專利名稱：液壓輔助緊固件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液壓輔助緊固件和液壓張緊(tensioning)裝置。這種緊固件包括螺母或墊圈，張緊裝置包括張緊環(huán)，特別是適于閥門等的張緊環(huán)。
背景技術(shù)：
采用液壓操作元件來施加螺栓張力的緊固件的使用已經(jīng)廣為流行。在美國專利US 5,730,569(Bucknell)(＝國際申請PCT/AU93/00477＝國際公開WO 94/07042)中找到能夠這樣的實例。這種緊固件用于以這樣的方式安裝，允許它們的周期性地拆卸，以便保養(yǎng)或維護它們所固定的設(shè)備。它們很少用于永久安裝的情形。與其它永久固定的方法相比，阻礙后者的因素是初期成本高以及液壓密封材料隨著時間而性能退化，在高溫下尤其如此。
美國專利US 5,730,569公開了一種簡單而生產(chǎn)成本低的液壓緊固件。然而，后者依靠密封整體性的維護來保持其所安裝的螺栓的拉伸層。因為上述原因，在海底管線的建造中不使用液壓輔助緊固件，用于固定管線法蘭接頭的管道也不使用它。這種操作的成本很高，因為它們需要完整的潛水支持船、船員、以及潛水員。
隨著深度增加，對于從業(yè)人員和設(shè)備的風(fēng)險以及成本都會明顯增加。因為對于近海石油和天然氣勘探而言，較淺水域已經(jīng)枯竭，鉆井和開采都移到深水，這些因素明顯決定了壽命。遠程操作運載工具(Remote Operated Vehicles(ROVs))用于在嚴(yán)格限制潛水員時間的深度進行復(fù)雜的擰緊操作。這些運載工具在靈巧性方面的有局限性，當(dāng)遇到缺乏可見性或移動性受限制的的情況時，甚至更加難以可靠地傳送滿意的結(jié)果。水流和其它局部環(huán)境條件也能影響操作，并且造成操作費用的超支。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供液壓輔助緊固件和液壓張緊裝置，其操作不用液壓密封件，而直接張緊其所安裝的螺栓或元件；或相對現(xiàn)有技術(shù)的裝置，至少提供有用的替換物。
本發(fā)明的進一步的目的是提供這樣的緊固件和裝置，其不需要鎖緊環(huán)來保證產(chǎn)生的拉伸負載，其不受密封材料性能退化的影響，其可與充填介質(zhì)一同使用，該填充介質(zhì)在嚴(yán)酷的條件下不會退化。
根據(jù)本發(fā)明的液壓輔助緊固件，包括主體，其具有配合連接器元件的中心孔和向外敞開到端面的環(huán)形凹槽，環(huán)形止推元件，其安裝到該環(huán)形凹槽并且密封該環(huán)形凹槽，環(huán)形空腔，其由凹槽和止推元件限定，和充填介質(zhì)，其在壓力作用下注射到空腔中，其相對推理兼移動主體以張緊連接器元件，其設(shè)在空腔中以保持連接器元件的張力。
優(yōu)選地，連接器元件是螺栓或雙頭螺栓。
優(yōu)選地，主體是擰到螺栓或雙頭螺栓上的螺母，止推元件是具有普通孔的墊圈。
優(yōu)選地，凹槽向內(nèi)延伸到孔，空腔由凹槽、止推元件和連接器元件限定。
優(yōu)選地，止推元件是結(jié)合有環(huán)形法蘭的活塞環(huán)，環(huán)形法蘭在主體周邊延伸并且密封主體周邊。
優(yōu)選地，主體和/或止推元件結(jié)合有整體的偏轉(zhuǎn)和/或密封邊，用以密封空腔。
優(yōu)選地，充填介質(zhì)是黏性糊狀物，其固化成固體，包括自凝混合物的懸浮固體或表現(xiàn)為液體介質(zhì)的微粒固體。
優(yōu)選地，充填介質(zhì)是一種如石墨的固體，其通過介質(zhì)交換器注射到空腔中。
優(yōu)選地，充填介質(zhì)是粒狀性質(zhì)的微粒固體，諸如鉛珠、銅珠或鋼珠。
在本發(fā)明的可替換形式中，液壓張緊裝置包括連接器主體，其具有配合連接器元件的多個孔，并具有向外敞開到端面的配對凹槽，多個止推元件，其密封所述凹槽，多個空腔，其由凹槽和止推元件限定，至少一個分配通道，其與所述空腔互相連通，和充填介質(zhì)，其在壓力作用下經(jīng)過一個或多個分配通道注射到空腔中，其相對于止推元件移動連接器主體以張緊連接器元件，其設(shè)在所述空腔中以保持連接器元件的張力。
優(yōu)選地，所述孔是向內(nèi)收斂并且容納螺母圓錐體，螺母圓錐體將連接器主體鎖緊到連接器元件上。
優(yōu)選地，所述凹槽向內(nèi)延伸到所述孔，所述空腔由凹槽、止推元件和連接器元件限定。
優(yōu)選地，在相鄰的孔之間設(shè)有附加的凹槽。
優(yōu)選地，連接器主體和止推元件是適用于管線、閥門和類似設(shè)備的法蘭接頭的環(huán)形盤。
優(yōu)選地，連接器主體和止推元件是正方形、矩形、六邊形、多邊形、圓形、橢圓形或任何其它形狀。


為了充分理解本發(fā)明，現(xiàn)在參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中圖1是液壓輔助緊固件的平面圖；圖2是圖1的緊固件的正面局部剖視圖；圖3是緊固法蘭接頭的液壓張緊組件的示意圖；圖4是圖3的組件的分解圖；圖5是圖4的局部放大圖；圖6是表示液壓充填裝置的正面剖視圖；圖7是表示圖6替代方案的正面剖視圖；圖8和9是圖7的局部放大圖。
具體實施例方式
圖1和2示出了與螺栓20嚙合的液壓緊固件10。緊固件10具有帶螺孔12的主體11，螺孔12配合螺栓20的螺紋21。主體11具有六個平面13，以供張緊工具的抓緊。主體11的外輪廓可各種各樣，以適應(yīng)可獲得的不同類型的張緊工具。
在主體11中形成環(huán)形凹槽14，環(huán)形凹槽14向外敞開到端面15、向內(nèi)到主體11的孔12。主體11的下部具有圍繞環(huán)形凹槽14的圓周裙邊16。環(huán)形墊圈的形式的止推元件17安裝到環(huán)形凹槽14中，并且具有彎曲的上表面18。
環(huán)形空腔30由主體11的環(huán)形凹槽14、止推墊圈17和螺栓20的外螺紋來限定。噴嘴40具有單向閥41，并且擰入主體11的圓周裙邊16，通過通道31連接到環(huán)形空腔30。
噴嘴40能夠連接到諸如微粒固體的充填介質(zhì)50的供應(yīng)源，充填介質(zhì)50在壓力作用下通過噴嘴40注射到環(huán)形空腔30中，以膨脹環(huán)形空腔30的工作體積。連接器主體11沿與止推墊圈17相反的方向移動，從而施加張力給螺栓20。當(dāng)所需的張力已經(jīng)施加到螺栓20時，充填介質(zhì)50的供應(yīng)源與噴嘴40脫離，通過單向閥41防止倒流。
充填介質(zhì)50也可以是固化成固體的黏性糊狀物、自凝混合物的懸浮固體、和特性象流體的微粒固體。如果充填介質(zhì)源結(jié)合有介質(zhì)交換器，也可以使用固體注射介質(zhì)，諸如石墨。諸如鉛珠、銅珠或鋼珠這樣的粒狀性質(zhì)的微粒固體也可用作充填材料。充填介質(zhì)50設(shè)定和形成固體塊，其防止主體11相對于止推墊圈17的移動，從而防止由液壓緊固件10施加到螺栓20上的張力的減小。通過利用上述任何充填介質(zhì)，在止推墊圈17和主體11的環(huán)形凹槽14的相鄰接觸壁之間不再需要密封。因此，避免了由于密封件性能降低而導(dǎo)致的施加到螺栓20的張緊力的減小。
圖2-6示出了第二種液壓張緊裝置110，其用于在法蘭接頭處的連接相應(yīng)管子P1和P2的管法蘭PF1和PF2。為了易于制造，液壓張緊裝置110具有由上部和下部環(huán)形盤111、112形成的環(huán)形的裝置主體。上部盤111具有多個向下收斂的孔113，通過它容納延伸到管法蘭PF1上面的螺栓120。每個圓錐孔113成形為容納三叉螺母圓錐體(trifurcated nut cone)122，該三叉螺母圓錐體與螺栓120的螺紋121相嚙合。通過彈簧夾子123防止圓錐體122從圓錐孔113上脫離。下部盤112具有大于孔113的直徑的孔，通過它與上部盤111形成容納止推墊圈117的環(huán)形凹槽114，使得上部盤111和下部盤112、止推墊圈117和螺栓120形成環(huán)形空腔130，以容納充填介質(zhì)150。
圍繞螺栓120的每個環(huán)形空腔130通過在上部盤111和下部盤112周圍延伸的分配通道151互相連通。通過將連接器主體制造成兩個盤，分配通道151能夠被機械加工，并且上部盤111和下部盤112能夠通過多個連接螺栓119鎖定在一起。
如圖6所示，利用擰入到連接著分配通道151的通道131中的介質(zhì)交換器160，在高壓作用下注射充填介質(zhì)150。通道131包括止逆閥141，其工作方式與圖1和2中噴嘴40中的止逆閥41相同。介質(zhì)交換器160具有主體161，主體161經(jīng)過液壓管線163連接液壓油162的源。液壓油162在壓力作用下強制進入介質(zhì)交換器160，使得隔離活塞164在介質(zhì)交換器160的主體161中移動，從而造成從介質(zhì)交換器160排出介質(zhì)150。這增加環(huán)形空腔130的有效容積，且盤111和112相對于止推墊圈117移動，以將螺栓120張緊到所需的程度。
當(dāng)螺栓120達到要求的張力時，介質(zhì)交換器160與通道131脫開，止逆閥141防止充填介質(zhì)150從裝置110中釋放。如上所述，充填介質(zhì)150設(shè)定成防止盤111和112相對于止推墊圈117移動，從而防止施加到螺栓120的張力減小。
顯而易見，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，制造液壓張緊裝置110的普通方法相當(dāng)簡單并且便宜，因為沒有復(fù)雜的機械操作，也不需要加工。連接器主體的上部盤111和下部盤112通過螺栓119連接在一起來封閉分配通道151，所以不需要復(fù)雜的鉆孔操作。每個三叉螺母122插入它的錐孔113中，并且用彈簧夾子123限制住，彈簧夾子123為螺母122組件提供了保持力和關(guān)閉力(retaining and closing forces)。
為了安裝，液壓張緊裝置110安裝在從管法蘭PF1上突出的螺栓120上，如圖4所示。將液壓張緊裝置110推到在螺栓120上的動作使得錐形螺母122嚙合在(ratchet over)螺栓的螺紋上，無需將螺母旋擰到位。
如上所述，充填介質(zhì)150經(jīng)過分配通道151流到每個環(huán)形空腔130，迫使止推墊圈117反作用于相鄰的管法蘭PF1。這產(chǎn)生平均和同步地分配到每個螺栓120上的拉伸力。單向閥141自動地工作，在組件中保持全壓力的的情況下拆除壓力泵設(shè)備。在采用糊狀物作為充填介質(zhì)的情況下，充填介質(zhì)會快速固化，防止了泄漏以及因此造成的在螺栓120上的拉伸負載的損失。當(dāng)采用微粒固體作為充填介質(zhì)時，因為它已經(jīng)是高密度，它將無限地保持拉伸負載。
圖7示了本發(fā)明的第三實施例，其中利用介質(zhì)交換器260，采用了與圖3-7所述相同的方式，在標(biāo)準(zhǔn)形式的液壓螺母210中填充充填介質(zhì)250。在這種情況下，無需保持充填介質(zhì)的壓力，因為所產(chǎn)生的力通過鎖緊環(huán)216得到保持，其中鎖緊環(huán)216擰入螺母211并且與活塞217配合，活塞217與螺母211協(xié)同形成環(huán)形空腔230。當(dāng)這種類型的液壓螺母需要在以后完整地拆除時，使用的充填介質(zhì)則是液體性質(zhì)，以便幫助重新增壓，從而松開鎖緊環(huán)216。
由于所使用的充填介質(zhì)的性質(zhì)，張緊裝置110的緊固件10、210僅需要基本的密封能力。如圖8和9所示，當(dāng)粘性材料用作充填介質(zhì)時，為了增強密封能力，元件的前邊緣(leading edges)和滑動配合可以改變。
充填介質(zhì)50、150、250的使用，特別是諸如石墨的固體注射介質(zhì)和諸如鋼珠的粒狀性質(zhì)的微粒固體的使用，使得本發(fā)明的液壓張緊緊固件和液壓張緊裝置可在高溫應(yīng)用中使用。在這些情況下，采用圖7-9具有鎖緊環(huán)216的液壓螺母是理想的，以保持要求的負載。拆除緊固件210需要注入充填介質(zhì)250來松開鎖緊環(huán)216和釋放壓力，以便使得裝置210從螺栓220上擰松。
應(yīng)該認(rèn)識到，上面的描述僅通過圖示的實例給出，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說是顯而易見的，所有其它變型和變化被認(rèn)為落入在此闡述的本發(fā)明的寬泛范圍和界限內(nèi)。在本申請的整個說明書和權(quán)利要求書中，詞“包括(comprise)”和這個詞的變型，諸如“comprises”和“comprising”不排除其它的附加元件整體或步驟。
權(quán)利要求
1.一種液壓輔助緊固件，包括主體，其具有用以嚙合連接器元件的中心孔和向外敞開到端面的環(huán)形凹槽，環(huán)形止推元件，其安裝到環(huán)形凹槽中并且密封該環(huán)形凹槽，環(huán)形空腔，其由所述凹槽和所述止推元件限定，和充填介質(zhì)，其在壓力作用下注射到空腔中，其相對于止推元件移動主體以張緊連接器元件，其設(shè)在空腔中以保持連接器元件的張力。
2.如權(quán)利要求1所述的緊固件，其中所述連接器元件是螺栓或雙頭螺栓。
3.如權(quán)利要求2所述的緊固件，其中所述主體是擰到螺栓或雙頭螺栓上的螺母，止推元件是具有普通孔的墊圈。
4.如權(quán)利要求1所述的緊固件，其中所述凹槽向內(nèi)延伸到所述孔，所述空腔由凹槽、止推元件和連接器元件限定。
5.如權(quán)利要求1所述的緊固件，其中所述止推元件是結(jié)合有環(huán)形法蘭的活塞環(huán)，環(huán)形法蘭在主體周邊延伸并且密封主體周邊。
6.如權(quán)利要求1所述的緊固件，其中所述主體和/或止推元件結(jié)合有整體的偏轉(zhuǎn)和/或密封邊，用以密封所述空腔。
7.如權(quán)利要求1所述的緊固件，其中充填介質(zhì)是黏性糊狀物，其固化成固體，該固體包括自凝混合物的懸浮固體或表現(xiàn)為流體介質(zhì)的微粒固體。
8.如權(quán)利要求1所述的緊固件，其中充填介質(zhì)是通過利用介質(zhì)交換器注射到空腔中的如石墨的固體。
9.如權(quán)利要求1所述的緊固件，其中充填介質(zhì)是粒狀性質(zhì)的微粒固體，諸如鉛珠、銅珠或鋼珠。
10.一種液壓張緊裝置，包括連接器主體，其具有配合連接器元件的多個孔，并具有向外敞開到端面的配對凹槽，多個止推元件，其密封所述凹槽，多個空腔，其由所述凹槽和所述止推元件限定，至少一個分配通道，其與所述空腔互相連通，和充填介質(zhì)，其在壓力作用下經(jīng)過一個或多個分配通道注射到所述空腔中，其相對于所述止推元件移動連接器主體以張緊連接器元件，其設(shè)在空腔中以保持連接器元件的張力。
11.如權(quán)利要求10所述的液壓張緊裝置，其中所述孔是向內(nèi)收斂并且容納螺母圓錐體，所述螺母圓錐體將連接器主體鎖緊到連接器元件。
12.如權(quán)利要求10所述的液壓張緊裝置，其中所述凹槽向內(nèi)延伸到所述孔，所述空腔由凹槽、止推元件和連接器元件限定。
13.如權(quán)利要求10所述的液壓張緊裝置，其中在相鄰的孔之間具有附加的凹槽。
14.如權(quán)利要求10所述的液壓張緊裝置，其中連接器主體和止推元件是環(huán)形盤，所述環(huán)形盤適用于管線、閥門和類似設(shè)備的法蘭接頭。
15.如權(quán)利要求10所述的液壓張緊裝置，其中連接器主體和止推元件為正方形、矩形、六邊形、多邊形、圓形、橢圓形或任何其它形狀。
全文摘要
液壓輔助緊固件(10)包括主體(11)，主體(11)具有配合連接器元件(20)的中心孔(12)和向外敞開到端面(15)的環(huán)形凹槽(14)。環(huán)形止推元件(17)安裝到凹槽(14)中并且密封凹槽(14)。充填介質(zhì)(50)在壓力作用下注射到由凹槽(14)和元件(17)限定的環(huán)形空腔(30)中，并且相對于元件(17)移動主體(11)以張緊元件(20)。介質(zhì)(50)設(shè)在空腔(30)中以保持元件(20)的張緊。元件(20)可以是螺栓或雙頭螺栓，主體(11)可以是螺母，元件(17)可以是平面墊圈。介質(zhì)(50)可以是可固化的黏性糊狀物、自凝混合物的懸浮固體或表現(xiàn)為流體的微粒固體。合適的材料包括石墨、鉛珠、銅珠或鋼珠。
文檔編號F16L23/00GK1922406SQ200580006004
公開日2007年2月28日 申請日期2005年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月25日
發(fā)明者J·W·巴克內(nèi)爾 申請人:J·W·巴克內(nèi)爾