无人船载维修夹具的制作方法
【专利摘要】本发明提供了无人船载维修夹具，包括：两个互补夹具元件，经过设计在管道段互相夹持在一起形成完整的夹具，每个夹具元件都具有内法兰表面，通常为半圆形；夹具组件具有多个法兰表面，每个所述具有一对轴向互相间隔圆周方向延伸的圆形密封凹槽，其中布置环形密封件；仅有一个夹具元件具有一对环形方向上相互间隔，轴线方向上延伸的纵向密封凹槽，所述纵向密封凹槽处于圆形密封凹槽沿环形方向上相对的两端，进而形成夹具元件，每个密封凹槽都具有其中放置的纵向密封件；四路结合区域，由所述纵向密封件与环形密封件相接形成；夹具法兰或者紧固法兰，布置在两个法兰在环形方向上相对的两端，所述法兰用于将夹具元件紧固在一起形成完整的夹具。
【专利说明】
无人船载维修夹具
技术领域
[0001]本发明涉及维修用具，特别是海底油气管线维修中由无人船搭载的管线维修夹具。
【背景技术】
[0002]夹具维修是在泄漏部位的管道外安装紧固件-夹具，达到维修管道泄漏的目的，夹具维修技术目前已经成熟的应用在陆地和海底油气管道维修作业中，根据夹具维修技术在海底油气管道的应用情况，目前维修技术中最关键的部件就是海底管道夹具。夹具大多制成两半状，使用时用螺栓连接法或焊接法固定到管道上，因此可以分为焊接式和螺栓连接式。焊接式夹具可以提高修复可靠性，螺栓连接式更方便。
[0003]对于我国广大海域海底管道维修，目前采用的方法是针对浅水湾进行水下人工潜水安装维修，而对于深水地区，是将海底管道提到工作船上，在工作船上对管道损害部位进行预处理后直接对管道进行夹具修复安装。然而对于水域浑浊能见度极低的情况，以上两种方法弊端明显，由于需要安排支持船、人员、维修设备及其他辅助设备到维修现场，并且在完成操作后需要进行支持船、人员、维修设备及其他辅助设备的复原工作，因此需要耗费的时间和经济成本很高。
[0004]国内生产厂家的夹具设备主要应用于陆地油气管道，用作临时维修时可以正常封堵油气管道2-3个月，保证油气在夹具四周密封处不泄漏，用作永久维修时，可以把夹具与管道整体焊接在一起。国内生产厂家目前还没有生产用于海底油气管道夹具设备的，国外海底油气管道家居设备技术比较成熟，随着无人船技术的快速发展，开发一些特殊结构的夹具搭载到无人船上，在无需人员配备的情况下，采用无人船和维修夹具以及适当的辅助设备就可以完成海底管线的修复工作，无需将管线提升至无人船上进行预处理，节约时间和经济成本。另外，采用合理的结构和元件有效的支持安装过程中的密封，并且并不限制密封件在使用过程中将管道表面的瑕疵裂缝等填充，同时使得密封件能够便捷的更换是需要考虑的问题。
【发明内容】
[0005]因此本发明的目的在于提供一种无人船载维修夹具，包括:两个互补夹具元件，经过设计可以在在管道段互相夹持在一起形成完整的夹具，每个夹具元件都具有内法兰表面，通常为半圆形;夹具组件具有多个法兰表面，每个具有一对轴向互相间隔圆周方向延伸的圆形密封凹槽，其中布置环形密封件;仅有一个夹具元件具有一对环形方向上相互间隔，轴线方向上延伸的纵向密封凹槽，纵向密封凹槽处于圆形密封凹槽沿环形方向上相对的两端，进而形成夹具元件，每个密封凹槽都具有其中放置的纵向密封件；四路结合区域，由纵向密封件与环形密封件相接形成;夹具法兰或者紧固法兰，布置在两个法兰在环形方向上相对的两端，法兰用于将夹具元件紧固在一起形成完整的夹具。
[0006]优选的，多于两个的适当形状的夹具元件也可以用于形成一个完整的夹具。
[0007]优选的，夹具元件的内表面是由沿着向内延伸的法兰的内边缘确定的，其中法兰互相之间沿着轴向间隔从而确定法兰之间的凹缝。
[0008]优选的，每个法兰都具有若干个螺栓孔或者螺栓，用于放置螺栓或者螺母来将夹具元件夹持在一起。
[0009]优选的，法兰具有基座面。
[0010]优选的，夹具元件的基座面上具有纵向密封凹槽，当管道段上完成夹具的制作后，纵向密封件与夹具元件的基座面以及夹具元件的基座表面配合使用。
[0011]优选的，每个夹具元件具有弯曲的外壁面以及弯曲的内壁面，位于法兰之间，每个法兰具有一个螺栓面。
[0012]优选的，夹具组件通过适当的螺栓夹持在一起，使用具有六角螺柱头的内六角螺钉作为螺钉使用，连同螺栓使用六角螺母。
[0013]优选的，夹具元件包括保持元件，将纵向密封件和环形密封件在四角连接区域连接起来，保持元件用于将纵向密封件和环形密封件固定在夹持元件上。
[0014]优选的，每个保持元件包括一个自攻螺丝，穿过法兰内的孔延伸，穿过环形密封件后进入轴向密封件。
[0015]优选的，夹具元件包括另外的保持元件，同样延伸穿过法兰上的孔，并且穿透连接区域内的环形密封件，从而将上述连接区域内将环形密封件与夹具元件连接起来。
[0016]优选的，另外的保持元件沿着环形密封件的长度方向上以一定间隔的分布，间隔的大小依据夹具的直径，以适当的间隔在法兰内提供接收孔从而容纳保持元件的自由端，该自由端穿过环形密封件。
[0017]根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
【附图说明】
[0018]后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。本发明的目标及特征考虑到如下结合附图的描述将更加明显，附图中:
[0019]附图1表示一个修理夹的优选实施例三维图，该修理夹用于形成管道段上的密封，其中夹具处于其拆解的状态；
[0020]附图2表示部分整体部分拆解状态下轴线方向上附图1表示的修理夹优选实施例的端视图，处于管道段或者某些中空管件上的完整或者组装状态下；
[0021]附图3表示附图2中经过尺寸放大的夹具不连续截面视图，该视图沿着其中的线
II1-1II；
[0022]附图4表示附图2中经过尺寸放大的夹具不连续截面视图，该视图沿着其中的线
IV-1V;
[0023]附图5表示根据本发明具有拐角密封元件的夹具的不连续俯视图；
[0024]附图6表示沿着附图5的V1-VI线，附图5中夹具元件的截面侧视图；
[0025]附图7表示轴向方向上，附图1一 6所示夹具的可替换实施例的截面侧视图，该实施例采用分水鞍或者分线线夹的形式。
[0026]附图8表示轴向方向上典型的现有技术中夹具的俯视图，其中箭头表示夹具体可伸长负载的偏置方向；
[0027]附图9表示壁中线和螺栓力中心之间零偏置的夹具截面图；
[0028]附图10表示根据本发明生产的修理夹优选实施例轴线方向上的截面俯视图，证明存在优化的偏置以及非圆形的夹具孔；
[0029]附图11为通过改变施力中线偏置而使夹具重量发生变化的图表显示，尤其证明了最优偏置值情况下取得最小夹具重量这种情况的存在；
[0030]附图12说明了用于最小化夹具重量的数据处理逻辑电路或者流程图。
【具体实施方式】
[0031]参考附图1一4，附图标记10通常指的是根据本发明的一个用于形成管线单元上密封的夹具优选实施例。
[0032]夹具10采用修理夹的形式，用于在高压管道段进行修理从而组织泄漏的发生或者修复缺陷。
[0033]夹具10包括两个互补夹具元件12.1和12.2，经过设计可以在在管道段互相夹持在一起形成完整的夹具10。
[0034]每个夹具元件12(也就是12.1和12.2)都具有内法兰表面12，通常为半圆形。
[0035]夹具元件12通常为半圆形，因为两个夹具元件12用于形成一个完整的夹具10。然而，应当理解多于两个的适当形状的夹具元件12也可以用于形成一个完整的夹具10。然而一对夹具元件在这里是优选的配置。
[0036]夹具组件12的每个法兰表面14具有一对轴向互相间隔圆周方向延伸的圆形密封凹槽16，其中布置环形密封件18。因此每个夹具元件12的这些环形密封件18沿轴向方向上互相间隔并且在环形方向上延伸。这些密封件都在内法兰表面14内部。
[0037]夹具元件中只有一个，即夹具元件12.2具有一对环形方向上相互间隔，轴线方向上延伸的纵向密封凹槽20。
[0038]纵向密封凹槽20处于环形密封凹槽16沿环形方向上相对的两端，进而形成夹具元件12.2。
[0039]每个密封凹槽20都具有其中放置的纵向密封件22。
[0040]纵向密封件22与环形密封件18相接形成一个四路结合区域24。
[0041]夹具元件12的内表面是由沿着向内延伸的法兰26的内边缘确定的，其中法兰26互相之间沿着轴向间隔从而定义法兰26之间的凹缝。
[0042]每个夹具元件都具有夹具法兰或者紧固法兰30.1 (对于夹具元件12.1)以及30.2(对于夹具元件12.2)，两个法兰在环形方向上相对的两端。法兰30用于将夹具元件12紧固在一起形成完整的夹具10。
[0043]每个法兰30都具有若干个螺栓孔或者螺栓32，用于放置螺栓或者螺母来讲夹具元件12夹持在一起。
[0044]每个法兰30具有基座面34。
[0045]夹具元件12.2的基座面具有纵向密封凹槽20放置在其中。因此当管道段上完成夹具10的制作后，纵向密封件22与夹具元件12.2的基座面以及夹具元件12.1的基座表面34配合使用。
[0046]每个夹具元件12具有弯曲的外壁面6以及弯曲的内壁面38，位于法兰26之间。每个法兰30具有一个螺栓面40。
[0047]使用过程中，夹具组件12通过适当的螺栓夹持在一起。优选实施例中说明附图中，使用具有六角螺柱头的内六角螺钉42作为螺钉使用。连同螺栓使用六角螺母46。
[0048]由于使用突出驱动密钥固定六脚螺钉42，因此没有必要在螺钉头44周围提供过量的价格空间。因此螺钉可以互相之间距离更近，距离夹具元件12的外壁面36也更近。这样会使得夹具10的法兰O尺寸上的锐减。
[0049]螺钉或者有头螺栓42中线与夹具主体的中线之间的偏差由于同样的原因而被最小化，导致了夹具主体上更小的弯曲负荷。
[0050]由于螺钉头44的直径小于螺母46平坦部分的宽度，所以法兰30通常所制造的形状能够使螺母46与螺栓表面40的交点和外壁面36之间形成的角配合使用，从而放置螺母46在安装过程中不会转动。因此螺栓扭剪过程中没有必要使用辅助扳手。
[0051 ]由于任何传统材料制成的六角螺钉都可以使用，这里优选的螺钉42符合ANSIB18.3，即根据ASTM A-574规定了材料。材料规格规定最小偏差0.2%产生153，000psi的强度以及最小极限抗张强度为170，000psi。材料的最小延长率(断裂前)为8%也同样规定了。由于更高的强度，没有使用更大的螺栓或者螺钉42情况下压缩的管道段长度可能增加。可替换的，同样的压缩长度或者密封长度需要使用的螺钉更小。这一点很重要因为螺钉尺寸的增加也会增加夹具10的尺寸和重量。
[0052]累计重量节约也由于使用了高强度六角螺钉，螺钉42的重量和可能的螺钉法兰30的尺寸较小以及同时存在的夹具主体上更小的弯曲负载，这些都是来自根据本发明的最优化设计，可以提供的重量节省通常从大约15%到某些情况下高达40%。
[0053]夹具元件12.2包括保持元件48.1，将纵向密封件22和环形密封件18在四角连接区域24连接起来。同时，保持元件48.1用于将纵向密封件22和环形密封件18固定在夹持元件12.2 上。
[0054]每个保持元件48.1包括一个自攻螺丝48.1，穿过法兰26内的孔50延伸，穿过环形密封件18后进入轴向密封件22(在附图4中尤其可以看到)
[0055]每个保持元件，或者自紧螺钉48.1能够将环形密封件18固定到连接区域24内的纵向密封件22上，而同时可以将连接区域24正向定位在夹具元件12.2上。
[°°56]夹具元件12包括另外的保持元件48.2，同样延伸穿过法兰26上的孔50，并且穿透连接区域内的环形密封件18，从而将上述连接区域内将环形密封件18与夹具元件12连接起来。
[0057]另外的保持元件48.2沿着环形密封件18的长度方向上以一定间隔的分布，间隔的大小依据夹具10的直径。以适当的间隔在法兰26内提供接收孔从而容纳保留元件48.2的自由端，该自由端穿过环形密封件18。
[0058]附图1-4所说明的本发明实施例说明了本方案的优点在于保持元件48高效率的将环形密封件18进行定位，定位在夹具元件12的密封凹槽16内。另外，保持元件48.1将环形密封件18和纵向密封件22的末端固定在一起，都固定在重要的连接区24从而改善该区域内的密封性能，而同时将环形密封件18和纵向密封件22的末端固定在这些连接区域内。
[0059]密封保持元件48有效的支持安装过程中的密封，并且并不限制密封件在使用过程中将管道表面的瑕疵裂缝等填充。另外，密封保持元件使得密封件能够便捷的更换。
[0060]根据本发明参考附图1一 4的优选实施例描述的某些方面，保持元件48具有几个优点。一方面是装置简单化。传统的自旋式螺钉用于穿透密封件并为密封件提供一个坚固的支持力。保持元件48.1每个角的连接点24处含有一个的自攻螺丝，用于两个目的，一是将密封件定位，同时保持螺钉的数目最小。密封件的安装简单化了。由于密封件安装便捷所接生的劳动力以及保持螺钉的使用，更换的便捷都减少了生产成本并且减少了运送时间。
[0061]
【申请人】惊奇的发现以自攻或者自攻螺钉形式的保持元件也可以用于所公开的目的。
【申请人】认为这样的螺丝会减弱密封件的功能并且在穿透点处发生泄漏的倾向会更大。令人惊奇的是，弹性材料制成的密封件会沿着保持元件48产生紧密的密封性能并且经过测试表示这些区域不大可能发生泄漏。另外，保持元件48.1在环形和纵向密封件的相交区域会产生有效的密封，因此抑制了角接区域24内的密封。实际上保持元件48.1加强了易发生泄漏角或者连接区域24内的密封功能，并且并不会对密封件的密封特性产生任何有害的效果O
[0062]每个夹持元件12进一步具有一个圆周方向上延伸的热保护凹槽52，该凹槽在法兰的内表面内部。
[0063 ]圆周方向上延伸的热保护凹槽52位置在环形凹槽16和夹持元件12的轴向端之间。热保护凹槽在附图3和4中可以很清楚的看到。
[0064]热保护凹槽52的目的和功能尤其参考附图可得以验证。
[0065]本发明的修理夹一旦安装到位，通常会焊接到管道段。同时夹持元件12也焊接在一起。因此夹具10成为一个管道段上焊接的永久部件。修理夹的密封可靠性不再依赖弹性密封建18和22的密封性能。
[0066]附图3中所示为典型的焊接54，将夹具元件12的轴向端焊接到高压管道段56。
[0067]焊接操作过程中会产生热量。如果热量沿着法兰26方向像环形密封件18聚集而变得过量时，密封件18的密封效能会在焊接过程中小时。焊接过程中，流体在管线56内流动将焊接过程中产生的热量带走。密封件18的劣化也是不期望的，如果焊接过程中发生劣化也是有害的。当然如果可燃物在管道段56内传播也是很危险的。
[0068]热保护凹槽52中断热流路径，因此限定了焊接过程中从焊接区域54到环形密封件18产生的热量。
[0069]热保护凹槽52通常具有的宽度大约为Φ”，并且深度通常与环形密封凹槽16的深度相应。
[0070]热保护凹槽52提供了超越现有技术系统的优点，在于增加了法兰26的宽度大约3英寸来吸收产生的热量从而保护了密封件。热量保护凹槽52没有增加夹具10的重量并且相比夹具元件12内的其他材料来说提供了热量转移更有效的保护壁皇。
[0071]夹具10包括多个角密封件58。如图5和6所示详细的描述了角密封件。为了清楚起见，角密封件58从附图1和附图4略去。
[0072]特别参考附图5和附图6，四个角密封件在四角连接区域24内的夹具元件12.2上。角密封件58放在密封面34内的适当狭缝60内。狭缝60与各自临近的环形密封凹槽16以及轴向密封凹槽20进行通讯。
[0073]每个角密封件58的形状设计使其位于狭缝16内，并且环抱临近的环形密封件18以及纵向密封件22，其中两者在角连接区域24内连接在一起。
[0074]角密封件58的位置使得保持元件或者自攻螺钉48.1也可以在穿透并穿过环形密封件18之前穿过角密封件58，然后穿透纵向密封件22。因此保持元件48.1另外用于将角密封件58定位，并且将他们固定到密封件18和22上。
[0075]连接区域24是对于修理夹内对密封可靠性最敏感的区域。这些区域是泄漏最容易发生的区域，因为纵向密封件与环形密封件在这些区域内相邻。另外，这些连接区域内，密封件到密封件的接触会在使用中发生，与密封件到金属的接触相反。夹具元件12的设计尤其用于提供大多数区域中密封件到金属的接触。这就是为什么只在夹持元件12.2上放置纵向密封件22的原因，这样就可以与夹持元件12.1的密封面34共同作用。
[0076]角密封件58没有消除密封件到密封件的接触，但是无疑完全包围了金属到密封件接触的区域。因此角密封件58提供了一个相对可靠的密封几何形状作为后备或者次级密封系统，这是相对密封件18和22提供的初级密封而言的。
[0077]角密封件58通常作为环形垫片安装，位于狭缝60内并且被切割以便它们不会超过连接区域24内的密封凹槽16或者20。
[0078]实际应用中，平均状况下，纵向密封件22和环形密封件18会伸出大约Φ”的距离或者伸出到夹具元件的表面上方。因此狭缝60的制作通常能够在使用过程中承当适当压缩，角密封件大约比原始高度压缩了百分之三十到四十。
[0079]参考附图7，附图标记62通常表示根据本发明的另一个夹具的实施例，用来形成管道段的密封。
[0080]夹具62与附图1一6的夹具10大致相当。因此相应的元件也采用了相同的附图标记。
[0081]夹具62采用分水鞍或者分线线夹的形式，使用该形式可以提供进入管道段的阀门，或者用于在需要修理的时候提供该阀门。
[0082]夹具62的夹具元件12.1具有从其伸出的管线支路64。
[0083]夹具62包括环形垫片66，其位于距离管线之路64内边沿最近的夹具元件12.1内部，用于使用中提供与管道段56之间的啮合，如图7所示。
[0084]夹具62进一步包括一个可密封测试端口68，位于夹具元件12.1内。
[0085]环形垫片66优选由与前面特定讨论的纵向密封件和环形密封件22以及18相同的材料制成。这样垫片容易曲折并且可以对管路尺寸不敏感并承受管道段表面瑕疵。
[0086]垫片位于沿着夹具元件12.1的内表面的一个环形垫片狭缝70内。
[0087]由于一旦已经在管道段56内形成垫片孔72，环形垫片66会紧密的环绕垫片空间，通过管线进入并流到管道段56外部的流体被限制道一个很小的环绕垫片孔72的区域。因此管线段56的外表面收到环形垫片的保护，使其不受到管线流体的任何侵蚀。
[0088]夹具62提供了更重要的作用在于允许在管道段56真正的接通前对夹具62进行测试，测试其密封的完整性。通过使用测试端口 68，在垫片66和传统的环形以及轴向密封件之间施加流体静力，从而能够测试密封件并确认密封件的有效性。这实际上确保管道段接通的时候不会发生泄漏。没有夹具62的环形垫片66，通常只有可能在垫片孔72形成并且加压后的流体进入夹具62的内部时才能确定常规的密封件是否有效。如果这一阶段检测出发生泄漏，可此时垫片孔已经成型，这是非常不利的。
[0089]夹具62提供了进一步优势在于如果在安装后发现夹具62内发生泄漏，测试孔68可用于喷射适当的密封剂进入垫片的外缘，纵向密封件22和环形密封件18的外缘确定的槽内。因此可以不必将管线停止工作就可以修复泄漏。如果没有环形垫片66这几乎是不可能的，因为密封剂会流到管道的孔内，对于密封泄漏不会起作用。
[0090]现在参考附图8—10，这里表示了不同种修理夹的截面图。附图8表示了传统修理夹70的一个基本体形状。注意到夹具70的夹具主体孔72.8基本上是环形的。那里所画的点划线表示壁的拉伸载荷主路径的中线74.8。应当注意在螺栓强度中线42.8和壁中线74.8之间存在很大的距离，74.8位于由基座面34.8确定的夹具缝76.8处。箭头(78.8)表示壁中线74.8和螺栓中线42.8之间的偏移距离70.8。
[0091 ]应当理解偏移距离78.8和沿着螺栓中线42.8的拉伸载荷乘积值为夹具外壳内产生的弯矩。另外，该弯矩为常量并且从外壳的一端到另一端是连续的。所以，由于偏移距离78.8是一个比较大的值，那么弯矩也是一个较大的值。如此大的弯矩值是不期望的，因为这些载荷必须由夹具体承担因此会导致夹具体壁厚的增加或者可替换的使用较贵的加强肋。另外，不损失适当的密封载荷情况下夹具不会很大的倾斜。另外，可能设计出这样的夹具，高弯曲载荷导致的应力是可接受的，而高度弯曲导致的倾斜会引起夹具的泄漏。过量倾斜夹具体也会在螺栓内产生很大的弯曲应力。由于螺栓通常放在法兰的一侧，螺栓内的高弯曲应力会使得随着夹具曲率挠度的增加而是螺栓环状切协。
[0092]因此通常期望的是设计的夹具满足三个标准。也就是，夹具必须满足壁厚，夹具体弯曲应力和螺栓弯曲应力最小的可接受标准。根据现有发明通过调整偏移距离78和壁厚达到上述目的，夹具具有更满意的弯矩和更小的重量。
[0093]大体上，壁厚的最小化标准可以根据可接受的或者标准代码计算出来，例如ASME码或者等同于直径相等材料与夹具体相同的圆柱形容器来进行计算。AMSE，第8单元，第2部分给出了安全弯曲应力水平的附加标准。这些规则下建立的基本标准允许使用任何材料。另外，薄膜(拉伸)应力总和的可用水平以及弯曲应力的可用水平是基本可用应力的1.5倍。应当理解螺栓材料通常具有与夹具体不同的可用应力限定，因为所使用的材料不同，计算螺栓和容器材料的基本可用限制的方法也是不同的。
[0094]一旦建立基本可用应力，可用弯曲标准和拉伸应力标准就会产生。
[0095]附图9表示在壁载荷中线74.9和螺栓强度中线42.9之间具有偏置距离的夹具80。夹具由彼此相对的夹具元件12.9和12.10组成。因为偏移距离78.9等于0，然后弯曲负载或者弯矩也等于0，因为弯矩等于偏移距离和螺栓强度的成绩。尽管弯曲载荷已经在夹具80中消除了，该配置并不是最不可能的因为螺栓法兰30.9和30.10两边之间的距离必须大幅增加从而提供螺栓之间必要的距离。因此有一些弯矩比没有弯矩更好。随着螺栓法兰30移出壁中心线74的位置，边法兰30可能会变短从而适应夹具壁36，所以导致夹具重量的减小，然而，随着偏移距离78的增加，弯曲载荷变得越来越大并且所要求的壁厚也更大以抵抗弯曲载荷。所以，偏移距离78必须优化从而获得最小的夹具重量。
[0096]应当理解即使全面最小化(最小)夹具重量是通常优选的技术方案，然而在某些应用当中希望提供的夹具是部分最小化重量(即，部分最优偏移)。
[0097]为了确定最优几何形状(最轻重量)，可以利用计算机程序形式的数据处理逐阶设计夹具。该数据处理方法将会在后面更详细的介绍。
[0098]附图10表示一个根据本发明制造的典型夹具82。夹具具有一对互补夹持元件12.11和12.12，互相夹持在一起构成一个完整的夹具，每个夹持元件12具有一个夹具壁38.11和84.12，从而定义了外壁面86和弯曲内壁面38.10。夹具壁84.12定义了一条壁中线74.10沿着半径路径突出，并从内表面38.10和外表面86之间的中点开始延伸。本领域技术人员应该理解这里所说的中点并不必一定是几何的中点，这里也可以指夹具壁84内的施力中点。然而，壁载荷中线74会沿着半径方向的路径，该路径通常与弯曲内壁表面38的曲率对应。
[0099]螺栓或者边法兰30.11和30.12在夹具壁84的环形相对的两侧径向间隔分布，用于将夹持元件12.1和12.12夹持在一起形成一个完整的管道夹具82。每个螺栓法兰30具有至少一个螺栓孔32用于容纳螺栓40，螺栓孔32定义了一条螺栓实例中线42，其中螺栓施力中线42和壁中线84之间的距离表示中线偏移距离78。
[0100]应当理解通过减少偏移距离78，可以获得非环形孔72.10和72.9。这样的非环形孔72.10通常的特征在于相对的曲面内壁表面38.10和38.11以及相对的平坦曲线内壁表面88.10和88.11。然而，内壁面88.10和88.11不一定必须是平面。所以这样的内壁面88更多的时候定义为内法兰壁表面88。
[0101]所以，应当理解现有发明采用夹具体孔72的截面形状方式进行定义，通常为非环形的形状表示了最优夹具体形状。另外该形状进一步可以参考相对的夹具体内壁表面88.10和88.11之间的距离相对于相对的曲面内壁面38.10和38.11之间的距离定义，通常曲面内壁直径大于平坦表面之间的直径，或者可替换的，大于法兰内壁表面88.10和88.11。
[0102]在优选实施例中，相对的曲面内壁面38.10和38.11之间的距离壁相对的内壁法兰面88.10和88.11之间的距离大至少1%。提供相对内法兰直径和相对曲面内壁直径之间高达25%之间的差异可以实现更优选实施例。已经发现对于较小法兰的最优主体形状中这些距离之间的差异比较大法兰的这些距离之间的差异更大。例如，2”法兰(也就是说，法兰设计用于2”管道)内部寄生25%的差异。另外，16”法兰同样的配置下寄生10%的差异而48”法兰证明仅仅有3%的差异。然而，所制作的最优法兰对于不同的应用也是不同的。
[0103]通过比较通常为圆形的壁施力中线74的半径和相对法兰内壁表面88.10和88.11之间的距离的半径可以类似的定义根据本发明制作的管道夹具。相应地，壁中线半径可以有环形壁施力中线74.10的半径确定。因此，本发明的优点可以通过保持相对法兰内壁表面88.10和88.11之间的距离的半径在一个固定的小于壁中线半径值来实现。
[0104]优选实施例中，法兰半径相比壁中线半径小的范围在5%内。
[0105]在更优选实施例中，法兰半径可以相比壁中线半径小25%。
[0106]从前述本发明的重要方面应当理解夹具重量的优化是通过改变伸展负载偏移78来取得的。
[0107]附图11说明一个用于证明可实现优点的图表。这里所示的为夹具重量的变化(沿着Y轴)相对偏移距离的变化(沿着X轴)的图表显示。尤其值得注意的是，并且特别令人惊奇的是，一种特殊优化偏移范围的存在。正如所述的偏移距离为零会导致夹具的重量相比偏移距离为最优值时的夹具重量大一些。传统的修理夹的整个圆形体(参见附图8的实例)给出了一个高重量的夹具，该夹具的重量相对最优偏移距离和零偏移距离两种情况下的重量都大。
[0108]为了产生最优数据，如图11所示，最好利用数据处理，优选采用计算机软件程序的方式。
[0109]附图12说明了一个用于最小化夹具重量的逻辑电路。本领域技术人员应当认识到该逻辑电路适用于由本领域技术人员在计算机软件程序的框架内执行。然而，完全没有必要利用计算机软件，和应力不同，挠度和物理尺寸的计算可以使用非软件相关方法，例如手动计算。本领域技术人员通常应当知道计算机软件具有很多优点，时间消耗小得多并且潜在更准确，能够获得更适当的优化夹具尺寸。
[0110]最通常的方式，附图12的逻辑电路逐阶设计一个夹具。没有偏移(S卩，偏移等于零)的情况下进行设计来启动一个程序。逻辑电路计算所有适当的夹具设计参数然后计算重量。然后程序小步递增的方式增加偏移量并再次完成整个过程。每个设计阶段完成后，下一个重量与上一个步骤中计算的重量进行比较。只要重量是持续减小的，过程就可以重复。足够多的次数后就可以找到最小的夹具重量。这样的逐阶逻辑电路可以用于证明可以找到确实存在的独一无二的最优偏移量，并且可以通过逻辑电路“平滑”的接近该最优值(即，在偏移范围内微小变化导致的重量半径方向上的变化不会被观测到)。这些条件都可以满足并且对于任何给定的夹具设计要求在寻找最优几何形状的阶段这些步骤都可以有效实施。
[0111]特别的，附图12的逻辑电路从输入模块90开始，将管道尺寸92(采用管道外径这一参数)以及密封长度94输入，密封长度是侧面互相间隔的环形密封件18之间的最小距离，密封件18需要与，例如，需要修理的管线内的孔相适应。其它的输入包括所生产夹具的压力等级以及螺栓98的数量。螺栓的数量通常基于确定的螺栓面积要求并且可由设计者的喜好确定。实际应用中，可以选择合理的螺栓数量。一旦确定最小的重量，可以改变螺栓数量或者改变单个螺栓的直径。这将会改变螺栓中线的位置。最小重量可以再次确定直到获得最优数量的螺栓进而给出确定的最优重量。打印键设定为O作为其初始计数。
[0112]将上面提到的四个变量输入输进去后，逻辑电路接下来处理逻辑箱100，用来计算密封法兰内壁表面14和需要修理的管道之间的距离。通常，例如对于一个4”管来说通常为3/16”英寸的间距。然而，可以使用考虑潜在的管道膨胀和不均匀性的公式来产生这些间距数据，并且也可以使用夹具制造者领域的技术人员公知的公式进行计算。一般来说，间距会设定到管道可接受的承受范围的最大值。在优选实施例中，艰巨设定到最大可接受的承受范围值的两倍。
[0113]接下来的逻辑步骤102包括将轴向密封件沿着夹具元件12的基座面34放置，与环形密封件18的末端位置是一致的。
[0114]接下来，逻辑电路箱104，确定施加到夹具上的压力，参考美国社会机械工程师(ASME)代码。尤其，垫片保持载荷必须足够大从而在密封件上产生足够的压紧力来保持压力大小。因此施加到由夹具承重凹槽的截面确定的矩形区域的压力(即，密封的界面区域由轴向和环形密封件的外边沿确定)决定了总的载荷并且因此确定了螺栓负载，这同样作为压力载荷也是可以确定的。
[0115]逻辑箱106中，必要地与抵消压力载荷的截面螺栓尺寸由允许的张力确定，因为螺栓材料是由逻辑箱104内的压力加载信息确定的。这通常是本领域技术人员公知的标准计算程序。
[0116]逻辑电路箱108定位螺栓中线42，其中螺栓孔的内边沿就放置在纵向密封件的外侧。
[0117]逻辑电路箱110设定主体外壳74的中线与螺栓中线42相等(从而设定偏移距离等于O) O
[0118]逻辑电路箱112—120关于计算夹具的物理尺寸，需要符合夹具壁厚，弯曲应力以及螺栓弯曲应力最小的标准。在箱102中，外壳壁厚根据夹具壁厚的标准计算，需要满足特定的压力载荷条件下进行。例如，ASME代码的第8单元，第I部分具体说明了与压力容器的壁厚相关的通用法则。然而，也可以参考其他适当的参数规格。相应地，箱104计算具有选定偏移量和外壳壁厚的夹具物理尺寸计算。这样的物理尺寸计算包括。例如，考虑螺栓螺帽46通常会挤入到外侧夹具体36的实施，从而取得本发明最大的优点。
[0119]逻辑电路箱116计算具有上述确定的物理尺寸的夹具的内部压力和偏斜。这包括，例如，由于压力产生的体上的张力。体上的弯曲应力通过将夹具外壳的力矩(载荷和偏移的乘积)除以夹具的剖面模数来确定，其中例句等于每个夹持元件12的压力负载。弯曲的剖面模数是一个常用计算，其中可以将外壳设想成梁。
[0120]允许的体内张力可以参考ASME代码确定，第8单元，第2部分具体规定了更详细的操作标准。参考这些代码所确定的允许张力不管是什么，张力和弯曲应力之和可以是1.5倍。所以，不管材料的主薄膜允许应力是多少，都可以使用张力和弯曲应力之和的1.5倍。这些标准用于螺栓内的弯曲应力和体内的弯曲应力。
[0121]适当的ASME码同样也是目前优选用于确定具体标准的代码。
[0122]在逻辑箱118，箱116中计算的应力和挠度根据ASME标准再次检查，并且如果没有进行检查，箱120中壁厚会逐渐增加并且重复箱114 一 118的计算。
[0123]—旦满足特定最小要求的夹具由箱112 —120产生，合成夹具的重量会在箱122中计算。逻辑箱为打印键测试，仅仅当夹具获得最小重量的情况下启动该测试。
[0124]在逻辑箱126中，执行进一步测试来确定目前这一阶所产生夹具的重量是否比上一阶获得的夹具重量小。基本上，该测试要求连续计算直到获得夹具的最小重量。
[0125]逻辑箱128处，这一阶获得的夹具质量保存用于和下一阶获得的夹具质量进行比较。在逻辑箱130处偏移距离逐次递增然后开始下一次递阶计算。
[0126]递阶计算连续进行直到所产生的夹具具有比前一个更大的重量值(在箱126处确定)。当这种情况发生时，逻辑电路回到先前的阶次，所生成的夹具具有减小的重量并且相对逻辑箱130的前一个值具有减小的偏差距离(其中打印键设定为I)。在最终的倾斜过程中，执行箱124处的打印键测试并且设计数据在箱132处被打印出来。
[0127]虽然本发明已经参考特定的说明性实施例进行了描述，但是不会受到这些实施例的限定而仅仅受到附加权利要求的限定。本领域技术人员应当理解可以在不偏离本发明的保护范围和精神的情况下对本发明的实施例能够进行改动和修改。
【主权项】
1.一种无人船载维修夹具(10)，其特征在于包括: 两个互补夹具元件(12.1，12.2)，经过设计可以在在管道段互相夹持在一起形成完整的夹具(10)，每个夹具元件(12.1，12.2)都具有内法兰表面，通常为半圆形； 夹具组件(12)具有多个法兰表面(14)，每个所述具有一对轴向互相间隔圆周方向延伸的圆形密封凹槽(16)，其中布置环形密封件(18); 仅有一个夹具元件(12.2)具有一对环形方向上相互间隔，轴线方向上延伸的纵向密封凹槽(20)，所述纵向密封凹槽(20)处于圆形密封凹槽(16)沿环形方向上相对的两端，进而形成夹具元件(12.2)，每个密封凹槽(20)都具有其中放置的纵向密封件(22); 四路结合区域(24)，由所述纵向密封件(22)与环形密封件(18)相接形成； 夹具法兰或者紧固法兰(30.1，30.2)，布置在两个法兰在环形方向上相对的两端，所述法兰(30)用于将夹具元件(12)紧固在一起形成完整的夹具(10)。2.根据权利要求1所述的一种无人船载维修夹具(10)，其特征在于:多于两个的适当形状的夹具元件(12)也可以用于形成一个完整的夹具(10)。3.根据权利要求1所述的一种无人船载维修夹具(10)，其特征在于:所述夹具元件(12)的内表面是由沿着向内延伸的法兰(26)的内边缘确定的，其中法兰(26)互相之间沿着轴向间隔从而确定法兰(26)之间的凹缝。4.根据权利要求1所述的一种无人船载维修夹具(10)，其特征在于:每个法兰(30)都具有若干个螺栓孔或者螺栓(32)，用于放置螺栓或者螺母来将夹具元件(12)夹持在一起。5.根据权利要求1所述的一种无人船载维修夹具(10)，其特征在于:所述法兰(30)具有基座面(34)。6.根据权利要求1所述的一种无人船载维修夹具(10)，其特征在于:所述夹具元件(12.2)的基座面上具有纵向密封凹槽(20)，当管道段上完成夹具(10)的制作后，纵向密封件(22)与夹具元件(12.2)的基座面以及夹具元件(12.1)的基座表面(34)配合使用。7.根据权利要求1所述的一种无人船载维修夹具(10)，其特征在于:每个夹具元件(12)具有弯曲的外壁面(6)以及弯曲的内壁面(38)，位于法兰(26)之间，每个法兰(30)具有一个螺栓面(40)。8.根据权利要求1所述的一种无人船载维修夹具(10)，其特征在于:所述夹具组件(12)通过适当的螺栓夹持在一起，使用具有六角螺柱头的内六角螺钉(42)作为螺钉使用，连同螺栓使用六角螺母(46)。9.根据权利要求1所述的一种无人船载维修夹具(10)，其特征在于:所述夹具元件(12.2)包括保持元件(48.1)，将纵向密封件(22)和环形密封件(18)在四角连接区域(24)连接起来，保持元件(48.1)用于将纵向密封件(22)和环形密封件(18)固定在夹持元件(12.2)上。10.根据权利要求9所述的一种无人船载维修夹具(10)，其特征在于:每个保持元件(48.1)包括一个自攻螺丝，穿过法兰(26)内的孔(50)延伸，穿过环形密封件(18)后进入轴向密封件(22)。
【文档编号】F16L55/168GK106065982SQ201610479174
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年6月26日 公开号201610479174.X, CN 106065982 A, CN 106065982A, CN 201610479174, CN-A-106065982, CN106065982 A, CN106065982A, CN201610479174, CN201610479174.X
【发明人】杨越
【申请人】杨越