具有套管的推动连接管接头的制作方法

专利名称：具有套管的推动连接管接头的制作方法
技术领域：
本发明的公开涉及一种用于金属管道的接头或机械连接，例如金属管和管线。更为特别地，所述公开涉及一种接头，该接头能通过推动连接动作快速组装。
背景技术：
管接头用于气体或液体系统并在管道和其他流体流动设备之间提供液密机械连接，例如与另一管道、流动控制设备(例如阀门或调节器)或端口等之间提供液密机械连接。众所周知，通常使用的特定类型的接头为直口接头，其使用一个或多个如套管的管道夹紧设备，例如，提供管道夹紧和密封功能。这种接头十分受欢迎，因为其除了对管道端部去边和去毛刺之外，不需要做更多准备工作。高性能管道接头通常包括螺纹连接，其中接头在两个配套螺纹部件之间通过相对旋转或部分旋转接上或抒紧。

发明内容
目前根据本发明在此披露的一个或多个实施方式，公开了管道接头的原理是通过使用推动连接动作或方法而便于组装。在一个实施方式中，管道接头组件易于使用单个推动动作进行机械连接。在典型的实施方式中，所述接头可以实现非螺纹机械连接。优选地，即使不是必须的，通常圆柱形管道端部可以插进未拧紧的或松动的装配接头组件中，并保持在最终的适当位置或完全连接上。在特殊的实施方式中，允许使用一种单独工具将管道从装配的组件中拆除，所述装配的组件不具有完全分离的组成部件，但是在对于工具的另一实施方式中，该工具可以与管道紧固机构整合在一起。在其他实施方式中，其中一个接头组件设置一种结构，通过该结构，所述管道能够从不具有完全分离的组成部件中拆除。在典型的实施方式中，机械连接能够通过管道端部完成，除了可选的对普通端部进行切削和去除倒角外不需要任何的管道的塑型、成型或机械加工。此处的典型的实施方式也显示杰出的性能特征，例如压力、密封和抵抗震动的疲劳特性，以及施加于管道上的压力。同样，本文公开的接头的发明非常适用于许多不同的应用，包括汽车应用领域，其能耐受管道上的长期震动和压力，但对于大约-40° F或低于250° F (或更高)的典型操作温度下，接头能够承受每平方英寸几千磅的气体压力的密封。在进一步的实施方式中，管接头组件的内部测量特性可视需要设置以为装配工提供视觉或触觉的指弓I，无论该接头组件处于松动状态还是拧紧状态。此处公开的本发明的各种其他变型实施方式能够借助附图的描述被本领域技术人员所理解。


图1示出了一个或多个发明的第一实施方式的纵向横截面分解视图；图2是具有捕获导管的图1组件；图3是处于系统压力下的图2组件；图4是具有插入工具以允许管道移除的图3组件；图5是以纵向横截面示出的并位于预装配位置的推动连接管接头组件的另一实施方式；图6是位于完全组装位置的图5的组件；图7是具有插入工具以允许推动连接管接头拆卸的图6的组件；图8是以纵向横截面示出的并位于预装配位置的推动连接管接头组件的另一实施方式；图9是用于图8中接头的定位套筒的实施方式；图10是位于完全组装位置的图8的组件；图11具有用于拆卸位置的拆卸工具的图10的组件；图12和图13示出了前三个实施方式的多个特征的可选实施方式；图14和图15示出了附加可选实施方式，示出了具有用于管道保持的螺母的单一套管，位于完全组装位置。
具体实施例方式尽管示例性的实施方式目前在本文中是用于刚性管道的机械连接，例如不锈钢管接头，但本发明并不局限于此应用，可以发现其能应用于例如管和管线的很多不同金属管，以及可应用于除了 316号不锈钢之外的其他材料的金属管，也可应用于液体或气体流体管道。尽管本发明示出了管道夹紧设备和接头部件的相关典型设计，但本发明不局限于使用此设计。本发明可应用于管或管线，所以术语“管道”包括管或管线或其两者。我们并不想要术语“管道”被限制在任何特殊的长度、使用或构造中；例如，管道可以是用于设置接头连接的短管或其他金属套或套筒型组件。我们通常可替换地使用术语“接头组件”和“接头”连同一个或多个管道密封和夹紧设备一起作为接头部件组件的简称。因此，“接头组件”的概念可包括组装到管道上部件的组件，位于松动组装位置或完全拧紧组装位置；然而术语“接头组件”也表示不包括管道在内的部件的组件，例如用于运输或搬运，也指组成部件本身不装配在一起。在此，我们也使用术语“接头改造”和派生术语来表示接头组件，所述接头组件具有至少一次拧紧或完全接上，松开，然后再次拧紧至另一个完全接上位置。可以对同一个接头组装部件进行改造，也可以替换一个或多个接头组装部件。此处引用“外侧”和“内侧”以方便和简单地表示方向是轴向指向连接方向(内侧)还是远离连接方向(外侧)，参考接头组件的中心纵向轴X。此处引用“径向”和“轴向”除了其他另有说明外均是参考X轴。此处涉及的角除了另有说明外均是指相对X轴而言。另外，我们使用术语“管道端部”来代表管道的端部位置。通过“内部测量”，我们的意思是提供了指引表示接头接上已经完成的结构，而不需要单独测定工具或设备。我们使用术语“非螺纹机械连接”来表示使用单个动作在管道和另一部件之间的机械连接，与部件完成管道固定而不需要第二动作，例如螺纹啮合。换句话说，传统管接头不是推动连接管接头，通常包括用配件在手指拧紧位置将管道插入接头组件的第一动作，以及包括之后的使用施加在螺纹连接件的扭矩完成组装的将螺纹螺母和主体拧紧在一起的第二动作。术语“非螺纹机械连接”不排除与可能是螺纹的机械连接相关的附加可选结构，而在于考虑任何用于管道的机械连接，不需要用连接件来使管道固定的螺纹连接。我们使用术语“单个动作”来表示一种机械连接，能够通过单个运动完成，例如轴向插入。单一动作连接或接头的另一个例子是通过将管道轴向插进另一组件的推动连接组件。此处所用的术语“单个动作”意为包括手工装配以及使用工具装配。于此同时，作为结合进典型实施例中，本发明的多种创造性的方面、概念和特征能够在本文中描述和示出，这些不同的方面、概念和特征能够用于多个可选实施方式中，或者单独或以多种结合方式及其子组合中。除非本文明确排除，所有这种结合或子组合在本发明的范围中。更进一步，而本文中描述的本发明的例如多种方面、概念和特征的多种可选实施方式一例如可选材料、结构、构造、方法、设备和组件，可选形成、配合和功能等等--这种描述并不是有效可选实施方式的完全或详尽的列表，无论目前已知的或将来发展的。本领域技术人员能够容易地在另外的实施方式中采取一个或多个创造性方面、概念或特征，并在本发明的范围内使用，即使这种实施方式并未在本文中特别公开。此外，即使本文作为优选的设置或方法描述的本发明的一些特征、概念或方面，这种描述也并不表示这种特征是需要的或必需的，除非明确阐明。更进一步，包括典型的或代表性的数值或范围用以帮助本公开内容的理解，然而，这种数值或范围并非解释为具有限定意义，只有如此明确阐明，方可作为临界数值或范围。此外，多种方面、特征和概念作为发明的创造性或形成发明的部分在本文中明确认定，这种认定不是排他性的，而是可能在本文中完全描述，具有创造性方面、概念和特征，而没有被明确认定作为这种特定发明或特定发明的一部分，作为替代，本发明提出了附加权利要求。典型方法或过程的描述是所有情况下需要的所有步骤，并非限制性内容，也不是对目前的方法步骤解释为所需要或必需的顺序，除非明确阐明。参考图1-图4，和最初的图1，示出了一个或多个发明的第一实施方式。在此例子中，用于管或管线C的管道接头组件10包括管道接收部件12。我们将管道接收部件12作为主体，其中主体12容纳管道端 部Cl。尽管本文使用通用术语主体作为简称，本领域技术人员将意识到本发明并不局限于本文描述部件所应用的术语。如图所示，主体12可以是独立的部件，或可以整体的或整合的或装配至另一个部件或组件(诸如阀、槽或其他流体设备或液体容纳设备)。主体12可以具有许多不同的构造，诸如直通、三通、弯头等等，来命名本领域中熟知的少见的构造。本文中的主体12在本领域中也通常作为端口主体或凹端口，因为其整体结构虽然不需要凹进或形成另一个结构(例如，阀门主体或圆柱)，并且用于管道端部的机械连接也能够在此使用。本文的所述接头实施方式能够在汽车工业中找到特殊的应用，然而，他们能够被用于任何需要用于流体压力容器的地方。作为例子，本文的发明能够用于实现用于容纳额定气体压力(例如，用于甲烷)的自动接头，额定气体压力大约3000至3500psi，具有高于5000psi或更高的额定性能。本文的接头能够被测量以适应例如公称外径是1/8英寸或少到和大于1/2英寸的管道。这些数值是本文公开的发明的使用或范围的典型并不是限制。对于汽车应用或其他应用，具有端口的主体12可以包括例如铝合金，但其他金属也被作为特殊应用需要而使用，例如机器加工的或锻造的不锈钢。本文的管道可以由不锈钢制成，例如316号不锈钢，或其他用于特殊应用的适合的金属。正如指出的，主体12通常被理解为作为容纳管道C的端部Cl的接头部件。图1-4进一步示出了用于实施管道的单个动作或推动连接管接头的非螺纹机械连接的典型实施方式。术语“完全连接”或“完全组装”或“最终组装”及其派生术语在本文中指将接头组件连接在一起以对具有管道C的接头组件10产生液密密封和夹紧。本文中使用的预组件或预组装位置是在管道插入之前接头部件被松动或紧密组装，这样管道端部能够插入松动组件并在其中保持以形成完整连接。图1示出了预组装位置。我们还涉及一种初始或第一连接或组成，涉及接头被组装至如图2所示的完全组装位置的第一时间。随后的完整装配或改造涉及在先前通过拆卸管道而拆解的完整组件之后的任何完整组件，无论先前完整组件是接头的初始完全组件还是之后完整组件或改造。我们还涉及术语“松动组装”及其派生术语以用于部件的组件被保持在一起但并没有完全组装在一起，达到产生管道夹紧和密封和保持的位置。本文多种实施方式共享多个重要特征，分别并且以单独、多种结合或共同地设置对管道端部的强劲的机械连接。本文的实施方式优选指刚管，例如金属管或管线，以区分于具有例如橡胶或塑料的非金属管壁的挠性软管。刚性是指管道具有足够强的壁结构，以允许管道夹夹紧设备(例如套管或套管类设备)夹夹紧并可选地相对管道的外表面密封，通常具有管道和夹紧设备的部分的塑性形变。我们不使用刚性这个词来表示管道不能被弯曲或根据特殊应用的需要成型。术语管道用于最广泛含义，包含金属短管、护套、外壳或套筒或类似的能够用于挠性非金属软管的端部接头。关注的特别的特征是，本发明提供了一种非螺纹机械连接，除了众所周知的端部切削和去倒角的低成本处理以外，不需要机械加工、塑型或成型。这种管道端部不需要形成凹部或外部塑型。因此，本发明可以提供具有平滑外部表面的一般圆柱形或圆环管道形状的机械连接，例如管或管线，尽管如果特殊的应用需要也可使用塑型的管道。主体12能包括用于与管道C流体联通的流体孔14，或是简单的盲端口或帽。所述主体12包含第一埋头孔16，设置有肩部或其他表面，倚靠该肩部或其他表面管道端壁C2能触底。然而，值得注意的是，从本文中多种实施方式中，接头10不需要管道C倚靠肩部16触底，甚至当接头位于完全组装位置时(图2)。在下文将进一步解释，其他典型的技术和接头能够可选地被设置，以表明和证明足够的管道为了完整装配而插入主体12中。在通常的管道接头中，通常具有倚靠肩部16的管道底部，然而，在本文的实施方式中，这种触底可能是不完整的，因为管道设置有用于表明管道已经完全被插入的单独的工具，并且对于产生充足的液密密封是不需要触底的。因此，肩部16不是主体12的必需特征。设置了直径稍微大于第一埋头孔16的第二埋头孔18。第一密封元件或构件20能够被设置在第二埋头孔18的凹处。所述第一密封元件20能够以许多不同的成型和塑型来实现，在该典型实施方式中，优选为但不是必须的通过O形环的形式实现。第一密封元件20能够通过任何材料制成，与接头10容纳的系统中的液体兼容。对于许多气体和液体，我们使用碳氟化合物弹性体，但是许多其他材料也是可行的，包括塑料、高分子材料和软金属密封。当管道端部Cl被大致插入以延伸至第一埋头孔16中时，例如如图2所示，所述O形环20在管道外部表面C3和第二埋头孔18的圆柱壁22之间被径向压缩，以在管道端部Cl和主体12之间提供液密密封(附注，在本文多个如图中，两个表面之间的过盈能通过部件的重叠来表现，而不是通过实际产生的压缩来表示)。管道端部面C2能够设置有可选倒角C4，例如使用45度倒角或其他角度。所述倒角C4有利于将金属管道端插入主体12，并越过O形环密封20，不会对软密封造成缺口或损坏软密封。第二和可选密封或衬垫环24可以被设置在第一密封元件20的外侧。第一和第二密封元件20，24能够形成密封机械装置，即使在多个应用中，可以使用单独的密封元件，并且在其他应用中也许可使用附加密封元件(例如图13和图14所示)。在此实施方式中，我们使用第二密封元件24以减小第一密封元件20的挤压，特别是当接头10处于系统液体压力下时。因此，我们选择第二密封24的材料要比第一密封20稍微坚硬，例如聚醚醚酮(PEEK )、聚四氯乙烯(PTFE)、可溶性聚四氯乙烯(PFA)和尼龙(Nylon ),但是再次说明，许多其他材料也是可用的并且熟知的，也可使用其他的后来开发的。所述衬垫环24可以是具有一般圆柱外部壁26和内部直径壁28的一般环形部件。在此实施方式中，内部壁28包括第一部分28a，通常是圆柱形并且紧密环绕管道外部表面C3，并且锥形部分28b将在下面进一步描述。当管道端部Cl已插入如图2所示的完全组装位置时，内部直径壁28的第一部分28a与管道壁接触，这样衬垫环24能够径向向外被迫压缩与第二埋头孔壁22相接触。当第一密封20处于系统压力下时，所述压缩极好地抵抗了第一密封20的挤出。请注意，当管道C被插入时，衬垫环24能够沿切口切割30被分开，以利于将十分坚硬的衬垫环24插入主体的装配并径向向外扩张。第二密封元件24的径向压缩能允许第二密封元件24相对液体压力提供后备或第二密封，液体压力应为第一密封20允许通过的液体的压力，特别是在壁22和第一密封20之间。主体12还进一步包括以底切32的形式的反向底切，例如锥形表面或壁32，能够在第二埋头孔壁22和主体12的外侧圆柱壁34之间形成。我们已经发现，锥形角度在大约45度工作良好，但是其他角度也可根据需要使用。例如，我们发现，角度在大约30°至大约45°的范围内工作良好。底切32设置一个锥形槽36，能够容纳管道保持构件或环38。所述管道保持环38的尺寸可以被至少部分地容纳在槽36中或位于槽36中。所述管道保持环38可以是许多不同的形状，包括但不限于开口环、止动环、嵌接切口线、单片线线圈或其他径向可扩张环形构件，一系列弧形线部分、可选相互连接的球或夹具元件等等。优选地，管道保持环38是径向可扩张的，这样保持环38能够在拆卸期间被移动到一个扩大空间或如凹槽的体积中，例如锥形槽。优选地，保持环38也是刚性的或足够坚硬以被压缩至表面，例如套管或螺母的表面，有助于阻挡管道在压力下爆裂，如在下面更加详细描述的。在一些实施方式中，该管道保持环38优选地具有十分紧密容纳管道夹紧设备40的内部直径，这将在下文进一步描述。在另一实施方式中，所述保持环38能够具有与螺母或其他接头组件的元件相啮合的尺寸。本文涉及的保持环38也作为管道保持环，但其引用不需要与保持环38和管道之间直接接触，而相反，保持环的特性是提供部分结构，该结构保持在下文更为详细描述的情况下完全插入管道的适当位置。我们涉及一种管道保持环38作为简易保持环或构件38，或者可选地作为管道保持器或简易保持器38。管道保持环38 (本文也指保持环或保持设备或保持器)优选地具有外部直径，设置允许保持环38的至少一部分径向扩张至邻近的更大直径的由圆柱壁22提供的第二埋头孔18内，。当扩张时，保持环38从管道夹紧设备40上脱离(见图4)。该更小的直径或圆锥槽36被形成尺寸以在特定情况下与保持环38啮合，下文进一步描述。外部圆柱壁34形成钻孔或环形空间(见图2中的附图标记64)已适应如下文所述的拆卸工具。管道夹紧设备或构件40优选地可以以环形主体的形式实现，例如，套管或套管类设备，能够被机械压缩、锻造或预锻造或另外的方式附接到管道C的外部表面C3上。优选地，所述管道夹紧设备40包括金属部件，这种金属包括例如不锈钢的金属。我们使用术语“压缩”、“锻造”和“预锻造”以及本文中可替换的派生术语来指使用轴向和/或径向压缩载荷将管道夹紧设备附接至管道。同样，管道夹紧设备40能够被压缩，使得内部壁内径的管道夹紧设备的至少一部分的直径减小，变得小于管道的外径，因此，形成过盈或摩擦配合。锻造或径向压缩后的过盈或摩擦配合不仅可以为后续的结构组成在管道上保持管道夹紧设备40，而且管道夹紧设备40将不会在管道上自由旋转。在本文的其他实施方式中，管道夹紧设备40与载荷保持套筒结合，其也产生这种过盈配合，并且减少或消除了在锻造步骤之后的管道夹紧设备回弹。所述载荷保持套筒也会与管道夹紧设备具有过盈或摩擦配合，并进一步，这两个部件可以在被连接到管道之前，作为衬套或组件预组装。许多不同的管道夹紧设备的设计可以根据需要使用，但是，我们倾向于，作为一个例子，具有向前边缘42的套管，能够咬合或穿透管道C的外部表面。这种咬合或穿透动作在管道表面产生肩部44，当接头10位于系统压力下时，促进套管具有较大的管道夹紧。优选地，所述套管40也展示出套管内壁的部分的径向向内铰接动作，导致套管相对管道外部壁夹头或通过其他径向压缩并锻造。优选地，铰接向套管的内部壁的部分产生凸面轮廓，与第二优选的一些套管设计的径向向外弯曲情形区分。这个情形提供了相对于管道表面的套管的强力锻造或压缩的夹头区域46，这样隔离咬合区域44和从管道震动、冲击和其他应力下套管40的前部附近上升附随应力。铰接和夹头套管的特征全部在美国专利Nos.6，629，708,7, 100，949,7, 240，929,7, 367，595,7, 614，668,7, 699，358 和 7，762，595 中描述，其公开的全部内容通过引用全部合并在此。即使我们倾向于套管40展示所需的铰接和夹头效果，以在压力下提供极佳的管道夹头和可选的密封，这种套管也不是在所有应用中都需要的。使用相对管道C强力夹紧并可选密封的套管的好处是所述套管能够沿管道表面C3为O形环密封提供很好的后备密封。所述夹头或锻造功能为咬合区域44从管道震动和冲击中提供隔离，通常可能出现在如汽车工业的一些应用中。 所述套管40还能提供一种工具或机械装置，通过这种工具或机械装置管道C被捕获并保持在主体12中。所述套管40能够提供一种外部锥形表面或壁48和向后延伸法兰50，设有套管外部槽、缺口或凹槽52，当管道C被插入主体12内时，容纳保持环38。在其他可选实施方式中，套管锥形壁48可以是波形的而不仅仅是锥形或圆锥形的，例如，套管锥形壁48可以是波形的，例如具有凸形表面、凹形表面或其他需要的形状。许多不同的技术能够用于将套管40连接至管道C。在优选的方法中，可以使用锻造工具。锻造工具通常用于本领域在组装接头之前在管道端部安装一个或多个套管。这特别通常在大套管和管道外部直径的情况。然而根据本发明，我们使用套管的锻造以对管道C提供良好的管道夹紧或保持，也可以提供震动阻力或与咬合隔离，同时提供了与保持环38配合的设备以确保将管道C在主体12中保持。一种适当的锻造工具是AHSU型号，可从俄亥俄州梭伦的世伟洛克公司，(Swagelok Company, Solon, Ohi0.)获得的气动驱动液压锻造单元。然而，将套管40附接至管道C的其他设备和方法可根据需要使用。在管道插入之前，通过将套管40锻造在管道上，当其用于传统无间隙管接头时，简易单个动作推动连接接头被设置用于刚性管道，不需要任何附加扭矩或接头的拧紧动作。相反，接头组件通过将管道端部Cl简单插入主体12直到保持环38卡在套管40并安放在套管外部槽52中完成。因此，接头组装是由通过在单一方向进行单个插入动作来完成的并用于许多设计，但不需要用手完成。在一些实施方式中，单个动作可使用例如活塞的工具来完成。图1示出了准备插入管道端部Cl处于松动组装位置的管道接头组件10。所述第一和第二密封构件20，24沿保持环38首先插入主体12。套管40是在管道插入以完成组装之前被锻压在管道C上。在图2中，管道C被轴向推进组件10直到保持环38向外伸展并越过套管40，特别地越过套管的锥形表面48，并卡入套管凹槽52。这伴随着可听见的咔哒声或阻力的触觉生理感觉，以当内部测定时进一步插入管道C，这样装配者知道管道插入到了适当的位置。主体12的径向扩张凹槽部分36当其滑过套管40时调整保持环38的径向扩张。管道能和保持环38 —起推入，沿套管40的锥形外部表面52滑动直到保持环38轴向对准套管凹槽52，在此时，保持环卡在如图2所示的位置。值得注意的是，在图2的位置中，密封机械装置20，24被完全压缩至与主体壁22和管道外部表面C3的密封啮合中。同样如图2所示，当管道C被完全插入时，套管40的向前部分，尤其是前部边缘42和咬合区域44，和套管外部凹槽52的可选部分，能够被压缩至支持环24和管道C之间。因此，支持环24能够被用于帮助确保强力夹头和锻造压缩力，并因此通过套管40具有强力管道夹紧。这能够通过提供具有合适角度的保持环24的锥形部分进一步帮助套管40压向管道。在如图2所示，管道C被插入主体12中之后，管道端部被保持环38捕获，因为保持环38被捕获至锥形表面32和套管外部凹槽52之间，这样保持环38与套管锥形后部壁48过盈，试图轴向撤回管道。在这点上对于此实施方式，作为例子，管道C仅能够通过使用工具(在下文描述)从螺母14中拆卸。即使我们示出了用于套管40的特殊形状以与保持环38配合，但这仅是一个例子。套管40和保持环38能被设计为具有许多不同形状以利于其相互作用在主体12内保持管道C，形成完整连接。图3示出处于系统压力下的管道接头组件10，而图2示出了处于无压力或十分低的压力下的接头组件。图3的压力下，第一密封20趋向相对支持环24在管道外部表面上被轴向向外推动。这个动作趋向增加相对套管锥形外部表面52的支持环24的夹头或压缩，因此进一步相对管道C增加夹紧和可选的套管40的密封功能。值得注意的是，处于压力下的管道C也趋向被迫轴向远离肩部16，但这个动作会导致位于锥形表面32和套管40的锥形壁48之间的保持环38的轴向和径向的压缩，会进一步增加相对于管道的夹头和套管40的挤锻。保持环38和套管的锥形壁48的形状可以根据需要选择以促进该效果。套管40能够通过合适的材料制成，包括与管道材料不同的材料，当接头处于压力下并且套管40与保持环38接触时，显示良好的耐磨性。举例来说，套管40可以是表面渗碳硬化或加工硬化的金属。处于系统压力下，即使具有轻微的轴向移动或应用于管道和密封20，24上的大量载荷，密封20确保相对于管道和主体壁22的液密密封。装配者能够以不同内部测量方法核查管道被正确插入。当保持环38被卡入位置时可听见咔哒声。装配者也能注意到进一步插入管道时明显的阻力，并且不能将管道向回拉出。也可以根据需要设置其他的视觉标记或指示，提供视觉确认管道完全就位，诸如，例如，在管道被完全插入后，管道上的划线标记被主体12端部隐藏。许多其他的内部检测技术也可使用，并对本领域技术人员来说是显而易见的。接头10的拆卸能够通过使用工具60快速和简单地完成。根据图4，工具60包括保持环释放部分或扩张62，其通过管道外部表面C3和外部主体孔34之间的环形空间64(图2)插入。工具60具有任意构造，能够允许扩张62的插入，例如圆柱66或叉子或支架以延伸至接头中与保持环38啮合。扩张工具62插入，使得扩张保持环38进入圆柱壁22形成的较大孔中，这样，保持环38具有扩张的直径，足够大使得套管40越过保持环轴向退回。这允许管道C和附接的套管40能从接头组件上退回，优选地在系统压力被释放之后。工具60可以由任何金属或非金属材料制成，易于使用，具有足够的硬度使保持环38伸展并当管道C和套管40从接头组件10轴向退回时，防止保持环38向后(向外)被拉出。工具能够被分开或嵌接切口以允许在插入环形空间64之前环绕管道。工具60还包括扩张的夹紧部分68以利于手工插入接头组件10。根据本发明的这个和其他的实施方式，使用套管的好处是用于实现高压单个动作推动连接管接头组件，包括处于压力下的管道夹紧和可选密封，和可选并非优选的将咬合区域与管道压力的震动隔离。图5-7示出了接头组件70的另一实施方式。在此实施方式中，使用主体72、第一密封74和第二密封76，并与部件12，20和24的第一实施方式相同，因此不再赘述。密封构件74和76被容纳在孔75中。设置有套管组件或系列组件78，优选的在将管道插入主体72之前被锻压在管道C上(图5示出了这样一种预锻压布置，优先于管道完全插入主体12)。套管组件78还能包括管道夹紧和可选密封套管80，和载荷保持帽或套筒82。套管80和套筒82可以是管壳组件，意味着这两个部件可以作为分离子组件78保持在一起，优先于将套管组件安装在管道C上。例如，套筒和套管能够通过压力配合、机械咬合或粘合或其他需要的手段紧固在一起。典型的套管80能够包括锥形外部表面81，抵靠或者其他方式与套筒82的锥形内部表面83啮合装配凸轮。当套管80和载荷保持套筒82被轴向压在一起，所述套管80径向被限制并因此而产生过盈或摩擦配合，以将套管80和套筒82作为预组装或管壳保持在一起。套管组件或管壳78能够通过上述锻压工具或通过其他便利手段被附接至管道。例如，径向压缩力能够被应用在套管组件78的部分或全部以将套管组件78锻压在管道上。载荷保持套筒82运行以防止或大致限制锻造套管80的弹回。锻造或径向压缩导致套管80具有小于管道的非压力外径的内径，因此设置过盈配合类型将套管附接在管道上。所述套管系列组件78能够通过上述锻造工具或通过其他便利手段被附接至管道。为了推动连接装配，优选地，套筒82在锻造后保持至套管80，能够被用于减少套管80的弹回，特别是套管的前部80a咬合至管道外部表面之内。在通常的无推动连接接头中，对于套管，这种弹回能够发生，优先于完成接头的拉出，并在锻压力被移除后，该套管被预锻压至管道。但对于本发明的推动连接接头的此实施方式，对于第二套管或锥形表面，不需要完成如冋在传统接头中的连接，因此，使用载荷保持套筒82在推动连接接头上，以径向限制套管80并因此在锻造期间保持预载荷应用在套管80上，并防止或减少套管弹回的趋势。这可以通过处于压力和震动隔离下保持显著的咬合和用于管道夹紧的夹头，以大大改进管道夹紧和套管80的可选密封功能。值得注意的是，因为此实施方式使用载荷保持套筒82，第二密封构件76不需要与套管系列78啮合，因此，第二密封能够具有大致圆柱内壁77，并设置了可选倒角77a以在管道C通过时防止损坏。在完全组装之后，螺母84可与保持环86配合以用来紧固并保持管道C在主体72中。螺母84可以被用于方便地帮助将管道插入主体72，并且用于此目的，可以包括后部法兰或手柄88。螺母84还包括具有锥形外部表面92的向前鼻部90和通过肩部96形成的凹槽或沟槽94。螺母84可以是非螺纹的，这样用于实现单个动作推动连接操作。主体72可包括锥形凹槽98，允许保持环86的径向扩展。根据图6所示，在管道C和螺母84被插入主体72时，保持环86径向扩张至主体锥形凹槽98的较大直径部分，同时环86划过螺母84的锥形表面92。一旦完全组装，保持环86移动或咬合入螺母沟槽94中，如图6所示的位置。值得注意的是，保持环86轴向捕获至螺母沟槽94和锥形表面或主体锥形凹槽98的壁100之间。这种过盈防止管道C在不使用工具的情况下从主体72轴向退回。可选轴承或平衡环102可以被设置在套管系列78的后端78a和螺母84的内肩部104之间。轴承102优选地松动安装在管道C上。轴承102可能具有与螺母的啮合表面104的形状配合的几何形状，以允许围绕轴承102的径向枢转或弯曲，功能上有点像万向接头的形式。轴承102能被用于承受管道C和套管80的轴向载荷，特别当接头70处于系统流体压力下时，以推力轴承的形式。轴承102还能提供径向弯曲或用于管道的枢轴区域106，特别当管道C承受旋转或平面震动或移动时。因此，枢轴区域106能够从咬合80a和/或管道中的关联压力区域轴向隔开或定位，通过锻压管道夹紧设备产生并将套管咬合80a和/或压力区域与管道的旋转收缩、震动或运动以及包括管道中干扰在内的其他疲劳隔开，因此通过套管80增强了夹紧和锻压80b的震动隔离效果。轴承102优选设计为小外径和小表面区域。轴承102可以是如图5-7所示的分离的不连续的部件，或可以作为套管80或螺母84的一部分整体形成(例如见图12)。值得注意的是，第一实施方式中的保持环38能够被设计为也能通过套管40的后部和锥形壁32之间的直接接触的功效提供这种轴承效果。对于拆卸，如图7所示，可以使用工具108，包括套筒或延伸100。套筒110能够插入穿过螺母84和主体72之间的环形空间112 (图6)。在推入工具108时，套筒推动保持环86进入主体锥形凹槽98的径向更大部分中，因此允许螺母84和管道C从主体72轴向退回。我们注意到这点，套管系列例如用于第二实施方式，能够可选的被合并入第一实施方式。这能够从与套管40啮合处移除第二密封或支持环24的使用。图8示出了推动连接管道接头组件120的另一实施方式。在此实施方式中，套管系列122被用于第二实施方式，然而，套管系列122被略微改进。套管系列122包括套管122和套筒126，在附接到管道C之前是预装配的管壳型。接着，套管系列122被锻造或被附接到管道C，优先于管道C被插入主体128中。值得注意的是，这个实施方式示出了主体的例子，是具有闭合第二端部的塞子的形式。套管124包括后部法兰部分130，具有形成在外部表面134的环形沟槽或凹槽132。所述凹槽132能够配置为当管道C被插入主体128中时，需要容纳保持环136的部分。第一密封构件138被设置在前两个实施方式中，以在主体128和管道C之间提供流体密封。可选反挤压支持环(未示出)能够根据需要使用，如前两个实施方式中所示。然而，在图8-11的实施方式中，我们不使用支持环，因为套筒126具有给主体128提供的小间隙的直径，以使挤出间隙最小化(见图10)。此例中的保持环136可以被保持或与可选定位套筒140整合。在组装期间，定位套筒140和保持环136能够位于主体128中，这样保持环136在主体内轴向对准锥形凹槽142。保持环136和定位套筒140能够作为子组件，在安装至主体中之前实现。在可选实施方式中，定位套筒可以是分离部件，用于在拆卸期间将保持环136移动至锥形凹槽142中。如图9所示，定位套筒140可以在套筒的圆柱壁146中包括一个或多个弓形开口或插槽144。这些开口 144容纳保持环136，以将环控制至套筒，同时，允许保持环136在接头120的组装和拆卸时被径向扩张。在图9的实施方式中，有两个开口 144，相互径向相对。弓形长度越长，保持环136的表面区域的内径就越大，以能够与套管凹槽132啮合。为了保持环136被容纳在套管凹槽132中，弓形开口 144之间的凸面150可以具有较小的外径，略微小于套筒圆柱壁146的主要直径。这使得保持环136的内表面区域的相关弓形部分被容纳在套管凹槽132之内，如在图10中最优示出。保持环132的整个外径表面区域能够与锥形凹槽142的锥形壁148啮合。保持环132可以是开口环，以根据需要利于锥形凹槽142中的径向扩张。如图10所示，在完全组装位置，密封138在主体128和圆柱管道C的外部表面之间被径向压缩。套管套筒126的向前端部能够帮助在压力下或使用支持环的情况下针对挤出抑制密封138。当管道C被推入主体128内，当保持环136卡入套管凹槽132时，装配工能够听到咔哒声。套管124能被设计为，例如，具有轴向长度，这样套管后端124a能够与主体齐平或被嵌入主体，如图10所示。这是接头被完全组装后用于内部测量的另一可选技术。如果管道C在系统压力下被拉回或迫使向回，定位套筒140也向回移动直到保持环136与主体凹槽142的锥形壁148啮合。这防止管道C在不改变定位套筒140的位置的情况下从主体128轴向退回。对于如图11所示的拆卸来说，在系统压力被释放后，定位套筒140能够被轴向向前推动，直到保持环136与锥形凹槽142的径向扩张部分相对准。这使得当管道C和附接的套管系列122从主体128轴向退回时，保持环136径向向外扩张。因此，我们公开并主张一种通过单个动作推动连接方法，用于对刚性圆柱管道实现机械连接的接头组件。在推动连接动作之前，在锻压或其他压缩操作以提供出色的管道夹紧、可选密封和震动隔离期间，机械连接可以包括管道夹紧的使用和铰接并夹在管道上的密封设备。主要密封可以通过例如O形环的软密封来提供，并使用有一个或多个可选支持环。在一些实施方式中，可以设置轴承以进一步隔离管道震动和咬合在管道中的套管产生的疲劳。同样在一些实施方式中，套筒能够被用于作为套管系统或管壳的一部分，以在锻压操作完成后，保持在套管上的锻造预载荷。推动连接动作可以是单个动作，在某种意义上，用于最终完成连接步骤，啮合的单一方向将管道推入接头以实现可能使用的密封和固定，并且推动连接动作可以在许多情况下手动执行。拆卸可以通过使用工具实现，所述工具或与接头组装或者在接头组装之后分开使用。如图12和图13 (和图5-7)所示的可选实施方式，其中的一些清楚地应用于本文的所有实施方式中。例如，在图12中，我们由图5-7的实施方式的基本构造开始，但也示出了两个支持环152a和152b的使用。支持环152b是第一密封74轴向最远的，能够使用比第一支持环152a稍微坚硬的材料制成，以进一步为密封组件提供反挤出抵抗，该密封组件包括第一密封74和两个支持环152a和152b。额外的支持环或密封构件在本文的其他实施方式中也可使用。也可设置的是形成在孔75中的向内压缩物154。该压缩物可用于在完全组装后，当管道C轴向退回时，防止密封构件74，152a和152b意外从主体72退回。该压缩物也能够用于其他实施方式。在图12中，我们还示出了与螺母84整体形成的平衡环或轴承156的使用，代替离散的轴承102(图5)。机械加工的平衡环或轴承156的使用消除了接头的分离部件，能够根据需要形成以达到轴承功能。在此实施方式中，该整体轴承156被机械加工至螺母84中。值得注意的是，与图5的实施方式相比，螺母84后端部被轴向截短。当螺母84被完全插入主体中用于完成装配时，其中保持环86卡入螺母的凹槽94 (图5)中，螺母的后端部84a可以与主体72齐平或略微嵌入主体72中，因此提供视觉可见的内部测量特征以证明完成组装。图13实施方式可以包括图12的设置，除了使用套管状轴承构件或平衡环158而不是整体轴承156。我们发现套管状构件，例如在图1实施方式中使用的，也提供了需要的平衡环或轴承功能，并且套管的形状可以被控制以产生需要的旋转弯曲和震动隔离效果。如图14所述，我们示出了推动连接接头200的另一实施方式，设置了用于管道端部的单个动作机械连接。该实施方式共享了第一实施方式(图1-图4)的特征以及图12和图13的实施方式，因此这些描述不需要全部重复。在此实施方式中，在管道端部Cl被插入在主体204之前，单个套管202被附接到管道端部Cl，例如通过锻造操作。然而，与图1的第一实施方式相反，螺母206与保持环38相配合，以支撑接头并且保持管道接头Cl和主体204在一起。也可以需要螺母206，但与例如图12的实施方式中的螺母84不同。尽管没有示出，螺母206能可选地包括整体平衡环156 (图12)。该推动连接接头200可以进一步包括例如第一密封20和支持环24或可替换的根据需要使用的密封机械装置的密封机械装置。主体204还能够包括锥形凹槽208，在某种意义上根据图12的描述，与保持环38相配
八
口 ο单个动作推动连接接头200是在管道附接套管202之后通过将螺母206滑动到管道Cl上组装而成，接着轴向将管道端部Cl插入到主体204中，直到保持环38与螺母凹槽208的表面啮合，例如锥形表面201。保持环38装配在螺母凹槽锥形表面210和锥形凹槽208的表面之间，以防止管道端部从主体204轴向分离，直到保持环38被占据锥形凹槽208的扩张空间。因此，该接头在管道端部和主体204之间使用单个动作推动连接方法提供了非螺纹机械连接。图15示出了另一个可选实施方式，可以与图14的实施方式相似，所以不用再重复描述。图15实施方式与图14实施方式不同之处在于，套管状轴承或平衡环220可以可选地使用。这方面可能与本文图13实施方式与轴承158相关的上述描述类似。参照的示例性的实施例已经描述了本发明的几个方面。通过阅读和理解本说明书后，会产生一些修改和变更，本发明的目的是包括所有这样的修改和变更，因它们均处于随后附的权利要求或其等同的范围内。
权利要求
1.一种推动连接接头,包括: 主体构件，能够容纳管道端部， 管道，包括能轴向插入主体构件的第一端部和附接至所述管道外部表面的管道夹紧设备，并且 保持器，当所述管道完全插入所述主体构件时，将所述管道保持就位。
2.根据权利要求1所述的推动连接接头，其特征在于，所述管道包括具有光滑表面的环形主体，例如管或管线。
3.根据权利要求1所述的推动连接接头，其特征在于，所述管道夹紧设备包括套管，所述套管抵靠在所述管道的外部表面处于压缩之下，以便所述管道夹紧设备的至少一部分的内径小于所述管道的外径。
4.根据权利要求3所述的推动连接接头，其特征在于，包括配置在所述管道的外部表面的密封。
5.根据权利要求1所述的推动连接接头，其特征在于，在所述管道完全插入所述主体构件时，包括密封所述管道的外部表面的密封。
6.根据权利要求5所述的推动连接接头，其特征在于，当所述管道完全插入所述主体构件时，所述管道的端部表面与在所述主体构件的内部肩部啮合。
7.根据权利要求1所述的推动连接接头，其特征在于，当所述管道完全插入所述主体构件时，所述管道的端部表面与在所述主体构件的内部肩部啮合。
8.根据权利要求1所述的推动连接接头，其特征在于，在所述管道完全插入所述主体构件之后，所述保持器防止所述管道从所述主体构件轴向分离。
9.根据权利要求8所述的推动连接接头，其特征在于，所述保持器包括径向扩张主体。
10.根据权利要求9所述的推动连接接头，其特征在于，所述径向扩张主体包括金属环。
11.根据权利要求8所述的推动连接接头，其特征在于，当所述管道被完全插入所述主体构件时，所述保持器与所述管道夹紧设备啮合。
12.根据权利要求11所述的推动连接接头，其特征在于，所述主体构件包括锥形表面，当所述管道完全插入所述主体构件时，所述保持器装配在所述管道夹紧设备的表面和所述主体的锥形表面之间。
13.根据权利要求1所述的推动连接接头，其特征在于，所述管道夹紧设备锻压在所述管道的所述外部表面中。
14.根据权利要求1所述的推动连接接头，其特征在于，所述保持器与所述管道夹紧设备啮合，当所述管道完全插入所述主体构件时，以防止所述管道从所述主体构件上轴向分离，所述主体构件包括锥形沟槽，在其中，所述保持器能够扩张以允许所述管道和所述主体构件轴向分离。
15.根据权利要求14所述的推动连接接头，其特征在于，包括能够用于将所述保持器移动进入所述锥形沟槽的工具。
16.根据权利要求1所述的推动连接接头，其特征在于，包括载荷保持套筒，在管道夹紧设备附接到所述管道的所述外表面之后，在所述管道夹紧设备上保持压缩载荷。
17.根据权利要求1所述的推动连接接头，其特征在于，包括配置在所述主体构件中的密封，当管道被完全插入所述主体构件中时，与所述管道的所述外部表面密封。
18.根据权利要求17所述的推动连接接头，其特征在于，所述密封包括O形环。
19.根据权利要求18所述的推动连接接头，其特征在于，包括用于所述密封的保持环。
20.根据权利要求1所述的推动连接接头，其特征在于，包括平衡环，在所述管道完全插入所述主体构件中时，所述平衡环与所述管道夹紧设备啮合，所述平衡环为所述管道提供径向弯曲支撑，以当管道承受震动或旋转力时，减少附接在所述管道上的管道夹紧设备的压力。
21.根据权利要求1所述的推动连接接头，其特征在于，所述管道包括金属，并且所述管道夹紧设备包括金属。
22.根据权利要求21所述的推动连接接头，其特征在于，所述管道包括不锈钢，并且所述管道夹紧设备包括不锈钢。
23.一种组件，包括: 包括外部表面的金属管道，附接至所述外部表面的金属套管，在所述管道完全插入主体构件时，所述金属套管包括能够与管道保持器啮合的表面，在所述金属管道插入主体构件前，所述金属管道和所述金属套管连接在一起。
24.根据权利要求23所述的组件，其特征在于，包括在所述金属管道插入所述主体构件前装配在外部表面上的密封件。
25.根据权利要求23所述的组件，其特征在于，在所述金属管道插入所述主体构件前，包括装配在所述外部表面上的载荷保持套筒。`
26.一种接头，包括: 主体构件，能够容纳管道端部， 保持器，当管道插入所述主体构件时，保持管道端部就位， 管道端部，在管道端部插入所述主体构件之前，所述管道端部包括管道夹紧设备，所述管道夹紧设备作为组件附接至管道的外部表面， 其中，当管道端部轴向插入所述主体时，作为单个动作机械连接，所述保持器将管道端部保持至所述主体构件。
27.根据权利要求26所述的组件，其特征在于，所述机械连接包括非螺纹机械连接。
28.一种用于为管道制造非螺纹机械连接的方法，包括: 设置管道端部， 设置管道夹紧设备，包括啮合表面的保持器， 将管道夹紧设备附接至管道端部的外部表面， 其中，在管道端部插入主体构件时，所述管道端部与主体一起作为非螺纹机械连接被保持。
29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，在管道端部插入所述主体构件时，保持器与管道夹紧设备的保持器啮合表面啮合。
30.根据权利要求3所述的推动连接接头，其特征在于，所述套管的较小内径防止所述套管在所述管道外部表面上自由旋转。
31.根据权利要求1所述的推动连接接头，其特征在于，包括具有与所述管道夹紧设备过盈配合的外部套筒，以便所述管道夹紧设备不能围绕所述管道自由旋转。
32.根据权利要求1所述的推动连接接头，其特征在于，当所述管道完全插入所述主体构件时，包括与管道夹紧设备啮合并轴向支撑管道夹紧设备的平衡环。
33.根据权利要求32所述的推动连接接头，其特征在于，所述平衡环减少所述管道夹紧设备上的径向弯曲效果，由于所述管道的外部震动或旋转弯曲，所述径向弯曲从所述推动连接接头外部沿所述管道传导。
34.根据权利要求1所述的推动连接接头，其特征在于，所述管道夹紧设备包括具有内径的套管，所述管道 的所述内径的至少一部分小于所述管道的外径。
全文摘要
本发明涉及一种推动连接接头，包括主体构件，其适于容纳管道端部的主体构件；管道，所述管道包括能轴向插入所述主体构件的第一端部以及附接至所述管道外表面的管道夹紧设备；和保持器，所述保持器在所述管道完全插入所述主体构件时，将管道保持就位。附加实施例包括，为接头提供了密封所述管道的外部表面的密封，用于管道夹紧设备的可选载荷保持套管，以及可选平衡环。所述推动连接方式能够以单个动作非螺纹机械连接的形式实现。
文档编号F16L37/26GK103201551SQ201180049676
公开日2013年7月10日 申请日期2011年10月14日 优先权日2010年10月15日
发明者彼得·C·威廉姆斯, 丹尼尔·G·特里维特, 马克·A·克拉森, 卡尔·R·布朗, 道格拉斯·S·韦尔奇, 罗纳德·汉密尔顿, 道格拉斯·J·姆斯吕雷, 威廉·J·克纳格斯, 贾斯汀·汉密尔顿, 本杰明·康, 格雷戈里·S·卡拉塔 申请人:世伟洛克公司