专利名称：防止装配错误的可互换的工艺连接件的制作方法
技术领域：
本发明涉及紧固件，在装配永久性的紧固件之前，这些紧固件用于使连接法兰定位并支承在传感器壳体上。该法兰在不密封状态下用支承和定位紧固件保持，以便在装配永久性的紧固件之前，如果有流体压力被送至法兰时流体能自由泄漏，不会建立压力，因为压力可能导致突然松脱。本发明还涉及到提供若干种永久性的紧固件螺栓，这种螺栓可拧入壳体上的螺纹内，只有使用长度正确的螺栓才能保证完全符合要求的螺纹连接。
在使用过程控制压力传感器时，这种传感器包括内部装有压力敏感元件的压力敏感元件壳体，为适应各种压力连接和专用工艺设备用户的需求，需要几种不同的连接件，这些连接件用于将流体压力配管从过程管线连到压力壳体上。例如，通常备有一个标准共面法兰，该法兰具有多个1/4英寸的管子分接接口，该法兰在工厂已使用相配的永久性紧固件加以装配。用于此目的的1/2英寸管螺纹连接件是可以买到的。一个标准共面法兰可与3个阀的油路板一起使用，但在油路板的输入侧需要用法兰连接件。安装到传感器壳体上的螺栓承装部件的厚度在每种结构上各不相同，因此，每种结构都要求使用一种长度不同的永久性的安装螺栓。为了使发货标准化，随每种传感器一起装运3组不同的安装螺栓，其中包括用来固定共面法兰的已装配好的标准组在内。
共面法兰也可用两个定位或临时安装螺钉安装，如果因某种原因，包括改变输入的配置需拆掉永久性的紧固螺栓时，共面法兰应保持其在传感器上的支承和定位位置。如果要改变法兰的配置，将被使用的定位螺钉只用于使法兰与壳体对位并临时支承在一起。当共面法兰在工厂直接安装到敏感元件壳体上时，应使用短的(第一)永久安装螺栓。如果要把1/2英寸的管螺纹连接件接到法兰上，必须拆掉第一螺栓，装上能穿过连接件和法兰的长螺栓。此外，安装到法兰上的3个阀的油路板也需要比标准螺栓长的螺栓。如果当改变输入配置并施加压力时，安装者未能装上长的永久性的螺栓，就可能损坏上述传感器上使用的定位螺钉。同样，如果试图在需要较长螺栓的地方装上较短的螺栓(如果安装者完全疏忽了)，先前的较短的螺栓可稍微啮入传感器壳体的螺纹内。将法兰固定到位的定位螺钉没有足够的长度使法兰承受压力负载，错误装配的主安装螺栓可能脱扣，使定位螺钉断裂，从而损坏传感器。
本发明涉及一种紧固装置，这种装置用于使法兰定位安装到压力敏感元件或传感器壳体上，并提供一组可停止在某一位置上的定位紧固件，以便当只有定位紧固件到位时，法兰与壳体不能密封。在法兰的一个表面和其上制有通至敏感元件或传感器的入口的壳体表面之间留有间隙，以便在装配能承受压力负载的永久紧固件螺栓之前，一旦法兰与流体相通并受压时，工作流体能泄漏并警告安装者没有装上永久紧固件螺栓。在传感器建立压力之前出现泄漏会使定位紧固件失灵。
具体地说，如图所示，一个螺柱用于滑动地给压力校正法兰导向，一个第二台肩螺栓用于定位并支承共面法兰到位并控制法兰和其上用于安装法兰的壳体表面之间的间隔。台肩螺栓有一个台肩止动面靠在传感器或敏感元件壳体表面上，台肩表面和钉头之间的长度大于法兰的厚度，以便当法兰被推向台肩螺栓头的时候，法兰与壳体之间有一定间隔。当然也可使用其它型式的止动装置，如在螺栓上套上一个套筒，它限定了紧固件的拧紧的长度，或在螺柱外侧的台肩上制有螺纹，其上装一个螺母，同样可将有效长度控制到一个比被支承的法兰的厚度大的长度上。
传感器或敏感元件的壳体具有供拧入永久螺栓用的内紧固螺纹，该内螺纹从对着法兰座的表面向里凹入，凹入部分的深度或高度与供传感器使用的紧固件的长度相等，以便只有长度正确的紧固件用于被连接的法兰装置上才能同用于传感器或敏感元件壳体的法兰装置以及连接件一起工作。
图1是带有敏感元件壳体的典型传感器的顶视图，图中所示的法兰与按照本发明制作的支承紧固件装在一起;
图2是图1所示装置的正视图;
图3是沿图2中3-3线所取的局部剖视图;
图4是供需要不同长度的第二紧固件的1/2英寸的管螺纹使用的法兰连接件的剖视图;
图5是具有3个阀的油路板和用成套提供的第3长度的紧固件装配到位的法兰连接件的传感器的放大图。
在图1中，典型的过程控制传感器10具有一壳体11，壳体内装有压力敏感元件，该壳体还具有表面12，该表面包含有多个用于接受有压流体的接口。这种流体压力敏感元件用虚线13示意地示于壳体11的里面，图示的表面12是一个平面，为了使输送有压流体的导管的过程管线与表面12的接口相连(部分示出的接口在图2中以12A和12B表示)，将一个以数字15表示的连接件或法兰连接到该壳体上。法兰15被称作共面法兰，可用来安装不同的管接头和零件，以把压力通至传感器。法兰15有一个与表面12相对配合并能密封的表面16。通孔17和18的外表面制有螺纹，用于与示意地表示在图1中的1/4英寸的管螺纹导管20、21相连。这些管螺纹导管与待测量的有压流体源相连。
此外，如图所示，法兰15具有4个通孔即螺栓孔22，以靠拧入壳体螺纹孔24中的螺纹紧固件-第一组螺纹紧固件23，使法兰15相对表面12和敏感元件壳体11永久固定。如图所示，螺纹孔24位于孔深为26的较大沉孔25的里端，螺纹孔24的长度足够在法兰15受压时承受负荷所需的螺纹啮合长度。
在图1和图3中，为了说明目的所示的法兰15没有用紧固件23加以固定，只示出了为支承法兰到位的紧固件，但不是用于永久性的装配。一个导向螺柱28和一个台肩螺栓30分别穿入法兰15的孔并拧入壳体11内。螺柱28有光杆28A可滑配入法兰15上的孔中。如图所示，台肩螺栓30具有一螺纹端32和与台肩表面33相连的光滑的、直径较大的螺栓段34，当台肩螺栓拧到位的时候，台肩33靠在表面12上。表面12和台肩螺栓头36的内表面之间的台肩螺栓的光滑螺栓段34的长度大于在外表面38和表面16之间测得的法兰15的厚度。这就保证了当表面38被推至靠在台肩螺栓头36的内表面时，在表面16和12之间留有间隙40。当只是定位紧固件到位时，如果通过管接头21输入有压流体，法兰体的接合面将自由泄漏，流体不会使敏感元件壳体、壳体中的接口或通道、或者敏感元件13受压。如果允许形成压力的话，只是用上述的定位紧固件或螺钉，例如用两个拧到位的螺柱28和台肩螺栓30使法兰固定到位的话，在压力建立起来之后，该装置就会损坏，形成的压力足以使零件分离，造成破坏。
因此，当需要更换已装货的即同传感器壳体一起使用的专用法兰装置并拆掉标准螺栓23时，已在工厂装入的导向螺柱28和台肩螺栓30将支承法兰15定位，但留有间隙40。在法兰15和表面12之间围绕表面12上的输入口设有密封装置，间隙40大到足以使密封装置使去作用。
可与同一传感器壳体一起使用的有多种法兰和连接件的不同组合，这些组合的总厚度各不相同，也就是说，在与表面12相配合的表面16和用永久螺栓头接合的被支承件的外侧面之间的间距各不相同，因而用作永久紧固件的螺栓必须具有不同的长度。例如在图1中，与法兰15一起示出的第一螺栓23可拧入传感器或敏感元件壳体。图4所示的第二螺栓46是4个一组螺栓中的一个，它用于第二厚度法兰组件。例如，法兰15上可有一个可供较大输入管接头使用的1/2英寸的管螺纹连接件47，各零件的组合厚度要使长螺栓46能拧入非螺纹沉孔25里面的螺纹部分24。为在工作压力下保证法兰固定不动，螺栓46的长度要能保证有足够的啮合螺纹。
如图5所示，当3个阀的油路板52与法兰15一起组合使用时，其厚度要能使第3螺栓50抵达壳体的螺纹孔部分24，螺栓50比螺栓46短。3个阀的油路板52的输入侧有一对连接件47，连接件47用标准螺栓23拧入螺纹孔54，使之固定到3个阀的油路板上。该连接件可使输入管路与油路板52相连。
紧固件螺栓50穿过位于3个阀油路板52连接端上的孔53和法兰15上的孔22，拧入传感器壳体11中的孔的螺纹部分24，螺栓50的长度能充分地与螺纹24相啮合。若这些螺栓比所要求的长，永久螺栓会穿过螺纹孔24，螺纹会完全啮合，但不会使油路板52相对法兰15密封。例如，若螺栓46被用来将法兰15和油路板52固定到壳体11上，螺栓46会在到达油路板52的底部之前先到达壳体11的底部;反之，如果使用螺栓50或46将法兰15固定到敏感元件的壳体11上时，螺栓就会在到达法兰15的底部之前先到达壳体11的底部。
可以看出由于从表面12向里制有沉孔25，所以当法兰15和连接件47到位，螺栓23和50中的任何一组置入连接件和法兰15的定位孔时，螺栓23和50的螺纹不会啮入螺纹部分24。当法兰15和3个阀的油路板52到位并且螺栓已穿过孔53和22时，螺栓23不会啮入螺纹部分24。没有沉孔25，螺栓50的某些螺纹就可能被啮合，即使连接件47到位，当法兰15受压时，螺纹啮合的量也不可能承受足够的负载，螺纹就可能损坏。同样，若没有沉孔，如果螺栓23用在3个阀的油路板和共面法兰装置上螺栓50的位置上，螺栓23也可能啮入几扣螺纹。
所公开的每个传感器都和固定法兰到位的3组为一套的螺栓一起发货，各螺栓组的长度以数字23，46和50表示。螺栓23通常在工厂装配到位用以固定共面法兰15，而其它各组螺栓则分开包装发货。沉孔25对于备用螺栓长度而言，其长度选择应适合于不同的法兰组合，以使长度不正确的螺栓不能拧入孔24中，以此来保证为永久螺栓提供正确的螺纹啮合长度。临时定位紧固件停止在留有间隙40的位置上，当长度正确的永久连接螺栓没到位时，法兰不会受压。可使用不同的法兰和连接件，当然，所选择的螺栓长度要与不同的法兰和连接件相对应。
即使是马虎的操作者在装备永久性的正确的螺栓时，也不会仅装上这种临时性的紧固件，因为在给系统加压时，在建立压力之前，由于泄漏会给操作者发出警告。
作为一个实施例，为了以本发明的一种形式来完成本发明的目的，法兰15端部厚度取为T1，连接件的厚度取为T2，具有孔53的3个阀的油路板上的凸缘或法兰的厚度取为T3，沉孔25的轴向长度在这一实施例中为0.429英寸。如果试图装入某一长度的螺栓，下表1所列出的关系式给出了要避免螺纹啮合应选择的螺栓长度。螺纹完全啮合意指螺纹段24中的螺纹基本全部啮合。
尽管已结合最佳实施例对本发明作了描述，熟知这种技术的人士会理解，还可对结构和细部作各种变化而不会超出本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种包括接受流体压力的壳体和将输入流体压力通至该壳体表面上的接口的法兰的组件，包括一个法兰，该法兰具有一定厚度和一个从第一连接侧面到面向所述壳体表面的第二侧面的孔，其特征在于包括用于保持法兰不动的定位紧固件装置，该装置包括一个阻止法兰相对该紧固件装置沿离开所述表面的方向移动的定位器，该定位器防止法兰运动到离开所述表面一定距离，使该法兰的所述第二侧面与该壳体的所述表面离开一定距离。
2.按照权利要求1所述的组件，其特征在于该定位紧固件装置还包括一个与定位器分开的导向件，该导向件用于使法兰在可操作的位置上定位，该导向件与该法兰滑动连接，允许法兰不受限制地沿导向件离开该壳体的表面。
3.一种包括接受流体压力的壳体和将输入流体压力通至该壳体表面上的接口的法兰的组件，包括一个法兰，该法兰具有一定厚度和一个从第一连接侧面到面向壳体表面的第二侧面的孔，其特征在于包括用于保持法兰不动的定位紧固件装置，该装置包括在紧固件装置和壳体之间可操作的装置，用于防止该紧固件装置被调节，以便于使法兰的第二侧面和壳体表面之间形成密封。
4.按照权利要求3所述的组件，其特征在于该定位紧固件装置还包括一个与紧固件装置的其它零件分开的导向件，该导向件用于使法兰在可操作的位置上定位，该导向件与法兰滑动连接，允许法兰不受限制地沿导向件离开该壳体的表面。
5.按照权利要求3所述的组件，其特征在于紧固件装置包括一个台肩螺栓，该螺栓有一个支靠在壳体表面上的台肩和一个钉头，该钉头距壳体表面的距离大于置于该钉头和该壳体表面之间的法兰的厚度。
6.按照权利要求3所述的组件，其特征在于至少有一个可与该法兰的第一连接侧面相连接的连接件，该法兰具有若干个第一紧固件孔，用于安装与定位紧固件装置分开的永久紧固件，该壳体具有多个与紧固件孔对准的壳体孔，每个壳体孔都有一段未制螺纹的沉孔部分和一段有内螺纹的用于安放穿过第一紧固件孔的第一永久紧固件的部分，用于将法兰安装到壳体上的一组第一永久紧固件，和至少一个可与该法兰的第一连接侧面相连接的连接件，该连接件具有多个与法兰的第一紧固件孔和壳体上的孔对准的第二紧固件孔，长度能穿过第二紧固件孔、法兰孔并与壳体中的螺纹孔部分啮入所需长度的第二组永久紧固件，壳体孔的沉孔长度的选择要能保证当第一组永久紧固件穿过第二紧固件孔并对准法兰上的第一紧固件孔进入相配的壳体孔时，其中的每个螺栓都不能到达壳体孔的螺纹部分。
7.一种成套器材，包括一个接受流体压力的壳体，一个法兰和至少两组长度不同的螺纹紧固件，每组紧固件都包含有多个长度相同的用于永久固定法兰的螺纹紧固件，和所选择的置于壳体上的辅助连接件，该法兰具有一定厚度和多个法兰通孔，这些法兰通孔与各组紧固件中的一组一起使用，用于将法兰固定到壳体表面上并使之密封，该壳体具有多个与法兰孔对准的壳体孔，每个壳体孔都有一沉孔，该沉孔包括没有螺纹的部分和带内螺纹的部分，没有螺纹的部分靠近壳体表面，带内螺纹部分用于容纳穿过法兰孔的第一组紧固件，以使法兰固定到壳体上，第一组紧固件的长度应设计成在其穿过法兰孔时与壳体孔的螺纹部分啮合到所要求的长度，和至少一个可和法兰与壳体相反的一侧相连接的连接件，该连接件具有与法兰孔和壳体孔对准的第二紧固件孔，该配套器材包括第二组紧固件，其长度可穿过第二组紧固件孔、法兰孔并啮入螺纹部分至所要求的长度，沉孔长度的选择要保证当第一组紧固件分别穿过第二紧固件孔、法兰孔、并进入壳体孔时，不能到达壳体孔的螺纹部分。
8.按照权利要求7所述的成套器材，其特征在于包括一个代替所述一个连接件可和法兰与壳体相反的一侧相连接的第二连接件，该连接件具有与法兰和壳体孔对准的第三紧固件孔，一个第三组紧固件，其长度能穿过第三紧固件孔、法兰孔并进入壳体孔与壳体孔的螺纹部分相啮合，且所述第二连接件的第三紧固孔的长度大于第二紧固件孔的长度，因此，组成第三组紧固件的各紧固件的长度大于第一和第二组紧固件的长度，第三紧固件孔的长度是这样的相对于第一和第二紧固件的长度和沉孔的长度，要使得当第一和第二紧固件分别穿过第三紧固件孔、法兰孔并进入壳体孔时，不能到达壳体孔的螺纹部分。
9.按照权利要求7所述的成套器材，其特征在于包括当拆下第一组紧固件时用于将法兰保持在壳体上的定位紧固件装置，所述的定位紧固件装置包括含有一个止动装置的紧固件装置，在法兰靠在壳体表面上处于压力使用状态之前，该止动装置可阻止定位紧固件固紧。
10.一种接收流体压力敏感元件的壳体和一种法兰，该壳体的一个表面上有一压力输入口，该法兰朝向上述表面并备有若干条通道，这些通道用于将输送压力管接头连接到与壳体相反的一侧和所述接口上，其特征在于包括定位装置，当从法兰和壳体上拆掉永久紧固件时用于使法兰保持在定位位置，所述定位装置包括一个台肩螺栓，该螺栓能拧入壳体内并有一个钉头，所述台肩螺栓具有一个台肩表面，当该螺栓穿过设在法兰上的孔时该台肩表面与壳体表面相接合，该台肩螺栓在台肩表面和台肩螺栓头之间有一段没有螺纹的部分，所述没有螺纹部分的轴向长度大于装在其上的法兰的厚度，因而允许法兰从壳体表面移开，直至受到台肩螺栓的钉头阻止为止。
11.一种按照权利要求10所述的壳体和法兰，其特征在于一个定位螺柱安装在壳体上并可滑动地穿过法兰上的开孔，使法兰不能绕台肩螺栓旋转，所述螺柱允许法兰不受限制地沿该螺柱从该壳体表面移开。
全文摘要
一种用于使连接件法兰15对准并支承在壳体11上，同时保持不密封状态，以避免在装配永久紧固件之前使壳体和法兰受压的装置，法兰使流体压力通至压力敏感元件壳体。紧固件30保持法兰离开壳体的距离足以使法兰不被密封，防止法兰和壳体在装配永久紧固件之前受压。壳体和法兰与长度与紧固件23不同的备用永久螺栓(46，50)一起装运，使连接件47用于工艺连接，当厚度不同的连接件用于工艺连接时，只有长度正确的紧固件才能拧入螺纹孔并密封法兰或连接件。
文档编号F16L23/00GK1070993SQ9211051
公开日1993年4月14日 申请日期1992年9月11日 优先权日1991年9月12日
发明者威廉姆·E·比特里奇, 查里斯·A·格拉泽 申请人:罗斯蒙德公司