CN101184950B - 管道的活节连接件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于活节连接第一和第二管道(3、5)、特别是从飞行器的动力单元供给的热空气供给系统的第一和第二管道(3、5)的具有公差补偿可能性的连接件(1)，其中第一管道(3)的管端(2)和第二管道(5)的管端(4)之间的间隔(40)由密封机构(6)封闭。根据本发明，两个管端(2、4)各自具有支撑环(14、15)，其中支撑环(14、15)通过至少两个布置在密封机构(6)外侧的连接装置彼此连接。至少两个金属波纹管(7、8)优选用作密封机构(6)，其几乎可以实现免维护操作。钢绳(22、23)优选用作连接装置。特别地，直径达到160mm的管道(3、5)，根据所用材料其期望引导温度高达850℃和压力高达20巴的介质，可以通过本发明的连接件(1)彼此活节连接。

Description

管道的活节连接件

本申请要求2005年5月27日提交的德国专利申请No.102005024414.9的优先权，其公开内容通过参考在此引入。

技术领域

本发明涉及一种用于活节连接第一和第二管道——特别是从动力单元供给的飞行器热空气供给系统的第一和第二管道——的具有公差补偿可能性的连接件，其中第一管道的管端和第二管道的管端之间的间隔由密封机构封闭。

背景技术

在用于动力单元供给的热空气供给系统的管道连接件的已知设计中，经常使用金属材料的密封环，塑料材料的附加密封圈插入所述环内以完成实际的密封功能。由于带有密封圈的密封环在管端上滑动，所以管道可以相对于彼此进行有限范围的移动。在这种情况下，管端经常通过内部连接装置以活节连接方式相互连接并相互对齐，从而所要连接的管道不会超过某一最小直径，以保证在连接件的区域中能够有足够的体积流量可以流过管道。

在动力单元供给的飞行器热空气供给系统的管道中，运行期间会产生高温高压，并且伴随着管道部分相对于彼此的振动和运动，导致所用的塑料密封圈不成比例的高度磨损，这进而导致难于检测的渗漏。这会增加现在很难说是合理的成本，特别是对于航空安全领域，因为在这种管道系统中使用现有的连接件会带来很大的检查和维护工作量。

此外，用来集成这些连接件的可用空间通常很有限，在许多情况下，小直径的管道必须以可活动方式连接到一起，从而带有内部连接装置的连接件，其流动阻力对于小的管道直径来说太高，不适于这种应用。另外，很大程度上，还要以活节连接方式来补偿管道相互之间的相对运动。最后，还需要附加的公差补偿，以在管道系统的组装期间补偿由于制造条件而在目标系统内产生的误差。

发明内容

因此本发明的一个目的是提供一种连接件，其大大避免了上述连接件的公知方案的缺陷，并且尽可能全面地符合上述设计要求。

该目的通过一种用于活节连接第一和第二管道、特别是从飞行器的动力单元供给的热空气供给系统的第一和第二管道的具有公差补偿可能性的连接件实现，其中第一管道的管端和第二管道的管端之间的间隔由密封机构封闭，两个管端各自具有支撑环，其中支撑环通过至少两个布置在密封机构外侧的连接装置彼此连接；其中密封机构由通过中心件连接的至少两个金属波纹管形成；以及其中中心件为环形设计并且在两侧至少在一些部分上具有周向端唇，所述端唇延伸到管道的内部区域。

由于两个管端都具有支撑环并且支撑环通过至少两个布置在密封机构外侧的连接装置彼此连接，所以根据本发明的连接件可用来连接相对较小直径的管道，因为不需要在待连接管道的内侧布置连接装置，所以可以减小连接件区域的流动阻力。

在管端区域，支撑环与其刚性连接，例如通过周向焊缝等，从而该连接是气密且耐压的。

根据连接件的一个优选实施方式，连接装置被设计成至少在一些部分是柔性的。借助于密封机构外侧的至少一些部分为柔性设计的绳索来固定相对的管端，使得通过本发明的连接件相连的管端良好的活节连接。

根据另一优选实施方式，密封机构设有至少两个由中心件相连的金属波纹管。金属波纹管首先为所连管道之间的间隔提供了密封的、气密且耐压的密封，上文已经介绍过，该密封是耐用的且几乎在其使用期间无需维护。使用两个金属波纹管允许连接件进行包括弯曲运动的运动，因为在两个金属波纹管并排布置的情况下，管道的纵轴可以彼此平行移动。当用金属波纹管作为密封机构时，本发明的连接件几乎是不被磨损且不用维护的。

根据进一步的优选实施方式，中心件是环形设计的并且在两侧至少在一些部分上具有周向端唇，其中端唇伸入管道的内部区域。具有端唇的中心件，端唇优选在其整个外周上，能使管端有效地相互对中和/或对齐。另外，端唇减小了摩擦面积。

根据另一优选实施方式，连接装置布置在支撑环的外周区域上，从而均匀间隔开。这种设计使得可以以最佳方式在管端之间高度对称地传递力。递力。

根据另一优选实施方式，支撑环之间的连接装置基本上平行于第一管道的纵轴和第二管道的纵轴延伸。这种布置还用来增加本发明连接件的对称度，以改善待连接管道之间的力传递。

根据本发明的另一实施方式，连接装置具有可以固定在支撑环上的起始端装配件。源自支撑环的力可以有效地通过连接装置的起始端装配件传递。

根据另一优选实施方式，起始端装配件具有调节间隔的宽度的调节装置。调节装置允许本发明的连接件更好地适应不同尺寸的安装空间，还能补偿所产生的公差。

根据另一优选实施方式，连接装置具有末端装配件，其以可移动方式结合在支撑环内，以补偿第一和第二管道之间的相对移动。这大大防止了由例如柔性钢绳等形成的连接装置承受压缩力，而该连接装置优选承受主要在操作期间由于承压时连接管道被拉开而产生的拉力。

根据另一优选实施方式，末端装配件各自具有止动装置。这限制了当管端承压和/或管端相对彼此移动时管端移开的程度。

根据另一优选实施方式，连接装置特别由柔性钢绳形成。这使得用于固定支撑环的装置的设计特别简单，因为起始端装配件和末端装配件特别容易压到钢绳等上以牢固地紧固。特别优选地，连接装置由柔性的优质钢绳形成以抵抗腐蚀。代替提到的钢绳或者优质钢绳，连接装置可以用例如，横截面不同于大致圆形的形状的柔性部分形成。例如，弹性绳或圆形钢杆、长形的叶片形元件等可作为连接装置。在对连接装置的耐高温性和/或抗压强度的要求不太严格的情况下，可以采用弹性的塑料材料，特别是纤维强化的塑料材料。

附图说明

附图中：

图1示出了本发明的连接件的侧视图；

图2示出了图1所画区域A的放大视图，

图3示出了具有内唇的中心件的另一种变型设计的示意图。

附图标记列表：

1连接件

2管端

3第一管道

4管端

5第二管道

6密封机构

7金属波纹管

8金属波纹管

9紧固凸缘

10紧固凸缘

11紧固凸缘

12紧固凸缘

13中心件

14支撑环

15支撑环

16周向表面

17周向表面

18座架

19座架

20座架

21座架

22钢绳

23钢绳

24坐标系

25起始端装配件

26起始端装配件

27调节装置

28调节装置

29末端装配件

30末端装配件

31止动装置

32止动装置

33螺纹螺母

34螺纹螺母

35锁紧螺母

36锁紧螺母

37孔

38孔

39宽度

40间隔

41垫片

42垫片

43孔

44孔

45纵轴(第一管道)

46纵轴(第二管道)

47端唇

48端唇

49内表面

50内表面

51凹部

52凹部

53内部区域

54内部区域

55中央部分(中心件)

56缝隙

57高度

58长度

59中心件

60端唇

61滑环

62端部区域

63槽

64材料厚度

具体实施方式

在附图中相同的结构元件具有相同的附图标记。

图1示出了本发明连接件的侧视图。管道3的管端2通过本发明的连接件1连接到第二管道5的管端4。管端2、4通过密封机构6封闭以提供气密耐压的密封。密封机构6包括两个并排布置的金属波纹管7、8。

根据通过连接件1所传导的介质的温度和/或压力，由其它材料例如塑料等制成的波纹管可用来取代金属波纹管7、8。

金属波纹管7、8具有紧固凸缘9至12。金属波纹管7的紧固凸缘9通过例如周向焊缝连接到第一管道3的管端2区域，从而实现气密耐压密封。相应地，金属波纹管8的紧固凸缘12通过气密耐压焊缝连接到第二管道5的管端4区域。中心件13布置在金属波纹管7、8之间。金属波纹管7、8还利用紧固凸缘10、11通过周向气密耐压焊缝刚性连接到中心件13上。因为中心件13部分地由金属波纹管7、8覆盖，所以中心件13部分由虚线表示。除了具有折叠式结构外，金属波纹管7、8各自具有基本中空的圆筒形设计。

另外，支撑环14、15布置在与管端2、4相对的区域中。支撑环14、15还优选通过周向气密耐压焊缝刚性连接到管道3、5的管端2、4区域。座架18至21通过例如焊接接头固定到支撑环14、15的两个周向区域。座架18至21也可以通过铸造、锻造等方式与支撑环14、15一体成形。代替焊缝，金属波纹管7、8和支撑环14、15也可以通过翻边、收缩或者类似方法气密耐压地连接到管端2、4。

在示出的示例性实施方式中，支撑环14、15通过两根钢绳22、23以活节连接或可动的方式相互连接。如图所示的坐标系24示出了x、y、z轴的空间位置。

也可以使用其它的柔性连接方式，例如任意几何截面形状的柔性部分，比如弹簧钢圆杆、螺旋弹簧、片簧等。在不需要连接件具有太高的抗压强度和耐热性时，特别可以使用纤维加强塑料材料。这里的决定性因素是连接装置必须至少在横向于x轴的方向的部分上具有柔性和/或弹簧弹性设计。钢绳22、23由于直径相对较小且x轴方向的长度足够长，所以作为连接装置通常能很好地符合该要求。钢绳22、23的直径和长度的尺寸彼此确定成作为特别是管道3、5内的压力因而也就是连接件1内的压力、以及管端2、4之间距离的函数。

钢绳22、23设置有起始端装配件25、26、调节装置27、28和末端装配件29、30、以及止动装置31、32。起始端装配件25、26和末端装配件29、30通过例如压配合固定到钢绳22、23的端部。也可以用其它的紧固方式。起始端装配件25、26具有螺纹或类似结构，从而钢绳22、23可以通过螺纹螺母33、34和锁紧螺母35、36固定在座架18、19的孔37、38内。起始端装配件25、26上的螺纹与螺纹螺母33、34及锁定螺母35、36一起构成了实际的调节装置27、28，通过该调节装置，管端2、4之间的间隔40的宽度39可以连续可变以补偿与x轴方向平行的公差。另外，仅在间隔40处从允许管端2、4之间相对移动。

末端装配件29、30设有例如垫片41、42，作为限制管端2、4在平行x轴方向上相互远离的止动装置31、32。为此，垫片41、42具有比座架20、21上的孔43、44更大的直径。孔37、38优选具有和孔43、44大致相同的直径，从而钢绳22、23也可以在支撑环14、15之间偏置180°。必要时，垫片41、42可以设计成与末端装配件29、30一体成型并且通过铸造或者缩锻工艺加工而成。

此外，代替螺纹螺母33、34以及锁定螺母35、36，起始端装配件25、26可以通过其它装置固定到座架18、19的孔37、38中，以改变钢绳22、23的有效长度和/或调整钢绳22、23的长度。

末端装配件29、30也以可平行于x轴移动的方式容纳在孔43、44内，从而钢绳22、23主要承载张力，而没有压缩力，无论连接件1的操作状态为何。

因为支撑环14、15通过柔性钢绳22、23固定，所以第一和第二管道3、5的纵轴45、46最初可以平行于y轴移动，其中纵轴45、46在空间内基本上保持相互平行定向。在这种情况下，管端2、4的相对移动可以平行于y轴量级达到10mm。另外，管道3、5也可以在连接件1区域中“变弯(buckled)”，其中纵轴45、46可以形成高达20°的角。管端2、4平行于x轴的移动主要受金属波纹管7、8的展开和/或缩短能力以及钢绳22、23的有效长度的限制，钢绳的有效长度由调节装置27、28和止动装置31、32预调节。管端2、4在这种情况下可以平行于x轴相对移动达10mm。然而，并没有为管端2、4之间的绕x轴的扭转移动提供补偿，因为金属波纹管7、8不被设计成用于承受这种扭转载荷。

中心件13——其优选是环形或者中空圆筒形的设计，如图1虚线所示——的所有侧面都由金属波纹管7、8包围，从而其被气密密封。中心件13的两侧设置有优选为连续的周向端唇47、48。在连接件1的任意调整和运动中，端唇47、48延伸超过管端2、4进入到第一和第二管道内，但是在所示连接件1的延伸状态下一般不接触第一和第二管道3、5的内表面49、50。

端唇47、48一般不接触第一和第二管道3、5的内表面49、50，直到管端2、4呈现相对移动为止。更合适地，在端唇47、48和内表面49、50之间有一个窄的周向间隙，以确保第一和第二管道3、5的管端2、4之间仍能充分地相对于彼此移动，同时使摩擦面积最小。在中心件13的端唇47、48后面的区域中，周向环形凹部51、52各自连接到端唇47、48。设置凹部51、52主要确保在管道3、5相对彼此移动时，管道3、5的内表面49、50仅与端唇47、48区域的这些内表面接触。端唇47、48和凹部51、52都可以通过已知的变形方法引入中心件13，例如，通过冲压、深拉、缩锻等。除了端唇47、48和凹部51、52，如上文所述，中心件13具有大致中空的圆筒形几何设计。

凹部51、52通常改善了连接件1的活动性，并使摩擦面积的尺寸最小化。中心件13主要用于引导金属波纹管7、8并且使其相互对中。其中，这确保了在管端2、4之间的活节连接运动不会太大影响金属波纹管7、8的机械整体性的情况下的纵轴45、46之间的角度以及纵轴45与纵轴46之间的平行于y轴的任意平行移动得以持久减小。

在端唇47、48区域，中心件13具有比管道3、5的内径稍小的直径，从而端唇47、48可以至少稍微伸入管道3、5的内部区域53、54。在中心件13的中央部分55区域，中心件13的外径大致对应于第一和第二管道3、5的外径。在凹部51、52区域，中心件13的外径优选略小于中心件13在端唇47、48区域的外径。和这个不一样的尺寸情况也是可以的。

本发明的连接件1理想地适用于外径高达约160mm的管道3、5的活节连接，其中穿过这些管道和连接件所引导的介质压力可达20巴，温度可达850℃，这取决于连接件1的自构件所用的材料。如果金属材料，特别是钛、优质钢、能够支撑极限负载的合金钢和能够充分承受机械载荷的耐高温铝合金用于制造第一第二管道3、5、金属波纹管7、8、支撑环14、15和中心件13，则可达到上述负载值。如果要以活节连接方式连接外径大于50mm的管道3、5，则可以布置三根或者更多优选均匀分布在支撑环14、15的外周区域16、17上的钢绳，来代替图示的两根钢绳22、23。由于在第一和第二管道3、5的内部区域53、54内不设置连接元件就有可能将管端2、4活节连接，所以本发明的连接件1获得了的极小的流动阻力。

图2示出了图1所画区域A的放大视图，其中连接件1处于伸展位置。

中心件13在管端4的区域中几乎搁置在第二管道5的内表面50上，同时端唇48与内表面50不直接接触而是分开窄的间隙56。间隙56的宽度可以为10mm大，这取决于要得到的连接件1的活动程度和/或第一和第二管道3、5之间的桥接角度。对于其他应用，本发明的连接件1可以桥接更大的间隙尺寸。在中心件13的凹部52区域，还是如图2所示，具有比端唇48区域更小的外径。端唇48相对于凹部52上侧的高度57必须确保在连接件1的各种可能操作状态下只有端唇48接触第二管道5的内表面50。在这种情况下，端唇48总是深入到第二管道5的管端4内一段短距离以为连接件1提供活节连接特性和/或活动性。在图2的图示中，中心件13伸入管端4的长度为长度58，以示出这种情况，该长度确保了足够的引导并防止管端2、4相互倾斜和/或卡住，从而确保了连接件1在所有情况下的活节连接特性。相应的考虑也适用于未在图2中示出的中心件13的端唇47相对于第一管道3的内表面49的设定。

图3示出了中心件上的端唇的一个实施方式。与中心件13相反，所示中心件59具有大致中空的圆筒形外形且没有凹部，其通过例如冲压等方法制造，且没有通过缩锻等制成端唇。这提供了一种制造中心件59的简化方法，这在使用钛或者优质钢时尤为有利。

在这种情况下中心件59的端唇60通过滑上一适当成型的、分开的滑环61形成，该滑环具有大致如图3所示截面形状。为了在中心件59的端部区域62上紧固滑环61，在滑环61的一侧设置周向槽63，其宽度优选略小于中心件59的材料厚度64，以保证滑环61能够在连接件1的所有可想得到的操作状态下都能充分牢固地紧固在中心件59上。

为了进一步在中心件59上固定滑环61，滑环61可以具有止动装置，其未在图3中详细示出，其可以与中心件59上相应设计的止动机构啮合。未在图3中示出的中心件59的第二端唇具有和端唇60相同的结构设计。

滑环61通过优选具有低滑动摩擦系数的塑料材料或相应金属材料制成。滑环61大大减小了由第一和第二管道3、5的内表面49、50分别与中心件13、59的相对运动而在该结构中产生的不可避免的滑动摩擦过程所致的磨损等风险。这里，中心件13、59不再制成整体而是各具有两个分开的滑环。

本发明的连接件1特别用于连接从动力单元供给的热空气供给系统中的外径达到160mm的管道3、5，其中被导引穿过管道3、5的热空气温度达到260℃、压力达到6.5巴。

连接件1的各子构件，特别是中心件13、支撑环14、15、座架18-21、紧固凸缘9至12、金属波纹管7、8、起始端和端部装配件25、26、29、30、螺纹螺母33、34、锁紧螺母35、36和垫片41、42优选由钛制成。第一和第二管道3、5优选由钛制成。

可替代地，高强度耐高温的合金钢、优质合金钢、或者具有高机械强度和足够耐高温性的铝合金可以用于所提到的连接件1的所有自构件以及第一和第二管道3、5。钢绳22、23可以由高强度钢、弹簧钢或者优质钢构成。

无论管道3、5的活节连接怎样，本发明的连接件1都可以吸收高达10,000N的拉力。另一方面，连接件1不能吸收任何明显程度的压缩力，因为用钢绳22、23作为连接装置，其基本上只能承受拉伸载荷。

Claims (9)

1.一种用于活节连接第一和第二管道(3、5)、特别是从飞行器的动力单元供给的热空气供给系统的第一和第二管道(3、5)的具有公差补偿可能性的连接件(1)，其中第一管道(3)的管端(2)和第二管道(5)的管端(4)之间的间隔(40)由密封机构(6)封闭，其特征在于两个管端(2、4)各自具有支撑环(14、15)，其中支撑环(14、15)通过至少两个布置在密封机构(6)外侧的连接装置彼此连接；

其中密封机构(6)由通过中心件(13、59)连接的至少两个金属波纹管(7、8)形成；以及

其中中心件(13、59)为环形设计并且在两侧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)的内部区域(53、54)。

2.如权利要求1所述的连接件(1)，其特征在于连接装置至少一些部分是柔性设计。

3.如权利要求1至2中任一项所述的连接件(1)，其特征在于连接装置布置成在支撑环(14、15)的周向表面(16、17)的区域中基本上均匀间隔开。

4.如权利要求1或2所述的连接件(1)，其特征在于支撑环(14、15)之间的连接装置基本上平行于第一管道(3)的纵轴(45)和第二管道(5)的纵轴(46)延伸。

5.如权利要求1或2所述的连接件(1)，其特征在于连接装置具有能够固定到支撑环(14、15)上的起始端装配件(25、26)。

6.如权利要求5所述的连接件(1)，其特征在于起始端装配件(25、26)具有用来调节间隔(40)宽度的调节装置(27、28)。

7.如权利要求1或2所述的连接件(1)，其特征在于连接装置具有末端装配件(29、30)，其以可移动方式容纳在支撑环(14、15)内以补偿第一和第二管道(3、5)之间的相对移动。

8.如权利要求7所述的连接件(1)，其特征在于末端装配件(29、30)具有止动装置(31、32)。

9.如权利要求1或2所述的连接件(1)，其特征在于连接装置特别是由柔性钢绳(22、23)形成。

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