具有撓性扭矩箍的管道接頭的制作方法
【專利說明】具有撓性扭矩箍的管道接頭
[0001]本申請(qǐng)是第201180033986.7號(hào)中國發(fā)明專利申請(qǐng)(國際申請(qǐng)?zhí)朠CT/US2011/043158)的分案申請(qǐng)。原申請(qǐng)的國際申請(qǐng)日為2011年7月7日，發(fā)明名稱為“具有撓性扭矩箍的管道接頭”。
[0002]相關(guān)申請(qǐng)
[0003]本申請(qǐng)請(qǐng)求享有2010年7月9日申請(qǐng)的序列號(hào)為61/362966名稱為“具有可測或可測量的扭矩箍的管道接頭”的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，其完整的公開內(nèi)容在此被全部引用。
技術(shù)領(lǐng)域
[0004]本發(fā)明涉及了一種用于例如金屬管和金屬導(dǎo)管的金屬管道的接頭。更為特別地，本發(fā)明涉及一種接頭，通過將配對(duì)的螺紋接頭零件擰緊在一起以提供管道夾緊和密封。管道接頭的一個(gè)例子是直口接頭，其使用一個(gè)或多個(gè)管道夾緊裝置以建立管道夾緊和密封。
【背景技術(shù)】
[0005]管道接頭用于氣體或液體流體系統(tǒng)并在管道和其他流體流通裝置(例如另一管道)、流通控制裝置(例如閥門或調(diào)節(jié)器)或端口等之間提供液密機(jī)械連接。通常使用的管道接頭的特定類型是被稱為直口接頭，其使用一個(gè)或多個(gè)例如套圈的管道夾緊裝置，例如，提供夾緊和密封功能。這種接頭十分受歡迎，因?yàn)槠洳恍枰艿蓝瞬康脑S多準(zhǔn)備，除了去邊和去毛刺之外。此處術(shù)語“接頭”是管道接頭的簡稱，例如管或?qū)Ч芙宇^。
[0006]然而，包括任意的接頭設(shè)計(jì)的通過將兩個(gè)對(duì)接螺紋接頭零件擰緊在一起組裝的接頭也可以與本發(fā)明一同使用。
[0007]目前，套圈型接頭通過扭轉(zhuǎn)接上，意味著螺紋對(duì)接接頭零件是通過扭轉(zhuǎn)一定數(shù)量相應(yīng)圈數(shù)并部分相對(duì)彼此扭轉(zhuǎn)超過參考位置擰緊在一起的。所述參考位置通常是手指擰緊位置。通過控制超過手指擰緊位置的扭轉(zhuǎn)圈數(shù)和部分圈數(shù)，接頭零件的相對(duì)行程或軸向進(jìn)程一起得到控制，并確保套圈有效夾緊并密封管道。通常，這種接頭在流體系統(tǒng)的多次修理和保養(yǎng)活動(dòng)中松動(dòng)，繼而松動(dòng)的接頭重新擰緊，通常涉及“改造”或“重制”接頭。這種改造需要使用同樣的接頭零件和套圈，或者有時(shí)需要替換一個(gè)或多個(gè)部件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]目前根據(jù)本發(fā)明在此披露的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式，一種整體的或整合構(gòu)件，例如負(fù)載支承構(gòu)件或行程限制構(gòu)件，設(shè)置用于具有兩個(gè)對(duì)接螺紋接頭零件的管道接頭。所述負(fù)載支承或行程限制構(gòu)件能夠促進(jìn)接頭通過應(yīng)用扭矩而被接上，所述扭矩對(duì)應(yīng)于螺紋接頭零件的相對(duì)軸向位移。在另一實(shí)施方式中，所述接頭能夠通過扭轉(zhuǎn)接上(pull-up)。在另一實(shí)施方式中，提供一種整體的或整合負(fù)載支承構(gòu)件或行程限制構(gòu)件，用于使接頭能夠通過扭轉(zhuǎn)和扭矩被接上。在此，將負(fù)載支承構(gòu)件或行程限制構(gòu)件稱為“構(gòu)件”，或者在一些實(shí)施方式中稱為扭矩箍或凸緣。
[0009]根據(jù)本發(fā)明在此披露的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式，一種行程抵抗特征能夠與接頭零件、或整體結(jié)構(gòu)或部分或構(gòu)件整合，能夠在螺紋接頭零件的一個(gè)或兩者上形成或設(shè)置有負(fù)載支承表面。在一個(gè)特殊實(shí)施方式中，所述整體結(jié)構(gòu)包括整體的或整合的負(fù)載支承部分或接頭零件的構(gòu)件，所述接頭零件是撓性的，以在負(fù)載下偏轉(zhuǎn)。撓性的含義是結(jié)構(gòu)能夠彎曲、偏轉(zhuǎn)或在負(fù)載下運(yùn)動(dòng)或偏移而不需要破碎或破壞。所述接頭零件可以是本體、螺母或其兩者，能夠是凹接頭(例如端口)或者是凸接頭的一部分。在另一實(shí)施方式中，所述撓性構(gòu)件示出了接頭每次接上時(shí)在負(fù)載下的塑性形變，即使可以是可選的彈性形變。
[0010]根據(jù)本發(fā)明公開的另一個(gè)實(shí)施方式，通過扭矩接上不僅提供了第一接上，也提供了改造，包括可選的多個(gè)重制，基于每次改造具有可靠的管道夾緊和密封。在可選實(shí)施方式中，具有內(nèi)錐形的螺母將套圈置于中心來改造或改進(jìn)行程恢復(fù)。
[0011]在另一實(shí)施方式中，接頭包括一個(gè)行程抵抗特征，通過扭矩促進(jìn)接上。通過扭矩接上的方法可以進(jìn)一步用在每次改造上，且行程抵抗特征通過用于改造的扭矩促進(jìn)接上。在更多的特殊的實(shí)施方式中，每次改造可以制成與接頭的首次或第一接上的扭矩相同的扭矩。在進(jìn)一步的實(shí)施方式中，行程抵抗特征可例如使用例如撓性扭矩箍或撓性凸緣的構(gòu)件實(shí)行。所述構(gòu)件可以是接頭的非整體的、散開的部件或者由接頭零件整體形成。扭矩箍或撓性構(gòu)件可在第一接上時(shí)連接，或直到一個(gè)或多次改造之后才連接。
[0012]在另一實(shí)施方式中，通過扭矩的接上可以選擇性地進(jìn)一步通過具有一個(gè)或多個(gè)內(nèi)錐形表面的接頭零件的使用來促進(jìn)，這樣有助于對(duì)中或定位一個(gè)或多個(gè)管道夾緊裝置。所述內(nèi)錐形的益處不僅在于通過扭矩的首次接上還在于顯著增加了通過扭矩的有效改造的數(shù)量。
[0013]在另一實(shí)施方式中，設(shè)置內(nèi)部測定特征以用于測定首次接上以及用于測定接頭的接連改造的接上。所述內(nèi)部測定特征能夠用于通過扭矩或扭轉(zhuǎn)或兩者的接上。
[0014]對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本發(fā)明公開的這些多種實(shí)施方式以及其他實(shí)施方式可通過附圖理解。
【附圖說明】
[0015]圖1是體現(xiàn)本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的管道接頭的一個(gè)實(shí)施方式，示出了手指擰緊位置的接頭的縱向截面圖；
[0016]圖2是圖1圈A位置的放大圖；
[0017]圖3是圖1圈A位置的放大圖，但接頭在完全接上位置；
[0018]圖3A是說明扭矩-轉(zhuǎn)數(shù)關(guān)系例子的曲線圖；
[0019]圖4是在手指擰緊位置通過扭矩接上接頭的另一個(gè)實(shí)施方式；
[0020]圖5是圖4圈B位置的放大圖；
[0021]圖6是圖4圈B位置的放大圖，但接頭在完全接上位置；
[0022]圖7是在手指擰緊位置通過扭矩接上接頭的另一個(gè)實(shí)施方式；
[0023]圖8是圖7圈B位置的放大圖；
[0024]圖9是在手指擰緊位置裝配在管道端部的接頭通過扭矩接上的另一個(gè)實(shí)施方式；
[0025]圖10是圖9圈A位置的放大圖；
[0026]圖11是在手指擰緊位置裝配在管道端部的凹接頭通過扭矩接上的另一個(gè)實(shí)施方式，所述凹接頭具有非整體扭矩箍；
[0027]圖12是在手指擰緊位置裝配在管道端部的凹接頭通過扭矩接上的另一個(gè)實(shí)施方式，所述凹接頭具有整體扭矩箍；
[0028]圖13是具有非整體扭矩箍的凸接頭的另一個(gè)實(shí)施方式，也使用螺母的內(nèi)錐形表面；
[0029]圖14是圖13的相似實(shí)施方式，但是使用整體扭矩箍；
[0030]圖15A和圖15B示出了母管道接頭的另一個(gè)實(shí)施方式，所述實(shí)施方式使用完整或整合的負(fù)載支承構(gòu)件，能夠分別在手指擰緊位置和接上位置的負(fù)載下偏轉(zhuǎn)；
[0031]圖16示出了公管道接頭的另一實(shí)施方式，所述實(shí)施方式使用完整或整合的負(fù)載支承構(gòu)件，用于在手指擰緊位置的負(fù)載下偏轉(zhuǎn)；和
[0032]圖17是凸接頭的可選實(shí)施方式的負(fù)載支承構(gòu)件部分的放大圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]盡管示例性的實(shí)施方式目前在本文中是不銹鋼管接頭，但本發(fā)明并不局限于本申請(qǐng)，也能良好應(yīng)用于例如管和導(dǎo)管以及不同于316不銹鋼的其他材料的許多其他材料管道，也可應(yīng)用于液體或氣體流體。盡管本發(fā)明示出了管道夾緊裝置和接頭零件的相關(guān)典型設(shè)計(jì)，但本發(fā)明不局限于使用此設(shè)計(jì)，并且良好應(yīng)用于可在使用一個(gè)或多個(gè)管道夾緊裝置的許多不同的接頭設(shè)計(jì)。在一些接頭中，除去管道夾緊裝置外還可具有一個(gè)或多個(gè)額外部件，例如密封件。本發(fā)明可應(yīng)用于管或?qū)Ч?，所以術(shù)語“管道”包括管或?qū)Ч芑蚱鋬烧?。我們通常可替換地使用術(shù)語“接頭組件”、“管道接頭”和“接頭”作為連同一個(gè)或多個(gè)管道夾緊裝置一起裝配的第一和第二接頭零件的代表性組件的簡稱。因此，“接頭組件”的概念可包括將部件組裝到管道上，位于手指擰緊位置、部分或完全接上位置；然而術(shù)語“接頭組件”也包括不具有管道而將部件裝配在一起，例如用于運(yùn)輸或搬運(yùn)，也將部件組合在一起即使沒有裝配在一起。接頭典型地包括兩個(gè)連接在一起的接頭零件，和一個(gè)或多個(gè)夾緊裝置，然而，本發(fā)明使用的接頭包括附加零件和部件。例如，聯(lián)合接頭可包括本體和兩個(gè)螺母。在此，我們也使用術(shù)語“接頭改造”和派生術(shù)語以涉及一種接頭組件，具有至少一次擰緊或完全接上，擰松，然后再次擰緊至另一個(gè)完全接上位置。改造可以在例如同一個(gè)接頭組裝部件(例如螺母、本體、套圈)上完成，也可以替換一個(gè)或多個(gè)接頭組裝部件。此處引用的“外側(cè)”和“內(nèi)側(cè)”是方便和簡單地提及方向是軸向趨向接頭中心(內(nèi)側(cè))或遠(yuǎn)離接頭中心(外側(cè))。
[0034]在此，我們也使用術(shù)語“撓性”表示構(gòu)件的結(jié)構(gòu)特征，這樣的構(gòu)件能夠變形、拉緊、彎曲、偏轉(zhuǎn)、延長或在負(fù)載下運(yùn)動(dòng)或偏移而不需要破碎或破壞。這種撓性形變能夠伴隨著應(yīng)變引發(fā)硬化。這種撓性形變還能伴隨著永久形變或塑性形變或具有伴隨撓性形變的塑性形變，但至少某種程度的塑性形變優(yōu)先促進(jìn)改造。
[0035]當(dāng)兩個(gè)螺紋部件擰緊在一起以接上接頭，扭轉(zhuǎn)和扭矩是相關(guān)因數(shù)，并且應(yīng)用于擰緊過程。對(duì)于管或?qū)Ч芙宇^，下述是事實(shí)，當(dāng)螺紋接頭零件(例如螺母和本體)被擰緊在一起，所述套圈或數(shù)個(gè)套圈經(jīng)受了塑性形變且在多數(shù)情況下塑性變形所述管道，并且在許多設(shè)計(jì)中還涉及切削至管道的外部表面或安裝管道的外部表面。這種形變加上接合螺紋和在接頭中的其他金屬與金屬的接觸，必然導(dǎo)致當(dāng)螺母和本體被擰緊時(shí)增加扭矩。但是，在許多現(xiàn)有技術(shù)的接頭設(shè)計(jì)中，在超過手指擰緊位置并到達(dá)完全接上位置時(shí)，在接上扭矩和扭轉(zhuǎn)圈數(shù)之間不需要可重復(fù)的可靠的關(guān)聯(lián)。甚至對(duì)于高質(zhì)量高形變接頭(例如從世偉洛克公司可得的)來說，通過扭矩或感覺的接上需要有經(jīng)驗(yàn)的裝配人員，并且接頭只被建議通過扭轉(zhuǎn)接上。這部分是由于這樣的事實(shí)，這種設(shè)計(jì)之一的高質(zhì)量接頭目的是減少接上扭矩并避免磨損和其他相關(guān)問題的扭矩，因此在完全接上位置，甚至對(duì)于高經(jīng)驗(yàn)的裝配人員來說，進(jìn)一步減少扭矩的顯著效果。
[0036]然而，出于公開的目的，本文中通過將兩個(gè)螺紋接頭零件(例如，螺母和本體)擰緊在一起的接頭接上或制造，“通過扭矩”接上的意思是使用指定的或預(yù)定的或不需要求相對(duì)扭轉(zhuǎn)和部分扭轉(zhuǎn)的圈數(shù)的最小扭矩將部件擰緊在一起。所述扭矩可以是清楚或精確的扭矩?cái)?shù)值或者是指定的或預(yù)定的或扭矩?cái)?shù)值范圍的最小扭矩。根據(jù)本申請(qǐng)，預(yù)定的扭矩可以是扭矩?cái)?shù)值的任何范圍。在一個(gè)典型實(shí)施方式中，預(yù)定扭矩是大于或等于預(yù)定扭矩的任意扭矩，所述預(yù)定扭矩均保證接頭適當(dāng)接上以夾緊或密封管道，或者確保達(dá)到接頭零件的相對(duì)軸向位移，其對(duì)應(yīng)于超過參考位置的期望圈數(shù)或部分圈數(shù)或其兩者。在另一個(gè)實(shí)施方式中，預(yù)定扭矩可以是預(yù)定扭矩加/減可接受的公差。例如，指定的或預(yù)定的扭矩可以是扭矩?cái)?shù)值加/減扭矩?cái)?shù)值的0-15 %，例如加/減大于扭矩?cái)?shù)值的10 %或加/減扭矩?cái)?shù)值的15 %或任意加/減扭矩?cái)?shù)值15%的范圍內(nèi)。“通過扭轉(zhuǎn)”接上的意思是在超過參考位置而不要求指定扭矩時(shí)使用指定或希望的相對(duì)扭轉(zhuǎn)和/或部分扭轉(zhuǎn)的圈數(shù)將部件擰緊在一起。通過扭矩接上和通過扭轉(zhuǎn)接上用于與如下所述的首次接上和改造相聯(lián)合。
[0037]因此，我們提供(例如圖15-17的實(shí)施例)一種撓性構(gòu)件(例如行程限制構(gòu)件或負(fù)載支承構(gòu)件)，具有在接上期間與螺紋接頭零件的軸向位移相關(guān)的接頭組件的另一個(gè)表面相接合的表面。這種接合表面優(yōu)選為不在參考位置接合而是在超過參考位置的額外相對(duì)軸向位移之后首次接合。這是接頭經(jīng)受的第一接上的優(yōu)選的情況。這種接合表面相互的首次接合優(yōu)選為與螺紋接頭零件的相對(duì)軸向位移一致或密切對(duì)應(yīng)，所述螺紋接頭零件能夠與超過手指擰緊位置的圈數(shù)和部分圈數(shù)相關(guān)聯(lián)，用于完全接上，具有可選的通過扭轉(zhuǎn)接上的接頭。這樣，接頭能夠可選地通過扭轉(zhuǎn)、扭矩或其兩者接上。根據(jù)本申請(qǐng)和接上過程的臨界，不需要在所有情況下，在超過參考位置處，所述表面在指定的相對(duì)軸向位移的點(diǎn)精確接合。然而，為了可重復(fù)與可靠的接上，優(yōu)選為所述表面與用于通過扭轉(zhuǎn)接上的相應(yīng)相對(duì)軸向位移密切對(duì)準(zhǔn)。換句話說，優(yōu)選的但不是在所有情況下都需要的，所述表面在將接頭零件擰緊至相對(duì)軸向位移時(shí)相互接合或相互接觸，在超過參考位置處與指定圈數(shù)和部分圈數(shù)緊密對(duì)準(zhǔn)。通過這種方式，在任何接上期間使用的所述行程的數(shù)量是被控制的，以最大化或最優(yōu)化接頭的有效改造。
[0038]在典型實(shí)施例中，當(dāng)撓性構(gòu)件的表面與接頭組件的另一表面接合時(shí)，所述手動(dòng)裝配人員優(yōu)選地將感覺到需要被繼續(xù)擰緊在一起的接頭零件的扭矩的明顯增加。但是可選的是，當(dāng)使用扭矩應(yīng)用工具時(shí)，例如扭矩扳手，所述工具能夠被用于影響相同的接上，即使裝配人員不必須感覺到扭矩的增加。
[0039]所述術(shù)語“限制”在此被用于與行程相連，不包括前擋塊的想法。我們使用術(shù)語行程限制以表示撓性構(gòu)件或扭矩箍抵抗與接合表面連接的相對(duì)軸向位移，而不防止進(jìn)一步的軸向進(jìn)程。因?yàn)榍皳鯄K不能促進(jìn)有效和可靠的改造，因此十分重要。例如，擋塊箍特別當(dāng)接頭已經(jīng)改造時(shí)被去除，以允許用于改造的可靠的額外軸向進(jìn)程。
[0040]因?yàn)槲覀兡軌蚩蛇x地使用撓性構(gòu)件以用于多重改造，值得注意的是用于接頭的特有第一接上，意味著沒有將管道夾緊裝置變形的優(yōu)先接上，所述參考位置是首次手指擰緊位置，超過這個(gè)位置需要完全和部分扭轉(zhuǎn)(即，相對(duì)軸向進(jìn)程)的數(shù)量以進(jìn)一步提升所述接頭零件在一起以達(dá)到接上。但是，當(dāng)與具有隨后改造的特有第一接上相比，具有不同程度的額外相對(duì)軸向位移或行程以確保夾緊和密封。換句話說，每次改造特別只包括超過參考位置的較小的額外部分扭轉(zhuǎn)。所述用于改造的參考位置是零件位于最后接上之后的位置。所述優(yōu)先接上位置(所述參考位置)可以位于零件所在的位置，特別是管道夾緊裝置，已經(jīng)采取了一些但也可能面臨一些撓性彈回或松弛。本文中，使用撓性構(gòu)件用于通過扭矩的接上，對(duì)每次改造來說，所述接合表面實(shí)際上能夠十分接近或甚至接觸改造參考位置，但是所述撓性構(gòu)件仍允許進(jìn)一步的軸向進(jìn)程以達(dá)到接頭的改造。因此，接合表面的想法首次不觸及直到螺紋接頭零件的額外相對(duì)軸向位移，可僅在實(shí)際上應(yīng)用于特有第一接上，所述特有第一接上是接頭經(jīng)受的，而不是必須的，盡管對(duì)于每次改造來說應(yīng)當(dāng)是。特別是在多次改造之后，所述管道夾緊裝置越來越設(shè)定好并固定在管道上的位置，以便后續(xù)的改造包括對(duì)接頭零件的極細(xì)微的進(jìn)一步相對(duì)軸向進(jìn)程以達(dá)到管道夾緊和密封。
[0041]此外，同時(shí)，此處典型的實(shí)施方式示出了撓性構(gòu)件表面和被接合的表面在特有第一接上接合，這在所有情況中不是必須的。例如，所述撓性構(gòu)件能夠被設(shè)計(jì)為期望扭矩能夠被使用以達(dá)到首次接上，但是在第一或后續(xù)接上之前所述表面沒有接合。
[0042]如下面將要敘述的，所述撓性構(gòu)件能夠設(shè)置有用于與接頭組件相關(guān)聯(lián)的固有測量功能的性能。固有的含義是所述接頭組件自包含或內(nèi)在地或整合包含所述測量功能而不需要外部工具，即使外部工具的使用有利于不同的實(shí)施方式。因?yàn)閾闲詷?gòu)件在通過扭矩接上和相對(duì)軸向位移(超過參考位置的相對(duì)扭轉(zhuǎn))之間存在一個(gè)可重復(fù)的和可靠的關(guān)系，所述測量特征不僅能夠用于通過扭矩測量首次接上，還能夠通過扭轉(zhuǎn)測量首次接上。此外，所述撓性構(gòu)件促進(jìn)測量功能和結(jié)構(gòu)、固有的或其他的，能夠通過扭矩或扭轉(zhuǎn)用于測量改造。
[0043]雖然本發(fā)明的多個(gè)發(fā)明方面、概念和特征在本文中作為與典型實(shí)施方式相結(jié)合的方式描述和說明，這些多個(gè)方面、概念和特征能夠被用在多個(gè)可選實(shí)施方式中，或者以單獨(dú)或不同的組合和其中的子組合來實(shí)現(xiàn)。除非本文明確排除，所有的組合和子組合都處于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。更進(jìn)一步，盡管本文中描述了關(guān)于本發(fā)明的多個(gè)方面、概念和特征(諸如可選材料、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、方法、電路、裝置以及零件、形成替代品、接頭和功能等)的多個(gè)可選實(shí)施方式，但是這種描述并不意圖是可選實(shí)施方式(無論當(dāng)前已知或者以后提升)的完全或詳盡的列舉。本領(lǐng)域