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具有扭矩箍的導管配件.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510537977.1

申請日:

2010.02.19

公開號:

CN105065807A

公開日:

2015.11.18

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):F16L 13/14申請日:20100219|||公開
IPC分類號: F16L13/14 主分類號: F16L13/14
申請人: 斯瓦戈洛克公司
發明人: P.C.威廉斯; M.A.克拉森; C.R.布朗; D.C.阿斯泰恩; J.S.雷爾; J.D.卡科西亞克; G.S.卡拉塔
地址: 美國俄亥俄州
優先權: 61/154144 2009.02.20 US
專利代理機構: 中國專利代理(香港)有限公司72001 代理人: 傅永霄
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510537977.1

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.04.10|||2015.12.16|||2015.11.18

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

一種具有第一和第二帶螺紋配件部件以及至少一個導管夾持設備的類型的導管配件,還包括允許通過施加預定扭矩拉近配件的行程限制構件。在一個實施例中,行程限制構件可以是非一體的扭矩箍,并且在另一個實施例中,行程限制構件可以是與配件部件一體形成的兩個接合表面。替代地,配件也可以通過圈數而拉近。在又一個實施例中,提供一種行程限制構件,其可以被使用來使被設計成通過圈數拉近的配件也能夠通過扭矩來拉近。行程限制構件促進配件的多次再拉近,包括通過扭矩的再拉近。

權利要求書

1.一種用于導管的配件,包括:主體、螺母和至少一個套圈,所述主體和螺母都帶有螺紋以便在被裝配在導管上時所述主體和螺母被擰緊在一起至第一相對軸向位置,以在所述第一相對軸向位置處通過所述至少一個套圈實現導管密封和夾持,表面,當所述表面與所述主體和螺母中的至少一個接合時,所述表面阻止所述主體和螺母的相對軸向行程,所述表面允許所述主體和螺母之間的附加相對軸向行程,以在所述主體和螺母已經被擰緊在一起至所述第一相對軸向位置之后再拉近所述配件,所述表面在軸向上定位成使得,可選地,在初次拉近所述配件至所述第一相對軸向位置時所述表面可以無需接合所述主體和螺母中的所述至少一個,且如果在初次拉近所述配件至所述第一相對軸向位置時所述表面不接合所述主體和螺母中的所述至少一個,那么所述表面將會在超過所述第一相對軸向位置達到附加相對軸向行程后接合所述主體和螺母中的所述至少一個。2.如權利要求1所述的配件,其中所述表面包括在由所述主體和螺母中的所述至少一個接合的構件上。3.如權利要求2所述的配件,其中所述主體、螺母、至少一個套圈以及所述構件中的每個都包括金屬。4.如權利要求1所述的配件,其中所述配件的初次拉近是通過規定圈數實現的。5.如權利要求1所述的配件,其中所述配件的初次拉近是通過施加規定扭矩實現的。6.如權利要求1所述的配件,其中施加規定扭矩來將所述主體和螺母擰緊在一起以初次拉近配件并且實現導管夾持和密封。7.如權利要求6所述的配件,其中在再拉近期間,以規定扭矩建立導管夾持和密封。8.如權利要求7所述的配件,其中所述規定扭矩包括扭矩值范圍。9.如權利要求8所述的配件,其中所述扭矩值范圍包括離散扭矩值+/-15%的離散扭矩值。10.如權利要求8所述的配件,其中用于初次拉近配件所施加的所述規定扭矩值比為再拉近配件所施加的扭矩值大。11.如權利要求7所述的配件,其中在再拉近期間,將所述主體和螺母再次擰緊到受控制的附加相對軸向行程以在所述規定扭矩處產生導管夾持和密封。12.如權利要求1所述的配件,其中所述附加相對軸向行程是在大約千分之0.1英寸到大約千分之10英寸的范圍內。13.如權利要求1所述的配件,其中所述表面允許至少5次再拉近。14.如權利要求1所述的配件,其中所述表面允許至少15次再拉近。15.如權利要求1所述的配件,其中所述表面允許至少25次再拉近。16.如權利要求1所述的配件,其中在所述配件的拉近期間所述表面與所述主體和螺母中的至少一個的接合導致扭矩增加,該扭矩增加遠遠大于如果不存在所述表面時在配件的拉近期間在所述第一相對軸向位置處產生的扭矩增加。17.如權利要求1所述的配件,其中所述配件可以替代地在帶有或不帶有接合的所述表面的情況下通過圈數被拉近。18.如權利要求1所述的配件,其中所述表面設置在可以與可通過圈數拉近的配件一起組裝的單獨零件上,從而也允許該配件通過扭矩拉近。19.如權利要求3所述的配件,其中所述金屬包括不銹鋼。20.如權利要求1所述的配件,其中所述主體帶有公螺紋,而所述螺母帶有母螺紋。21.如權利要求1所述的配件,其中所述主體帶有母螺紋,而所述螺母帶有公螺紋。22.如權利要求1所述的配件,其中所述表面與所述螺母和主體中的所述至少一個是一體的。23.如權利要求1所述的配件,其中所述螺母包括套圈驅動表面和從所述套圈驅動表面延伸的內部錐形表面。24.如權利要求23所述的配件,其中所述內部錐形表面相對于配件的縱向軸線形成大約30度到大約60度的角度。

說明書

具有扭矩箍的導管配件

本申請是申請號為201080017315.7、國際申請日為2010年2月19日的同名的發明專利申請的分案申請。

相關申請的交叉引用

本申請要求2009年2月20日提交的、名稱為“CONDUITFITTINGWITHTORQUECOLLAR(具有扭矩箍的導管配件)”的美國臨時專利申請序列號No.61/154,144的權益,其整個公開在此通過參考完全并入本發明。

技術領域

本發明涉及用于金屬導管,例如金屬管子或公稱管的配件。更具體地,本發明涉及通過將匹配螺紋配件部件擰緊在一起來提供導管夾持和密封的配件。配件的一個實例是使用一個或以上的套圈建立導管夾持和密封的非擴口配件。

背景技術

配件使用在氣體或液體流體系統中以提供在導管與另一個流體流動設備,例如另一個導管、流動控制設備(例如閥或調節器)、端口等之間的流體緊密機械連接。通常使用的特定類型的配件稱為非擴口配件,其使用一個或以上的例如套圈的導管夾持設備,以例如提供夾持和密封功能。這種配件是流行的,因為它們不需要導管端部的太多準備,除了擺好姿勢的和去毛刺。

然而,其他配件也可與本發明一起使用,包括通過將兩個匹配螺紋配件部件擰緊在一起來組裝的任何配件設計。

套圈類型配件現在是通過圈數拉近的,通過將多個配件部件一起擰過參考位置規定數量圈數和部分(partial)圈數來擰緊。通過控制圈數的數量,可以控制多個配件部件一起的行程或軸向前進距離來保證套圈有效地夾持和密封導管。通常,這種配件被松開以進行在流體系統中的各種修理和維護活動,并且隨后松開的配件被重新擰緊,通常稱為“再拉近”配件。這種再拉近可以用相同配件部件和套圈來完成,或者有時候更換一個或以上的零件。

發明內容

根據在本公開中呈現的一個或以上的本發明的實施例,提供一種用于導管配件的扭矩箍或環,其允許配件通過施加預定扭矩而被拉近。在一個實施例中,配件也可以通過旋轉被拉近。在又另一個實施例中,提供扭矩箍或環,其可以被使用來使被設計成通過圈數拉近的配件也能夠通過扭矩而被拉近。

根據在本公開中呈現的另外一個或以上的本發明的實施例,一種用于導管配件的扭矩箍或環,包括擴大的凸緣,該凸緣允許裝配者或者其他人試圖旋轉或轉動扭矩箍來證實配件是否已經被徹底拉近。

根據本文另外一個或以上的本發明的實施例,行程限制特征可以是配件部件中的一個或全部兩個的外表面上形成或設置的一體結構。

根據本文公開的本發明的另一個實施例,通過扭矩的拉近不僅提供給第一次拉近,而且提供給再拉近,替換地包括多次再拉近,其中在每次再拉近時都有可靠的導管夾持和密封。在更特別的實施例中,提供具有內部錐形的螺母來使用于再拉近的套圈居中,以改進行程恢復。

在另一個實施例中,一種配件,包括行程限制特征,其促進通過扭矩的拉近。通過扭矩拉近的過程還可以用于每次再拉近,并且行程限制特征促進用于多次再拉近的通過扭矩拉近。在更具體實施例中,可以使每次再拉近達到與配件的初次或首次拉近一樣的預定扭矩。在又一另外實施例中,可以例如利用扭矩箍來實現行程限制特征。扭矩箍可以是非一體的、單獨的配件零件或者可以是與配件部件一體形成的。扭矩箍可以在首次拉近時實現接觸,或者直到一次或以上再拉近之后才實現接觸。

在另一個實施例中,還可以通過任選地利用具有輔助將一個或以上的導管夾持設備居中和定位的一個或以上的內部錐形表面的配件部件來促進通過扭矩拉近。內部錐形不僅有益于初次通過扭矩拉近,并且可以顯著增加通過扭矩實現的有效再拉近的次數。

考慮附圖,本領域的技術人員將會理解本文公開的各個發明的這些和其他實施例。

附圖說明

圖1為示出本文的一個或以上本發明的一個實施例的導管配件的實施例,顯示在縱向剖面中并且處于手緊位置;

圖2為在圖1的圓圈A中部分的放大視圖;

圖3為在圖1的圓圈A中部分的放大視圖,但是配件處于徹底拉近位置;

圖3A為示出扭矩比圈數的實例的圖表;

圖4為處于手緊位置的通過扭矩拉近的配件的另一個實施例;

圖5為在圖4的圓圈B中部分的放大視圖;

圖6為在圖4的圓圈B中部分的放大視圖,但是配件處于徹底拉近位置;

圖7為處于手緊位置的通過扭矩拉近的配件的另一個實施例;

圖8為在圖7的圓圈B中部分的放大視圖;

圖9為通過扭矩拉近的配件的另一個實施例,其裝配在導管端部上并處于手緊位置;

圖10為在圖9的圓圈A中部分的放大視圖;

圖11為通過扭矩拉近的母配件的另一個實施例,其裝配在導管端部上并處于手緊位置且帶有非一體的扭矩箍;

圖12為通過扭矩拉近的母配件的另一個實施例,其裝配在導管端部上并處于手緊位置且帶有一體的扭矩箍;

圖13示出具有非一體扭矩箍的公配件的另一個實施例,也利用母配件的內部錐形表面;以及

圖14示出與圖13相似的實施例,但是利用一體的扭矩箍。

具體實施方式

雖然本文的示例性實施例是在不銹鋼管配件背景下呈現的,但是本發明不被限制于這種應用,并且本發明可與許多不同金屬導管一起使用,例如管子和公稱管,以及與不同于316不銹鋼的不同材料一起使用,并且還可以用于液體或氣體流體。雖然本發明是相對于導管夾持設備和配件部件的特定設計示出的,但是本發明不被限制于與這種設計一起使用,并且可用于使用一個或以上的導管夾持設備的許多不同的配件設計中。在一些配件中,除了導管夾持設備,還可以存在一個或以上的附加零件,例如密封件。本發明可以與管子或公稱管一起使用,所以我們使用術語“導管”來包括管子或公稱管或者兩者。我們通常可互換地使用術語“配件組件”和“配件”作為對一般包括第一和第二配件部件以及一個或以上導管夾持設備的組件的速記參考。“配件組件”的概念因此可以包括以手緊位置、部分拉近位置或徹底拉近位置位于導管上的多個零件;但是術語“配件組件”也用于包括將多個零件(不包括導管)一起的組件,例如用于航運或管理,以及即使在沒有組裝在一起的情況下的組成零件本身。配件通常包括聯接在一起的兩個配件部件,以及一個或以上的夾持設備,然而,本發明可以與包括附加構件和零件的配件一起使用。例如,聯管節配件可以包括主體和兩個螺母。我們在本文中也使用術語“配件再拉近”和衍生術語指代配件組件,該配件組件已經被擰緊或徹底拉近至少一次、松開、以及隨后重新擰緊到另一個徹底拉近位置。例如,可以通過相同配件組件零件(例如螺母、主體、套圈)實現再拉近,或者再拉近可以包括配件組件的一個或以上零件的更換。這里的標記“外側”和“內側”是為了簡便,并且簡單地指代方向是軸向地指向配件中心(內側)還是遠離中心(外側)。

當將兩個螺紋零件擰緊在一起時,圈數和扭矩是相關的因素并且可以用于擰緊過程。不過,為了本發明的目的,在通過將兩個螺紋配件部件(例如螺母和主體)擰緊在一起來拉近或構成配件的背景下,“通過扭矩”的拉近表示使用規定或預定扭矩將零件擰緊在一起,而不需要計數相對圈數或者部分圈數的數量。規定或預定扭矩可以是明確的或精確的扭矩值或者規定或預定扭矩可以是扭矩值范圍。根據應用,預定扭矩可以是任何范圍的扭矩值。在一個示例性實施例中,預定扭矩是在保證配件被正確地拉近來夾持和密封導管的預定扭矩處或之上的任何扭矩。在另一個實施例中,預定扭矩可以是預定扭矩+/-一定可容忍誤差。例如,規定或預定扭矩可以是扭矩值+/-0到15%的扭矩值,例如+/-10%的扭矩值、或者+/-15%的扭矩值、或者在+/-15%的扭矩值內的任何范圍。“通過圈數”的拉近表示利用從參考位置的規定數量的相對圈數和/或部分圈數將零件擰緊在一起,而不需要規定的扭矩。如下面進一步解釋,通過扭矩的拉近和通過圈數的拉近與初次拉近和再拉近聯合使用。

雖然本發明的各種創造性方面、概念和特征在本文中可能被描述和示出為組合地體現在示例性的實施例中,但是這些各種方面、概念和特征可以單獨地、或以它們的各種不同的組合和子組合的方式被用于許多其他的實施例中。除非本文中明確排除,所有這些組合和子組合旨在落入本發明的范圍內。仍然進一步,雖然本文可能描述了關于本發明各種創造性方面、概念和特征的各種不同的替代實施例,例如替代的材料、結構、構造、方法、電路、設備和部件、軟件、硬件、控制邏輯、關于形成、裝配或起作用的替代方式等,但是這些描述不是旨在為現在已知或后續開發的可用替代實施例的完全或窮盡列表。本領域的技術人員可輕易地在本發明范圍內的附加的實施例或用途中采用一個或以上的創造性方面、概念或特征,即使這些實施例在本文中沒有明確公開。此外,即使本發明的一些特征、概念或方面在本文中可能被描述為優選布置或方法,但這些描述也不是旨在暗示這些特征是必需或必要的,除非有專門的陳述。仍然進一步,可能包括示例性或代表性值和范圍以幫助理解本發明,然而,這些值和范圍不被解釋為限制意義,并且僅在專門陳述時才用作關鍵的值和范圍。并且,雖然各種方面、特征和概念可能在本文中被明確地確認為有創造性的或形成發明的一個部分,但是這種確認不是旨在排他的,而是可能存在本文中已經充分描述但沒有明確地被如上地確認或被確認為特定發明的一部分的具有創造性的方面、特征和概念,這些發明在所附的權利要求中公開。對示例性方法或過程的描述不被限制為包括在所有實例中需要的所有步驟,所展示的步驟的順序也不應被理解為是必需的或必要的,除非專門陳述。

參考圖1和2,展現了一個或以上發明的第一實施例。在這個實例中,用于管子或公稱管的導管配件10包括第一配件部件12和第二配件部件14。這些零件在本領域通常分別稱為主體和螺母,其中主體12接納導管端部C1,并且螺母14在配件的構成期間可以被聯接到主體12。雖然本文為了方便我們使用通用術語主體和螺母,但是本領域的技術人員應該認識到本發明不被限制于上述術語可以被使用來描述零件的應用中。主體12可以是如示出的獨立式部件或者可以是與另一個部件或組件一體的或被集成或組裝到到另一個部件或組件,例如像閥、箱、或其他流動設備或流體容納設備。主體12可以具有許多不同的構造,例如,聯管節、T型、肘型等,僅列舉本領域公知的幾項。配件在現有技術中也通常稱為公配件或母配件,其區別在于對于公配件公主體12包括外螺紋部分,而母螺母14包括內螺紋部分。對于母配件,公螺母12包括外螺紋部分,而母主體14包括內螺紋部分。本文中我們既提供公配件又提供母配件的實施例。

典型配件還包括一個或以上的導管夾持設備16。在許多配件中,這些導管夾持設備16稱為套圈。在本發明中我們將互換地使用導管夾持設備和套圈,應該理解,導管夾持設備可以替代地實施為不同于通常被已知為或稱作套圈的部件的部件形式,并且可以包括附加零件,例如像密封件。在本公開中,配件的各個實施例包括兩個導管夾持設備,例如像第一或前套圈18和第二或后套圈20。在“前”和“后”之間的區分是用來簡便地指示導管夾持設備相對于主體沿著中心縱向軸線X的軸向移動的方向。本文關于“徑向的”和“軸向的”的所有標記都是參考X軸線的,除非另外注明。并且,關于角度的所有標記都是參考X軸線的,除非可能的另外注明。

如所指出的,主體12通常理解為接納導管C的端部C1的配件部件。螺母14通常理解為可與主體螺紋配合的部件,并且包括至少一個驅動表面22,其與第二或后套圈20的后端或被驅動表面24接合。在圖1中,配件10包括與在主體12上的外螺紋28和在螺母14上的內螺紋29一致的螺紋連接部26(圖2)。

重要的是注意到配件聯接部件12、14以及導管夾持設備24、30的幾何形狀、構造和設計是設計選擇的問題,并且在很大程度上依賴于所使用的材料、以及所期望的配件的設計和性能標準。許多不同聯接部件和導管夾持設備的設計是現有技術公知的,并且可能是在將來被設計的。本文中描述和在示例性實施例的背景下說明的本公開和各發明都致力于用于提供通過扭矩拉近或任選地通過扭矩或圈數拉近的能力的結構和方法。

當在本文中使用時術語“徹底拉近”是指將配件部件聯接在一起以便于使一個或以上導管夾持設備變形,但通常不需要是塑性變形,以產生配件組件10在導管18上的流體緊密密封和夾持。當在本文中使用時部分拉近是指部分但足夠地將公和母配件部件擰緊在一起以便于使一個或多個導管夾持設備變形,以便于這些導管夾持設備被徑向地壓靠在并因此附接到導管,但不必已經產生流體緊密連接或所要求的導管夾持,這在徹底拉近之后才實現。術語“部分拉近”因此也可以理解為包括通常在現有技術中稱為預旋鍛的內容,其中旋鍛工具用來使套圈充分地在導管上變形,以便在被與第二配件部件配合形成配件組件之前套圈和螺母被保持在導管上。手緊位置或狀態是指配件部件和導管夾持設備被松散地裝配在導管上、但沒有任何明顯地間公和母配件部件擰緊在一起,通常典型的是一個或多個導管夾持設備沒有經歷塑性變形。我們也提到初次或首次拉近或構成以指示第一次將配件擰緊到徹底拉近位置,這意味著套圈和導管沒有事先被變形。隨后的拉近或再拉近是指在先前的拉近之后的任何徹底拉近,不管先前的拉近是初次拉近或是配件的更后的拉近或再拉近。

主體12包括截頭圓錐表面30,其用作用于前套圈18的凸輪表面。前套圈18的后端部包括截頭圓錐凹部32,其用作用于后套圈20的凸輪表面。為了實現徹底的導管夾持和密封,螺母和主體被擰緊在一起—通常在現有技術中稱為拉近或構成或拉近配件以及衍生術語—以便后套圈20和前套圈18軸向前進到抵靠它們各自的凸輪表面32和30。這樣導致套圈徑向向內壓縮抵靠在導管C的外表面,以實現導管夾持和密封。在圖1和2的示例性配件組件中,導管夾持主要是通過后套圈實現的,前套圈主要供流體緊密密封。然而,在一些設計中,前套圈也可以夾持導管,而后套圈也可以提供流體緊密密封。因此,術語“導管夾持設備”可以包括兩個不同功能,即導管夾持和密封,不管具體的導管夾持設備是執行這些功能的一個還是全部兩個。本發明可替代地可以被與具有單個導管夾持設備類型的配件一起使用,其中單個導管夾持設備既執行夾持又執行密封功能,并且仍然還可替代地可以被與具有使用超過兩個導管夾持和密封設備的配件一起使用。

圖1示出處于手緊位置的配件10。在這個位置中,在導管C已經插入主體12之前或之后,已經安裝了套圈18、20,并且螺母14已經與螺母配合到這樣的位置,既感受到相對于主體12旋轉螺母14的阻力。優選地,導管端部C1的底部靠在主體12中的沉孔肩部13上。在這個手緊位置中,螺母驅動表面22處于與后套圈的后端部24接觸中,并且當螺母被旋轉到主體上時,后套圈22被推進到與前套圈18接觸,并且前套圈18與主體凸輪表面30接觸。通常,裝配者將手動地將螺母14擰緊到主體上直到感受到進一步擰緊的阻力,這說明部件大體上鄰接和處于圖1所示的位置中。

為了完成連接,相對于彼此旋轉主體和螺母,也稱為構成和拉近配件。驅動表面22向前推動后套圈20,其進而向前推動前套圈18,以便推動前套圈的向前部分18a抵靠凸輪表面30。這樣導致徑向壓縮前套圈以形成與凸輪表面30以及和導管C的流體緊密密封。后套圈的向前部分20a被推動抵靠前套圈的截頭圓錐凹部32。這樣導致后套圈20塑性變形,并且被徑向壓縮,以便后套圈緊密地與導管接合。后套圈的前邊緣20b(圖3)咬入導管C的外表面以形成肩部S。這個肩部與后套圈20配合來提供良好的導管夾持,即使是在若沒有上述配合往往會將導管推出主體12的壓力作用下。后套圈也可實現與導管的流體緊密密封,雖然它的主要功能是導管夾持。連接在螺母14已經相對于主體12在軸向上充分前進以便配件10和導管端部具有流體緊密密封和抵抗壓力的強導管夾持時完成。這個位置示出在圖3中并且通常稱為徹底構成或拉近位置。

主體通常具有扳扭平面34并且螺母通常具有扳扭平面36(圖1),以幫助裝配者拉近配件10。雖然可以旋轉任何一個配件部件,但是通常裝配者使用扳手來將主體12保持為靜止,同時利用另一個扳手旋轉螺母14。或者可替代地,有時候主體12被保持在固定夾具中,并且在一些設計中主體已經被安裝或集成到另一個結構,尤其是對于母配件。

公配件主體,例如示例性主體12,通常具有圓柱體頸部38,其設置在主體螺紋28的內端與六邊形平面34的面向肩部34a之間。對于例如在本文圖11和12示出的母配件,公螺母可以具有在螺紋與面向肩部之間的頸部,如下文將要描述的。

到現在為止,本文描述的螺母、主體以及實現導管夾持和密封的一個或以上的導管夾持設備的基本結構是非常公知的,并且是許多配件設計共有的,包括單個套圈和兩個套圈的配件。本文示出的特定配件和操作包含在由俄亥俄州梭倫的Swagelok公司銷售的管配件中,并且描述在多個專利、公開的專利申請和其他可公開獲得的文獻中,例如參見US專利No.5,882,050和6,629,708。然而,在本公開中的發明適于與現在知道或以后開發的許多不同配件設計一起使用。

手緊位置對于理解是重要的,因為以前的配件,特別是管配件,已經被設計成通過計數螺母相對于主體經過手緊位置的規定數量圈數(其中“圈數”可以包括并且通常確實包括部分圈數),而被拉近或構成為最終完成位置(例如圖3)。例如像本文所示的管配件被拉近到經過手緊位置的一又四分之一圈的規定狀況。其他制造商的管配件可以被拉近到不同數量的圈數和部分圈數。實際情況中圈數相當于螺母和主體的預定或期望相對軸向移動(以及套圈或導管夾持設備的最終軸向移動),也稱為配件行程或行程。對于任何給定配件設計,都存在確保配件被恰當地拉近經過手緊位置所需的相應最小行程。通過在手緊位置中密切接觸的所有配件零件,將存在螺母和主體的相對軸向移動的最小量,其將允許前套圈密封以及后套圈恰當地塑性變形來實現期望的導管夾持,或者可替代地用于單個套圈實現夾持和密封。這個最小相對軸向移動或行程相當于基于螺紋節距和各種零件的具體設計特征的規定圈數數量,特別是套圈的材料性質和幾何形狀,以及導管的材料性質。因為經過手緊位置的圈數容易轉換為相對軸向移動或行程,所以導管配件歷史上已經通過圈數來拉近。

恰當或有效的初次或首次拉近是實現了有效導管夾持和密封以便配件可以按照配件制造商提供的規格工作的拉近。這種性能規格或額定值可以包括例如保證流體緊密無泄漏連接的最大流體壓力。在本文中我們可互換地使用術語“有效再拉近”和“可靠再拉近”。

配件的每個部件或零件,包括導管,將具有它自己的一組公差和材料特性。例如,給定尺寸的商用導管具有在可接受公差或范圍內的外部直徑。導管也將具有在規定公差內的壁厚和硬度。相似地,加工或形成的零件,例如螺母、主體和套圈每個將具有在規定范圍內的各種尺寸和材料性質。結果,在任何給定配件型號或設計的大量的零件中,公差累積將必然發生并且將隨機發生,但是可能是統計意義上可預測的。通過公差累積我們的意思是配件零件的任何隨機組件將包含具有最大公差的一些零件,具有最小公差的一些零件,并且接近標稱值的許多(如果不是大多數)零件。但是為了保證正確的初次拉近,規定的圈數數量將考慮配件組件會隨機包含具有接近或者處于要么高要么低的公差極限的公差累積的零件的可能性。因此,經過手緊位置的規定圈數數量將被選擇來保證實現導管夾持和密封的足夠行程,以便每個配件在初次拉近后按照它的壓力和密封額定值工作。

導管配件的另一個方面是再拉近的理念。本文示出和可以從Swagelok獲得的配件能夠進行多次有效再拉近,而在性能方面沒有損失。配件以成千上萬的數量被使用并且在氣體和液體容納管線和系統中的設施和裝置各處經常可見。一個或以上的配件在被安裝進特定位置之后又不得不被拆卸是相當普遍的。不得不拆卸配件的原因是隨配件的不同使用而變化的,但典型的實例包括需要更換或維修或保養一段導管、或機械連接的零件,例如在流體管線上的閥、調節器、過濾器等。在配件已經被拆卸之后,重新使用相同配件和配件部件通常是最容易和最低成本的,特別是相同的套圈、螺母和主體。因此,如本文使用的有效再拉近或者有效被再拉近配件是有效地在被擰緊的利用相同配件零件或在某種情況下利用一個或以上替換配件零件來建立與導管的機械附接連接的有效再拉近或者有效被再拉近配件,而在關于流體密封和夾持方面,不會消極影響配件性能。換句話說,如本文使用的有效再拉近表示其中配件性能與其原始性能標準、規格或額定值相比不會打折扣或改變的再拉近(例如在可能由制造商規定的允許數量的再拉近內在再拉近時會實現相同的壓力額定值)。當我們在本文中的各個實施例和發明背景下使用術語再拉近時,我們是指有效的再拉近。

為了正確地再拉近配件,通常將需要實現螺母相對于主體的超過上一構成的軸向位置的附加軸向位移,不管上一構成是配件的初次構成(初次構成意味著配件第一次擰緊到徹底構成位置)或者是前次再拉近。每次再拉近的附加軸向位移是重新建立正確密封和夾持所需要的。這通常通過如下實現:重新將配件擰緊到它的原始拉近位置并且隨后裝配者將通過旋轉螺母更多一點來使配件緊接以重新建立導管夾持和密封。配件大體上可以承受有限次數的有效再拉近,因為每次再拉近需要螺母相對于主體并朝向主體的進一步軸向前進。不是所有配件設計都適于有效再拉近。例如,其中多個套圈一起被壓壞從而沒有空隙地完全接觸的配件對于有效再拉近來說不是非常有用的,并且對于這種再拉近密封不是可靠的。并且,初次被拉近到前擋塊的配件不能利用相同前擋塊被可靠地再拉近,因為前擋塊阻止可靠的附加軸向移動。

設計成通過圈數拉近的配件已經在世界范圍內在各種應用中被廣泛接受和使用。然而,一些工業勉強使用需要通過圈數拉近的配件,因為這些工業通常更習慣于通過扭矩的零件裝配。例如,在汽車工業中,通常將零件裝配到規定最小扭矩,以允許使用簡單扭矩扳手和其他工具以便裝配者立即知道正確擰緊了零件。

已經設計成通過圈數拉近的配件通常不推薦通過扭矩拉近。這是因為在材料性質(例如,導管外部直徑、壁厚、硬度特性等,以及螺母、主體和套圈的各種尺寸的固有變量,再一次即使在規格內)中的各種變化和公差累積會產生在扭矩和行程之間的可預測相關性的缺失。換句話說,當配件拉近時,扭矩將自然和逐漸地增加,但是除了利用本文所示出的最高質量的配件工作的最熟練和有經驗的裝配者以外,難以“感覺”正在施加與適當數量的圈數相一致的足夠的扭矩。雖然可以使用扭矩扳手來試著拉近規定為通過圈數拉近的配件,以便保證扭矩可能需要的足夠的行程比必需的還高,但這樣會潛在地以限制后續再拉近的次數為代價。由于配件工業基本上順應通過圈數拉近,這說明在這些已知配件上通過扭矩的拉近是不可行的。

前擋塊可以用來拉近配件從而模仿通過扭矩的拉近,因為當前擋塊被接合時,需要來繼續擰緊配件部件的扭矩將急劇增加。通過前擋塊來表示表面接合,通過該表面接合實際上阻止了進一步軸向前進,只要沒有過度擰緊配件零件。前擋塊的使用不是真實的通過扭矩的拉近,但是前擋塊確實簡單地限制了進一步使螺母相對于主體軸向前進的能力。因此,帶有前擋塊的再拉近是不可靠的,因為不能提供套圈的進一步軸向前進以實現夾持和密封。并且,另外,前擋塊的使用不允許有效的后續通過扭矩的拉近或再拉近。

本文公開的發明的下述實施例涉及一種用于導管的配件,其可以通過扭矩或者任選地通過圈數來拉近。對于這個概念有多個不同的方面。本文的示例性實施例公開了用于可以通過圈數、通過扭矩、或通過這兩者拉近的配件的裝置和方法。有利地,雖然不所要求的,但是配件可以首先通過扭矩或圈數拉近并且經歷了多次通過扭矩或圈數的再拉近。仍然進一步,這些再拉近每個可以通過與初次構成或前次再拉近相同的扭矩值或相同范圍的預定扭矩值完成。作為又另一個重要方面,提供了裝置和方法,通過該裝置和方法設計成通過圈數拉近的配件可如本文所教導地被改造成替換地通過扭矩拉近。

我們的可以通過扭矩拉近、或者替代地可以通過扭矩或圈數拉近的配件的概念可以通過包含行程限制特征來實現。行程限制特征不僅允許通過扭矩的拉近,而且也促進通過扭矩的再拉近,以及非常令人驚奇的,許多次的通過扭矩的再拉近。

首先考慮,本領域普通技術人員的觀點是任何配件都可以通過扭矩拉近,并且在經過手緊位置的初次拉近方面這在一定程度上是正確的。然而,成功地實現這個結果的挑戰將導致不使用通過扭矩拉近。為了克服固有公差累積和包括諸如摩擦的因素的各種扭矩,我們將不得不選擇這樣的扭矩值,其將是足夠高的以保證正確行程來實現導管夾持和密封,特別對于處于高公差端的配件。例如,對于其中導管硬度、壁厚和/或外直徑都接近最大允許公差累積的配件,與處于標稱公差累積或處于公差累積的低端的導管相比,將需要顯著更多的扭矩來保證到達正確的行程。

但是,類似于最糟糕情況設想類型的分析,用于初次拉近的這個高扭矩值將導致過度擰緊,并且對于其中導管性質隨機地處于標稱或低公差累積的配件來說使用了太多的行程。這個浪費的行程將消極甚至嚴重地影響可利用的再拉近的次數,因為任何配件基于可利用的附加行程量會具有有限次數的可能再拉近。并且即使可以使用前擋塊來限制在初次拉近時的行程,但是前擋塊也在再拉近期間阻止附加行程,以致于帶有前擋塊的再拉近不會可靠地重新密封導管。我們的通過扭矩拉近的概念也促進通過扭矩的再拉近,并且任選地再拉近到與用于初次構成或前次再拉近相同的扭矩。這不能通過用于通過扭矩的初次拉近的前擋塊來完成。并且,假設為了再拉近前擋塊(例如像止動箍)被去除。現在后續再拉近在行程方面將沒有限制,并且再一次地用于初次拉近的高扭矩將消耗再拉近時的行程,由此再一次地限制可靠再拉近的次數。

因此,不像現有技術中通過不可靠再拉近可以實現的那樣,我們的通過扭矩拉近的概念促進通過扭矩的初次構成,并且也允許終端用戶選擇不僅一次或兩次進行可靠再拉近,而根據需要可多次再拉近。

使用我們這里的教導,配件設計者可以選擇預定扭矩,該預定扭矩將實現制造商期望的任何置信水平內的防泄漏初次拉近。有些制造商可能每次都需要預定扭矩以提供沒有泄漏的初次拉近,其他制造商可能需要97%的可靠性,其他制造商可以甚至更低,僅作示例。即使預定扭矩不產生100%的沒泄漏初次拉近,如果必要,裝配者也仍然可以進一步使配件更加緊接,同時仍然允許大量的通過扭矩的再拉近。

我們的通過扭矩拉近的概念,具有多次可靠再拉近的選擇,也來源于我們在本文中的理解和教導,即初次拉近所消耗的行程通常將是最高拉近行程。換句話說,通常在初次拉近時需要大量的行程來保證套圈和導管的正確變形以實現正確夾持和密封。但是我們已經認識到對于連續的再拉近,每次再拉近通常需要比初次拉近更少的附加行程。例如,再拉近可以僅利用在大約千分之0.1到大約千分之10英寸范圍的附加相對行程。甚至更值得注意的是每次連續的再拉近通常比前次再拉近使用更少的行程,甚至在高次數的再拉近時,例如20或以上,以及甚至超過50次的再拉近,成功的再拉近需要的附加行程量變得小到接近不可測量。但是,重要的一點是不管附加行程有多小,還是需要一些附加行程來保證再拉近時的正確有效密封。所以在經過一定次數的再拉近之后,有效再拉近需要的附加相對軸向行程變得越來越小,以漸進曲線的形式接近但不完全到零英寸。雖然每個配件在成功的再拉近可能需要多少行程方面都是唯一的,但是在初次拉近和低次數早期再拉近(或許是最初兩或三次再拉近,例如)需要的較高行程量與之后的再拉近需要的較低且一定程度上狹窄變化的行程量之間大體上會有可識別的過渡。這個過渡顯示了優化在已經執行較大行程拉近(例如,初次拉近或幾次的早期再拉近)之后所要初次接合的行程限制特征的可選機會,以便行程限制特征此后可以用來嚴格地控制用于之后的再拉近的附加相對軸向行程。

對連續再拉近為實現有效再密封需要越來越少行程的認識可以從意識到每次再拉近都使套圈以及導管塑性變形更多一點使得套圈可以更可預測地保持不變或返回它們上一次的位置從而浪費的行程很少或沒有來理解。因此,消耗越來越少的行程和扭矩來首先使套圈返回在重新施加扭矩以正確地再拉近配件之前的位置中。

因此,通過我們的教導,對于任何公差累積,根據期望可以選擇預定扭矩來產生可靠初次拉近。我們隨后提供行程限制特征,其在初次拉近時或一次或以上再拉近之后被首次接合,以便于限制在再拉近期間使用的行程。我們已經相當令人驚奇地發現,這有利于甚至達到相同預定扭矩值(如果期望這樣的話)、甚至多達50次或更多次的可靠再拉近的多次再拉近。可以選擇通過扭矩的初次拉近以使用實現正確夾持和密封所需要的行程,并且任選地達到最佳行程,超過該最佳行程時可利用小增量軸向前進來實現成功的可靠再拉近,因為此時由行程限制特征控制。

為了進一步強調,在通過扭矩的初次拉近期間,行程限制特征可以但不一定被接合。任選地,行程限制特征可以直到首次或隨后的再拉近時才接合。任選地可以設計行程限制特征,以便行程被消耗到每次連續再拉近僅需要小增量附加軸向行程的近似位置,在該位置行程限制特征可以接合來控制用于再拉近的這種增量附加行程。行程限制特征因此實際上將若非如此可能會成為不必要高的扭矩的情況剔出,該不必要高的扭矩浪費不然本來可以用于再拉近的行程。

例如,對于給定的一又四分之一圈數的配件設計總體,假設15N-m(牛頓米)是用于初次拉近具有高公差累積的配件的預定扭矩。相同的15N-m的扭矩也將拉近處于公差累積的低端的配件,但是將產生超過一又四分之一的圈數,或許甚至是兩整圈或更多。可以軸向定位扭矩限制特征以在消耗這種過多行程之前接合,并且因此在初次拉近期間可以但不必接合。然而,對于接近標稱公差累積或在公差累積較高側上的配件,扭矩限制特征可直到第一、第二或可能甚至更后面的再拉近時才接合。扭矩限制特征因此已經允許通過達到用于配件設計總體的預定扭矩的扭矩進行拉近,與此同時阻止對低端公差累積組件的過度擰緊,從而促進許多可靠的再拉近。行程限制特征為每個通過扭矩的再拉近提供行程受控的拉近,這也有助于允許多次通過扭矩的可靠再拉近。

不是來自制造商的所有配件都具有相似的扭矩-行程特征。一些制造商在尺寸和材料性質方面會具有更松的公差,而其他制造商具有很嚴的控制。一些配件可以被設計為具有扭矩降低特征,例如使用潤滑油,或者一些配件可以被設計為具有用于更低壓力應用的較軟材料。但是無論對配件設計作出的眾多選擇,預定扭矩可以被選擇為確保正確的行程以實現導管夾持和密封。預定扭矩可以任選地被設置為足夠高以使得行程限制特征在每次拉近時都接合,包括初次拉近和再拉近。一旦接合,不管是在初次拉近首次接合還是在之后再拉近時接合,行程限制特征將允許對于每次再拉近的附加軸向移動或行程的控制,從而使得特定配件設計的可用再拉近次數最大化。

參考圖1-3,在一個實施例中,行程限制構件40,其可以實現為扭矩箍40的形式,可以被包括于配件10中,以促進通過扭矩的拉近。扭矩箍40可以例如實現為非一體的環形環狀主體42的形式。主體42可以任選地包括內螺紋44(通過虛線表示),內螺紋允許扭矩箍40被安裝在主體12上,例如安裝在頸部38上,通過將扭矩箍40旋擰在主體螺紋28上。然而在所有應用中主體42不必是帶螺紋的。帶螺紋方案的一些優點是螺紋44幫助在頸部38上使扭矩箍40居中和對齊,并且當扭矩箍在使用中被軸向壓縮時,還提供用于扭矩箍40的強度和支撐。

在這點我們注意到,在這個實施例中扭矩箍40可以設計成與被設計成通過圈數拉近的配件一起使用。扭矩箍40也可以使用在專門設計成用于通過扭矩拉近的新配件中。扭矩箍40與通過圈數拉近的配件結合的優點是配件,例如本文的配件10,可以通過圈數、或者可替代地通過扭矩或者通過這兩者拉近。扭矩箍40允許使用通過圈數拉近的配件以便終端用戶不需要庫存或購買除扭矩箍本身以外的專門配件零件。例如,即使初次拉近是通過圈數的,一次或以上的再拉近可以通過扭矩拉近。并且即使初次拉近可能是通過扭矩的,一個或以上的再拉近可以通過圈數拉近。并且一些再拉近可以是通過圈數的,而其他通過扭矩。

行程限制構件或扭矩箍40概念是部分因為兩個相互關聯的效果而奏效。首先,在拉近(不管它是初次拉近或后續再連接)期間和在螺母相對于主體的預定量軸向位移或行程之后,扭矩箍40將實現與螺母14接觸,并且為此后的每次再拉近建立了螺母14相對于主體12的受控軸向位移或行程。這個受控軸向行程可以設計成與螺母和主體之間的相對軸向行程相一致,以保證,優選地沒有不必要的過度擰緊地,已經實現導管夾持和密封。

因此,優選地扭矩箍40直到已經發生預定行程時才接觸螺母14以保證對于初次拉近,已經實現導管夾持和密封。實際的預定行程值和導致發生該預定行程所需要的相應的預定扭矩將是配件許多不同設計標準和期望可靠性的函數。扭矩箍40可以設計成在初次拉近期間接合螺母14,以阻止過度擰緊以及行程損失,或者可以僅在一次或以上再拉近之后才接合螺母。可以選擇預定扭矩來保證正確的初次拉近,不管扭矩箍40接觸螺母14與否。但是在扭矩箍40接合螺母14之后,那么扭矩箍40將抵抗但不阻止進一步行程以便于在每次通過扭矩的再拉近期間、或者甚至對于每次通過圈數的再拉近控制行程。

在這點我們注意到通過圈數拉近的配件通常通過重新擰緊配件被再拉近以便于使套圈返回到它們前一次的位置(也稱為行程恢復)并且隨后提供另外的部分圈數,例如可以是1/8圈數來再拉近配件。如果期望這樣,扭矩箍40可以被使用于通過扭矩或通過圈數的再拉近,因為扭矩箍給每次再拉近提供受控軸向位移。

其次,在螺母14已經前進到足夠保證配件10已經徹底拉近之后,扭矩箍40在扭矩方面將產生顯著和可察覺的增加。因此,配件可以被拉近到預定扭矩,因為這個預定扭矩將與正確的導管夾持和密封所需要的預定行程相一致,并且任選地不會過度擰緊。預定扭矩可以通過扭矩扳手來實現或者被感測為進一步相對于主體12旋轉螺母14所需要的扭矩中的明顯的和任選地急劇的上升。換一種方式表述,裝配者可以感覺或感測到螺母的相對于主體12旋轉的阻力中的顯著增加。這將會是對螺母的行程的明顯限制,并且所感測到的在試著進一步使螺母前進所需要的扭矩中的增加將會清晰。在扭矩方面的這個明顯上升將優選地是顯著地大于用來將配件擰緊到它的最終徹底拉近位置的預定扭矩,但無論如何當應用扭矩時該明顯上升將伴隨有螺母行程的限制。優選地設計這個行程限制特征,以便在扭矩方面的明顯上升在已經達到預定相對軸向行程同時或之后發生以保證正確拉近。因此,可以使用例如使用扭矩扳手的通過扭矩拉近,或者可以使用基于對裝配者的在扭矩方面顯著和明顯增加的感覺反饋的通過扭矩拉近。

為了進一步詳細描述,設計成通過圈數拉近的配件的安裝者或者配件裝配者在配件拉近期間將感覺到在增加的扭矩,因為當相對于主體旋轉螺母時套圈在變形并且被徑向壓縮抵靠導管。通過使用扭矩箍,可以施加預定扭矩,并且隨后將感覺到在扭矩方面的急劇或顯著的增加,但是不會有螺母超過由襯套的設計設置的預定行程的大量的進一步行程。這是因為在到達正確拉近之后,扭矩箍將用來顯著地增加對螺母的相對于主體的附加軸向行程的阻力。正是扭矩與螺母和主體的相對行程之間的相互影響使得能夠恰當地設計扭矩箍40,以便可以將扭矩值或扭矩值的范圍規定成以確信正確的行程會發生以實現導管夾持和密封的方式來拉近配件和/或再拉近配件。通過阻止超過預定軸向行程位置的附加相對軸向行程,預定軸向行程可以接近地相當于保證任選地對于通過扭矩的初次拉近和每次再拉近都沒有過度擰緊地實現導管夾持和密封所需要的行程。

雖然可以任選地對再拉近使用與用于初次拉近相同的預定扭矩,但是可以預見這對于終端用戶來說是極方便的,因為僅需要使用單個扭矩扳手或者扭矩規格。扭矩箍40、或者其他行程限制構件,通過以規定的施加扭矩提供每次再拉近的受控附加軸向位移來促進這個優點。每次再拉近的附加軸向位移將依賴于多個因素,包括但不限于接合表面(48,50)的角度、摩擦值、硬度、屈服強度、蠕變等、以及已經實現了多少次的再拉近。

扭矩箍40還通過允許進一步擰緊螺母和主體以實現附加軸向前進從而在再拉近時可靠地確保夾持和密封來用于通過扭矩的再拉近。這個不僅實現于一次或兩次再拉近,而是實現于多次再拉近。我們已經觀察到50次或更多的通過扭矩的可靠再拉近的能力。這種通過扭矩再拉近的能力不能簡單地通過之前已知的前擋塊設計來實現。仍然進一步我們還觀察到再拉近可以任選地實現為與前次拉近相同的扭矩值,并且這個相同扭矩值可以任選地用于預旋鍛。

這個高再拉近次數對于諸如不銹鋼的高合金材料配件是尤其令人驚奇的。這種配件經歷用于正確拉近到硬導管上的大量扭矩和壓縮力。雖然過去已經付出一定努力來通過使用在再拉近期間可以進行附加“變硬”的較軟材料來提供允許再拉近的前擋塊箍,但是這種擋塊箍不適合于大次數的再拉近、例如五次或以上,或者不適合于其中施加在前擋塊箍上的壓縮力導致前擋塊箍屈服的高合金配件。因此可以將扭矩箍40設計成承受高載荷以便于提供對附加行程的期望阻力,同時允許對于一次或以上再拉近的附加行程。

參考圖3A,我們進一步通過扭矩與螺母相對于主體的圈數(行程)的示例性圖表示出這些概念。重要的不是行程與扭矩的實際值,而是扭矩與行程之間關系的概念。注意到對于直到期望或預定的行程,扭矩如由斜坡A表示地逐漸增加。然后在螺母已經接合扭矩環之后扭矩增加速率明顯變化,例如由斜坡B表示。在過渡區域AB中,扭矩箍40可以被設計成產生對與扭矩密切相關的附加行程的顯著阻力(感覺為扭矩,或者相當于例如可以被用來使扭矩扳手能被用于拉近的規定扭矩)。認識到在圖3A中的圖表僅為示例性的并且旨在說明本文的一些概念是重要的。例如,相對于圈數數量而發生過渡區域AB的位置可以被向左和右推移。并且,扭矩變化的量和對進一步行程的阻力也可以通過扭矩箍的設計來設置。

優選地扭矩箍40設計成使得用于正確拉近的預定扭矩與考慮到在許多配件上的公差累積的預定最小行程相一致。如上面提及的,所有配件具有制造到特定公差的零件,并且在大量配件中,不同配件將包括具有在允許公差內的不同尺寸的零件。設計扭矩箍40以便就算在配件的公差累積最壞情況方案的情況下,在預定扭矩處或者對于在預定扭矩范圍內的每個扭矩值將實現足夠的行程,以保證導管夾持和密封。也就是,當預定扭矩位于可接受扭矩范圍內時,該范圍的最小扭矩保證導管夾持和密封。換句話說,預定拉近扭矩將與保證配件已經被正確拉近同時允許可靠的和有效的多次再拉近的可接受行程范圍相一致。這就是為什么使用扭矩箍來提供扭矩和行程之間的密切相關,從而不僅阻止配件的過度擰緊,并且阻止配件的擰緊不足,同時仍然允許在后續再拉近期間的附加軸向位移(螺母與主體進一步擰緊在一起)。用于再拉近的這個附加軸向移動可以是很小的,例如在千分之0.1到10英寸的量級,但足夠保證可靠再拉近,并且與前擋塊形成鮮明對比,前擋塊不能可靠地允許這種附加軸向移動,尤其在相同的扭矩值時。

因為頸部38的外徑比扭矩箍螺紋44的內徑更小,所以在許多情況下當配件10處于手緊位置時扭矩箍40可以自由地旋轉在頸部38上。

在圖1-3的實施例中,扭矩箍40可以具有接觸螺母肩部34a的平坦后面46。當配件10處于手緊位置時,這個接觸可以出現也可以不出現。然而,因為扭矩箍40控制螺母14相對于主體12的軸向前進或行程,所以在扭矩箍40已經接合螺母14后拉近配件10時,扭矩箍40優選地是軸向固定的。在這個實施例中,扭矩箍40可以通過具有長度L使得當螺母14與扭矩箍40接觸時后面46接觸主體肩部34a而被軸向固定。后面46可以具有減少的表面面積,以便于在拉近期間提供對扭矩箍旋轉的阻力。后面46也可以是滾花的或以其他方式被成型以在拉近期間阻止扭矩箍40的旋轉。

優選地但不是必須地,扭矩箍40是關于它的主軸線Y對稱的(圖1)。這個特征允許簡化裝配,因為扭矩箍40可以以任何方向被裝配在頸部38上,產生相同的性能。

扭矩箍40還包括楔形表面48,其接觸在螺母14的開口端52的螺母錐形表面50。楔形表面48可以是,例如,截頭圓錐表面,雖然根據需要也可以使用其他形狀或輪廓。螺母錐形表面50根據需要也可以是截頭圓錐形或者任何其他形狀,包括但不限于尖銳或倒圓/弧形角的角部。當從剖面觀察時,楔形表面48可以以相對于扭矩箍40的中心軸線X(圖1)的角α形成。當從剖面觀察時,螺母錐形表面50可以以相對于螺母的中心縱向軸線的角β形成,螺母的中心縱向軸線在大多數配件情況中也是軸線X。根據需要可以將螺母14的任何表面用于在用于拉近的預定軸向位移處接觸扭矩箍的楔形表面。可替代地,與螺母、甚至附加部件的移動相關的表面可以用來接觸楔形表面48。

如從圖1和3顯然可見的,當配件10位于手緊位置時,螺母錐形表面50與楔形表面48軸向地間隔開,并且在徹底拉近之后,螺母錐形表面50被軸向推壓抵靠楔形表面48。我們將扭矩箍表面48稱為楔形表面,因為在螺母錐形表面50首次與楔形表面48實現接觸之后,該表面用來顯著阻止螺母的軸向移動,但在后續再拉近期間又將允許附加軸向行程。這個接觸在扭矩方面產生明顯和任選地急劇的增加,該增加可以由裝配者感覺到,或者將允許使用扭矩扳手來構成配件10。角度α和β可以相同,但不是必須相同。我們已經發現大約45度的角α工作得特別好,但是也可以使用許多不同的角度值。當角α接近90度時,扭矩箍40基本上用作前擋塊。雖然對于初次拉近這樣是可以接受的,但是它不允許再拉近,特別是大約10次或以上的多次再拉近。當角α接近0時,扭矩箍40將對螺母14相對于主體軸向前進提供越來越少的阻力,并且因此不能利用增加的扭矩在螺母行程上提供明顯足夠限制。然而,根據扭矩箍40的材料和表面48的硬度以及摩擦力(對于螺母錐形表面50來說也是類似的),低至10度的小角度在許多應用中可以很好工作。角α的上邊界將依賴于期望的再拉近次數和期望的扭矩增加量,但是根據總體上所需要的性能,α的角度值可以高到75度或以上。

當拉近配件10時,螺母錐形表面50的前邊緣54將首先接觸楔形表面48。螺母14相對于主體12的進一步前進將導致扭矩箍40的前部56進入由螺母錐形表面50限定的截頭圓錐凹部,在楔形表面48與螺母錐形表面50之間具有越來越緊的接合。與如果沒有扭矩箍40時對于相同螺母行程所注意到的扭矩增加相比,這將導致在扭矩方面的明顯和顯著增加。在拉近期間扭矩箍40和螺母14相配合來產生在扭矩方面的明顯和可察覺的增加,其高于預定扭矩值,該預定扭矩值與用于正確構成配件10的預定相對軸向行程相一致并且伴隨有對螺母與主體的附加相對軸向行程的顯著阻力。換句話說,扭矩箍40和螺母14設計成由于當被利用導管夾持設備和導管之間的相互作用進行組合時在螺母14和扭矩箍40之間的增加載荷而產生明顯的扭矩增加。如圖3所示,扭矩箍40和螺母14的這個配合會導致在螺母錐形表面50與楔形表面48之間顯著地的表面到表面接觸和載荷,但是這個圖僅旨在為示例性的。初次拉近以及一次或以上的再拉近的實際接觸量將通過對配件10的總體設計標準來確定。

如圖3所示,當徹底拉近時,前套圈18已經被主體凸輪表面30徑向壓縮而形成抵靠凸輪表面30和抵靠導管C的流體緊密密封。后套圈20的后部也已經被徑向壓縮以便后套圈優選地咬合進入導管C而形成肩部S。然而,本發明可以與其中后套圈不必咬合進入導管的配件設計一起使用。

如上文提及的,當配件10正在被拉近到圖3表示的徹底拉近位置時,扭矩箍40起到嚴格地控制在相對的螺母與主體行程和扭矩增加之間的關系的作用。預定扭矩應該與螺母14相對于主體12預定行程相一致從而實現正確拉近并且保證正確的導管夾持和密封。因而,優選地仔細控制扭矩箍40的軸向位置,并且在本文的示例性實施例中通過扭矩箍40與主體肩部34a之間的接觸來實現該軸向位置。這樣保證用于與螺母14接觸的楔形表面48的精確軸向位置。通過對(螺母和主體的)螺紋節距、以及扭矩箍40的軸向長度L、角α和角β、以及首先接觸楔形表面48的前邊緣54與接觸后套圈20的驅動表面22之間的軸向距離的仔細制造過程控制將進一步保證性能。雖然在本文實施例中初次接觸或前邊緣54碰巧也是螺母14的前外端部,但是不是在所有設計情況中必須如此。

行程限制特征的另一個方面是為了允許配件10的再拉近。這個可以通過如下實現:設計扭矩箍40以允許用于配件再拉近的螺母14相對于主體12的進一步軸向前進,相對于前一次拉近的螺母14相對于主體12的軸向位置。例如,假設圖3表示配件10的初次或首次徹底拉近。螺母14已經從在配件10處于手緊位置(圖1)的位置P1軸向前進到配件10處于徹底拉近位置的位置P2。距離D1(從P1到P2的距離)隨后相當于用于徹底拉近的螺母14相對于主體12的預定軸向前進。接下來假設拆卸已經被初次拉近的配件10。為了配件10的再拉近,重新裝配零件并且螺母14通常可以被旋轉以將螺母14定位在P2,因為導管和套圈已經有點塑性變形。這樣也將意味著扭矩箍40處于與螺母14接觸中,但是在兩者之間可能具有相當低的載荷。如果期望,隨后可以利用用于初次拉近的預定扭矩進一步使螺母14軸向前進,直到扭矩再次明顯增加。例如,螺母14可以前進到位置P3,以便實現足夠的導管密封和夾持(即再拉近)。在圖3中,為了清楚放大了從P2到P3的距離。實際上,每次再拉近通常使用螺母14相對于主體12更小的進一步軸向前進。例如,對于四分之一英寸管配件(例如意味著標稱導管外直徑為大約四分之一英寸),每次再拉近可能需要大約千分之0.1到大約千分之10英寸的進一步前進,以正確地再拉近配件10。

然后在這個實施例中,楔形表面48因此通過允許螺母14相對于主體12進一步軸向前進而允許再拉近。然而,可以使用其他表面輪廓來提供相對于螺母行程的期望扭矩增加,同時還允許一次或以上的再拉近。我們已經發現大約45度的角α可以產生25次或更多的再拉近。扭矩增加也是螺母錐形表面50的形狀的函數。設計者可以選擇這些形狀和角度,從而最佳地實現用于通過扭矩的拉近和再拉近的期望性能。

許多因素可以使用來控制用于每次再拉近的附加軸向行程的量。除了楔形表面48和螺母錐形表面50的角度和輪廓,附加軸向位移實際上還由于以下原因而發生:螺母14的任意徑向向外張開或膨脹、扭矩箍40的徑向向內壓縮、在接合表面48、50處的塑性變形,例如蠕變,或者它們的任意組合。這些變形可以例如通過部件的硬度、表面拋光等來控制。設計者因此具有可獲得的多種不同因素,包括這里沒有列出的其他因素,以實現對于每次再拉近的受控軸向位移,但不會不利地影響配件的性能。

然后圖1-3的配件10可以被通過扭矩拉近,或者可替代地通過圈數拉近,并且不同次數的再拉近可以通過扭矩或圈數或兩者的組合來拉近。這樣對于已經設計為通過圈數拉近的配件是尤其有利的。不需要改變螺母、主體或套圈的設計,通過簡單地增加行程限制特征,通過圈數拉近的配件可以任選地轉化為可以通過扭矩拉近的配件。這樣避免了對用于通過圈數拉近和通過扭矩拉近的配件的螺母和主體的大量庫存的任何需要。

如上文提及的,行程限制特征,例如一體的或非一體的扭矩箍,在初次拉近期間不需要必須接合,而是可以在一次或以上的再拉近之后才接合。這對于顧客期望其具有通過圈數或通過扭矩拉近的選擇的配件來說是特別有用的特征。對于將通過圈數拉近的配件,可以期望確定行程限制特征的大小以在初次拉近期間不接合,從而保證發生規定數量的圈數并且產生在螺母與主體之間的預定相對行程,以實現正確的導管夾持和密封。但是對于相同配件,如果通過扭矩拉近,可以選擇預定扭矩并且恰當確定行程限制特征的大小,以便在初次拉近時行程限制特征就接合,或者任選地在初次拉近時不接合。還存在用于通過圈數拉近的可用選擇,行程限制特征設計成在規定數量的圈數時接合,并且如果替代地選擇扭矩用于初次拉近,那么也將在施加的預定扭矩時接合。

許多因素將影響最終設計,包括但不限于扭矩箍40的硬度、楔形表面48和螺母錐形表面50的實現在扭矩箍40與螺母14之間的期望摩擦力的表面特性、以及角α和β。作為一般標準,對于將與例如不銹鋼的高強度合金金屬導管一起使用的配件來說,主體和螺母通常也由不銹鋼制成。扭矩箍40因此將需要能夠承受當拉近配件10時會發生的相當大的載荷。然后扭矩箍40同樣也通常可以由不銹鋼、以及在一些情況下由硬化不銹鋼制成,以便于在與螺母14接觸時提供期望的摩擦量的低蠕變。扭矩箍40應該能夠承受當已經完全裝配配件10時施加到它的載荷,并且也具有高的屈服強度以便于能夠承受配件10的再拉近。但是,扭矩箍40必須也能允許螺母相對于主體的進一步軸向前進,如果期望通過扭矩的再拉近的話。當然,扭矩箍的強度和它的材料特性將依賴于配件10自身的性能標準和配件零件及導管的材料屬性。

因為扭矩箍40允許一次或以上的再拉近,所以楔形表面48可以被認為是動態楔形,因為扭矩箍對于每次再拉近允許螺母與主體的受控附加相對軸向前進或行程,這意味著螺母錐形表面50抵靠楔形表面48的接觸位置將隨著每次再拉近改變,即使是非常輕微地。因此扭矩箍4的特征優選地是高屈服強度但是可以稍微有點屈服,以在多次再拉近是配件10的期望性能特征時促進多次再拉近。

利用不論是一體的或作為單獨零件的扭矩箍的成功的再拉近,如本文所述地可歸因于其他因素,而不只是楔形或錐形表面的角度、摩擦力、蠕變等。根據接合表面的設計,還可以存在螺母的徑向膨脹或扭矩箍的徑向壓縮,僅給出兩個示例。重要方面是接合表面與例如螺母和主體的配件部件的互相作用或配合以便于保證對于每次期望再拉近,都實現受控附加軸向位移,以便于利用扭矩有效地再拉近配件。這將通常,雖然不是必須地,通過每次拉近的塑性變形或變硬實現,以便在再拉近期間,零件被重新擰緊到它們前一次的位置,并且隨后再稍多擰附加軸向位移,任選地達到前一次拉近所使用的相同預定扭矩。基于重新建立正確的導管夾持和密封的評價,每次再拉近都是有效的,以便利用每次再拉近,配件將繼續執行到它的規定額定值,例如壓力和泄漏相關額定值。

我們已經發現,動態楔形概念任選地促進另一個發明方面。不僅配件10可以通過扭矩初次拉近、并且通過扭矩再拉近,而且有重大意義地并且非常出乎意料地配件10可以被初次拉近并且多次再拉近到相同扭矩值。即使在配件被通過圈數拉近一次或多次的情況下,我們也已經實現了這些。這方面對于低成本實施來說具有極大的優點,因為裝配者僅需要具有單個扭矩扳手或其他工具來拉近配件10。在一些設計中我們已經能夠再拉近這種配件超過50次或者甚至100次,包括達到相同預定扭矩。可替代地,用于再拉近所施加的扭矩可以不同于用于初次拉近的預定扭矩。例如每次連續拉近可以使用稍微更高的施加扭矩。

我們也已經發現當預定扭矩是一定扭矩值范圍時,不僅配件10可以通過施加在該范圍內的任何扭矩值來初次拉近,以及通過扭矩再拉近,而且有重大意義地并且非常出乎意料地配件10可以通過在該范圍內的任何扭矩值初次拉近和多次再拉近。例如,配件10可以通過施加在預定可接受扭矩范圍內的相對較高的扭矩值而初次拉近。然后,配件10可以通過施加在預定扭矩范圍內的任何扭矩值來再拉近一次或多次,包括比施加來初次拉近配件的扭矩值低的扭矩值。通過施加在扭矩范圍內的任何扭矩值可以實現每次再拉近。像初次拉近和再拉近一樣,通過施加在預定扭矩范圍內比施加來實現較早再拉近的扭矩值小的扭矩值可以實現后續再拉近。即使配件被通過圈數拉近一次或多次,我們也已經實現了這些。這樣方面具有極大的優點,因為它允許在扭矩施加工具中的公差,例如由裝配者使用的扭矩扳手。

如上面提及的,預定扭矩可以是一定范圍的扭矩值。根據應用預定扭矩可以是任何范圍的扭矩值。在一個示例性實施例中,預定扭矩是等于或大于保證正確拉近配件來夾持和密封導管的預定扭矩的任何扭矩。在另一個實施例中,預定扭矩可以是預定扭矩+/-某些可接受的公差。例如,規定或預定扭矩可以是扭矩值+/-0到15%的扭矩值,例如+/-10%的扭矩值,或+/-15%的扭矩值,或在+/-15%的扭矩值范圍內的任何扭矩值。規定或預定扭矩可以是明確或精確扭矩值,或者規定或預定扭矩可以是一定范圍的扭矩值。例如,規定或預定扭矩可以是扭矩值+/-0到15%的扭矩值,例如+/-10%的扭矩值,或+/-15%的扭矩值,或在+/-15%的扭矩值范圍內的任何扭矩值。

從圖1-3將會注意到,優選地但不是必須地,扭矩箍40的外直徑小于主體六邊平面34的外直徑。這樣幫助保證在裝配和擰緊期間扭矩箍40將不會與用于保持主體12的扳手或夾具的使用互相干涉。

參考圖4-6,我們示出了可以通過扭矩、通過圈數或者它們的組合拉近的配件的替換實施例,包括初次拉近和一次或以上的再拉近。在這個實例中,配件100包括可以是與圖1的實施例相同的多個零件。在這個實例中尤其是具有主體102、螺母104、以及套圈106、108形式的兩個導管夾持設備。這些零件可以設計成與前述實施例相同且功能相同,除了主體102具有一體的楔形表面110形式的行程限制特征,其可以方便地和任選地被機加工或者以其他方式作為主體102的機加工的一部分,并且因此可以被認為是一體的扭矩箍。楔形表面110是傾斜的并被設計為以如在前面實施例中非一體的扭矩箍40的楔形表面48一樣方式的工作。螺母104也包括螺母錐形表面112,其可以是傾斜的并以與圖1-3的實施例相似的方式來設計。可替代地,可以使用螺母14的任何表面來接合一體的楔形表面110。如圖6所示,楔形表面110和螺母錐形表面112在拉近期間以與非一體的扭矩箍40實施例相似的方式接合,以在已經到達正確螺母行程時提供在拉近扭矩方面的明顯和任選地急劇增加。楔形表面110像上述實施例一樣能實現再拉近,并且初次拉近和一次或以上的再拉近可以通過相同預定扭矩來完成。配件100也可以通過圈數拉近。

圖4-6的實施例的優點是,不需要單獨的扭矩箍40,而是行程限制特征與主體設計集成在一起。這個實施例例如對于不想包括單獨零件、但可以使用大成交量購買來實現規模經濟的大成交量用戶會是有用的。

重要的是注意到,一體的或非一體的扭矩箍的使用僅是一種實現其也允許再拉近的行程限制特征的方法。本領域的技術人員可以設計其他結構來實現這些效果。

在這個實施例中楔形表面110被圖示為形成在主體102的六邊形區域中,該區域在圖1的實施例中提供主體肩部34a(圖2)。楔形表面110可以可替代地定位在其他地方,例如作為頸部114的一部分。注意主體肩部116可以根據需要向回傾斜容納較長螺母。

參考圖7和8,在這個實施例中,配件150的所有零件可以是與圖1-3的實施例相同的并且作用相同(并且給了相同參考標記),明顯的例外是,在這個實施例中,扭矩箍152不是對稱體。相反,扭矩箍152的前部可以包括楔形表面48,并且扭矩箍152將與螺母錐形表面50配合來提供與上文參考圖1-3描述的相同性能特征。然而,扭矩箍152可以具有徑向延伸環形表面154,其在拉近期間接觸主體肩部34a。通過省略鏡像的錐形表面,扭矩箍152在高載荷區域156提供更多的材料,其可以幫助穩定用于高載荷應用的扭矩箍并且增加環形表面154與主體肩部34a之間的接觸面積。

參考圖9和10,在這個實施例中,配件160的所有零件可以是與圖1-3和7及8的實施例相同的并且功能相同(并且給了相同參考標記),明顯的例外是,在這個實施例中,扭矩箍162不是對稱體,并且還具有徑向延伸環形凸緣164。與在圖7和8的實施例中一樣,扭矩箍162的前部可以包括楔形表面48,并且扭矩箍162將與螺母錐形表面50配合來提供與上文參考圖1-3和7-8描述的相同性能特征。然而,扭矩箍162可以具有徑向延伸環形表面166,其在拉近期間接觸主體肩部34a。通過省略鏡像錐形表面,扭矩箍162在高載荷區域168提供更多的材料,其可以幫助穩定用于高載荷應用的扭矩箍并且增加環形表面166與主體肩部34a之間的接觸面積。

在這個實例中徑向凸緣164向外延伸超過螺母六邊平面36和主體六邊平面34。因為在徹底拉近之后扭矩箍162被軸向壓縮抵靠主體12,裝配者或檢查者可以試著旋擰或旋轉扭矩箍162。如果扭矩箍162可以被旋轉,那么配件160還沒有被完全擰緊和拉近。凸緣164的外周可以被滾花或者以其他方式處理來幫助施加力到扭矩箍162以試著繞著頸部38旋轉它。

本領域的技術人員將會認識到,如上文提及的,在一些實例中在初次拉近或甚至對于一次或以上的后續再拉近行程限制特征不需要必須接合。在這些實例中,扭矩箍可以仍然自由旋轉或即使在徹底拉近之后自由地被旋擰。但是對于在其中甚至對于初次拉近行程限制特征就接合的設計,能或不能旋擰或旋轉扭矩箍的能力可以使用來判斷配件是否已經正確被擰緊。

參考圖11,我們示出了另一個實施例。在這個實施例中,配件組件200實現為母配件的形式,因此具有母螺紋主體202和公螺紋螺母204。也提供了第一和第二套圈206和208,雖然單個套圈可以可替代地使用于其他配件設計,并且可以、但不必須與在上述確定的專利中提及的套圈相同。如果期望,配件組件200可以通過圈數拉近。可替代地,扭矩箍210可以使用來以與上面所述實施例相似的方式提供通過扭矩的拉近和再拉近。扭矩箍210提供楔形表面212,其接合主體202的錐形表面214。錐形表面214接合楔形表面212以在已經響應于為實現徹底拉近而施加的預定扭矩而發生了螺母204相對于主體202的正確軸向前進時提供明顯的扭矩增加。扭矩箍210可以方便地設置在公螺母在公螺紋218與面向肩部220之間的頸部216中。用于通過扭矩拉近的配件的操作可以與上文關于圖1的實施例描述的相同。

參考圖12,我們示出另一個實施例。在這個實施例中,配件組件250實現為母配件的形式,因此具有母螺紋主體252和公螺紋螺母254。也提供了第一和第二套圈256和258,雖然單個套圈可以可替代地使用于其他配件設計,并且可以、但不必須與在上述確定的專利中提及的套圈相同。如果期望,配件250可以通過圈數拉近。可替代地,一體的扭矩箍260可以使用來以與上面所述實施例相似的方式提供通過扭矩的拉近和再拉近。一體的扭矩箍260提供楔形表面262,其接合主體252的錐形表面264。錐形表面264接合楔形表面262以在產生螺母254相對于主體252的正確軸向前進時提供預定扭矩,以實現徹底拉近。一體的扭矩箍210可以方便地設置為鄰近公螺母在公螺紋268與面向肩部270之間的頸部266。用于通過扭矩拉近的配件的操作可以與上文關于圖4的實施例描述的相同。

現在參考圖13和14,我們分別顯示非一體的和一體的扭矩箍的附加實施例。大多數部件可以與圖3和6的實施例相同,并且相同參考標記使用于相同部件,并且不需要重復對其的描述。

在這些實施例中,然而,母螺母已經被修改,因此通過數字280來表示。將會注意到,在其他實施例中的母螺母14(例如參見圖3)包括內錐形驅動表面282,其實現與后套圈20的驅動表面284接觸。驅動表面282可以傾斜為大約15度的角度θ,雖然θ的值將根據配件設計而從5度或更小變化到大約20度或更大。

驅動表面282連接到第一圓柱體壁286,其具有足夠的直徑來容納后套圈20的外凸緣。可以提供第二圓柱體壁288來容納前套圈18的擴大后部。在這個示例性配件中,在拉近期間前和后套圈的后部都徑向向外膨脹,并且可實現與圓柱體壁286、288的接觸。

再次參考圖13和14,螺母280被修改來包括第一錐形對中表面290,其從錐形驅動表面292的徑向外端部延伸。對中錐形表面290可以以例如45°的角度€形成,但是根據需要也可以使用其他角度。合適的范圍可以是例如大約20°到60°。在初次拉近期間或者在再拉近期間,對中錐形表面290可以接觸后套圈的后端或后部20a。第二錐形表面294可以從對中錐形表面290的徑向外端部延伸。

如上文解釋的,通過扭矩的有效再拉近可以通過使套圈返回它們在前一次拉近時的前次位置來實現。在一些配件設計中,在拆卸期間,套圈可以呈現某種回彈,尤其對可以適應通過圈數再拉近的管配件。這樣導致需要在再拉近時的進一步擰緊之前恢復一些行程來重新定位套圈。如果在拆卸之后套圈不居中或者偏心對齊(相對于軸線X),那么會出現側對側的滑動以及需要附加行程和扭矩來再拉近配件。對中錐形表面290可以幫助沿著X軸線重新對齊和對中套圈和螺母,特別是后套圈,以便于減少重新定位套圈的行程損失。我們已經發現這個對中作用可通過減少再拉近配件的行程損失,在通過扭矩再拉近的次數方面有顯著的影響。第二錐形表面294可以幫助對中套圈和螺母的任意一個或全部兩個。我們已經觀察到利用錐形螺母概念,通過扭矩的再拉近的次數有兩到三倍增加和更多。

對中錐形或其他內部錐形更完整地描述在2008年7月24日提交的未決PCT申請號PCT/US2008/070991、名稱為TAPEREDNUTFORTUBEORPIPEFITTING(用于管子或公稱管配件的錐形螺母)的、2009年2月5日公開的WO2009/018079A1中,其整個公開在此通過參考完全并入本發明。

錐形螺母概念在例如使用在本文示例性實施例中的配件設計情況下特別有用,這是因為在拉近過程中后套圈的徑向向內的鉸鏈變形,這引起后部20a徑向向外旋轉遠離導管壁。然而,如本文公開的錐形的使用將對其他配件設計有益,并且甚至是使用徑向向外彎曲的單個套圈的那些。錐形螺母概念也將容易地被結合進用于母類型配件的公螺紋螺母。

因此通過扭矩拉近的結合可以非常大地得益于本文上述公開的內部錐形螺母的任選使用。這中益處來源于錐形將螺母和套圈對中返回到它們前一次的拉近位置以使行程恢復最小化,以便所施加的扭矩將主要僅通過小的附加相對軸向行程再拉近配件。并且,通過使用形成限制特征來提供再拉近時的受控附加相對形成,與錐形螺母一起作用,從而通過最小化由于過度擰緊或偏心對準套圈和螺母所引起的行程損失來促進許多次的再拉近。

已經參考示例性實施例描述了發明的多個方面。在閱讀和理解本發明后其他人會想到修改和改變。旨在包括所有這些修改和改變,只要它們落入附屬權利要求或其等同方式的范圍內。

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