具双头螺纹紧固件的管接头及相关的方法与流程

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具双头螺纹紧固件的管接头及相关的方法与制造工艺

本发明要求于2015年8月17日递交的第14/827,424号美国专利申请、及于2016年7月11日递交的第2,935,660号加拿大专利申请的优先权。

技术领域

本发明涉及管接头,其适于连接并密封两个具有相同或不同直径的管段的相邻的管端,从而形成所述管端间的流体连通接头。



背景技术:

一般来说,用于连接并密封两个管段相邻管端的各种类型的传统管接头包括连接套筒或卡圈,而每个管端延伸至所述连接套筒的各个端部。毗邻所述套筒两端保持一垫圈,该垫圈覆盖所述管段或者沿着所述套筒的长度。为了将所述管端固定在合适位置,必须使套筒和垫圈中至少一个向所述管端压缩,以形成紧密或密封接合。当今,各种类型的可适用的管接头包括不同类型的夹紧件或用于在所述套筒和/或垫圈上产生这种选择性压缩的机构。

在一个示例中,第6,168,210号美国专利示出了一种管接头,其利用了连续的突缘(flange)(也称为“压盖(gland)”),所述突缘通过横跨套筒纵向长度的螺栓连接在一起。如此专利中所述,所述突缘、套筒端部和垫圈三者之间具有特别的关系,当使用所述螺栓使所述突缘朝彼此移动时,这种关系会对密封有影响,而且还会使所述连接件在不同管道尺寸范围内起作用,以使所述垫圈向所述管端压缩。

在另一示例中,第8,528,945号美国专利示出了一种管接头,其利用了开环式压盖(split-ring glands),每个开环式压盖包围一个套筒端部及邻近该套筒端部的垫圈。如此专利中所述,除了在限定所述开环式压盖的两个压盖元件的间隔端之间形成的一间隙处外,所述套筒端部和垫圈被完全包围住。可以通过使用螺栓将位于所述开环式压盖间隔端上的螺栓突缘拉到一起,而使每个开环式单独收紧,而不需要使用横跨所述套筒纵向长度的螺栓。再一次地,所述垫圈和开环式压盖设计成支持宽范围的夹紧力的调整及间隙尺寸,以便在套筒上与各种尺寸的管端接合。

管接头的另一示例商业上称为管接头,其中一些管接头是由Swiss company Straub Werke AG制造并由如Performance Coupling Company ofNational City,California公司分配。从他们网站straub-coupling.com上的产品手册可以看出,此类型管接头的套筒的至少一最外面部分可分开以限定沿其纵向长度延伸的间隙。因此,一旦管端插入套筒的两端,通过拧紧一系列横跨两个对应螺栓突缘之间间隙的螺栓,此最外面部分或固定于该最外面部分的夹紧件就会压缩所述间隙。还已知有其他类型的管接头,许多这样的管接头通过与某一类型的螺纹紧固件及螺栓的布置形式压缩固定在一起或进行调整,正如上述三个具体示例中那样。

因而,当今本领域使用的许多管接头都是通过使用螺纹螺栓和螺母进行安装和调整的。通常必须使用套筒扳手或某种类似的工具来旋转螺栓以完成安装过程。然而,许多管接头具有可适用的宽范围的可调压缩,因此在将管接头紧固到管端的过程中,所述螺栓需要移动很长的长度或距离。除了需要较多时间和劳力来移动较长距离外,有时还必须提供专业的套筒扳手以处理从起始或标称(nominal)(未被压缩)位置到完全压缩并密封的接合位置的长距离移动。当在现场工作时,如当安装者从事在黑暗或较差的环境条件下地下管连接的工作时,部件及用于此项工作的工具所增加的复杂度可能并不是所期望的。

正因为如此,进一步改进各种类型的传统管接头以最大程度地减少独立或松动部件的数量以及安装者在使用管接头连接两个管端时必须使用到的工具的数量是很令人期望的。此外,减少安装这些管接头所需的时间及劳力也是很令人期望的,从而使使用者整体上更高效。



技术实现要素:

根据本发明的一实施例,管接头用于将两个管端密封连接在一起。所述管接头包括套筒、与所述套筒可操作地连接的密封垫圈及与所述套筒可操作地连接的夹紧件。所述套筒具有带开口对置端的大体呈圆柱形的主体部分,所述开口对置端容纳所述两个管端;且所述密封垫圈与至少一个管端接合。所述夹紧件用于压缩所述密封垫圈使其与至少一个管端紧密接合。例如,如果每个夹紧件仅能与一个管端紧密接合,则设置第二个夹紧件与另一个管端紧密接合,由此完成与所述两个管端间流体通路的密封连接。所述夹紧件包括彼此标称(nominally)间隔以在其之间限定一间隙的第一及第二螺栓突缘、基本相切于所述大体呈圆柱形的主体部分延伸并贯穿所述螺栓突缘的双头螺纹紧固螺栓、及与所述紧固螺栓螺纹接合的第一及第二紧固螺母。更具体而言,所述紧固螺栓包括在中心螺栓部分连接的第一及第二外螺纹部分,并且这些外螺纹部分和所述紧固螺母限定对应的右旋螺纹和左旋螺纹。从而,随着所述紧固螺栓的旋转,所述两个紧固螺母沿着所述外螺纹部分朝向或远离彼此及所述中心螺栓部分移动,由此减少安装所述管接头所需的劳力和时间。

此实施例的另一个方面中,所述螺栓突缘和所述紧固螺母中至少一个包括当所述紧固螺母与所述螺栓突缘邻接接合时,可防止所述紧固螺母相对所述螺栓突缘转动的相应的特征。在一个具体示例中,每个所述螺栓突缘限定具有弓形表面的承槽(socket),并且每个所述紧固螺母包括定位成与所述承槽内弓形表面面对面接触的弓形表面。所述弓形表面的这种面对面接触可防止所述紧固螺母相对所述螺栓突缘转动。同样,旋转所述紧固螺栓会使所述紧固螺母与所述螺栓突缘沿着所述紧固螺栓纵向移动。在此示例中,所述紧固螺母为带螺纹孔的半圆棱柱形旋转螺母。

根据此实施例的管接头的另一方面,所述夹紧件不包括用于与所述螺栓突缘和所述紧固螺母一起使用的垫圈。就这一点而言,所述夹紧件仅由两个紧固螺母、所述紧固螺栓及承载所述第一及第二螺栓突缘的元件组成。因此,当将所述管接头安装至所述管端时,只需要使用较少数量或最少数量的部件。

为了能够组装上述夹紧件,所述紧固螺栓可进一步包括可拆头部,其与第一及第二外螺纹部分其中之一相连。在所述紧固螺栓与所述外螺纹部分接合上之后,将所述可拆头部固定于该同一外螺纹部分上的合适位置,其后可借由一用于旋转所述螺栓的传动器(driver)(如套筒扳手(socket wrench))将所述紧固螺栓接合上。在一个示例中,所述可拆头部可与所述外螺纹部分螺纹接合,但是,应理解的是,当管接头在使用中时,尤其是当所述紧固螺栓配置成重复使用时,为了避免所述头部从所述紧固螺栓的余留部分简单地旋转脱落,还可需要一些其他确实锁定(positive lock)或固定的形式。

在一些实施例中,所述第一及第二紧固螺母限定外周面、及在所述外周面与贯穿所述紧固螺母的螺纹孔的交汇处的倒角开口(chamfered openings)。所述倒角开口有助于导引所述紧固螺栓与所述螺纹孔螺纹接合,这在当安装者现场安装或调整管接头时能见度低的情况下是特别有用的。所述紧固螺母和紧固螺栓通常可由不锈钢制成,用于提供所需的强度值、成本效益及在通常置于管接头上的负载下的耐久性。

此实施例的管接头可与几种不同类型的特定夹紧件一起使用。在一个示例中,所述夹紧件包括U形压盖,所述U形压盖接合并至少部分地包围所述套筒的一个开口对置端上的凸缘及相邻的密封垫圈。由此,所述U形压盖也包围其中一个管端。所述压盖包括间隔端,所述间隔端包括第一及第二螺栓突缘,以使所述间隔端可以被拉到一起而使所述压盖和环形垫圈向所述管端压缩。更具体而言,所述U形压盖可包括具有两个部分圆形的压盖元件的开环式压盖,所述压盖元件在一侧限定邻接端,并在另一侧限定所述间隔端。可插入架接板或保护件以横跨所述间隔端间的所述间隙,从而与所述压盖元件一起形成基本闭合的用于容纳所述密封垫圈的环形外围。在另一个示例中,所述夹紧件包括第一及第二细长型螺栓突缘元件,其与所述套筒固定并分别限定所述第一及第二螺栓突缘。此示例中的所述第一及第二螺栓突缘包括多个沿所述套筒的纵向长度对齐的孔,以使多个双头螺纹紧固螺栓容纳于这些孔中。收紧所述紧固螺栓以使所述套筒在多个位置处向所述管端压缩。此示例中的所述套筒可包括具有间隔端的细长的开环式圆筒,所述间隔端承载有第一及第二细长的螺栓突缘元件,以使拧紧所述紧固螺栓缩小所述开环式圆筒的所述间隙。且不论与管接头一起使用的特定的夹紧件,借由使用上述的双头螺纹紧固螺栓,安装所述管接头所需的时间和劳力会显著减少。

根据本发明的另一实施例,上述管接头的操作限定了一种将管端连接在一起的方法。该方法包括定位所述密封垫圈毗邻所述套筒的其中一个开口对置端,将管端插入所述套筒的该开口对置端,以使所述密封垫圈及所述套筒的一部分包围所述管端。所述夹紧件接合所述套筒的该开口对置端及所述密封垫圈,以使所述夹紧件可操作地连接所述套筒。当这些元件如上所述可操作地连接上时,所述夹紧件上的第一及第二螺栓突缘彼此标配间隔一间隙。插入所述紧固螺栓使其贯穿所述第一及第二螺栓突缘,所述第一及第二紧固螺母与所述紧固螺栓的第一及第二外螺纹部分螺纹接合。所述紧固螺母具体定位成邻接相应的第一及第二螺栓突缘。所述方法然后包括朝第一方向旋转所述紧固螺栓以使所述第一及第二紧固螺母沿着所述外螺纹部分朝彼此移动,从而将所述螺栓突缘拉向彼此以缩小其间的间隙并压缩所述密封垫圈和所述套筒使其与所述管端紧密接合。有利地,与只接合一个紧固螺母的紧固螺栓相比,旋转所述紧固螺栓可产生2倍的螺栓突缘朝向彼此的运动。

当稍后从所述管接头拆卸所述管端时,方法包括朝与所述第一方向相反的第二方向旋转所述紧固螺栓。这种朝第二方向的旋转会使所述第一及第二紧固螺母沿着所述外螺纹部分远离彼此移动,从而使所述螺栓突缘远离彼此移动并扩大其间的间隙。这种移动会释放所述密封垫圈和所述套筒与所述管端之间的压缩接合。然后,将所述管端从所述套筒的开口对置端及所述夹紧件中取出。

在一个方面中,所述螺栓突缘和/或所述紧固螺母包括配置为防止相对转动的相应的特征。当所述紧固螺母移至与所述螺栓突缘邻接接合时,使这些相应的特征接合。因此,该方法还包括在旋转所述紧固螺栓的过程中,防止具有这些相应的特征的所述紧固螺母和所述螺栓突缘之间相对转动。在另一示例中,将这些相应的特征接合包括将所述紧固螺母插入设置在所述螺栓突缘上的承槽。所述紧固螺母和所述螺栓突缘上的所述承槽还包括弓形表面,在某些实施例中使所述弓形表面面对面接触以限定所述邻接接合。

在另一个方面中,在插入所述紧固螺栓使其贯穿所述螺栓突缘并且所述紧固螺母就位后,可拆头部与所述紧固螺栓螺纹接合。所述可拆头部配置成当旋转所述紧固螺栓时与一传动器(driver)接合,传动器例如为套筒扳手。

本发明还提供了用于将两个管端密封连接在一起的管接头的另一类型的实施例。此实施例中的所述管接头再次包括具有开口对置端的套筒、密封垫圈及夹紧件。所述夹紧件可以修改为包括可操作地连接所述套筒的开口对置端及所述密封垫圈的第一及第二夹紧元件。所述第一及第二夹紧元件包括各自的第一及第二螺栓突缘。再次使用所述双头螺纹紧固螺栓,但是这次所述紧固螺栓沿基本平行于所述套筒的圆柱形主体部分的纵向长度延伸,以致也贯穿所述第一及第二螺栓突缘。所述夹紧件再次包括带右旋螺纹和左旋螺纹的第一及第二紧固螺母,其配置成与所述紧固螺栓上相应的外螺纹部分接合。当旋转此实施例中的所述紧固螺栓时,所述第一及第二螺栓突缘及所述第一及第二夹紧元件彼此拉近,这样会引起所述密封垫圈和/或所述套筒的压缩,以形成与所述管端的紧密接合。也同上述实施例一样,所述螺栓突缘和夹紧元件朝向或远离彼此移动的速度为传统设计的两倍(或者螺栓旋转为传统设计的一半)。

上述实施例的各个特征可以合并成任一所需的配置。参照下面对具体实施方式的描述及附图,本发明的各种其他的特征和优点将会变得更容易理解。

附图说明

图1为根据本发明原理使用具有双头螺纹紧固螺栓的夹紧件、且处于完全组装状态的管接头的第一实施例的透视图;

图2为图1中所述管接头的透视图,为了描述使用所述管接头密封连接流体通道中的两个管道,该视图增加了所述两个管道的管端;

图3为图1中所述管接头的部分分解透视图,示出了此实施例中使用的所述夹紧件的各种部件;

图4为图1中所述管接头其中一端的纵向剖视图,其沿图1中线4-4剖开以便显示所述管接头与其中一个管端的接合;

图5为图1中所述管接头其中一端的横向剖视图,其沿图1中线5-5剖开以便显示所述夹紧件的特征,其包括紧固螺栓、两个紧固螺母和两个螺栓突缘;

图6为图1中所述管接头在第一状态的端视图,其中,所述夹紧件的所述螺栓突缘由一标称间隙隔开,且所述管接头未与管端紧密接合;

图7为类似于图6的所述管接头在第二状态的端视图,其中,所述夹紧件的所述螺栓突缘被拉至一起以缩小所述间隙,这样会使所述管接头与管端紧密接合;

图8为根据本发明原理使用具有多个双头螺纹紧固螺栓的夹紧件、且处于完全组装状态的管接头的第二实施例的透视图;

图9为根据本发明原理使用具有双头螺纹紧固螺栓的夹紧件、且处于完全组装状态的管接头的第三实施例的透视图,所述双头螺纹紧固螺栓沿着所述管接头的套筒的纵向长度延伸。

图10为图9中所述管接头其中一端的纵向剖视图,其沿图9中线10-10剖开以便显示所述管接头与其中一个管端的接合;

图11为用于图1-图7中所述管接头的另一形式的环形密封垫圈的分解透视图。

具体实施方式

图1-图7显示了根据本发明的一个实施例的管接头10。此实施例中的管接头10通常称为“开环式压盖型管接头”。请具体参考图1-图3,管接头10包括套筒12、一对开环式压盖14(限定一大体上U形的压盖)、与每个开环式压盖14连接的架接板或保护件16以及与每个开环式压盖14相连的环形密封垫圈18。更具体而言,套筒12包括大体上呈圆柱形的主体部分20,该主体部分20具有对置开口端22,每个开口端22可操作地连接其中一个开环式压盖14、一个架接板或保护件16及一个环形密封垫圈18。因此,在管接头10完全组装好的状态下,第一管道P1的管端E1通过其中一个开环式压盖14及对应的密封垫圈18插进套筒12,第二管道P2的管端E2插进另一个开环式压盖14及与之相连的垫圈18。每个开环式压盖14限定夹紧件24的一部分,其用于压缩对应的密封垫圈18使其与对应管端E1,E2密封接合。有利地,此实施例中的夹紧件24使用与第一及第二紧固螺母28,30接合的双头螺纹紧固螺栓26,以简化所需的形成管接头10在第一及第二管道P1,P2上的密封连接的零件的组装过程。对此,并如下所述,与传统的管接头设计相比,通过夹紧件24能够使用较少的时间和劳力将管道P1,P2与管接头连接起来。为使更加清楚,本文中省略了很多方面,省略的这些方面完全显示并描述在第6,168,210号及第8,528,945号美国专利中,在此通过引用将其二者的内容合并于本文中。

在管接头10完全组装好的状态下,开环式压盖14配置成向对应的密封垫圈18压紧,以压缩密封垫圈18使其与各自的管端E1,E2成密封连接。开环式压盖14和保护件16共同在密封圈18周围限定一基本闭合的环形外围32,从而进一步确保流经管道P1,P2及管接头10的流体不会经密封垫圈18漏到管接头10的外面。因此,管接头10可以将流体通道中两个相邻管端E1,E2密封连接。

图3显示了管接头10的部件的进一步的细节,其中,为了便于讨论分解了其中一个开环式压盖14。套筒12的大体上呈圆柱形的主体部分20限定了管接头10的纵轴LA。在每个对置端22,套筒12还包括径向向外的凸缘34,其用于准确定位开环式压盖14和环形密封垫圈18,如下进一步所述。虽然此示范性实施例中的套筒12呈圆柱形,但应理解的是套筒12的主体部分20也可以是在两个开口端22附近向内略逐渐变细,以清除在流体通道通过管接头10连接的管端E1,E2间的小夹角。

图1-图3所示的每个开环压盖14包括第一部分圆形的压盖元件36a及第二部分圆形的压盖元件36b。压盖元件36a,36b均为半圆形,并配置成以管接头10的纵轴LA为中心。压盖元件36a,36b在其一端限定各自的邻接端38a,38b,在其另一端限定各自的间隔端40a,40b,下面依次对其进行详述。

邻接端38a,38b配置成基本无缝隙地牢固地连接在一起,如图1和图2所示。为此,第一压盖元件36a的邻接端38a包括自邻接端38a径向向外突出的第一邻接螺栓突缘42a。类似地,第二压盖元件36b的邻接端38b包括自邻接端38b径向向外突出的第二邻接螺栓突缘42b。

第一及第二邻接螺栓突缘42a,42b包括相应的孔44a,44b(如图3所示)。孔44a,44b与轴LA相切,并配置成容纳一紧固件,例如螺纹螺栓46。螺栓46贯穿孔44a,44b,从而,在示出的管接头10的实施例中,螺母46也与开环式压盖14基本相切。于示出的实施例中,孔44a,44b都带螺纹,以与螺栓46上的螺纹接合,但应理解的是在其他实施例中可以将这些孔44a,44b修改成只有一个(例如仅44b为螺纹孔)或一个都不带螺纹(在此情况下,使用螺母将螺栓46紧固在孔44a,44b内的合适位置。)。因而,当螺栓46与邻接端38a,38b牢固相连时,会防止压盖元件36a,36b相对彼此枢转转动,从而可防止间隔端40a,40b作剪式运动而分开。第一及第二邻接螺栓突缘42a,42b可具有相对且彼此背离的埋头孔50a,50b(图3仅示出了50a),其配置成容纳螺栓46的头部46a,头部46a与第一及第二邻接螺栓突缘42a,42b的结构基本齐平。然而,第一及第二邻接螺栓突缘42a,42b可通过上面提到的其它紧固件将其牢固连接。

现在来看间隔端40a,40b,第一及第二压盖元件36a,36b分别包括第一及第二间隔螺栓突缘52a,52b。第一及第二间隔螺栓突缘52a,52b自第一及第二压盖元件36a,36b的间隔端40a,40b径向向外突出。间隔螺栓突缘52a,52b包括对应的孔54a,54b(图2中仅示出54b),其配置成容纳通过其的双头螺纹紧固螺栓26。每个间隔螺栓突缘52a,52b可限定一具有位于间隔端40a,40b之间的凸弓形表面56a,56b及凹弓形表面58a,58b(如图5所示)的承槽(socket)。第一及第二紧固螺母28,30包括凸弓形表面60a,60b,配置成容纳于第一及第二间隔螺栓突缘52a,52b的凹弓形表面58a,58b内。

如图3所示,第一及第二紧固螺母28,30为带螺纹孔的半圆棱柱形旋转螺母,然而,其他的紧固螺母28,30也可以是适合的。如图5所示,第一及第二紧固螺母28,30的凸弓形表面60a,60b能够与承槽内第一及第二间隔螺栓突缘52a,52b的凹弓形表面58a,58b面对面地接触。这种弓形表面的面对面接触可防止第一及第二紧固螺母28,30相对第一及第二间隔螺栓突缘52a,52b转动。紧固螺母28,30的凸弓形表面60a,60b提供了一个当第一及第二紧固螺母28,30与第一及第二间隔螺栓突缘52a,52b邻接接合时,可防止第一及第二紧固螺母28,30相对第一及第二间隔螺栓突缘52a,52b旋转的相应特征的适合的示例。

双头螺纹紧固螺栓26基本上相切于套筒12的大体上呈圆柱形的主体部分20延伸,贯穿第一及第二间隔螺栓突缘52a,52b,并延伸进第一及第二紧固螺母28,30的至少一部分,如图5所示。双头螺纹紧固螺栓26包括第一及第二外螺纹部分62,64,第一及第二外螺纹部分62,64在中心螺栓部分66处相连。如图所示,第一外螺纹部分62及第一紧固螺母28均为右旋螺纹,而第二外螺纹部分64及第二紧固螺母30均为左旋螺纹。旋转双头螺纹紧固螺栓26会使第一及第二紧固螺母28、30,及第一及第二间隔螺栓突缘52a,52b沿双头螺纹紧固螺栓26作纵向移动。换言之,当第一及第二紧固螺母28,30与第一及第二间隔螺栓突缘52a,52b邻接接合时,此种移动会使第一及第二间隔螺栓突缘52a,52b朝向彼此运动,从而压缩套筒12和/或密封垫圈18。具体而言,当旋转双头螺纹紧固螺栓26以紧固第一及第二间隔螺栓突缘52a,52b时,第一紧固螺母28会沿着第一外螺纹部分62向中心螺纹部分66移动,同时,第二紧固螺母30沿着第二外螺纹部分64向中心螺纹部分66移动。这样有助于紧固夹紧件24,从而将管接头10密封至第一及第二管道P1,P2的第一及第二端E1,E2。反之,为松开管接头10的夹紧件24,第一及第二紧固螺母在第一及第二外螺纹部分62,64上相互远离移动。

图6和图7显示了管接头10在第一状态和第二状态间移动,其中,于第一状态,夹紧件24还没有收紧;于第二状态,夹紧件24已收紧,将间隔螺栓突缘52a,52b及间隔端40a,40b拉至一起,从而压缩环形密封垫圈18。图6及图7中,空隙由间隔螺栓突缘52a,52b之间的距离限定。图6中,当管接头10处于第一状态时,夹紧件24的第一及第二间隔螺栓突缘52a,52b由具第一宽度W1的空隙分隔开。如图7所示,当管接头被紧固至第二状态时,夹紧件24的第一及第二间隔螺栓突缘52a,52b被拉至一起,将空隙缩小至第二宽度W2。由于双头螺纹紧固螺栓的第一及第二外螺纹部分62,64将第一及第二间隔螺栓突缘52a,52b二者同时拉至一起,所以双头螺纹紧固螺栓26仅需要旋转传统单头螺纹紧固螺栓的一半即可实现对夹紧件24同等程度的调整。从而,安装管接头10所需的劳动及时间都减少了。进一步地,有利的是,安装及组装过程中可使用常规的套筒扳手(normal socket wrench)工具。

为了能够组装上述夹紧件24,双头螺纹紧固螺栓26可包括可拆头部68,其与第一及第二外螺纹部分62,64其中之一相连。在通过第一及第二间隔螺栓突缘52a,52b插入双头螺纹紧固螺栓26,且紧固螺母28,30就位后,可将可拆头部68牢固于外螺纹部分62,64上的合适位置。如图5所示,可拆头部68可与双头螺纹紧固螺栓26螺纹接合。或者,除了与双头螺纹紧固螺栓26螺纹接合外,还可以设置闭锁机构(图未示)防止可拆头部68松动或完全从双头螺纹紧固螺栓26旋转脱落。

第一及第二紧固螺母28,30可限定一外周面、及外周面与贯穿紧固螺母的螺纹孔的交汇处的倒角开口(chamfered opening)。倒角开口有助于导引紧固螺栓与螺纹孔螺纹接合,这在当安装者现场安装或调整管接头时能见度低的情况下是特别有用的。第一及第二紧固螺母28,30及双头螺纹紧固螺栓16可由任一合适的材料制成。其中一种合适的材料为不锈钢,其可提供所需的强度值、成本效益、及在通常置于管接头10上的负载下的耐久性。

夹紧元件24不需要将垫圈与第一及第二邻接螺栓突缘42a,42b,第一及第二间隔螺栓突缘52a,52b及第一及第二紧固螺母28,30结合使用。就这一点而言,夹紧元件24可仅仅由第一及第二紧固螺母28,30,双头螺纹紧固螺栓26及承载第一及第二间隔螺栓突缘52a,52b的元件组成。

第一及第二压盖元件36a,36b均包括部分圆柱形的环形壁70,其具有内边缘72及外边缘74。部分圆柱形环形壁70的横截面大体上是平面的,而不是凹面的。第一及第二压盖元件36a,36b均还包括位于环形壁70内边缘72处的向内的U形壁76。U形壁76配置成容纳套筒12端口22处的凸缘34,从而准确地将开口式压盖14定位在套筒12上。

第一及第二压盖元件36a,36b均还包括在外边缘74沿径向向内延伸的外壁78。如下进一步详述,环形密封垫圈18的至少一部分处于外壁78与套筒12的凸缘34之间。因此,环形壁70、外壁78及套筒12的凸缘34共同限定开环式压盖14的垫圈座80(如图4所示)。在所示的示范性实施例中,开环式压盖14可紧固在约10.00±0.13英寸的最小直径和约10.81±0.25英寸的最大直径之间。在一实施例中,套筒12和开环式压盖14都由碳钢制成,但这些部件也可由不锈钢、塑料或其他适合的结构材料制成。

图3和图4更清楚地示出了保护件16。插入保护件16以横跨间隔端40a,40b之间的间隙,从而与第一及第二压盖元件36a,36b共同形成用于容纳环形垫圈18的基本闭合的环形外围。保护件16的横截面大体呈S形,且具有沿其长度的弓形形状。保护件16包括中心壁82,其具有内侧缘84及外侧缘86。保护件16还包括与内侧缘84处的中心壁82基本垂直并径向向内延伸的内侧壁88、以及与外侧缘86处的中心壁82基本垂直并径向向外延伸的外侧壁90。内侧壁88和外侧壁90从中心壁82向不同方向延伸,从而形成横截面大体呈S形的保护件16。中心壁82还包括从内侧缘84向外侧缘86延伸的横向侧缘92。

当保护件16置于压盖元件36a,36b的间隔端40a,40b之间的间隙时,中心壁82定位成毗邻间隔端40a,40b处压盖元件36a,36b的环形壁70。为此,保护件16的中心壁82限定一弧长,其长度至少足够横跨间隙,以使中心壁82的横向侧缘92置于位于开环式压盖14的标称位置(nominal position)处的压盖元件36a,36b的环形壁70的下面。在此位置处,内侧壁88突出压盖元件36a,36b的U形壁76,并且,外侧壁90定位成毗邻间隔端40a,40b处压盖元件36a,36b的外壁78。从而,保护件16和开环式压盖14共同限定一用于容纳环形密封垫圈18的闭合环或圈。更具体而言,保护件16的中心壁82与压盖元件36a,36b的环形壁70协作共同限定用于容纳环形密封垫圈18的基本闭合的环形外围32。在此示范性实施例中,当密封垫圈18安装于开环式压盖14中时,保护件16配置成覆盖密封垫圈18圆周的至少约15%-约30%,优选约20%。

为组装管接头,将两个开环式压盖14、保护件16及垫圈18装配于套筒12的对置开口端22上。对于每个开环式压盖14,将两个压盖元件36a,36b拼在一起,以使开环式压盖14的U形壁76接合或安置于套筒12的一个开口端22处径向向外的凸缘34上。第一及第二压盖元件36a,36b的第一及第二邻接端38a,38b与螺栓46无缝牢固连接。以此种方式牢固连接第一及第二邻接端38a,38b会在第一及第二间隔端40a,40b之间出现具第一宽度W1的间隙。螺栓46相切于压盖元件36a,36b,从而防止压盖元件36a,36b在间隔端40a,40b处向外作剪式移动(scissoring),并抑制间隙长度从标称W1再增加。插入保护件16以横跨压盖元件36a,36b的间隔端40a,40b之间的间隙,与压盖元件36a,36b一起形成基本闭合的环形外围32。环形密封垫圈18插入保护件16、第一及第二压盖元件36a,36b形成的闭合环形外围32中。或者,保护件16可位于密封垫圈18上,第一及第二压盖元件36a,36b可同时在凸缘34、保护件16及密封垫圈18之上拼在一起。

间隔端40a,40b可通过双头螺纹紧固螺栓26和第一及第二螺母28,30连接起来。双头螺纹紧固螺栓与第一及第二螺母28,30可以松弛接合以留有第一宽度W1的间隙,或者,可以收紧以开始压缩垫圈18以留有第二宽度W2的间隙。在一实施例中,管接头可以此种组装状态进行包装和运输。或者,每个开环式压盖14可与上述相应的保护件16和密封垫圈18组装起来,而不将开环式压盖14的U形壁76安置于套筒12的凸缘34上。在此装配下,开环式压盖14可与套筒12分开来运输,并在工作现场与套筒12组装起来。在该些实施例中,需在工作现场将开环式压盖14松开,并安装到套筒12相应的凸缘34上。在安装和/或拆卸管接头10的过程中,上述任一组装步骤可按需撤销或重复。

方法包括定位密封垫圈18毗邻套筒12的其中一个开口对置端22,将管端E1,E2插入套筒12的开口对置端22,使密封垫圈18及套筒12的一部分包围管端E1,E2。如下进一步详述,还应理解的是,在另一些实施例中,密封垫圈18可以包括多个前述美国专利中所述的用于调整管端E1,E2开口尺寸的内、外垫圈,而不是此实施例中所示的单个垫圈层。具体地,参考图2,第一管道P1的管端E1通过第一开环式压盖14的垫圈开口94及其中一个开口端22插入套筒12(箭头96)。第二管道P2的管端E2通过第二开环式压盖14的垫圈开口94及另一个开口端22插入套筒12(箭头98)。夹紧件24接合套筒12的开口对置端22及密封垫圈18,以使夹紧件24可操作地连接套筒12。当这些元件可操作地连接时,夹紧件24上的第一及第二间隔螺栓突缘52a,52b彼此标称间隔第一宽度W1的间隙。插入双头螺纹紧固螺栓26以贯穿第一及第二间隔螺栓突缘52a,52b,第一及第二紧固螺母28,30与双头螺纹紧固螺栓26的第一及第二外螺纹部分62,64螺纹接合。第一及第二紧固螺母28,30具体定位成邻接对应的第一及第二间隔螺栓突缘52a,52b。

朝第一方向旋转紧固螺栓,使第一及第二紧固螺母28,30沿着第一及第二外螺纹部分62,64向彼此移动,从而使第一及第二间隔螺栓突缘52a,52b靠向彼此,以缩小其间的间隙并压缩密封垫圈18及套筒12与对应的管端E1,E2紧密接合。随着双头螺纹紧固螺栓26收紧,第一及第二间隔端40a,40b之间的间隙从第一宽度W1缩短到第二宽度W2(如图6和图7所示)(箭头100),从而基本均匀地压缩对应的环形密封垫圈18使其与第一管道P1密封接合。拧紧双头螺纹紧固螺栓26和第二开环式压盖14的第一及第二螺母28,30将间隔端40a,40b之间的间隙缩短至第二宽度W2(箭头102),从而基本均匀地压缩对应的环形密封垫圈18使其与第二管道P2密封接合。管道P1,P2可都在紧固开环式压盖14之前插入套筒12,或者,先将一根管道插入套筒并收紧就位,然后再将另一根管道插入套筒并收紧就位。有利的是,与只接合一个紧固螺母的紧固螺栓相比,旋转双头螺纹紧固螺栓26可导致2倍的螺栓突缘朝向彼此的运动。

当稍后从管接头10拆卸管端E1,E2时,方法包括朝与第一方向相反的第二方向旋转双头螺纹紧固螺栓26。朝第二方向旋转会使第一及第二紧固螺母28,30沿着外螺纹部分62,64远离彼此移动,从而使第一及第二间隔螺栓突缘52a,52b远离彼此移动并扩大其间的间隙,间隙可能会从第二宽度W2扩大到第一宽度W1。此种移动会释放密封垫圈18和套筒12与管端E1,E2间的压缩接合。然后,将管端E1,E2从套筒12的开口对置端22及夹紧件24中取出。

图8示出了根据本发明原理的用于将两个管端E1,E2(图未示)密封连接在一起的管接头110的另一实施例。应理解的是,此管接头110的很多部件与前述第一实施例中的类似。该实施例以与第一实施例几乎相同的方式运作。因此,附图中出现的相同部件使用相同的附图标记而在此不再作进一步描述。此实施例的管接头110通常被称为管接头。在此实施例中,套筒112包括沿着管接头110的纵轴LA延伸的主体部分120。套筒112具有多个与纵轴LA平行的间隔槽104。第一及第二间隔螺栓突缘152a,152b包括多个孔106,该些孔106沿套筒112的纵向长度对齐并基本垂直于纵轴LA钻孔而成,以使多个双头螺纹紧固螺栓26通过间隔槽104容纳在孔106中而限定夹紧件124。

如图8所示,第一及第二间隔螺栓突缘152a,152b包括两个平行且间隔一距离的棒。在此实施例中,第一及第二间隔螺栓突缘152a,152b基本平行于纵轴LA插入,并包括多个孔106。如前详述,双头螺纹紧固螺栓26包括在中心螺栓部分66处连接的第一及第二外螺纹部分62,64。如图8所示,三个双头螺纹紧固螺栓26基本相切于套筒112的主体部分120延伸。三个双头螺纹紧固螺栓26贯穿第一及第二间隔螺栓突缘152a,152b的三个孔106。进一步地,三个双头螺纹紧固螺栓26借由三个紧固螺母28对其进行固定。如上面所述的那样,随着双头螺纹紧固螺栓26收紧,第一及第二间隔螺栓突缘152a,152b彼此靠近。虽然图中示出了三个双头螺纹紧固螺栓、三组槽104和第一及第二间隔螺栓突缘152a,152b上的三个孔,但是更多或更少数量的双头螺纹紧固螺栓26及附随的槽104和孔106也可以是期望的。

图9和图10示出了根据本发明原理的用于将两个管端E1,E2密封连接在一起的管接头的另一实施例,其中,多个双头螺纹紧固螺栓26沿着管接头210的套筒212的纵向长度延伸。此实施例以与前述实施例类似的方式运作。夹紧件224包括与套筒212的开口对置端222及密封垫圈218可操作地连接的第一及第二夹紧元件108a,108b。第一及第二夹紧元件108a,108b包括各自的第一及第二间隔螺栓突缘252a,252b。双头螺纹紧固螺栓26(图9中示出了四个,图10中示出了三个)基本平行于套筒212的圆柱形主体部分220的纵向长度延伸,以致贯穿第一及第二间隔螺栓突缘252a,252b。夹紧件224再次包括带右旋螺纹和左旋螺纹的第一及第二紧固螺母28,30以与双头螺纹紧固螺栓26上对应的第一及第二外螺纹部分62,64接合。当旋转双头螺纹紧固螺栓26时,包括第一及第二间隔螺栓突缘252a,252b的第一及第二夹紧元件108a,108b会朝向彼此移动,引起密封垫圈218和/或套筒212的压缩。这样会由于垫圈218与套筒端部222的楔形配置形成与管端E1,E2的紧密接合。为此,当拧紧紧固螺栓26使垫圈218纵向向内移向套筒端部222时,该楔形形状会使垫圈218向内压缩与管端E1,E2密封接合。有利地,使用双头螺纹紧固螺栓26能够使第一及第二间隔螺栓突缘252a,252b与第一及第二夹紧元件108a,108b靠向或远离彼此移动的速度达到传统设计的2倍(或仅为传统设计中螺栓旋转的一半)。

图11示出了可与上述实施例的管接头一起使用的环形垫圈318的另一实施例(例如,而不是图1-图7中所示的单层环形垫圈18)。此实施例中的环形垫圈318包括环形外垫圈386及独立的可重复使用连接(即反复插入或移除)外垫圈386的环形内垫圈388。环形垫圈318限定一通过其的垫圈开口389b,当装配管接头时,垫圈开口389b以纵轴LA为中心。外垫圈386和内垫圈388均由弹性材料(如橡胶)组成。外垫圈386配置成沿着外周面390接合外部元件,如上面图1-图7的第一实施例中的开环式压盖14和保护件16,并且外垫圈386还具有内周面392,配置成接合内垫圈388或管端E1,E2(当移除内垫圈388时)。内垫圈388配置成接合插入管接头的管端E1,E2及外垫圈386的内周面392,下面将对此进行进一步详述。

如上所述,外垫圈386包括外周面390和内表面392,其面向内垫圈388(或,当内垫圈388移除掉时,其面向各自的管端E1,E2)。内周面限定具直径D1的第一开口389a。外垫圈386还包括在外、内周面390,392之间延伸的内侧面和外侧面396。外周面390可为斜面,以使内侧面比外侧面396长,从而形成一容纳外垫圈386的楔形结构。类似地,内垫圈388包括面向外垫圈386的外周面398及面向管端E1,E2或径向向内的内周面400。此内周面400限定具第二,较小直径D2的垫圈开口389b。

内垫圈388可选择从外垫圈386中脱离并从管接头移除,以调整可由管接头密封并容纳在管接头的管道外径的有效范围。换言之,可拆除的内垫圈388可以改变管接头的有效直径。在一示例中,由于内垫圈388的存在,直径D2可使管接头容纳外径(OD)为6.56-7.05英寸的管端E1或E2。然而,移除内垫圈388会留出直径D1的开口389a,其可使管接头由此容纳外径为7.05-7.65英寸的管端E1或E2。然而,将理解的是,在其他实施例中可对环形垫圈318的直径尺寸与范围做出改变以接收不同尺寸范围的管道。

为便于内垫圈388与外垫圈386重复连接,外垫圈386和内垫圈388具有对应的交叉面。尤其是,外垫圈386的内周面392包括多个第一交叉齿402,其配置成与成形于内垫圈388的外周面398上的多个对应的第二交叉齿404接合。交叉齿402,404之间的啮合阻止了内、外垫圈388,386间的相对轴向运动。交叉齿402,404配置成对称结构以使内垫圈388与外垫圈386接合时不用考虑内垫圈388的方向。更具体而言,内垫圈388可以沿纵轴LA的第一方向插入外垫圈386,或当内垫圈自第一方向颠倒了的话,则以沿纵轴LA的第二方向插入。并且,由于外垫圈386和内垫圈388仅通过交叉齿402,404结合在一起,所以当借由具有上述较小范围的直径的环形垫圈318接合管端E1,E2时,内垫圈388可以很容易地从外垫圈386移除,及再插入外垫圈386。

此实施例中的外、内垫圈386,388通过其自身的弹性结合在一起,但通过沿径向向内拉动内垫圈388,然后将其从外垫圈386拉出,就可以很容易地分开垫圈386,388。为此,内垫圈388的轴向宽度通常比外垫圈386的轴向宽度要宽。因此,内垫圈388包括突出外垫圈386的内、外表面的边缘(lip)406,当从管接头移除内垫圈388时,边缘406可便于抓住内垫圈388且便于内垫圈388径向向内远离外垫圈386移动。应理解的是,虽然外垫圈386保留了沿着内侧面的环形槽(图未示),图11示出的各个内、外周面也都具有特定形状,但是,在其他使用多个垫圈层实施例中可以在不脱离本发明范围的情况下对这些元件进行修改。

借由上述内容,本发明提供了一种根据本发明的各个方面改进的管接头。虽然本发明已经通过实施例进行了说明,而且实施例已经作了详细的描述,但是本发明不将所附权利要求的范围限制为或以任何方式限定为这些实施例。其他的优点及改变应是本领域技术人员很容易理解的。此外,虽然示出的为通过套筒12连接两个管端E1,E2,但是仅其中一个端部E1,E2也可设置开环式压盖14、保护件16和/或密封垫圈18。因此,在不脱离总发明构思的情况下可以依据这些内容作出改变。

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