從而限制法蘭相對于管子向近端運動；以及將法蘭拉向外部密封表面，其中所述拉動將引起法蘭密封表面偏壓管子的擴張端部區(qū)域，使之與外部密封表面密封接觸。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，擴張端部區(qū)域與管子是結合成一體的。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，管子是一種多層管，該多層管包括一最內層和一最外層，而擴張端部區(qū)域與管子的最內層是結合成一體的，并且基本不包括最外層。
4.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述固定是機械地進行的。
5.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述拉動實現(xiàn)所述固定。
6.如權利要求2所述的方法，其特征在于，管子具有一外表面，其中法蘭具有一內表面，其中管子接頭組件還包括一擋圈；其中所述拉動包括向外部密封表面推動擋圈；并且其中所述推動偏壓法蘭的內表面使之抵靠管子的外表面。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述推動偏壓法蘭的內表面使之抵靠管子的外表面至這樣一種程度，即，足以機械地使法蘭與管子固定，從而限制法蘭相對于管子的向近端的運動。
8.如權利要求6所述的方法，其特征在于，其中法蘭包括一個位于其內表面上的凹部，其中管子包括一個位于其外表面上的凸部，該凸部與法蘭的凹部對齊，并且其中所述推動使法蘭的凹部與管子的凸部嚙合，由此使法蘭與管子機械固定，從而限制法蘭相對于管子的向近端的運動。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，法蘭的凹部是一個圓周凹槽，并且管子的凸部是一個圓周脊部。
10.如權利要求6所述的方法，其特征在于，法蘭包括一個位于其內表面上的凸部，其中管子包括一個位于其外表面上的凹部，該凹部與法蘭的凸部對齊，并且其中所述推動使法蘭的凸部與管子的凹部嚙合，由此使法蘭與管子機械固定，從而限制法蘭相對于管子的向近端的運動。
11.如權利要求10所述的方法，其特征在于，管子的凹部是一個圓周凹槽，而法蘭的凸部是一個圓周脊部。
12.如權利要求6所述的方法，其特征在于，法蘭具有一個錐形的外表面，擋圈具有一個內側法蘭配合表面，并且其中，所述推動使擋圈的內側法蘭配合表面與法蘭錐形的外表面接觸并且偏壓法蘭的內表面使之抵靠管子的外表面。
13.如權利要求12所述的方法，其特征在于，擋圈的內側法蘭配合表面是錐形的。
14.如權利要求12所述的方法，其特征在于，法蘭包括兩個部分，這兩部分在一起基本將管子包圍。
15.如權利要求14所述的方法，其特征在于，法蘭密封表面包括一個環(huán)形凹部，而其中法蘭還包括一個在法蘭密封表面的環(huán)形凹部內局部凹進的環(huán)。
16.一種用于將管子的端部密封到一個外部密封表面的方法，所述方法包括設置一個管子組件，所述管子組件包括一管子和一法蘭，其中管子為多層管；其中管子包括一個管子近端和一個擴張端部區(qū)域；其中擴張端部區(qū)域接近于管子近端并且與之連續(xù)；其中法蘭在管子擴張端部區(qū)域的遠端圍繞管子非一體地設置；并且其中，法蘭在管子擴張端部區(qū)域的遠端非一體地與管子固定，從而限制法蘭相對于管子的向近端的運動；并且將法蘭朝著外部密封表面拉動，其中所述拉動將引起法蘭密封表面偏壓管子的擴張端區(qū)域，使之偏向于與外部密封表面密封接觸。
17.如權利要求16所述的方法，其特征在于，擴張端部區(qū)域與管子是結合成一體的。
18.如權利要求16所述的方法，其特征在于，多層管包括一最內層和一最外層，其中擴張端部區(qū)域與管子的最內層是結合成一體的，并且基本不包括最外層。
19.如權利要求16所述的方法，其特征在于，法蘭機械地固定到管子上。
20.如權利要求16所述的方法，其特征在于，管子具有一外表面，其中法蘭具有一內表面，其中管子接頭組件還包括一擋圈；其中所述拉動包括向外部密封表面推動擋圈；并且其中所述推動偏壓法蘭的內表面使之抵靠管子的外表面。
21.如權利要求20所述的方法，其特征在于，法蘭具有一個錐形的外表面，擋圈具有一個內側法蘭配合表面，并且其中，所述推動使擋圈的內側法蘭配合表面與法蘭錐形的外表面接觸并且偏壓法蘭的內表面使之抵靠管子的外表面。
22.如權利要求21所述的方法，其特征在于，擋圈的內側法蘭配合表面是錐形的。
23.如權利要求16所述的方法，其特征在于，法蘭包括兩個部分，這兩部分在一起基本將管子包圍。
24.如權利要求23所述的方法，其特征在于，法蘭密封表面包括一個環(huán)形凹部，而其中法蘭還包括一個在法蘭密封表面的環(huán)形凹部內局部凹進的環(huán)。
25.一種管子組件，所述管子組件包括一多層管；以及法蘭，其中所述管子包括一個管子近端和一個擴張端部區(qū)域，其中擴張端部區(qū)域接近管子近端并且與之相連續(xù)；并且其中，所述法蘭在所述管子的擴張端部區(qū)域的遠端非一體地與所述管子固定，從而限制法蘭相對于所述管子的向近端的運動。
26.如權利要求25所述的管子組件，其特征在于，擴張端部區(qū)域與管子是結合成一體的。
27.如權利要求25所述的管子組件，其特征在于，所述多層管包括一最內層和一最外層，并且其中，擴張端部區(qū)域與管子的最內層是結合成一體的并且基本不包括最外層。
28.如權利要求25所述的管子組件，其特征在于，所述法蘭機械地與所述管子固定。
29.如權利要求25所述的管子組件，其特征在于，管子具有一外表面，其中法蘭具有一內表面，其中管子接頭組件還包括一擋圈；當相對管子往近端推動擋圈時，所述擋圈偏壓法蘭的內表面使之抵靠管子的外表面。
30.如權利要求29所述的管子組件，其特征在于，其中法蘭包括一個位于其內表面上的凹部，其中管子包括一個位于其外表面上的凸部，該凸部與法蘭的凹部對齊。
31.如權利要求30所述的管子組件，其特征在于，法蘭的凹部是一個圓周凹槽，并且管子的凸部是一個圓周脊部。
32.如權利要求29所述的管子組件，其特征在于，所述法蘭包括一個位于其內表面上的凸部，其中所述管子包括一個位于其外表面上的凹部，該凹部與法蘭的凸部對齊。
33.如權利要求32所述的管子組件，其特征在于，所述管子凹部是一個圓周凹槽，而其中所述法蘭的凸部是一個圓周脊部。
34.如權利要求29所述的管子組件，其特征在于，所述法蘭具有一個錐形的外表面，而所述擋圈具有一個內側法蘭配合表面。
35.如權利要求34所述的管子組件，其特征在于，所述擋圈的內側法蘭配合表面是錐形的。
36.如權利要求25所述的管子組件，其特征在于，法蘭包括兩個部分，它們一起基本將管子包圍。
37.如權利要求36所述的管子組件，其特征在于，法蘭密封表面包括一個環(huán)形凹部，而其中所述法蘭還包括一個局部在法蘭密封表面的環(huán)形凹部內凹進的環(huán)。
38.一種接頭組件，所述接頭組件包括一法蘭，所述法蘭具有一個外表面、一個內表面和一個其中具有一個環(huán)形凹部的法蘭密封表面近端，其中內表面包括一個圓周凹槽或一個圓周脊部；其中所述外表面包括一個錐形；以及一擋圈，所述擋圈具有一個錐形內側法蘭配合表面，其中，當所述擋圈圍繞所述法蘭的外表面設置并且相對于所述法蘭向近端推動時，所述擋圈壓迫所述法蘭的內表面向內。
39.一種用于將管子的端部密封到一外部密封表面上的方法，所述方法包括設置一種管子組件，所述管子組件包括一管子、一法蘭和一擋圈，其中管子包括一管子近端、一外表面和一擴張端部區(qū)域；其中擴張端部區(qū)域接近管子近端并且與之相連續(xù)；其中，法蘭包括一內表面，并且其中法蘭在管子的擴張端部區(qū)域的遠端非一體地圍繞管子設置；在管子的擴張端部區(qū)域的遠端將法蘭非一體地固定到管子上，從而限制法蘭相對于管子的向近端的運動；以及通過朝著外部密封表面推動擋圈而將法蘭拉向外部密封表面，其中所述拉動使法蘭密封表面偏壓管子的擴張端部區(qū)域，使之與外部密封表面密封接觸，并且其中所述推動偏壓法蘭的內表面，使之抵靠管子的外表面。
40.如權利要求39所述的方法，其特征在于，管子是一種多層管，該多層管包括一最內層和一最外層，而擴張端部區(qū)域與管子的最內層是結合成一體的，并且基本不包括最外層。
41.如權利要求39所述的方法，其特征在于，法蘭具有一個錐形的外表面，其中擋圈具有一個錐形的內側法蘭配合表面，其中所述推動使擋圈的錐形內側法蘭配合表面與法蘭的錐形外表面接觸并且偏壓法蘭的內表面使之抵靠管子的外表面。
42.一種用于將管子的一個端部密封到一個外部密封表面的方法，所述方法包括設置一種管子組件，所述管子組件包括一管子、一法蘭和一擋圈，其中管子包括一管子近端、一外表面和一擴張端部區(qū)域；其中擴張端部區(qū)域接近管子近端并且與之相連續(xù)；其中法蘭包括一個內表面；其中法蘭在管子的擴張端部區(qū)域的遠端非一體地圍繞管子設置；并且其中法蘭在管子擴張端部區(qū)域的遠端非一體地與管子固定，從而限制法蘭相對于管子的向近端的運動；以及通過朝著外部密封表面推動擋圈而將法蘭拉向外部密封表面，其中所述拉動引起法蘭密封表面偏壓管子的擴張端部區(qū)域，使之與外部密封表面密封接觸，并且其中所述推動偏壓法蘭的內表面使之抵靠管子的外表面。
43.如權利要求42所述的方法，其特征在于，管子是多層管，包括一最內層和一最外層，并且其中擴張端部區(qū)域是與管子的最內層結合成一體的并且基本不包括最外層。
44.如權利要求42所述的方法，其特征在于，法蘭具有一個錐形的外表面，擋圈具有一個錐形的內側法蘭配合表面，并且其中，所述推動使擋圈的錐形內側法蘭配合表面與法蘭錐形的外表面接觸并且偏壓法蘭的內表面使之抵靠管子的外表面。
45.一種管子組件，所述管子組件包括一管子，所述管子包括一管子近端、一外表面和一擴張的端部區(qū)域；并且其中擴張端部區(qū)域接近管子近端并且與之連續(xù)；一法蘭，其中所述法蘭具有一內表面，并且其中法蘭在所述管子的擴張端部區(qū)域的遠端非一體地圍繞所述管子設置；以及一擋圈，當擋圈相對于所述管子向近端推動時，所述擋圈偏壓所述法蘭的內表面使之抵靠所述管子的外表面。
46.如權利要求45所述的管子組件，其特征在于，所述管子是一種多層管，該多層管包括一最內層和一最外層，并且其中擴張端部區(qū)域與管子的最內層是結合成一體的，并且基本不包括最外層。
47.如權利要求45所述的管子組件，其特征在于，所述法蘭具有一錐形外表面，其中所述擋圈具有一個錐形內側法蘭配合表面。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于將管子的一個端部密封到一外部密封表面上的方法。該方法包括設置一管子組件，該管子組件包括一管子和一法蘭。管子包括一個管子近端和一個擴張端部區(qū)域。擴張端部區(qū)域與管子是結合成一體的，它接近管子的近端并且與之連續(xù)。法蘭是圍繞管子的擴張端部區(qū)域的遠端非一體地設置的。該方法還包括將法蘭在管子的擴張端部區(qū)域的遠端寬松地、非一體地固定到一管子上，從而限制法蘭相對于管子的向近端的運動。朝著外部密封表面拉動法蘭，這將引起法蘭的密封表面偏壓管子的擴張端部區(qū)域使之與外部密封表面密封接觸。本發(fā)明還論述了一種管子組件，該管子組件包括一具有錐形內側表面的擋圈和具有錐形外側表面的法蘭。本發(fā)明所揭示的方法和組件特別適用于連接若干段長度的多層管，尤其適于連接雙層管。
文檔編號F16L23/026GK1419639SQ01807169
公開日2003年5月21日 申請日期2001年3月22日 優(yōu)先權日2000年3月25日
發(fā)明者G·C·霍伊巴赫, J·D·特里普 申請人:非金屬資源股份有限公司