專利名稱：松套法蘭式喇叭管接頭及使用其的鋼管的接合方法
松套法蘭式喇叭管接頭及使用其的鋼管的接合方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及將法蘭用螺栓連結(jié)而接合配管類的管接頭，更具體地，涉及具有在鋼管的端部設(shè)置的喇叭形部和與該喇叭形部抵接的松套法蘭的機械式接頭。
本申請要求2008年3月24曰提交的日本專利申請第2008一075953號的優(yōu)先權(quán)，并在此引用其內(nèi)容。
背景技術(shù)：
對于輸送水1空氣1蒸汽等流體的屋內(nèi)配管的接合，可使用將法蘭用螺栓連接的機械式接頭。此類機械式接頭的法蘭，通過在鋼管的端部焊接或使在鋼管的端部設(shè)置的喇叭形部抵接松套法蘭等方法，而設(shè)置于鋼管的端部。
近年來，不需要焊接1可在施工現(xiàn)場簡便地進行喇叭形加工1施工時間也可縮短的松套法蘭式喇叭管接頭的需要正在提高。此外，對于屋內(nèi)配管，通常在鋼管上進行不產(chǎn)生軸向力和彎曲的配管設(shè)計，并由松套法蘭式管接頭來接合配管(例如，專利文獻l12)。
但是，在現(xiàn)場的施工時產(chǎn)生了應(yīng)對對位等的需要，在鋼管及接頭上有時作用有彎曲應(yīng)力和拉伸應(yīng)力。此外，在配管內(nèi)通過蒸汽等高溫流體的情況下，在鋼管及接頭上有時作用有熱膨脹及收縮引起的軸向應(yīng)力和彎曲應(yīng)力。再有，也需要考慮在鋼管及接頭上作用有過度的軸向力1彎曲載荷的情形，例如，也存在需要足夠耐震性的情況。
此外，在配管上作用有過大載荷的情況下，載荷在將鋼管接合的接頭上特別集中。但是，在作用有此類過大外力時可保持輸送流體的密封性的接頭到目前為止還沒有開發(fā)出來。再有，提出了一種內(nèi)壓越高越增加密封力的松套法蘭式管接頭(例如，專利文獻3)。但是，在該技術(shù)中，在作用有軸向力和彎曲載荷時也不能確保密封性。
此外，也提出了提高喇叭形加工部的強度和疲勞特性的方法(例如，專利文獻415)。但是，這只是提高已加工成形的喇叭形部的特性的發(fā)明，對于松套法蘭式喇叭管接頭的密封性沒有考慮。
另一方面，作為以在法蘭部施加應(yīng)力時的耐破壞特性的提高為目的的管接頭，提出了將與喇叭形部的法蘭的接觸面加工成錐形的松套法蘭式喇叭管接頭(例如，專利文獻6)。但是，為形成具有此類錐形形狀的喇叭形部，需要在加工途中更換工具，喇叭形部的擴口加工的工序變復(fù)雜。
專利文獻l日本特開2007—211811號公報[OO10] 專利文獻2日本特開2000—55239號公報[OO11] 專利文獻3日本登記實用新型第3136954號公報[OO12] 專利文獻4日本特開2005—351383號公報[OO13] 專利文獻5日本特開平5—329557號公報[OO14] 專利文獻6日本實開平7—22193號公報

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是在鋼管的端部設(shè)置喇叭形部、在鋼管的接合部將喇叭形 部的端面對接并由松套法蘭夾持的松套法蘭式喇叭管接頭中，改進在作用有特別大的外力 時的密封性。本發(fā)明涉及控制喇叭形部的端面的角度、改進在作用有特別大的拉伸、彎曲等應(yīng) 力時的密封性的松套法蘭式喇叭管接頭，其主旨如下。本發(fā)明的松套法蘭式喇叭管接頭具有在兩根鋼管的端部分別形成的喇叭形部、和 分別與上述喇叭形部抵接的松套法蘭，上述喇叭形部的端面相對于上述鋼管的中心軸的角 度 θ ]為 87° 89°。在本發(fā)明的松套法蘭式喇叭管接頭中，還可有在上述喇叭形部間插入的墊圈。上 述喇叭形部經(jīng)插入上述墊圈而對接，上述喇叭形部也可由上述松套法蘭夾持。使用本發(fā)明的松套法蘭式喇叭管接頭的鋼管的接合方法包括通過將鋼管的端部 進行擴口加工，而形成喇叭形部的工序，上述喇叭形部的端面相對于上述鋼管的中心軸的 角度θ ]為87° 89° ；將在兩根上述鋼管的端部分別形成的上述喇叭形部對接的工 序；將上述已對接的喇叭形部用兩個松套法蘭夾持，而機械性連結(jié)的工序。在本發(fā)明的使用了松套法蘭式喇叭管接頭的鋼管的接合方法中，可插入墊圈而將 上述喇叭形部對接。根據(jù)本發(fā)明，即使在配管的接合部的松套法蘭式喇叭管接頭上作用有過度的拉伸 載荷、彎曲載荷等的情況下，也可將配管內(nèi)的輸送流體密封，工業(yè)上的貢獻極為顯著。


圖1是本發(fā)明一個實施方式的松套法蘭式喇叭管接頭的一個實例的示意圖
圖2是表示喇叭形部端面角度θ的圖。
圖3是表示喇叭形部端面角度θ對于對接部的接觸面壓力的影響的圖。
圖4是表示喇叭形部端面角度θ對于密封性的影響的圖。
圖5是喇叭形加工的示意圖。
圖中標記說明
1,1a, Ib 鋼管
2，2a，2b 喇叭形部
3 墊圈
4a, 4b 松套法蘭
5 螺栓
6 螺母
7:錐體
8 鋼管的中心軸
9 喇叭形部的端面
具體實施例方式
下面參照附圖來對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行詳細說明。此外，在本說明書及附圖中，對于具有實質(zhì)相同功能構(gòu)成的構(gòu)成要素，通過標以相同標記而省略重復(fù)說明。在圖1中，示意性舉例表示本發(fā)明一個實施方式的松套法蘭式喇叭管接頭的一部 分。本實施方式的松套法蘭式喇叭管接頭具有使兩根鋼管la、Ib的端部(接合部)擴展而 形成的凸緣狀的喇叭形部2a、2b ；與喇叭形部2a、2b抵接的松套法蘭4a、4b。該松套法蘭式喇 叭管接頭的構(gòu)造為在兩根鋼管la、lb的接合部，通過墊圈3使喇叭形部2a、2b對接，將該已 對接的兩喇叭形部2a、2b從其兩側(cè)用松套法蘭4a、4b夾持，并用螺栓5和螺母6機械性連結(jié)。再有，在本申請的附圖中，將螺栓5和螺母6的大小以及松套法蘭4a、4b的厚度相 對于鋼管la、lb比實際大地進行描繪，以使其位置關(guān)系明確。因此，附圖中各部件的尺寸比 及鋼管la、lb的中心軸8的相對位置，與實際的喇叭管接頭不一定一致。更詳細地說明，鋼管la、lb在各自的端部具有通過擴口加工而形成的喇叭形部 2a、2b。喇叭形部2a、2b是為了將兩根鋼管la、lb相互接合而將鋼管la、lb的端部以向其 外側(cè)彎折的方式擴展的已被成形加工(即，喇叭形加工)的部分。在該喇叭形部2a、2b上，分別抵接有松套法蘭4a、4b。該松套法蘭4a、4b(以下稱 為法蘭4a、4b)是具有比鋼管la、lb的外徑大的內(nèi)徑的通孔的圓環(huán)狀法蘭。在該法蘭4a、4b 的通孔內(nèi)穿過鋼管la、lb，在沒有連結(jié)時，法蘭4a、4b的內(nèi)周面可沿鋼管la、lb的外周面滑 動。再有，法蘭4a、4b抵接喇叭形部2a、2b且不能從鋼管la、lb的端部取下。鋼管la、Ib的喇叭形部2a、2b的端面9 (參照圖2)之間根據(jù)需要插入墊圈3而對 接。墊圈3是例如具有與喇叭形部2a、2b的外徑相同大小的外徑的圓環(huán)狀密封部件，具有將 已對接的兩個喇叭形部2a、2b的端面9之間密封的功能。喇叭形部2a、2b的對接部從其兩 側(cè)(作為與對接面相對的外側(cè)面的鋼管la、lb的外周面?zhèn)鹊拿?由上述法蘭4a、4b夾持， 將法蘭4a、4b用螺栓5和螺母6連結(jié)。對使用該松套法蘭式喇叭管接頭來將鋼管la、Ib接合的順序進行說明。首先，在相對配置的鋼管Ia的喇叭形部2a和鋼管Ib的喇叭形部2b之間插入墊 圈3，在該狀態(tài)下將喇叭形部2a的端面9和喇叭形部2b的端面9對接。其次，將該已對接 的喇叭形部2a、2b從其外側(cè)用法蘭4a、4b夾持。然后，用穿過法蘭4a、4b的螺栓5和螺母 6，將法蘭4a、4b機械連結(jié)、固定。這樣，從兩側(cè)按壓喇叭形部2a、2b。通過以上操作，可使用 該接頭將兩根鋼管la、Ib適當?shù)亟雍稀Ｔ儆?，作為將法蘭4a、4b固定的構(gòu)件，并不限于上述 螺栓5和螺母6的實例，只要是能夠?qū)⒎ㄌm4a、4b機械連結(jié)、固定的構(gòu)件，可使用任意固定 部件。此外，在圖1中，雖然僅表示各一個螺栓5和螺母6，但也可使用兩個以上的多個螺栓 5和螺母6。此外，在輸送水、空氣、蒸汽等的配管中使用STPG(JIS G 3454)和SGP(JIS G 3452)等配管材料，其外徑是50A 350A，100A左右的鋼管為主流。因此，本發(fā)明的發(fā)明人 通過假設(shè)100A的SGP配管的有限元法解析(FEA)，來分析對松套法蘭式喇叭管接頭的密封 性產(chǎn)生影響的設(shè)計要素。其結(jié)果，發(fā)明人注意到的是圖2所示的喇叭形部2的端面9相對于鋼管1的中心軸 8的角度θ ](以下稱為喇叭形部端面角度θ )。在圖3中表示該喇叭形部端面角度θ 和在松套法蘭式喇叭管接頭的對接部產(chǎn)生的面壓力分布的關(guān)系。圖3表示在將具有各種喇 叭形部端面角度θ的松套法蘭式喇叭管接頭用螺栓5和螺母6連結(jié)且作用有相當于SOMPa 的彎曲載荷時在對接部的墊圈3上產(chǎn)生的接觸面壓力和該接觸面壓力產(chǎn)生的位置(離墊圈內(nèi)徑的位置(mm))之間的關(guān)系。從圖3所示的FEA所產(chǎn)生的解析結(jié)果可知，隨著喇叭形部端面角度θ變小，當彎 曲載荷作用時在墊圈3上產(chǎn)生的面壓力增高。因此，可以認為，在作用有彎曲載荷和拉伸載 荷的情況下，喇叭形部端面角度θ越小，則接頭的密封性越高。因此，制造使喇叭形部端面角度θ發(fā)生各種變化的喇叭形鋼管1，并進行接頭的 密封性的評價試驗。首先，將兩根100Α (外徑114. 3mm,厚度4. 5mm)的SGP鋼管IaUb進行喇叭形加 工，形成喇叭形部2a、2b。使法蘭4a、4b抵接該喇叭形部2a、2b，插入墊圈3將兩喇叭形部 2a、2b對接并將法蘭4a、4b用螺栓5和螺母6連結(jié)，從而制成松套法蘭式喇叭管接頭。其次，對松套法蘭式喇叭管接頭填充IMPa的空氣并施加拉伸軸向力，同時，求出 觀察到空氣壓力急劇下降時的負載載荷(泄漏載荷)。用鋼管的管體屈服強度除以該泄漏 載荷，而算出密封性指標α ]。再有，鋼管的管體屈服強度通過從與形成喇叭形部2的 鋼管1相同批次的鋼管采集試驗片進行拉伸試驗來測定。圖4表示通過上述評價試驗而得到的密封性指標α和喇叭形部端面角度θ的關(guān) 系。由其可知，隨著喇叭形部端面角度θ的減小，密封性指標α增加，密封性提高。特別 地，可實踐證明的是，在喇叭形部端面角度θ不滿89°時，密封性指標α為80%以上，密 封性的耐載荷特性提高。但是，在喇叭形部端面角度θ不滿87°時，當接頭連結(jié)時或作用 有軸向力時墊圈3破損。這可推測為，接觸面壓力局部過大，超過了墊圈3的耐載荷抵抗力。以上通過實管試驗確認到，為了能在作用有相對于管體的屈服載荷80%以上的軸 向力之前保持氣密且不使墊圈3破損，將喇叭形部端面角度θ控制在87°以上、89°以下 的值是重要的。再有，根據(jù)圖4的結(jié)果，如果喇叭形部端面角度θ為88°以下，則密封性指 標α為90%以上，所以通過使喇叭形部端面角度θ為87° 88°，可進一步提高密封性 能。再有，關(guān)于在本實施方式的鋼管1的端部形成喇叭形部2的加工法，雖然沒有將其 限定，但是，例如如圖5所示那樣采用使鋼管1及錐體7 (圓錐輥)轉(zhuǎn)動，并相對地重復(fù)進行 自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)而使其接觸的方法較理想。通過該方法，如果逐漸增大錐體7的軸和鋼管1的 軸所成的角度，則可逐漸增大喇叭形部端面角度θ，并可精度良好地控制喇叭形部端面角 度θ。
實施例其次，作為本發(fā)明的實施例，對于在各種鋼管1中評價使喇叭形部端面角度θ變 化時的密封性指標α的試驗進行說明。在本試驗中，首先，用圖5所示的方法來將各種SGP鋼管1的端部擴口加工，形成 喇叭形部2。而且，測定該喇叭形部端面角度θ (圖2)。將具有相同喇叭形部端面角度θ 的兩根鋼管la、lb作為一組來使用，使松套法蘭4a、4b抵接喇叭形部2a、2b。然后，插入墊 圈3將喇叭形部2a、2b的端面9、9之間對接，用螺栓5和螺母6連結(jié)，從而制造松套法蘭式 喇叭管接頭。如表1所示，試驗所使用的SGP鋼管是尺寸65A 200A的鍛接鋼管及電縫鋼 管。再有，從這些鋼管另采集拉伸試驗片，測定屈服強度。還有，在本試驗中，作為墊圈3，使用二 f 7 7株式會社制“通用NA連接密封圈TOMBO No. 1995”。該墊圈3是無機纖維、芳族聚酰胺纖維、無機填充劑以及粘接劑配合耐油 性合成橡膠的非石棉連接密封圈。該墊圈3的尺寸如下。此外，其規(guī)格是JIS F06 02HJ、 ASTM104F712100-B5E12M5。再有，該墊圈3是在本試驗中使用的實例，本發(fā)明的墊圈3并不 限于該實例。⑴尺寸65A的鋼管墊圈3的外徑124mm、內(nèi)徑77mm、厚度3mm(ii)尺寸100A的鋼管墊圈3的外徑159_、內(nèi)徑115_、厚度3_(iii)尺寸200A的鋼管墊圈3的外徑270mm、內(nèi)徑218_、厚度3_在松套法蘭式喇叭管接頭封入IMPa的空氣后施加拉伸軸向力，同時，求出壓力 急劇下降時的載荷(泄漏載荷)。用管體的屈服載荷除該泄漏載荷，而算出密封性指標 α [% ]0將該試驗結(jié)果在下面的表1中表示。表 1 在實施例1 12中，θ在本發(fā)明的范圍內(nèi)(87° 89° )，α為80%以上。與之 相對，在比較例1 4、6 10、13 16中θ過大，所以α不滿80%。此外，在喇叭形部端 面角度θ過小的比較例5、11、12、17中，在接頭連結(jié)時或作用有拉伸載荷時墊圈3破損。因此，根據(jù)該試驗結(jié)果，在喇叭形部端面角度θ大于89°時，密封性指標α不滿 80%，不能得到期望的密封性能。另一方面，在θ不滿87°時，墊圈3破損。因此，不是在 任何場合都適用。與之相對，已經(jīng)驗證的是，如果喇叭形部端面角度θ為87°以上89° 以下，則密封性指標α為80%以上，即使在接頭上作用有過大外力時也能發(fā)揮良好的密封 性，且墊圈3也沒有破損。以上，對本實施方式的松套法蘭式喇叭管接頭進行詳細說明。根據(jù)本實施方式，通 過將鋼管1的喇叭形部端面角度θ調(diào)整為適當?shù)慕嵌?87° 89° )，可適當提高對于在 已對接的喇叭形部2之間插入的墊圈3的接觸面壓力。因此，在地震時等，即使在接頭上作 用有過度的拉伸載荷、彎曲載荷等的情況下，也可確保接頭的密封性，并可防止配管內(nèi)的輸 送流體的泄漏。此外，在本實施方式的松套法蘭式喇叭管接頭中，為提高鋼管1的接合部的密封 性，在將喇叭形部2進行擴口加工時僅調(diào)整喇叭形部端面角度θ即可。因此，不需要如上 述對比文件6那樣為形成具有錐形形狀的喇叭形部而在成形加工途中改變工具。因此，可 使喇叭形部2的擴口加工的工序簡便。雖然以上參照附圖來對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細說明，但本發(fā)明并不限于該 實例。明顯地，如果是具有本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的公知常識的人員，則在專利請求保護的范 圍內(nèi)記載的技術(shù)思想的范疇內(nèi)可得到各種變形例和修正例，對于此，可知其當然也屬于本 發(fā)明的技術(shù)范圍。工業(yè)實用性
本發(fā)明的松套法蘭式喇叭管接頭即使在作用有過度的拉伸載荷、彎曲載荷等的情 況下也可將配管內(nèi)的輸送流體不泄漏地密封。因此，可適用于要求足夠耐震性的現(xiàn)場。此 外，即使是像在配管內(nèi)通過蒸汽等高溫流體的情況那樣，在接頭上作用有熱膨脹及收縮所 引起的軸向應(yīng)力及彎曲應(yīng)力的情況下，也可將配管內(nèi)的輸送流體不泄漏地密封，所以可用 作高溫流體流通的配管的接頭。
權(quán)利要求
一種松套法蘭式喇叭管接頭，其特征在于具有在兩根鋼管的端部分別形成的喇叭形部、和分別與上述喇叭形部抵接的松套法蘭，上述喇叭形部的端面相對于上述鋼管的中心軸的角度θ(°)為87°～89°。
2.一種使用了松套法蘭式喇叭管接頭的鋼管的接合方法，其特征在于，包括通過將鋼管的端部進行擴口加工而形成喇叭形部的工序，上述喇叭形部的端面相對于 上述鋼管的中心軸的角度θ )為87° 89° ；將在兩根上述鋼管的端部分別形成的上述喇叭形部對接的工序；以及 將上述已對接的喇叭形部用兩個松套法蘭夾持，而機械性連結(jié)的工序。
全文摘要
該松套法蘭式喇叭管接頭，具有在兩根鋼管的端部分別形成的喇叭形部和、分別與喇叭部抵接的松套法蘭，喇叭形部的端面相對于鋼管的中心軸的角度θ[°]為87°～89°。該鋼管的接合方法，包括以上述角度θ[°]為87°～89°的方式在鋼管的端部形成喇叭形部的工序；將在兩根鋼管的端部分別形成的喇叭形部對接的工序；以及將已對接的喇叭形部用兩個松套法蘭夾持，而機械性連結(jié)的工序。
文檔編號F16L23/026GK101932866SQ20098010353
公開日2010年12月29日 申請日期2009年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月24日
發(fā)明者佐藤哲, 津留英司, 近藤哲己, 長谷川宏 申請人:新日本制鐵株式會社