管道的活節連接件的製作方法

2023-05-20 08:26:46 2

專利名稱：管道的活節連接件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於活節連接第一和第二管道一一特別是從動力 單元供給的飛行器熱空氣供給系統的第一和第二管道一一的具有公差 補償可能性的連接件，其中第一管道的管端和第二管道的管端之間的間 隔由密封機構封閉。
背景技術：
在用於動力單元供給的熱空氣供給系統的管道連接件的已知設計 中，經常使用金屬材料的密封環，塑料材料的附加密封圏插入所述環內 以完成實際的密封功能。由於帶有密封圏的密封環在管端上滑動，所以 管道可以相對於彼此進行有限範圍的移動。在這種情況下，管端經常通 過內部連接裝置以活節連接方式相互連接並相互對齊，從而所要連接的 管道不會超過某一最小直徑，以保證在連接件的區域中能夠有足夠的體 積流量可以流過管道。
在動力單元供給的飛行器熱空氣供給系統的管道中，運行期間會產 生高溫高壓，並且伴隨著管道部分相對於彼此的振動和運動，導致所用 的塑料密封圏不成比例的高度磨損，這進而導致難於檢測的滲漏。這會 增加現在m^說是合理的成本，特別是對於航空安全領域，因為在這種 管道系統中使用現有的連接件會帶來很大的檢查和維護工作量。
此外，用來集成這些連接件的可用空間通常很有限，在許多情況下， 小直徑的管道必須以可活動方式連接到一起，從而帶有內部連接裝置的 連接件，其流動阻力對於小的管道直徑來說太高，不適於這種應用。另 夕卜，很大程度上，還要以活節連接方式來補償管勤目互之間的相對運動。
最後，還需要附加的公差補償，以在管道系統的組裝期間補償由於製造 條件而在目標系統內產生的誤差。

發明內容
因此本發明的一個目的是提供一種連接件，其大大避免了上述連接 件的公知方案的缺陷，並且儘可能全面地符合上述設計要求。
該目的通過具有權利要求1的特徵的連接件實現。
由於兩個管端都具有支撐環並且支撐環通過至少兩個布置在密封 機構外側的連接裝置彼此連接，所以根據本發明的連接件可用來連接相 對較小直徑的管道，因為不需要在待連接管道的內側布置連接裝置，所 以可以減小連接件區域的流動阻力。
在管端區域，支撐環與其剛性連接，例如通過周向焊縫等，從而該 連接是氣密且耐壓的。
根據連接件的一個優選實施方式，連接裝置被設計成至少在一些部 分是柔性的。藉助於密封機構外側的至少 一些部分為柔性設計的線來固 定相對的管端，使得通過本發明的連接件相連的管端良好的活節連接。
根據另 一優選實施方式，密封枳韻設有至少兩個由中心件相連的金 屬波紋管。金屬波紋管首先為所連管道之間的間隔提供了密封的、氣密 且耐壓的密封，上文已經介紹過，該密封是耐用的且幾乎在其使用期間 無需維護。使用兩個金屬波紋管允許連接件進行包括彎曲運動的運動， 因為在兩個金屬波紋管並排布置的情況下，管道的縱軸可以彼此平行移 動。當用金屬波紋管作為密封機構時，本發明的連接件幾乎是不拔磨損 且不用維護的。
根據進一步的優選實施方式，中心件是環形設計的並且在兩側至少 在一些部分上具有周向端唇，其中端唇伸入管道的內部區域。具有端唇 的中心件，端唇優選在其整個外周上，能使管端有效i^目互對中和/或對 齊。另外，端唇減小了摩擦面積。
根據另一優選實施方式，連接裝置布置在支撐環的外周區域上，從 而均勻間隔開。這種設計使得可以以最佳方式在管端之間高度對稱地傳 遞力。
根據另一優選實施方式，支撐環之間的連接裝置基本上平行於第一 管道的縱軸和第二管道的縱軸延伸。這種布置還用來增加本發明連接件 的對稱度，以改善待連接管道之間的力傳遞。
根據本發明的另一實施方式，連接裝置具有可以固定在支撐環上的 起始端裝配件。源自支撐環的力可以有效地通過連接裝置的起始端裝配 件傳遞。
根據另 一優選實施方式，起始端裝配件具有調節間隔的寬度的調節 裝置。調節裝置允許本發明的連接件更好地適應不同尺寸的安裝空間， 還能補償所產生的公差。
根據另一優選實施方式，連接裝置具有末端裝配件，其以可移動方 式結合在支撐環內，以補償第一和第二管道之間的相對移動。這大大防 止了由例如柔性鋼繩等形成的連接裝置承受壓縮力，而該連接裝置優選 承受主要在操作期間由於承壓時連接管道被拉開而產生的拉力。
根據另一優選實施方式，末端裝配件各自具有止動裝置。這限制了 當管端承壓和/或管端相對彼此移動時管端移開的程度。
根據另一優選實施方式，連接裝置特別由柔性鋼繩形成。這使得用 於固定支撐環的裝置的設計特別筒單，因為起始端裝配件和末端裝配件 特別容易壓到鋼繩等上以牢固地緊固。特別優選地，連接裝置由柔性的 優質鋼繩形成以抵抗腐蝕。代替提到的鋼繩或者優質鋼繩，連接裝置可 以用例如，橫截面不同於大致圓形的形狀的柔性部分形成。例如，彈性 繩或圓形鋼杆、長形的葉片形元件等可作為連接裝置。在對連接裝置的 耐高溫性和/或抗壓強度的要求不太嚴格的情況下，可以採用彈性的塑料 材料，特別是纖維強化的塑料材料。


附圖中
圖1示出了本發明的連接件的側視圖2示出了圖1所畫區域A的放大視圖，
圖3示出了具有內唇的中心件的另一種變型設計的示意圖。
附圖標記列表 1連接件
2 *^
3第一管道
4管端
5第二管道
6密封W^J
7金屬波紋管
8金屬波紋管
9緊固凸緣
10緊固凸緣
11緊固凸緣
12緊固凸緣
13中心件
14支撐環
15支撐環
16周向表面
17周向表面
18座架
19座架
20座架
21座架
22鋼繩
23鋼繩
24坐標系
25起始端裝配件
26起始端裝配件 27調節裝置 28調節裝置 29末端裝配件 30末端裝配件 31止動裝置 32止動裝置 33螺紋螺母 34螺紋螺母 35鎖緊螺母 36鎖緊螺母 37孔 38孔 39寬度 40間隔 41墊片 42墊片 43孑L 44孔
45縱軸(第一管道)
46縱軸(第二管道)
47端唇
48端唇
49內表面
50內表面
51凹部
52凹部
53內部區域
54內部區域
55中央部分(中心件)
56縫隙
57高度
58長度
59中心件
60端唇
61滑環
62端部區域
63槽
64材料厚度
具體實施例方式
在附圖中相同的結構元件具有相同的附圖標記。
圖1示出了本發明連接件的側視圖。管道3的管端2通過本發明的 連接件1連接到第二管道5的管端4。管端2、 4通過密封機構6封閉以 提供氣密耐壓的密封。密封機構6包括兩個並排布置的金屬波紋管7、8。
根據通過連接件1所傳導的介質的溫度和/或壓力，由其它材料例如 塑料等製成的波紋管可用來取代金屬波紋管7、 8。
金屬波紋管7、 8具有緊固凸緣9至12。金屬波紋管7的緊固凸緣 9通過例如周向焊縫連接到第一管道3的管端2區域，從而實現氣密耐 壓密封。相應地，金屬波紋管8的緊固凸緣12通過氣密耐壓焊縫連接 到第二管道5的管端4區域。中心件13布置在金屬波紋管7、 8之間。 金屬波紋管7、 8還利用緊固凸緣10、 ll通過周向氣密耐壓焊縫剛性連 接到中心件13上。因為中心件13部分地由金屬波紋管7、 8覆蓋，所 以中心件13部分由虛線表示。除了具有摺疊式結構外，金屬波紋管7、8各自具有基本中空的圓筒形設計。
另外，支撐環14、 15布置在與管端2、 4相對的區域中。支撐環14、 15還優選通過周向氣密耐壓焊縫剛性連接到管道3、5的管端2、4區域。 座架18至21通過例如焊楱接頭固定到支撐環14、 15的兩個周向區域。 座架18至21也可以通過鑄造、*等方式與支撐環14、 15—體成形。 代替焊縫，金屬波紋管7、 8和支撐環14、 15也可以通過翻邊、收縮或 者類似方法氣密耐壓地連接到管端2、 4。
在示出的示例性實施方式中，支撐環14、 15通過兩才艮鋼繩22、 23 以活節連接或可動的方式相互連接。如圖所示的坐標系24示出了 x、 y、 z軸的空間位置。
也可以使用其它的柔性連接方式，例如任意幾何截面形狀的柔性部 分，比如彈簧鋼圓杆、螺旋彈簧、片簧等。在不需要連接件具有太高的 抗壓強度和耐熱性時，特別可以使用纖維加強塑料材料。這裡的決定性 因素是連接裝置必須至少在橫向於x軸的方向的部分上具有柔性和/或 彈簧彈性設計。鋼繩22、 23由於直徑相對較小且x軸方向的長度足夠 長，所以作為連接裝置通常能很好地符合該要求。鋼繩22、 23的直徑 和長度的尺寸彼此確定成作為特別是管道3、 5內的壓力因而也就是連 接件l內的壓力、以及管端2、 4之間距離的函數。
鋼繩22、 23設置有起始端裝配件25、 26、調節裝置27、 28和末端 裝配件29、 30、以及止動裝置31、 32。起始端裝配件25、 26和末端裝 配件29、 30通過例如壓配合固定到鋼繩22、 23的端部。也可以用其它 的緊固方式。起始端裝配件25、 26具有螺紋或類似結構，從而鋼繩22、 23可以通過螺紋螺母33、 34和鎖緊螺母35、 36固定在座架18、 19的 孔37、 38內。起始端裝配件25、 26上的螺紋與螺紋螺母33、 34及鎖 定螺母35、 36—起構成了實際的調節裝置27、 28，通過該調節裝置， 管端2、 4之間的間隔40的寬度39可以連續可變以補償與x軸方向平 行的公差。另外，僅在間隔40處從允許管端2、 4之間相對移動。
末端裝配件29、 3(H殳有例如墊片41、 42，作為限制管端2、 4在平 行x軸方向上相互遠離的止動裝置31、 32。為此，墊片41、 42具有比 座架20、 21上的孔43、 44更大的直徑。孔37、 38優選具有和孔43、 44大致相同的直徑，從而鋼繩22、 23也可以在支撐環14、 15之間偏置
180。。必要時，墊片41、 42可以i史計成與末端裝配件29、 30—體成型 並且通過鑄造或者縮鍛工藝加工而成。
此外，代替螺紋螺母33、 34以及鎖定螺母35、 36,起始端裝配件 25、 26可以通過其它裝置固定到座架18、 19的孔37、 38中，以改變鋼 繩22、 23的有效長度和/或調整鋼繩22、 23的長度。
末端裝配件29、 30也以可平行於x軸移動的方式容納在孔43、 44 內，從而鋼繩22、 23主要承栽張力，而沒有壓縮力，無論連接件l的 操作狀態為何。
因為支撐環14、 15通過柔性鋼繩22、 23固定，所以第一和第二管 道3、 5的縱軸45、 46最初可以平4亍於y軸移動，其中縱軸45、 46在 空間內基本上保持相互平行定向。在這種情況下，管端2、 4的相對移 動可以平行於y軸量級達到10mm。另外，管道3、 5也可以在連接件1 區域中"變彎(buckled)",其中縱軸45、 46可以形成高達20。的角。 管端2、 4平行於x軸的移動主要受金屬波紋管7、 8的展開和/或縮短能 力以及鋼繩22、 23的有效長度的限制，鋼繩的有效長度由調節裝置27、 28和止動裝置31、 32預調節。管端2、 4在這種情況下可以平行於x 軸相對移動達10mm。然而，並沒有為管端2、 4之間的繞x軸的扭轉 移動提供補償，因為金屬波紋管7、 8不被設計成用於承受這種扭轉載 荷。
中心件13——其優選是環形或者中空圓筒形的設計，如圖l虛線所 示一一的所有側面都由金屬波紋管7、 8包圍，從而其淨皮氣密密封。中 心件13的兩側設置有優選為連續的周向端唇47、 48。在連接件l的任 意調整和運動中，端唇47、 48延伸超過管端2、 4i^到第一和第二管 道內，但是在所示連接件1的延伸狀態下一般不接觸第一和第二管道3、 5的內表面49、 50。
端唇47、 48—般不接觸第一和第二管道3、 5的內表面49、 50,直 到管端2、 4呈現相對移動為止。更合適地，在端唇47、 48和內表面49、 50之間有一個窄的周向間隙，以確保第一和第二管道3、 5的管端2、 4 之間仍能充分地相對於彼此移動，同時使摩擦面積最小。在中心件13 的端唇47、 48後面的區域中，周向環形凹部51、 52各自連接到端唇47、 48。設置凹部51、 52主要確保在管道3、 5相對彼此移動時，管道3、 5
的內表面49、 50僅與端唇47、 48區域的這些內表面接觸。端唇47、 48 和凹部51、 52都可以通過已知的變形方法引入中心件13，例如，通過 衝壓、深拉、縮鍛等。除了端唇47、 48和凹部51、 52，如上文所述， 中心件13具有大致中空的圓筒形幾何設計。
凹部51、 52通常改善了連接件1的活動性，並使摩擦面積的尺寸 最小化。中心件13主要用於引導金屬波紋管7、 8並且使其相互對中。 其中，這確保了在管端2、 4之間的活節連接運動不會太大影響金屬波 紋管7、 8的機械整體性的情況下的縱軸45、 46之間的角度以及縱軸45 與縱軸46之間的平行於y軸的任意平行移動得以持久減小。
在端唇47、 48區域，中心件13具有比管道3、 5的內徑稍小的直 徑，從而端唇47、 48可以至少稍孩i伸入管道3、 5的內部區域53、 54。 在中心件13的中央部分55區域，中心件13的外徑大致對應於第一和 第二管道3、 5的外徑。在凹部51、 52區域，中心件13的外徑優選略 小於中心件13在端唇47、 48區域的外徑。和這個不一樣的尺寸情況也 是可以的。
本發明的連接件1理想地適用於外徑高達約160mm的管道3、 5的 活節連接，其中穿過這些管道和連接件所引導的介質壓力可達20巴， 溫度可達850。 C，這取決於連接件1的自構件所用的材料。如果金屬 材料，特別是鈥、優質鋼、能夠支撐極限負載的合金鋼和能夠充分承受 機械載荷的耐高溫鋁合金用於製造第一第二管道3、 5、金屬波紋管7、 8、支撐環14、 15和中心件13,則可達到上述負載值。如果要以活節連 接方式連接外徑大於50mm的管道3、 5，則可以布置三根或者更多優 選均勻分布在支撐環14、 15的外周區域16、 17上的鋼繩，來代替圖示 的兩才艮鋼繩22、 23。由於在第一和第二管道3、 5的內部區域53、 54 內不設置連接元件就有可能將管端2、 4活節連接，所以本發明的連接 件1獲得了的極小的流動阻力。
圖2示出了圖1所畫區域A的放大視圖，其中連接件l處於伸展位置。
中心件13在管端4的區域中幾乎擱置在第二管道5的內表面50上， 同時端唇48與內表面50不直M觸而是分開窄的間隙56。間隙56的 寬度可以為10mm大，這取決於要得到的連接件1的活動程度和/或第一和第二管道3、 5之間的橋接角度。對於其他應用，本發明的連接件l 可以橋接更大的間隙尺寸。在中心件13的凹部52區域，還是如圖2所 示，具有比端唇48區域更小的外徑。端唇48相對於凹部52上側的高 度57必須確保在連接件1的各種可能操作狀態下只有端唇48接觸第二 管道5的內表面50。在這種情況下，端唇48總是深入到第二管道5的 管端4內一段短距離以為連接件1提供活節連接特性和/或活動性。在圖 2的圖示中，中心件13伸入管端4的長度為長度58，以示出這種情況， 該長度確保了足夠的引導並防止管端2、 4相互傾斜和/或卡住，從而確 保了連接件1在所有情況下的活節連接特性。相應的考慮也適用於未在 圖2中示出的中心件13的端唇47相對於第一管道3的內表面49的設 定。
圖3示出了中心件上的端唇的一個實施方式。與中心件13相反， 所示中心件59具有大致中空的圓筒形外形且沒有凹部，其通過例如沖 壓等方法製造，且沒有通過縮鍛等製成端唇。這提供了一種製造中心件 59的簡化方法，這在使用鈦或者優質鋼時尤為有利。
在這種情況下中心件59的端唇60通過滑上一適當成型的、分開的 滑環61形成，該滑環具有大致如圖3所示截面形狀。為了在中心件59 的端部區域62上緊固滑環61,在滑環61的一側設置周向槽63,其寬 度優選略小於中心件59的材料厚度64，以保證滑環61能夠在連接件1 的所有可想得到的操作狀態下都能充分牢固地緊固在中心件59上。
為了進一步在中心件59上固定滑環61 ，滑環61可以具有止動裝置， 其未在圖3中詳細示出，其可以與中心件59上相應該:計的止動機構齧 合。未在圖3中示出的中心件59的第二端唇具有和端唇60相同的結構 設計。
滑環61通過優選具有低滑動摩擦係數的塑料材料或相應金屬材料 製成。滑環61大大減小了由第一和第二管道3、 5的內表面49、 50分 別與中心件13、 59的相對運動而在該結構中產生的不可避免的滑動摩 擦過程所致的磨損等風險。這裡，中心件13、 59不再製成整體而是各 具有兩個分開的滑環。
本發明的連接件1特別用於連接從動力單元供給的熱空氣供給系統 中的外徑達到160mm的管道3、 5，其中淨皮導引穿過管道3、 5的熱空
氣溫度達到260。C、壓力達到6.5巴。
連接件l的各子構件，特別是中心件13、支撐環14、 15、座架18 -21、緊固凸緣9至12、金屬波紋管7、 8、起始端和端部裝配件25、 26、 29、 30、螺紋螺母33、 34、鎖緊螺母35、 36和墊片41、 42優選由 鈦製成。第一和第二管道3、 5優選由鈦製成。
可替代地，高強度耐高溫的合金鋼、優質合金鋼、或者具有高^ 強度和足夠耐高溫性的鋁合金可以用於所提到的連接件1的所有自構件 以及第一和第二管道3、 5。鋼繩22、 23可以由高強度鋼、彈簧鋼或者 優質鋼構成。
無論管道3、 5的活節連接怎樣，本發明的連接件1都可以吸收高 達10,000N的拉力。另一方面，連接件1不能吸收任何明顯程度的壓縮 力，因為用鋼繩22、 23作為連接裝置，其基本上只能承受拉伸載荷。
權利要求
1.一種用於活節連接第一和第二管道(3、5)、特別是從飛行器的動力單元供給的熱空氣供給系統的第一和第二管道(3、5)的具有公差補償可能性的連接件(1)，其中第一管道(3)的管端(2)和第二管道(5)的管端(4)之間的間隔(40)由密封機構(6)封閉，其特徵在於兩個管端(2、4)各自具有支撐環(14、15)，其中支撐環(14、15)通過至少兩個布置在密封機構(6)外側的連接裝置彼此連接。
2. 如權利要求1所述的連接件(1 )，其特徵在於連接裝置至少一些 部分是柔性設計。
3. 如權利要求1或2所述的連接件(1),其特徵在於密封機構(6) 由通過中心件(13、 59)連接的至少兩個金屬波紋管(7、 8)形成。
4. 如權利要求1至3中任一項所述的連接件(1 )，其特徵在於中心 件(13、 59)為環形設計並且在兩側至少在一些部分上具有周向端唇(47、 48、 60)，所述端唇延伸到管道(3、 5)的內部區域(53、 54)。
5. 如權利要求1至4中任一項所述的連接件(1),其特徵在於連接 裝置布置成在支撐環(14、 15)的周向表面(16、 17)的區域中基本上均 勻間隔開。
6. 如權利要求1至5中任一項所述的連接件(1),其特徵在於支撐 環(14、 15)之間的連接裝置基本上平行於第一管道(3)的縱軸(45)和 第二管道(5)的縱軸(46)延伸。
7. 如權利要求1至6中任一項所述的連接件(1),其特徵在於連接 裝置具有能夠固定到支撐環(14、 15)內的起始端裝配件(25、 26)。
8. 如權利要求1至7中任一項所述的連接件(1),其特徵在於起始 端裝配件(25、 26)具有用來調節間隔(40)寬度的調節裝置(27、 28)。
9. 如權利要求1至8中任一項所述的連接件(1 )，其特徵在於連接 裝置具有末端裝配件(29、 30)，其以可移動方式容納在支撐環(14、 15) 內以補償第一和第二管道(3、 5)之間的相對移動。
10. 如權利要求1至9中任一項所述的連接件(1 )，其特徵在於末端 裝配件(29、 30)具有止動裝置(31、 32)。
11. 如權利要求1至10中任一項所述的連接件(1),其特徵在於連 接裝置特別是由柔性鋼繩(22、 23)形成。
全文摘要
本發明涉及一種用於活節連接第一和第二管道(3、5)、特別是從飛行器的動力單元供給的熱空氣供給系統的第一和第二管道(3、5)的具有公差補償可能性的連接件(1)，其中第一管道(3)的管端(2)和第二管道(5)的管端(4)之間的間隔(40)由密封機構(6)封閉。根據本發明，兩個管端(2、4)各自具有支撐環(14、15)，其中支撐環(14、15)通過至少兩個布置在密封機構(6)外側的連接裝置彼此連接。至少兩個金屬波紋管(7、8)優選用作密封機構(6)，其幾乎可以實現免維護操作。鋼繩(22、23)優選用作連接裝置。特別地，直徑達到160mm的管道(3、5)，根據所用材料其期望引導溫度高達850℃和壓力高達20巴的介質，可以通過本發明的連接件(1)彼此活節連接。
文檔編號F16L27/00GK101184950SQ200680018459
公開日2008年5月21日 申請日期2006年5月26日 優先權日2005年5月27日
發明者霍斯特-迪特爾·羅韋德爾 申請人:空中巴士德國有限公司