專利名稱：用于金屬管子和管道的帶有可分開式夾持機構(gòu)的配件的制作方法
相關(guān)申請本申請是2003年8月6日提交的名稱為“帶有可分開式夾持機構(gòu)的管配件”的共同未決的美國國家專利申請(系列號為)No.＿＿的部分繼續(xù)，其為來自于2002年2月6日提交的名稱為“帶有可分開式夾持機構(gòu)的管配件”的國際專利申請No.PCT/US02/03431的國家階段申請，這兩件申請均要求享有于2001年2月6日提交的名稱為“帶一體式螺母和箍的管配件”的美國臨時專利申請(系列號為)No.60/266735以及2001年10月17日提交的名稱為“管配件”的系列號為No.60/329943的優(yōu)先權(quán)，所有這些申請的全部公開內(nèi)容通過引用而完全地結(jié)合于本文中。
發(fā)明技術(shù)領(lǐng)域題述發(fā)明大體上涉及管子和管配件的技術(shù)領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明涉及一種采用了管夾持件的非擴口式配件，該管夾持件最初結(jié)合在其中一個聯(lián)接件上，并且在裝配于管端上時與之分開。
背景技術(shù)：
管配件用于將管端結(jié)合或連接在另一部件上，無論其它的部件是另一管端，例如通過T-配件和肘管配件，或者是需要與管端流體連通的裝置，例如閥。本文所用的用語″管″和″管道″旨在包括但不限于管子。任何管配件必須在管配件設(shè)計成可滿足的壓力、溫度和振動標(biāo)準(zhǔn)下能實現(xiàn)兩個重要功能。首先，管配件必須能夠夾持管端，以便防止喪失密封或管噴出。其次，管配件必須保持主密封以防止泄漏。管配件實現(xiàn)這兩個功能的要求幾十年來一直是管配件設(shè)計的驅(qū)動因素。多種因素影響管配件的設(shè)計，以滿足所需的夾持和密封性能標(biāo)準(zhǔn)，但是對于任何管配件設(shè)計而言基本的是1)配件必須使用于其上的管道的特征，包括材料、外直徑和壁厚度；和2)管配件用于其預(yù)定應(yīng)用所需的管夾持和密封性能水平。目的是能夠通過在市場上有競爭力的設(shè)計，在強加于產(chǎn)品上的任何成本制約條件內(nèi)，能夠設(shè)計出能夠可靠地實現(xiàn)所需的管夾持和密封功能的管配件非擴口式管配件一般指與其中管端在配件部件上向外擴口的擴口式管配件相比，其中管端保持基本上管狀的管配件類型。擴口式管端常常與塑料管道和塑料管配件一起使用。本發(fā)明大體上不涉及塑料的管道或管配件，因為這類配件具有明顯不同的挑戰(zhàn)性問題和材料性能，其會影響配件夾持管以及提供充分密封的能力。然而，本發(fā)明的一些方面可適用于非金屬管配件，尤其是在可分開式管夾持件方面。
例如，預(yù)期用于不銹鋼和其它金屬管道的管配件，在設(shè)計上尤其是具有挑戰(zhàn)性的，以便實現(xiàn)所需的管夾持和密封功能。這是由于不銹鋼的性質(zhì)，其在典型的可購買到的管道材料方面是非常堅硬的材料，通常高達大約200維氏硬度。不銹鋼和其它金屬管道也用于其中管道壁厚度比較堅固的高壓力應(yīng)用中(在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域中稱為“厚壁”管道)。厚壁管道難于夾持，因為它不僅堅硬，而且它也尤其是沒有延展性。低延展性使得管道更難于塑性地變形以便實現(xiàn)所需的管夾持。
管配件典型地包括組件1)管夾持機構(gòu)，通常為箍的形式，或夾持環(huán)狀的結(jié)構(gòu)，和2)上緊機制，用于使管夾持機構(gòu)安裝在管端上以便夾持管端以及提供防止泄漏的密封。用語″上緊″簡單地指上緊管配件組件的操作，用于將配件安裝在管端上，從而實現(xiàn)所需的管夾持和密封。
通常，管配件首先安裝成處于″手指擰緊″狀態(tài)下，然后采用扳手或其它的合適工具來緊固或″上緊″配件，直到其達到最終的初始狀態(tài)和完全的組裝狀態(tài)。最常用的上緊機制是陰螺紋式螺母部件和陽螺紋式主體部件的螺紋式連接，其中管夾持機構(gòu)通過這兩個部件作用于其上，好象它們旋擰和上緊在一起一樣。主體包括管端接受孔，其帶有該孔外部分處的斜角凸輪面。最常用的凸輪面是截頭錐體，因此用語″凸輪角度″指凸輪面相對于管端縱軸線或外表面的錐角。管端軸向地插入主體孔中并延伸穿過截頭錐體凸輪面。夾持機構(gòu)滑動地套在管端上，并且螺母部分地旋擰在主體上而到達手指擰緊位置，使得管夾持機構(gòu)軸向地保持在凸輪面和螺母之間。螺母典型地包括向內(nèi)的臺肩，其在螺母和主體部件螺紋式地上緊在一起時，可驅(qū)動管夾持機構(gòu)與主體上的斜角凸輪面形成接合。斜角凸輪面將徑向的壓力傳遞至管夾持機構(gòu)，從而迫使管夾持機構(gòu)與管端夾持接合。管夾持機構(gòu)典型地用于形成靠在管道外表面上并且也靠在斜角凸輪面上的密封。
如今不銹鋼管配件(最常用的是箍-類型管配件)中最常用的管夾持機構(gòu)通過促使管夾持機構(gòu)的前或凸頭部分咬合在管端外表面中來實現(xiàn)管夾持。這里所用的用語″咬合″指管夾持機構(gòu)塑料變形進入管端外表面以便以非常類似于切割的動作塑性地變形和壓入管道中，以便在管夾持機構(gòu)的前端形成大致徑向的臺肩或壁。這種″咬合″因此用作高強度的特征以防止在高壓力下形成管噴出，尤其是用于更大的直徑管道例如1/2英寸或更大。
多年來，具有不依賴于″咬合″類型動作的大量管配件設(shè)計，而是僅僅徑向地將管夾持機構(gòu)壓在管道外表面上，其中一些設(shè)計帶有壓入管道中而未形成咬合的效應(yīng)。這些設(shè)計不適用于高壓力的不銹鋼管配件。尤其用于高壓力應(yīng)用的最常見的可買到的不銹鋼管配件是兩種完全不同設(shè)計的管夾持機構(gòu)，即，單一箍管配件和兩個箍管配件。
單一箍管配件，如其名一樣，使用單一箍來實現(xiàn)管夾持和密封功能。然而，越來越認識到，當(dāng)設(shè)計可滿足所需的管夾持和密封性能標(biāo)準(zhǔn)的管配件時，這兩個功能相互不一致。這是因為確保管配件實現(xiàn)充分的管夾持所需的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)通常對單一箍還能提供有效密封的能力有不利影響。因此，盡管在一些情形下，現(xiàn)有技術(shù)的單一箍配件可實現(xiàn)充分的管夾持，然而，這種管夾持性能需要付出降低有效密封的代價。這種情形的一種結(jié)果就是，一些單一箍管配件已設(shè)計成帶有另外的部件和技術(shù)，以實現(xiàn)充分的密封。略遜于最佳的密封性能尤其在試圖密封氣體、尤其是高壓力氣體的單一箍配件中是比較顯眼的。因此，單一箍管配件通常更適用于更低壓力的液體應(yīng)用例如液壓應(yīng)用，然而，即使在這種更低的壓力應(yīng)用中，單一箍密封性能仍然比所需的要低。
對于單一箍管配件，咬合動作通常與單一箍相關(guān)聯(lián)，其設(shè)計成從單一箍主體的其前端和后端之間的中心區(qū)域或中部中的管壁在徑向向外向上弓出。箍的前端通過推壓在箍后端的螺母而被驅(qū)動靠在主體的斜角凸輪面上。弓出動作有助于將單一箍的前端引導(dǎo)至管端中。弓出動作也用于使箍的后端同樣地接合并夾持管端。這通常通過提供位于螺母臺肩上的斜角驅(qū)動面來實現(xiàn)，其與單一箍的后端相接合，以便徑向地對箍的后端壓緊而形成作用于管端上的夾持動作。在一些單一箍設(shè)計中，箍的后端似乎用于咬合到管端中。這種后端管夾持有時與單一箍一起使用，以便試圖改善管配件在振動下的性能，因為后端夾持試圖用于隔離來自管外部的振動以免影響前端管咬合，配件外部例如在配件安裝中包括泵。
后端管夾持的使用實際上對在單一箍的前端夾持住管端有不利影響。理論上，為了更有效地耐受夾持管在壓力下作用于箍前端上的負荷，單一箍應(yīng)在螺母和主體的凸輪面之間基本上處于三維的(軸向、徑向和環(huán)向)壓力下。提供后端夾持實際上將反作用的張力或變小的軸向壓力施加在單一箍上，其對用于提供管夾持的前端壓力有不利影響。另外，向外弓出動作傾向于對在單一箍的前端夾持住管的努力有不利影響，因為，為了促成向外弓出動作，單一箍要求在相鄰于管夾持″咬合″部位具有較少的質(zhì)量。向外弓出動作將箍主體中心的箍質(zhì)量徑向地移動離開管端。因此，向外弓出的單一箍配件可能更易于出現(xiàn)箍破壞，從而喪失密封以及在更高的壓力下可能出現(xiàn)管噴出。
為了實現(xiàn)在不銹鋼管道上的充分管夾持，單一箍不銹鋼管配件以前采用十和二十度之間的相當(dāng)淺的凸輪角度。在這里稱為″淺的″該角度范圍僅僅是出于方便的目的，來表示該角度相當(dāng)小。淺的凸輪角度已用于單一箍配件以實現(xiàn)機械優(yōu)點，因為淺的角度提供了軸向地延長的凸輪面，以便在該凸輪面上滑動以及對單一箍前端徑向地壓緊，以便咬合到管端外表面中。堅硬的不銹鋼管道材料使得必須有這種延長的滑動凸輪動作，以便能夠使單一箍形成充分的咬合以用于管夾持。多年來，單一箍是完全硬化或表面硬化的，以便比不銹鋼管道要硬得多，然而，淺的凸輪角度如今仍然用于這種單一箍配件中，以便從箍沿著凸輪面滑動以產(chǎn)生″咬合″而確保充分的管夾持中，來實現(xiàn)機械優(yōu)點。使用表面硬化的箍和大約二十度的淺凸輪角度的可買到的單一箍管配件示例是CPI配件管線，其可從Parker-Hannifin Corporation公司得到。另一示例是可從Ermeto GmbH得到的EO配件管線，其采用完全硬化的單一箍和十二度的凸輪角度。
在一些單一箍設(shè)計中，已嘗試采用非錐形的凸輪面，以便試圖僅僅將箍壓在管端的外表面上，從而不形成咬合。然而在這種情況下所得的效果是低夾持或低壓力，僅僅是不能很好地適于不銹鋼配件的配件。
然而，利用單一箍配件實現(xiàn)充分的管夾持所需的淺凸輪角度和延長的凸輪面以及軸向的運動，對單一箍實現(xiàn)密封功能的能力有不利影響，尤其在極端環(huán)境下和用于密封氣體時。這是因為單一箍的前端試圖實現(xiàn)軸向地壓在延長凸輪面上的密封。徑向地向外弓出的動作導(dǎo)致單一箍前端的外表面的更大部分與其將被驅(qū)動至靠在其上的凸輪面形成接觸。結(jié)果是在單一箍的外表面和凸輪面之間具有更大的密封表面積。這種加大的密封面積導(dǎo)致在單一箍和凸輪面之間的密封力的非所需分布，并且也產(chǎn)生了允許發(fā)生泄漏的更大面積的表面缺陷。這尤其是金屬至金屬密封的問題(與非金屬至非金屬的密封相比例如，在塑料配件中，通常需要提供增大的密封接觸面積，因為更高延展性的塑料材料可更好地形成兩個表面之間的密封)。
因為過去單一箍配件采用淺的凸輪角度來實現(xiàn)充分的管夾持，因此小于最佳的密封功能作為配件應(yīng)用上的已知局限性而得以容許，或者另外的特征設(shè)計到單一箍配件中，最值得注意的嘗試是在單一箍中包括一個或多個彈性體密封件或與單一箍相配合，以提供與不銹鋼管道的更好密封。例如見美國專利No.6073976和5351998。美國專利No.6073976顯示了單一″箍″(在專利中稱為″切環(huán)″)配件的典型示例，其試圖利用增加的彈性體密封來解決″密封″問題。專利535 1998專利介紹了通過將管夾持和密封功能分開到兩個單獨的部件中所得到的好處。
用于管道的可買到的和非常成功的兩個箍配件可從Ohio州Solon的Swagelok Company公司買到，并且在美國專利No.6131963和3103373中有介紹，這兩個專利都由本發(fā)明的受讓人擁有，并且這些專利的全部公開內(nèi)容均通過引用而完全地結(jié)合于本文中。在這兩個箍式的配件中，管夾持和密封功能也通過使用兩個箍而單獨地實現(xiàn)。向前箍或前箍提供了極好的密封，即使是在用于密封氣體時，并且后箍提供了極好的管夾持。
前箍通過在淺的凸輪面角度例如二十度上的凸輪運動，而實現(xiàn)了極好的密封。這是因為前箍不必為了實現(xiàn)管夾持功能而在凸輪面過度地滑動。同樣地，前箍未經(jīng)表面硬化，因為前箍的主要用途是密封而非咬合到管端中。因此，相對″更柔軟的″前箍實現(xiàn)了極好的密封，尤其是密封氣體，即使主體的錐形凸輪面呈大約二十度的凸輪角度。
后箍在上述兩個箍管配件中實現(xiàn)了管夾持功能。后箍是表面硬化的，從而比管端硬得多。后箍凸輪的前端作用在形成于前箍的后端中的截頭錐體凸輪面上。該凸輪面的名義角度是45度，但是由于前箍的滑動運動，有效的凸輪角度實際上為大約十五至二十度的淺角度。盡管用于后箍的有效的凸輪角度是較淺的，然而，并不要求后箍提供主密封(盡管它可形成次級或備用密封)。后箍也未展示非所需的弓出動作，而是與徑向向內(nèi)的鉸接動作相關(guān)聯(lián)地夾持住管端。這里所用的用語″鉸接″指箍的受控變形，使得箍主體的中心區(qū)域或中部承受徑向向內(nèi)的壓力，這與弓出或向外徑向的位移形成鮮明的對比。因此，有效的淺的凸輪角度不僅不損害配件密封能力，它實際上還顯著地提高了尤其是用于不銹鋼管道的管配件的總體性能。
使用單獨的箍，用于各自主要實現(xiàn)鍵式管配件功能之一，兩個箍管配件實現(xiàn)了極好的管夾持和密封功能。該現(xiàn)有技術(shù)的兩個箍管配件因此取得了巨大的商業(yè)成功，尤其在不銹鋼管道技術(shù)領(lǐng)域中，這是部分地因為其性能特征，例如大約15000psi的高壓力等級，低溫至1200°F的寬的溫度等級，以及在許多應(yīng)用中大量的重制(″重制″指配件在最初上緊之后的松開和重新上緊)。
美國專利No.3248136顯示了單一鎖定環(huán)的使用，這與箍相反，其中鎖定環(huán)作用于具有似乎大于二十度或更大角度的表面上，但是環(huán)似乎并不塑性地變形到管道中，而是保持彈性，因此環(huán)設(shè)計成可在上緊后保持其原始形狀，這都是不適用于本文所考慮的不銹鋼管配件類型的特征。日本實用新型專利出版物44-29659顯示了上緊環(huán)，其顯示為預(yù)定具有弓出效應(yīng)以及在前端和后端夾持住管。這些配件似乎并不適用于不銹鋼管道，因為這種管覆蓋有樹脂覆層。
已經(jīng)進行了嘗試，以便設(shè)計出帶有管夾持件的管配件，這種管夾持件可在上緊過程中分開，以便用作單件管夾持機構(gòu)。已知的設(shè)計將該分開件設(shè)在陽螺紋部件上。另外，已知的設(shè)計或者迫使管夾持件靠在較淺角度的凸輪面上，或者不嘗試形成咬入管壁中的管夾持咬合。因此，現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計受到與現(xiàn)有技術(shù)的單一箍管配件設(shè)計相同的限制。
上述兩個箍管配件的許多應(yīng)用和用途并不要求這種高的壓力、溫度和重制性能特征。本發(fā)明涉及新穎的配件構(gòu)思，其可滿足更低的性能特征，而不會有損于總體的配件完整性和性能。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一方面，新型管配件的構(gòu)思要求使用者僅僅裝配兩個部件，即配件主體和配件螺母。螺母和主體適于通過這兩者之間的相對旋轉(zhuǎn)而螺紋式地接合在一起。螺母包括最初一體式的管夾持件或箍，其在裝配配件時與主體上的凸輪面相配合。該管夾持件可機加工而帶有螺母，或者帶有例如通過任何方便工藝如銅焊、焊接或釬焊而單獨地連接于其上的螺母。在所述實施例中，管夾持件是環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其在與相連的部件分開之后，作為單一箍來工作。分開的箍徑向地受壓并且塑性變形而靠在管外壁上，以形成密封和緊密的管夾持咬合。分開的箍還形成了靠在凸輪面上的主密封。在一個實施例中，箍在其前端包括外漸縮表面，其形成了靠在凸輪面上的較窄線接觸型密封。在一個實施例中，箍設(shè)計成具有鉸接動作并且在上緊過程中塑性變形，將凸頭部分嵌入管道壁中以用于形成極好的管夾持，并且具有用于將嵌入的凸頭部分與振動效應(yīng)隔離的軸向相鄰的接套或集中區(qū)。該鉸接動作還有助于保持箍的外漸縮表面與凸輪面形成一般的較窄線接觸。配件部件、尤其是可分開式箍，優(yōu)選但并非必須是表面硬化的。新穎的配件尤其用作不銹鋼和其它金屬管配件，然而本發(fā)明并不限于任何特定的金屬。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，配件可包括自測量特征，以顯示充分的上緊以及用于防止部件過度上緊。
根據(jù)本發(fā)明的其它方面，凸輪面輪廓基本上由現(xiàn)有技術(shù)的單一箍管配件改進而成，這是通過大約35度至大約60度的凸輪角度來實現(xiàn)的。更陡的凸輪角度形成了比現(xiàn)有技術(shù)的單一箍管配件更好的管夾持，尤其是在箍被硬化至在維氏硬度標(biāo)度上為管材料硬度的至少大約3.3倍時。該箍還可設(shè)計成具有在上緊過程中促進徑向向內(nèi)鉸接動作的幾何形狀。與現(xiàn)有技術(shù)的單一箍管配件相比，該鉸接動作改進了管夾持和密封。
根據(jù)本發(fā)明的另一可選方面，管夾持機構(gòu)或可分開式箍具有從動面，其在分開時與螺母的驅(qū)動面形成了不同角度。另一選擇是，可分開式箍可具有大致連續(xù)的圓柱形內(nèi)壁。根據(jù)本發(fā)明的另一可選方面，在分開時，箍從動面的一部分塑性變形以形成一定的輪廓如凸形部分，其可有助于箍的鉸接動作，并且可用于減小上緊扭矩。
從結(jié)合附圖來看的優(yōu)選實施例的以下描述中，本發(fā)明的這些和其它的方面和優(yōu)點對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見的。


本發(fā)明可在部件的某些部分和設(shè)置中采取一定的物理形式，其優(yōu)選的實施例和方法將在本說明書中詳細描述，并且在形成了本說明書一部分的附圖中顯示出，其中圖1以縱向半剖面顯示了處于手指擰緊位置中的根據(jù)本發(fā)明的管配件的第一實施例；圖2顯示了處于部分上緊位置中的圖1所示實施例；圖3顯示了處于完成的初始上緊位置中的圖1所示實施例；圖4顯示了本發(fā)明的另一實施例；圖5顯示了本發(fā)明的另一實施例，其中可分開式管夾持機構(gòu)具有大致連續(xù)的內(nèi)壁，其以縱向半剖面顯示出；和圖6顯示了在分開箍之后但在完全上緊之前的圖5所示實施例，顯示了本發(fā)明的其它方面，包括不同角度和箍的一定輪廓的從動面。
本發(fā)明的詳細描述根據(jù)本發(fā)明的一方面，管配件設(shè)置成具有管夾持機構(gòu)，其最初與其中一個聯(lián)接件成一體，并且可在上緊時與之分開，以便用作單一箍配件。在該優(yōu)選實施例中，管夾持機構(gòu)或箍與陰螺紋螺母形成為一體，并且通過易斷薄板部分而連接于其上，該易斷薄板部分在箍凸輪式作用于陽螺紋部件的凸輪面上時斷開。作為分開后的單一箍，該箍作用于陽螺紋主體的較陡的凸輪斜角表面上。尤其在管夾持機構(gòu)在維氏硬度標(biāo)度上為管材料硬度的至少大約3.3倍、優(yōu)選為至少4倍時，較陡的凸輪面角度是有利的。
盡管本發(fā)明的許多方面在本文中結(jié)合于示例性實施例中來進行介紹，然而，這些描述不應(yīng)視為具有限制意義。對于任何特定應(yīng)用，本發(fā)明的各種方面可根據(jù)其不同的組合和子組合的要求來應(yīng)用。另外，盡管本公開介紹和/或顯示了許多設(shè)計選擇和備選實施例，但這些描述并非試圖并且不應(yīng)解釋為是對這類選擇和備選的窮舉性列舉。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解和懂得屬于所附權(quán)利要求所述的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的其它備選和設(shè)計選擇。本發(fā)明適用于任何導(dǎo)管，包括但不限于管和管子。
盡管具體參考配件部件在本文中所述的各種實施例由不銹鋼、尤其是316不銹鋼制成，但這種描述本質(zhì)上是示例性的，不應(yīng)解釋為具有限制意義。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，本發(fā)明可利用用于配件部件的任何數(shù)量的不同類型金屬材料、以及金屬管材料來實現(xiàn)，包括但不限于316，316L，304，304L，任何奧氏體或鐵素體不銹鋼，任何雙煉不銹鋼，任何鎳合金例如HASTALLOY，INCONEL或MONEL，任何沉淀硬化不銹鋼如17-4PH，例如黃銅，銅合金，例如，任何碳或低合金鋼如1018鋼，以及任何加鉛的、再磷化的或再硫化的鋼，例如12L14鋼。材料選擇的重要方面在于，管夾持機構(gòu)應(yīng)優(yōu)選被表面硬化或完全硬化至在維氏硬度標(biāo)度上是其上將使用配件的最硬管道材料硬度的至少大約3.3倍，優(yōu)選為4倍或更多倍。因此，管夾持機構(gòu)不必由與管道本身相同的材料制成。例如，如下文所述，管夾持機構(gòu)可選自上述不銹鋼材料，或者可表面硬化的其它合適材料，例如鎂、鈦和鋁，即一些另外的示例。另外，管夾持機構(gòu)的易斷特征以及陰螺紋螺母也可在非金屬管配件中實現(xiàn)。
參見圖1，本發(fā)明構(gòu)思出管配件50，其中在裝配之前只有兩個分開的部件，即陰螺紋式螺母52和陽螺紋式主體54。螺母52明顯不同于現(xiàn)有技術(shù)箍類型管配件所用的典型螺母。主體54可在大致設(shè)計上類似于用于現(xiàn)有配件的典型主體，然而，如本文中進一步所述，優(yōu)選但并非必須的是，主體54也可優(yōu)化以用于適當(dāng)?shù)匮b配上新穎的螺母52。另外，主體54不必是分開的單獨部件，而是可連接在另一部件如閥體、歧管或其它部件上，或者與其形成為一體。
可以注意到，在附圖中，配件以縱剖面顯示，但只是顯示了一半剖面，可以理解，另一半是相同的，為了清楚和易于說明起見而被省略掉。在本文所示的所有圖示中，各種間隙和尺寸被稍微地放大以便易于圖示。
主體54是大致圓柱形主體56，其具有一體的延伸部或端56a。例如，端延伸部56a可以是六角形主體，或者是如上所述的另一部件如閥體的一部分。主體56可由與端延伸部56a相同的材料加工而成，或者可通過其它方式而相連，例如通過焊接或其它的合適技術(shù)。主體56包括第一中心縱向孔58，其在尺寸上適當(dāng)?shù)卦O(shè)置成可緊密地和可滑動地接受管端13。第一孔58在直徑上稍微大于同軸的第二孔59，其延伸穿過主體54的端延伸部56a。當(dāng)然，如果配件50是封閉端接頭，則內(nèi)孔59可不是通孔。
管端13優(yōu)選底靠在埋頭孔60上。主體56機加工或以其它方式形成有外陽螺紋62，其與在螺母52中形成或機加工出的相應(yīng)的陰螺紋64螺紋式地相配?？梢詷?gòu)思出，為了避免新、舊樣式的主體及螺母部件與現(xiàn)有技術(shù)的配件部件的無意相混，本發(fā)明的螺母和主體上的螺距可基本上不同于現(xiàn)有技術(shù)箍類型管配件螺母和主體的螺距值。這就避免了互換問題，并且也允許用于滑道節(jié)距，其通過較少的螺母旋轉(zhuǎn)而提供高軸向行程，以用于完全的上緊。例如，本發(fā)明所涉及的配件可使用滑道節(jié)距螺紋，其提供了充分的軸向位移以便以半圈來實現(xiàn)適當(dāng)?shù)纳暇o。作為對比，典型的現(xiàn)有技術(shù)配件通過1又1/4至1又1/2圈來上緊。然而，設(shè)計者可采取任何值的螺距以適用于特定的應(yīng)用，因為有其它的技術(shù)以避免互換問題。因此，二分之一圈用于上緊只是各種可得設(shè)計選擇的一個示例。
中心的主體孔58優(yōu)選但并非必需地形成有相對于管端13的縱軸線X(圖1)的稍微徑向向內(nèi)的漸縮α，使得孔58的直徑在朝著埋頭孔60的軸向方向上徑向地減小。例如，盡管所選的角度不是特別重要，但這種漸縮可為大約2°至大約4°。埋頭孔臺肩處的孔58直徑僅僅略小于管端13的外徑。這樣，管端13例如與孔58具有千分之幾英寸的略微徑向干涉配合?？?8和管端13之間的這種干涉提供了防旋轉(zhuǎn)作用，以便有助于防止管端13在上緊過程中旋轉(zhuǎn)。這也減小了可因上緊過程中管夾持件80的旋轉(zhuǎn)而被引入管端中的殘余扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。管端13不必完全地底靠在埋頭孔臺肩60上。這是因為干涉配合有助于在孔58和管端13之間提供良好的主密封。干涉配合也可通過在上緊過程中軸向地保持管端固定而有助于改善管夾持件80所提供的管夾持，因此管夾持件80的完全軸向位移用于適當(dāng)?shù)淖冃魏凸軍A持，而非在上緊過程中喪失管端的任何軸向動作或運動?？?8的漸縮可沿著其整個軸向長度或相鄰于埋頭孔60的更短軸向部分逐漸地延伸。
螺母52包括第一中心孔70，其具有相對于配件50的縱軸線的第一直徑D1。螺母52還包括第二孔72，其具有相對于配件50的中心縱軸線的第二直徑D2。在該實施例中，直徑D2小于直徑D1。另外，直徑D2在尺寸上設(shè)置成使得孔72限定了可接受管端13(圖2)的大致圓柱形壁。第一孔70終止在與螺母后端74軸向地間隔開以形成套孔75的位置使得螺母52包括徑向地向內(nèi)延伸的卡圈76?？ㄈ?6大致通過螺母52的后端壁74、更小的直徑孔72和更大的直徑孔70來限定。
根據(jù)本發(fā)明的一個重要方面，螺母52包括管夾持機構(gòu)80，其以從卡圈76稍微懸出的方式軸向向內(nèi)地延伸。管夾持機構(gòu)在該示例中一般形式為夾持環(huán)80，并且包括形成了緊密地接受管端13(圖2)的大致圓柱形壁的內(nèi)孔82?？?2的直徑D3可相同于或不同于第二螺母孔72的直徑。限定了夾持環(huán)孔82的圓柱形壁從夾持環(huán)80的漸縮前部分或凸頭部分84軸向地延伸。凸頭部分84包括軸向漸縮的外表面86，其在徑向尺寸上朝著環(huán)80的后端增加。漸縮的外表面86從夾持機構(gòu)80的大致徑向前端85延伸。該一般徑向的前端85可在優(yōu)選銳利轉(zhuǎn)角87處結(jié)合在內(nèi)圓柱形孔82上。或者，然而，可在環(huán)80的前端中設(shè)有周向凹口或臺階或槽口或其它的幾何形狀(未示出)，其具有稍微大于直徑D3的直徑，并且從螺母52的前端85朝著后端74軸向地延伸。
漸縮的表面86優(yōu)選通過半徑部分89以及在其軸向的相對端通過半徑86a而將前端85結(jié)合在大致圓柱形部分91上，其又經(jīng)由半徑93結(jié)合在套孔75上。
就此而言，可以注意到，管夾持機構(gòu)80(例如，各種凹口、槽口、漸縮的部分、半徑部分等等)的各種幾何形狀特征選擇成以便進行適當(dāng)?shù)膹较蛳騼?nèi)的鉸接動作，如下文中進一步解釋的。因此，管夾持機構(gòu)80的幾何形狀將取決于管道材料的特征如硬度和配件部件、管道尺寸以及用于特定應(yīng)用所要求的管夾持和密封性能。因此，本文所示的具體實施例在本質(zhì)上是示例性的，而并不限于管夾持機構(gòu)的幾何形狀。以上所引用的用于兩個箍配件的專利也顯示了有助于鉸接作用的另外的幾何形狀變型，以獲得所需的管夾持。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，管夾持機構(gòu)或箍80通過易斷薄板部分95而結(jié)合在陰螺紋螺母52上。該易斷薄板部分在箍80在上緊過程中凸輪式地作用于凸輪面88上時斷開(如圖2所示)，因此管夾持機構(gòu)或箍成為單獨的件，并且與螺母和主體實際上一起使用，以便用作單一箍配件。該分開的箍80具有被螺母52的徑向向內(nèi)延伸壁152軸向驅(qū)動的后端150，壁152用作驅(qū)動面，用于向前驅(qū)動箍80而靠在凸輪面上以便完成初始的上緊。易斷板部分95優(yōu)選設(shè)計成使得當(dāng)機構(gòu)80與螺母52分開時，沿著斷開線露出的表面95a在進一步上緊以完成裝配的過程中不會與螺母的驅(qū)動面152發(fā)生干涉。當(dāng)指與螺母52分開后的機構(gòu)80時，這里所用的用語“管夾持機構(gòu)”和“箍”或“單一箍”可以互換地使用。
通過形成一般朝著陰螺紋螺母52內(nèi)側(cè)斜角徑向凹槽154，箍80被機加工而帶有易斷板95。該凹槽154形成了箍80的后端150，以及螺母的徑向壁152，其在箍80與螺母52分離之后驅(qū)動箍軸向地靠在凸輪面上。優(yōu)選但并非必須的是，壁152和后端150機加工成相對于管孔軸線X而成大約75度左右的角度，然而該角度可根據(jù)具體應(yīng)用而不同。這些表面152和150可具有一定的輪廓，以便在需要時減小磨損和扭矩。
參見圖1、2和3，漸縮的凸頭部分84最初接合在軸向地漸縮的凸輪面88上，其形成通往主體56中的管孔58的開口。漸縮的凸輪面88是將孔58壁結(jié)合在主體54的后端壁90上的表面。該凸輪面88具有大致截頭錐體形輪廓的特征。然而，表面88的形狀可選擇其它的形狀，這取決于特定應(yīng)用中配件50所要求的特定環(huán)變形和管夾持特征。
通過完成的上緊，主體54的后端90接觸到套孔75，套孔75用作在上緊時的正止擋件。如果需要進行重制，則后端90可通過完成的初次上緊而與套孔75軸向地間隔開。在這種情況下，正確的上緊可采用已知的間隙量具或其它合適的技術(shù)而進行驗證。
管夾持箍80形成為可執(zhí)行配件50的若干重要功能。夾持箍80必須提供適當(dāng)?shù)纳暇o來提供密封在漸縮的凸輪面88上的流體不能透過的主密封。該密封可以是用于管配件50的主要外密封，或者實際上次級或備用密封以至任何密封可形成于管端13和主體54之間，例如沿著孔壁58和/或埋頭孔60。單獨的箍80也將在箍80咬合到管端13的外表面中的位置處形成主密封，該咬合區(qū)域位于箍80的圓柱形孔82與管端外表面相接合之處。而且，該主密封實際上可以是通過管端13靠在主體54上所形成的備用或次級密封至任何密封。在任何情況下，箍80必須形成靠在凸輪面88和管端13的外表面上的主密封。另外，箍80必須充分地夾持管端13以便在壓力、溫度和振動效應(yīng)下保持密封的完整性，以及可防止管端在這種情形下與配件分離。
為了實現(xiàn)流體不能透過的密封和管夾持動作，箍80設(shè)計成可通過完全上緊而塑性變形并接套在管端中，如圖3所示。這種結(jié)果通過設(shè)計出具有鉸接動作的箍80來實現(xiàn)，因此漸縮的凸頭部分84不僅在螺母52旋擰在主體54上時被軸向向前地驅(qū)動，而且也被徑向地移動或驅(qū)動至與管端13壁的外表面形成接合。凸頭部分84的前端92因此被壓緊并嵌入管道壁中，并且所得的應(yīng)力集中凹槽或咬合形成于圖3中的區(qū)域94中。前端咬合94產(chǎn)生了大致徑向延伸的壁或臺肩99，其形成于塑性變形的管端材料之外。臺肩99接合在夾持環(huán)80的嵌入前端92上，從而形成對更高壓力下的管噴出的非常牢固的機械阻力。嵌入前端92因此在管端13上提供了極好的密封和牢固的夾持。環(huán)80還設(shè)計成可展示上述徑向向內(nèi)的鉸接動作，以便在軸向相鄰于應(yīng)力集中凹槽咬合94或與之間隔開的位置(一般以標(biāo)號96表示)處，將圓柱形壁82接套在或夾靠在管端上。這種接套和集中效應(yīng)大大地改善了管夾持功能，并且用于將嵌入的凸頭部分和咬合94與下管振動效應(yīng)和溫度變化隔離開。
盡管本發(fā)明在本文中在各種實施例中描述為可執(zhí)行嵌入的凸頭部分和伴隨的接套動作，但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，在一些應(yīng)用中，并非總是需要這些嚴格的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，尤其是用于要暴露于一般的溫度、振動和壓力效應(yīng)下的配件。因此，在本文中描述為優(yōu)選實施例的螺母、主體和夾持環(huán)的其它設(shè)計方面不應(yīng)解釋為具有限制性意義，而是作為對本發(fā)明的基本概念的可選改進以適于特定應(yīng)用的要求。
為了實現(xiàn)所需的接套動作和管夾持，箍80設(shè)計成可展示鉸接動作，其在夾持環(huán)80與主體56的漸縮的凸輪口部88相接合時，允許漸縮的凸頭部分84和夾持環(huán)80的中心或中部(如在圓柱形孔82的區(qū)域或區(qū)域94)徑向向內(nèi)地壓緊。該鉸接動作也用于提供圓柱形壁82的重要徑向位移和壓力，以便將箍80主體的中心或中部接套在管端13上且軸向地相鄰于應(yīng)力集中凹槽94。在圖1-3的實施例中，通過提供軸向地設(shè)在圓柱形部分72和82之間的優(yōu)選為但并非要求的徑向內(nèi)周向槽口98，可有助于鉸接動作。槽口98適當(dāng)?shù)爻尚螢榭稍试S箍80塑性變形并以受控的方式破壞，以便利用所需的集中效應(yīng)將圓柱形壁82徑向地壓緊靠在管端上。因此，夾持環(huán)80的特定幾何形狀將設(shè)計成使得當(dāng)螺母52被進一步旋擰且緊固在主體54上時，在箍80分開之后，箍80鉸接并塑性地變形，以便夾持管端，并將這兩者密封在管端和漸縮的凸輪口部88上。標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計程序如有限元分析可用于根據(jù)可變因素如管道材料、管道硬度和壁厚度以及所需的壓力、溫度和振動性能特征，來優(yōu)化環(huán)80的幾何形狀。
箍80的適當(dāng)變形可通過選擇用于漸縮表面88的合適輪廓來進一步受控。該表面與箍80的漸縮凸頭相接合，因此將部分地確定箍80鉸接、壓緊和塑性變形的時間和方式，以便適當(dāng)?shù)厍度胪诡^部分以便咬合入管道中，并且也提供了所需的集中或接套動作。另外，凸輪面88的輪廓可設(shè)計成在箍80凸頭部分和漸縮的表面88之間實現(xiàn)所需的密封。這種密封對于配件的總體性能是重要的，如同設(shè)在箍80和管端13之間的密封一樣。
螺母52及其一體式管夾持箍80可通過標(biāo)準(zhǔn)的機加工操作來制造，并且典型地包括套孔操作以形成箍80的外輪廓。螺母52的其它特征也可通過已知的機加工操作來實現(xiàn)。優(yōu)選但是并非必須的是，螺母52包括扳手卡面102，以允許使用者將螺母52上緊在主體54上。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，配件50的使用只要求螺母52和主體54之間的相對旋轉(zhuǎn)，使得任一部件或兩者可在上緊操作過程中根據(jù)需要來旋轉(zhuǎn)。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，特別理想的是，凸輪面88可相對于配件50和管端13的縱軸線X而形成大約35°-60°的凸輪角度θ。凸輪面88的更優(yōu)選角度θ應(yīng)為40°-50°，最優(yōu)選角度θ應(yīng)為大約45°。用于凸輪面88的該角度范圍與常用的金屬箍類型的管配件設(shè)計顯著不同。常用的管配件具有10°-25°范圍內(nèi)的凸輪面角度，其具有比本發(fā)明要淺得多的凸輪角度。更淺的凸輪角度在現(xiàn)有技術(shù)配件中是必須的，以便使箍沿著凸輪面滑動更大的軸向距離。更淺的凸輪角度提供了逐漸的變化或機械優(yōu)點，以便將螺母加在箍上的軸向負荷轉(zhuǎn)化成箍前端徑向地進入管中的放大負荷。這種更大的滑動動作允許管夾持機構(gòu)更漸變地徑向地變形至管端中，以形成夾持或咬合在管上的作用。這種更大的滑動動作還允許箍前端逐漸咬入管中，并且犁出變形管道材料的積聚物。包括看起來更陡凸輪角度的現(xiàn)有管配件實際上或者依靠凸輪面的淺部分，或者不產(chǎn)生進入管道中的咬合，從而限制了配件的抗壓性能。然而，現(xiàn)有技術(shù)的淺凸輪角度對單一箍形成可懸掛式密封的能力有不利影響。作為鮮明的對比，本發(fā)明利用了陡得多的凸輪面角度θ，這就允許夾持環(huán)凸頭部分84實際上無需較大的滑動動作而壓入凸輪面88中，從而形成極好的密封。
在這里的示例性實施例中，凸頭部分84包括過渡至漸縮外表面86的半徑部分89。該外表面86一般以沒有凸輪面88角度那么陡的角度來漸縮。漸縮的外表面86優(yōu)選軸向地漸縮，同時徑向尺寸朝著夾持環(huán)80的后端而增大。該漸縮的外部分86和/或半徑部分89使凸輪面88實際上通過上緊與具有高應(yīng)力和材料壓緊的一般較窄區(qū)或線接觸區(qū)接觸，以允許夾持環(huán)80的前端壓入凸輪面88中。用語″一般較窄線接觸″并不排除漸縮外表面86和凸輪面88之間的另外接觸面積，而是更普遍地適用于如下構(gòu)思，即接近或處在凸輪面88的高應(yīng)力和壓緊材料的最內(nèi)范圍的局部接觸區(qū)，該壓緊材料處于漸縮外表面86和/或靠在凸輪面88上的半徑部分89之間。″壓緊″簡單地指通過形成其中拋光金屬壓在金屬上以實現(xiàn)氣密式主密封的一般較窄圓周線接觸，夾持環(huán)80實現(xiàn)了靠在凸輪面88上的金屬至金屬良好密封。
重要的是要注意，特定凸輪角度的使用并不必取決于表面88的輪廓。換句話說，所關(guān)注的角度是夾持環(huán)80的前端接觸凸輪面88以便在此形成密封的角度。因此，凸輪面88實際上可制成為帶有非截頭錐體的輪廓，但是密封仍然通過與陡角度表面88相接觸的箍80的前端而形成。凸輪面88的另外復(fù)合角度或輪廓可用于更好地促進箍80所實現(xiàn)的鉸接動作和管咬合。
無論凸輪面88是否形成為復(fù)合角度的表面，該復(fù)合角度的表面帶有更陡的或更淺的另外斜角部分以便促進夾持環(huán)80進入管端13的鉸接動作和咬合，根據(jù)本發(fā)明的這方面，夾持環(huán)80的前端的密封部分(在示例性實施例為半徑部分89)都會形成凸輪面88的陡角度部分上的主密封，陡角度部分優(yōu)選角度θ范圍為相對于配件50和管端13的縱軸線X的大約35°-60°，凸輪面88的更優(yōu)選角度θ應(yīng)為40°-50°，最優(yōu)選的角度θ在待形成主密封的位置應(yīng)為大約45°。優(yōu)選但并非必須的是，該主密封通過夾持環(huán)80的前端和凸輪面88之間的一般較窄線接觸型接合來執(zhí)行。
更陡的凸輪面角度具有的另外的優(yōu)點是，與前部分必須接合現(xiàn)有技術(shù)單一箍和夾持環(huán)設(shè)計中的更淺凸輪面角度相比，管夾持機構(gòu)80的凸頭或前部分可形成具有多得多的質(zhì)量。這種質(zhì)量的增加以及鉸接動作，傾向于將多得多的材料定位在管咬合94的位置或其附近。與現(xiàn)有技術(shù)單一箍或夾持環(huán)設(shè)計相比，這就大大增強了管夾持機構(gòu)耐受壓力的性能，并且也強化了使咬合與振動和溫度效應(yīng)隔開的集中效應(yīng)。鉸接動作還導(dǎo)致管夾持機構(gòu)的后端(即與凸頭端84相反的端)接觸管端，因此更多管夾持機構(gòu)前端處于軸向的、環(huán)向的和徑向的受壓下。
一般而言，為了管夾持機構(gòu)如箍嵌入、咬合和夾持住管端，管夾持機構(gòu)都必須更硬于管端。這尤其是對于更厚的壁管道而言。箍在現(xiàn)有技術(shù)的淺角度凸輪口部中的更大軸向運動允許箍嵌入管中，即使在箍只是比管一般程度地更硬時。在這些情形下，如果管夾持機構(gòu)80只是比管端一般程度地更硬，則對于陡的角度凸輪面而言，該裝置就不能充分地夾持住管，因為由更陡的凸輪角度造成的管夾持機構(gòu)在上緊過程中的短得多的軸向運動。然而，根據(jù)本發(fā)明，通過制作比管道硬很多的管夾持機構(gòu)，就可以使用更陡的角度凸輪面，并且可用于使管夾持機構(gòu)充分地咬合入管端中，以便夾持住管。
本發(fā)明的更陡的凸輪角度θ也導(dǎo)致在上緊過程中箍80的短得多的軸向位移距離。因此，凸頭部分84將需要通過短得多的軸向位移或滑動運動而徑向地變形和壓入管端13中。因此，為了實現(xiàn)適當(dāng)?shù)墓軍A持，箍80優(yōu)選表面硬化至這樣的硬度，其在維氏硬度標(biāo)度上為管道材料硬度的至少大約3.3倍。例如，如果管道材料是不銹鋼，它可具有高達大約200維氏硬度的硬度。因此，根據(jù)本發(fā)明的這一方面，當(dāng)配件50與這種堅硬的材料一起使用時，管夾持機構(gòu)應(yīng)被硬化至其硬度為管道硬度的至少大約3.3倍。更優(yōu)選地，管夾持機構(gòu)應(yīng)被硬化至其硬度為管道硬度的至少4倍。另外，不必對整個夾持環(huán)80進行表面硬化，而可僅對凸頭部分84進行選擇性的表面硬化。
根據(jù)本發(fā)明的該方面，全部或一部分螺母52和主體54可被完全硬化或表面硬化，以便在與更硬的管道材料例如不銹鋼一起使用時，可提高配件50的管夾持能力。合適表面硬化工藝在公布給本發(fā)明的受讓人的美國專利No.6547888、No.6461448、No.6165597和No.6093303中進行了全面的描述，這些專利的全部公開內(nèi)容通過引用而全面地結(jié)合于本文中。這些工藝產(chǎn)生了管夾持機構(gòu)的大約800至1000維氏硬度或更高的硬度，同時不會有損于配件的防腐性能。然而，可根據(jù)要求使用其它的表面硬化技術(shù)。管夾持環(huán)80的表面硬化允許環(huán)80充分地夾持和密封在管道材料上，例如包括二聯(lián)不銹鋼在內(nèi)的不銹鋼。以上引用的表面硬化專利具有另外的優(yōu)點，即，在環(huán)80上提供了可減輕或防止環(huán)80(其與螺母52一同旋轉(zhuǎn))和管道之間的磨損擦傷的表面。
各種潤滑劑也可與管夾持環(huán)80一起使用，以減輕磨損擦傷和殘余的扭轉(zhuǎn)，例如PTFE潤滑脂，以及含有二硫化鉬或二硫化鎢的潤滑脂。
表面硬化技術(shù)一般會導(dǎo)致整個螺母52和一體的管夾持環(huán)80表面硬化。當(dāng)在不銹鋼上進行表面硬化，例如如以上所引用的專利或?qū)＠暾堉兴龅哪菢訒r，就會形成附著的氧化膜。在本發(fā)明的另一實施例中，固體潤滑劑可施加在不銹鋼螺母52的螺紋上，以減小緊固過程中的摩擦和上緊扭矩?？捎糜谠撚猛镜娜魏喂腆w潤滑劑和許多這類固體潤滑劑是眾所周知的。若干示例為石墨、二硫化鉬、二硫化鎢和UHMWPE(超高分子量聚乙烯)。這些潤滑劑可單獨地使用，即不與另一材料組合，或與另一材料例如樹脂載體等相混合。另外，這些潤滑劑可以基本上任何固體形式來使用，包括粉末、顆粒和膏狀物。
這種類型的固體潤滑劑是眾所周知的商品。示例包括可從密歇根州Midland的Dow Corning Corporation公司得到的DowCorning321干膜潤滑劑，以及可從加利福尼亞州Monrovia的TransChem Coatings公司得到的SlickoteDry Lube100。
這些潤滑劑可通過任何標(biāo)準(zhǔn)的方法來施加，例如通過手，通過氣溶膠或噴霧或通過自動化設(shè)備來進行?？商峁櫥阅艿娜魏瓮繉雍穸榷际强墒褂玫摹Ｍǔ２灰蟪^標(biāo)準(zhǔn)等級2螺紋間隙的固體潤滑劑厚度。如果合適，潤滑劑可也可被加熱以提高其附著力。例如，一些潤滑劑，尤其是以樹脂粘合劑來提供的潤滑劑，可被加熱以便實現(xiàn)粘合劑的固化。例如，SlickoteDry Lube100可遵循制造商的使用說明例如在300華氏度加熱1小時。
在本發(fā)明的一個具體實施例中，如上所述的干型潤滑劑用在不銹鋼螺母52上，螺母52已接受了利用一氧化碳作為碳源的低溫滲碳處理。不銹鋼是不會生銹的，因為當(dāng)鋼暴露于空氣中時，薄的固有鉻氧化膜將自然地形成形成。不銹鋼部件、例如由AISI316和316L不銹鋼制成的不銹鋼部件的低溫度滲碳，通常使部件表面涂覆有少量的煙灰。在使用前，這些煙灰通常通過清洗而去掉。當(dāng)一氧化碳在低溫滲碳中用作碳源時，不僅可形成煙灰，而且另外還會形成較厚的氧化膜。這種厚氧化膜與使不銹鋼不生銹的固有鉻氧化膜的明顯不同之處在于，它更厚，并且明顯不是鈍化膜。一般情況下，這種膜也在使用前去掉，以便露出部件的滲碳表面。
根據(jù)該特定實施例，該較厚氧化膜在施加固體潤滑劑之前不去掉。相反，它留在滲碳部件表面上，或至少部分的待潤滑滲碳表面上。根據(jù)該特定實施例，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種較厚氧化膜的天然多孔結(jié)構(gòu)用作錨固結(jié)構(gòu)，以用于將潤滑劑結(jié)合在部件表面上。結(jié)果，潤滑劑就更具附著性，并因此而能夠承受重復(fù)的配件重制(即，螺母的松開和重新上緊)，而不會被去掉。潤滑氧化膜的其它的方面見2003年2月5日提交的共同未決的名稱為“潤滑的低溫滲碳不銹鋼部件”的美國專利申請(系列號為)No.10/358946，其整個公開內(nèi)容通過引用而完全地結(jié)合于本文中。
圖4顯示了本發(fā)明的另一實施例，其中，所有部件與以前的實施例相同，只有一處變動。在易斷板部分95中，應(yīng)力集中槽口300形成于其中。在該實施例中，應(yīng)力集中槽口300形成為一般較緊的半徑，其形成了材料薄板302，以促進箍80與螺母52的快速徹底的斷開。因此，作為螺母52最小程度地旋轉(zhuǎn)剛通過手指緊固位置的結(jié)果，就會產(chǎn)生這種斷開。斷開處的形狀的參差不齊程度也較小。也可根據(jù)需要來使用其它形狀的槽口300，例如包括橢圓形、三角形等等。
圖5顯示了本發(fā)明的另一實施例。在該實施例中，可分開式管夾持機構(gòu)200包括大致連續(xù)的圓柱形內(nèi)壁202，其被緊密地容納在管道13周圍。該實施例與圖1-4所示實施例的顯著區(qū)別在于，管夾持機構(gòu)200不包括內(nèi)凹口或槽口98。通過與陰螺母52分離，管夾持機構(gòu)200用作單一箍，以便如同在上述實施例中所述的一樣用于實現(xiàn)管夾持和密封。如圖4所示的實施例，管夾持機構(gòu)200可包括漸縮形外壁210，其帶有可促進本文所述正確鉸接動作的可選凹形或離隙(relief)212。
可單獨地使用或者與其它實施例的其它特征一起使用的該實施例的另一特征是機加工而成的徑向凹槽204，以便螺母的驅(qū)動面206不與管夾持機構(gòu)200的從動面208平行。因此，在上緊過程中，在機構(gòu)200與陰螺母52分離之后，這種不平行的關(guān)系就在這兩個面之間形成了不同角度β，如下文中進一步詳細描述。
管夾持機構(gòu)200可如上所述地通過易斷薄部分214而連接在陰螺母52上。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，機構(gòu)200設(shè)計成可在分離時變形，以便使從動面208形成一定的輪廓或彎曲。這種輪廓例如可以是任何形狀，例如為凸形表面，其在沿著縱剖面(如圖6所示)看去時不再呈現(xiàn)為錐形表面。這種輪廓可采取多種不同的形狀，以促進所需的鉸接動作，并且可減小上緊過程中的扭矩。從動面208可機加工成一定輪廓的形狀，或者如所示實施例中一樣，從動面208可在管夾持機構(gòu)200的分離過程中塑性變形。在圖6所示的示例性實施例中，斷開薄板部分214的動作導(dǎo)致從動面208的徑向外部分向前變形成稍微凸出的彎曲形216。這種輪廓可用于促進鉸接動作，和/或減小螺母52和管夾持機構(gòu)200在分離之后的上緊扭矩。
上述本發(fā)明構(gòu)思了許多方面和特征，其可應(yīng)用于單一箍和一體的管夾持環(huán)實施例之一或兩者上，可促進密封和管夾持的主要的但非排他的性能特征。例如，在一些應(yīng)用中重要的另一性能特征是管配件耐受溫度效應(yīng)的能力。其它的標(biāo)準(zhǔn)可包括制造成本、裝配的容易程度和裝配檢驗。本發(fā)明為設(shè)計者提供了用于設(shè)計管配件的各種方面和構(gòu)思，其可滿足特定應(yīng)用或應(yīng)用范圍的性能要求。這些不同的設(shè)計方面包括管夾持機構(gòu)材料的幾何形狀和特征的各種選擇，以及管配件部件如示例性實施例的螺紋式陽主體和陰螺母的可選方面。本發(fā)明的單一方面或特征或其組合在所有的設(shè)計中都不是完全必要的，作為示例，本發(fā)明可很好地應(yīng)用于管配件，其未利用構(gòu)成配件的管配件第一和第二部件之間的螺紋式接合。因此在廣義上，本發(fā)明提供了可分開式箍管配件，其與現(xiàn)有技術(shù)的單一箍管配件不同，當(dāng)箍在上緊過程中塑性變形時包含鉸接動作，而導(dǎo)致通過箍的中心部分靠在管端上的徑向壓力所形成的集中效應(yīng)，來實現(xiàn)了管夾持和密封。因此該鉸接動作產(chǎn)生了在所有應(yīng)用中優(yōu)選但并非必須的箍凸部分，其徑向地壓緊在管端上(而在現(xiàn)有技術(shù)中，單一箍管配件的箍凹形地弓出離開管端)。鉸接和集中效應(yīng)允許利用箍在上緊過程中的更短的凸輪行程或軸向位移，即使在更硬的管道材料上也能夠形成充分的管夾持，因此也確保了靠在凸輪面上的充分密封。
設(shè)計者根據(jù)本發(fā)明可用于實現(xiàn)所需的管夾持和密封的各種方面和選擇包括但不限于以下所述。一方面是使用如上所述的更陡凸輪角度θ。另一方面是使用硬化技術(shù)，例如上述示例性工藝，使得箍/夾持環(huán)在維氏硬度標(biāo)度上為管道硬度的至少大約3.3倍。硬化可以是在管夾持機構(gòu)/箍的部分或全部表面上的表面硬化或完全硬化。另一方面是箍/夾持環(huán)的合適的幾何形狀，以便在上述的配件上緊過程中形成鉸接功能或效應(yīng)，以便確保凸頭利用在壓痕軸向后面的集中或接套效應(yīng)，而適當(dāng)?shù)貕喝牍艿辣谥?。?管夾持機構(gòu)可設(shè)計成咬合入管端中，這在更高的壓力應(yīng)用中是典型的，或徑向地壓緊在管端上，這在薄壁管道或更軟管道中是典型的。幾何形狀的考慮可包括使用內(nèi)槽口/凹口或凹型，使用帶有或沒有凹型的外漸縮壁，以及使用一定輪廓的后壁，例如凸面。另外的幾何形狀特征可包括使用半徑部分，以便利用一般線接觸而接合在凸輪面上，以用于執(zhí)行牢固的密封以及將箍的前邊緣壓入管壁中，以形成牢固的咬合和管夾持。另一方面是設(shè)計鉸接動作，使得在完全上緊后箍的后部分保持與管端徑向地間隔開。這有助于防止形成應(yīng)力集中凹槽或區(qū)域，其會受到沿著管道的振動效應(yīng)的影響。另一方面是在管配件部件之一的驅(qū)動面和相關(guān)的箍從動面之間提供不同的角度。不同角度促進了適當(dāng)?shù)你q接動作，以便有效地將箍夾緊在管端上，并且也促進了箍后部分與管端的徑向間隔開。
因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，本發(fā)明對現(xiàn)有技術(shù)的單一箍管配件進行了顯著的增加，尤其是用于結(jié)合了更陡凸輪角度、不同的硬度和鉸接動作選擇的示例性實施例。這三個方面的工作一起導(dǎo)致單一箍管配件展示良好密封和管夾持特征，這與現(xiàn)有技術(shù)單一箍管配件不一樣。另外，在許多應(yīng)用中，使用鉸接動作和單獨使用硬度差也足夠了。設(shè)計者可用于操作分離箍的各自選擇的其它方面在2003年8月14日提交的共同未決的美國專利申請(序列號)No.“用于金屬管和管道的配件”在進行了闡述，該申請的整個公開內(nèi)容通過引用而完全地結(jié)合于本文中。
鉸接動作尤其可用于管道材料比較堅硬例如為二聯(lián)不銹鋼時的應(yīng)用中，使得箍必須充分地表面硬化，以允許箍凸頭壓入管道壁中。箍制作成更硬，則就更難于使箍以合適方式變形，以確保適當(dāng)?shù)墓軍A持和密封。鉸接動作允許箍適當(dāng)?shù)刈冃魏蛫A持住管道。對于更軟的管道材料如銅，更陡的凸輪角度θ就可單獨地足以確保管夾持和密封。
如上所述，鉸接動作可通過各種設(shè)計選擇來執(zhí)行，這些設(shè)計選擇可單獨地或以任何數(shù)量的各種組合和子組合來使用。這些選擇之一是所知的內(nèi)槽口或凹口。另一選擇是漸縮的外壁。另外，箍的后端或驅(qū)動面可形成如′963專利中所述的一定輪廓，例如帶有凸形，這就區(qū)別于如圖4所示的直錐形輪廓。在箍后端采用凸形輪廓(或者螺母52的一定輪廓的驅(qū)動面，或這兩者)通過更均勻地分布箍和螺母之間的相互作用力，而減小了磨損擦傷和上緊用扭矩。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，一定輪廓的后端可采取許多不同的形狀，例如在2000年12月20日提交的國際專利申請No.PCT/US00/34828“帶有可減小磨損擦傷的間隙的箍”，及其1999年12月22日提交的相應(yīng)美國專利申請(序列號為)No.09/469549(未決公布)“帶有可減小磨損擦傷的間隙的箍”中所述，這些專利申請的整個公開內(nèi)容通過引用而完全地結(jié)合于本文中。這些應(yīng)用的講述內(nèi)容不需用于本發(fā)明的理解和實踐，而是提供了一定輪廓后壁的另外的備選設(shè)計構(gòu)造以及用于鉸接操作的其它幾何形狀構(gòu)思，或者用于兩個箍管配件的后箍，或用于單一箍管配件。一定輪廓的后壁也促進了鉸接動作，因此箍的后端可在如上所述的上緊之后，與管道徑向地間隔開。防止箍后端和管道壁之間的接觸就防止形成應(yīng)力集中凹槽，其易于受到有害的振動影響。
如圖6中所示，箍后壁在斷開之后可具有例如凸形形狀的輪廓，以便在表面的最外凸形區(qū)域的切線Z和螺母的驅(qū)動面之間形成包括的角度β(在這里稱為″不同角度″)。因此，凸形輪廓的表面的形狀可根據(jù)需要來選擇，以用于特定的應(yīng)用。螺母驅(qū)動面或表面優(yōu)選在與管端徑向地間隔開的位置首先接觸凸形表面。盡管在該實施例中，初始接觸在該表面的徑向遠端部分或其附近，然而，這并非要求一定如此。初始接觸例如可更多地處于該表面的中心區(qū)域內(nèi)。
使用包括一定輪廓的后壁、不同角度β和外壁(例如帶有漸縮的部分和凹型)的一個或多個方面有助于鉸接動作，其產(chǎn)生了牢固的管咬合和集中，以及在配件上緊后使箍的后端與管端徑向地間隔開。
盡管箍的后端優(yōu)選在上緊后與管道徑向地間隔開，但這并非在所有應(yīng)用中都需要這樣。對于其中要求這些間隔的那些應(yīng)用而言，另一備選是在箍的后端中形成凹口，例如埋頭孔(如虛線所示)。
鉸接動作與現(xiàn)有技術(shù)的單一箍配件中箍的典型弓出或下凹變形不同，而是優(yōu)選包含圖6的方向箭頭C1和C2所示的雙旋轉(zhuǎn)效應(yīng)。在箍的上緊和塑性變形過程中，箍的后端一般以順時針方向旋轉(zhuǎn)(這里，用語順時針和逆時針用于方便引用根據(jù)附圖所示的方位，而非任何所要求的實際旋轉(zhuǎn)方向)或旋轉(zhuǎn)離開管端13，而凸頭部分一般以逆時針方向(即與后端的旋轉(zhuǎn)方向相反)旋轉(zhuǎn)。因此，凸頭部分的該旋轉(zhuǎn)有助于位于已壓入凸頭部分的軸向后面的箍中心部分的徑向壓緊。″中心部分″意指箍的后端和前端之間的區(qū)域，不必處于箍的中間。相反，這里所用的中心部分指箍主體的徑向地壓在位于壓入前端的軸向后面的管壁上的那部分。這種徑向壓緊產(chǎn)生了位于壓入前端的軸向后面的內(nèi)圓柱形壁的部分的所需集中或接套效應(yīng)。集中區(qū)域的長度將根據(jù)管配件的總體設(shè)計特征和性能要求而變動。集中區(qū)域位于壓入前邊緣的軸向后方，但開始夾入的精確位置取決于設(shè)計選擇，因此它可定位成相鄰于壓入凸頭和相關(guān)的應(yīng)力集中凹槽，或者可與之軸向地間隔開或與之連續(xù)，即可稱作若干示例。所示集中區(qū)域也可具有壓入管道壁中的凸形徑向部分的特征，其中鉸接操作優(yōu)選在上緊過程中產(chǎn)生了圓柱形壁的這種凸形變形。這種效果易于區(qū)別于其中箍或者下凹地弓出離開管道的現(xiàn)有技術(shù)配件，或可用于將保持大致圓柱形形狀的完全硬化的那些箍。
因此，可通過使用箍的各種幾何形狀特征中的一個或多個來促進雙旋轉(zhuǎn)鉸接操作，包括但不限于使用箍的一定輪廓的后壁，包括箍和驅(qū)動螺母之間的不同角度，以及外壁中的凹型。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可選擇用于箍的最佳幾何形狀特征以用于特定應(yīng)用，以促進使用陡的凸輪角度，以及選擇性地使用不同硬度的箍。
已經(jīng)參見優(yōu)選實施例來描述了本發(fā)明。顯然，在閱讀和理解了本說明書之后，可以構(gòu)思出各種修改和變化。本發(fā)明旨在包括屬于所附權(quán)利要求及其等效物的范圍內(nèi)的所有這類修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種用于管端的管配件，包括陰螺紋式聯(lián)接件和陽螺紋式聯(lián)接件，它們螺紋式地結(jié)合在一起以便將所述配件裝配在管端上；所述陰螺紋式聯(lián)接件具有連接于其上的管夾持機構(gòu)；所述管夾持機構(gòu)在所述配件裝配至上緊狀態(tài)的過程中與所述陰螺紋式部件分離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管配件，其特征在于，所述管夾持機構(gòu)在與所述陰螺紋式部件分離之后用作單一箍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管配件，其特征在于，所述陽螺紋式部件包括斜角凸輪面，其在上緊過程中與所述管夾持機構(gòu)的前端相接合，以便使所述機構(gòu)與所述陰螺紋式部件分離。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的管配件，其特征在于，所述管夾持機構(gòu)通過薄板連接在所述陰螺紋式部件上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的管配件，其特征在于，所述薄板是環(huán)形的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管配件，其特征在于，所述陰聯(lián)接件和管夾持機構(gòu)硬化至在維氏硬度標(biāo)度上為所述管端材料硬度的至少大約3.3倍的硬度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管配件，其特征在于，所述管夾持機構(gòu)被機加工而與所述陰螺紋式部件成一體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管配件，其特征在于，所述陽螺紋式部件包括斜角凸輪面，其在上緊過程中與所述管夾持件的前端接觸；所述凸輪面相對于所述配件的縱軸線而形成了大約35°至大約60°的夾角。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的管配件，其特征在于，所述陰和陽螺紋式部件是金屬；其中，在所述配件完全上緊后，所述管夾持機構(gòu)包括靠在所述凸輪面上的一般較窄線接觸型的金屬至金屬密封。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管配件，其特征在于，在所述配件的進一步上緊過程中，所述管夾持機構(gòu)沿著可避免與所述陰螺紋式部件發(fā)生干涉的表面而與所述陰螺紋式部件分離。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管配件，其特征在于，所述分離的管夾持件在所述配件的最終上緊過程中用作單一箍；所述箍具有咬合入所述管端外表面中的前端。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的管配件，其特征在于，所述分離的箍在最終的上緊過程中徑向向內(nèi)地鉸接，使得所述箍的中心部分徑向地壓靠在所述管端上，以便在與所述前端管咬合處的軸向間隔開的位置處壓接在所述管端上。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的管配件，其特征在于，所述管夾持機構(gòu)包括圓柱形內(nèi)孔，以及在與所述前端軸向間隔開的位置處形成于其中的周向徑向凹口。
14.一種用于管端的管配件，包括陰螺紋式聯(lián)接件和陽螺紋式聯(lián)接件，它們螺紋式地結(jié)合在一起以便將所述配件裝配在管端上；所述陰螺紋式聯(lián)接件具有連接于其上的管夾持機構(gòu)；所述陽螺紋式聯(lián)接件具有管端容納孔，以及位于所述孔一端的在裝配過程中面向所述管夾持機構(gòu)的凸輪面；所述管夾持機構(gòu)在上緊過程中與所述凸輪面相接合，并與所述陰螺紋式部件分離。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的管配件，其特征在于，所述凸輪面具有相對于所述配件的縱軸線的大約35°至大約60°的凸輪角度；所述管夾持機構(gòu)形成了靠在所述凸輪面上的主密封。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的管配件，其特征在于，所述管夾持機構(gòu)的至少一部分具有在維氏硬度標(biāo)度上為所述管端材料硬度的至少大約3.3倍的硬度。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的管配件，其特征在于，所述管端由不銹鋼制成。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的管配件，其特征在于，所述管夾持機構(gòu)在與所述陰螺紋式部件分離時用作單一箍。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的管配件，其特征在于，所述凸輪角度為大約45°。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的管配件，其特征在于，所述管夾持機構(gòu)形成了靠在所述凸輪面上的一般較窄線接觸型的金屬至金屬主密封。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的管配件，其特征在于，所述管夾持機構(gòu)通過薄板連接在所述陰螺紋式部件上。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的管配件，其特征在于，所述薄板包括應(yīng)力集中槽口。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管配件，其特征在于，所述管夾持機構(gòu)具有與所述陰聯(lián)接件的驅(qū)動面相接觸的從動面，在所述配件的在上緊過程中在所述從動面與所述驅(qū)動面之間形成了不同角度。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管配件，其特征在于，所述管夾持機構(gòu)包括大致連續(xù)的圓柱形內(nèi)孔。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的管配件，其特征在于，所述孔包括位于所述管夾持機構(gòu)后端的埋頭孔。
26.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管配件，其特征在于，所述管夾持機構(gòu)包括在其中形成有周向徑向凹口的大致圓柱形內(nèi)孔。
27.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管配件，其特征在于，在所述管夾持機構(gòu)與所述陰聯(lián)接件分離的過程中，所述管夾持機構(gòu)的后部分塑性變形成具有一定輪廓。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的管配件，其特征在于，所述輪廓包括凸形的形狀。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的管配件，其特征在于，所述輪廓一般設(shè)置成與所述管端徑向間隔開。
30.一種用于管端的管配件，包括陰聯(lián)接件和陽聯(lián)接件，它們結(jié)合在一起以便將所述配件裝配在管端上；所述陰聯(lián)接件具有連接于其上的管夾持機構(gòu)；所述管夾持機構(gòu)在所述配件裝配至上緊狀態(tài)的過程中與所述陰聯(lián)接件分離。
全文摘要
一種用于管端的管配件具有與陽螺紋式部件相配的陰螺紋式部件。陰部件包括夾持環(huán)或箍形式的管夾持機構(gòu)(80)，其通過易斷板(95)連接在陰部件上。通過部分上緊，箍(80)與陽螺紋式部件上的凸輪面(88)接合，并且斷開或與所述陰螺紋式部件分開而變成單獨件，使得配件因此可用作單一箍管配件。另外的特征包括在凸輪面上的較陡凸輪角度，以便使箍(80)以咬合式動作而夾持住管端，并且在凸輪面(88)和分離箍的前端之間形成主密封。箍的前端，以及包括最初一體式管夾持機構(gòu)的可選的整個陰螺紋式部件，被硬化至在維氏硬度標(biāo)度上為管端材料硬度的至少大約3.3倍的硬度。
文檔編號F16L13/14GK1836129SQ200480023163
公開日2006年9月20日 申請日期2004年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月15日
發(fā)明者P·威廉斯, M·A·貝內(nèi)特 申請人:斯瓦戈洛克公司