專利名稱：螺紋接頭及密封螺紋接頭的方法
技術領域：
本文所公開主題的實施例主要涉及用于防止流體經由螺紋接頭泄漏的方法及裝置。
背景技術：
在圖1所示的壓縮機1(例如，其作為天然氣處理設備的一部分)中，天然氣在腔室10中壓縮。桿軸20經由法蘭30從腔室10凸出。桿軸20通過螺母40鎖定到法蘭30 上。具有使用其接觸表面上的互補螺紋組裝的構件的接頭通常稱為螺紋接頭。具有部分地覆蓋其外表面或內表面的螺紋的桿軸20、法蘭30和螺母40形成螺紋接頭。螺母40和法蘭30的內表面上的螺紋具有與桿軸20的外表面上的螺紋互補的形狀。當螺紋具有不同且互補的形狀時，它們有時稱為公螺紋/母螺紋。由于腔室10內的壓力高于腔室外的壓力，故螺紋接頭易于泄漏氣體。例如，當往復活塞60朝法蘭30移動從而減小腔室10的容積時，腔室10內的壓力可顯著增大。安放在桿軸20、法蘭30和螺母40之間的密封件(圖1中未示出)用于防止或限制氣體泄漏到腔室10外。提取的天然氣可包含較大比例的硫化氫(H2S)。盡管硫化氫為天然產生的物質，但吸入具有較大百分比硫化氫的空氣會發(fā)生中毒。因此，當處理具有較大比例硫化氫的天然氣時，確保天然氣在處理設備內的良好密封對于操作人員的安全而言非常重要。如果具有較大比例硫化氫的天然氣泄漏到氣體處理設備外，操作人員在設備附近時會發(fā)生中毒。在圖2中以分解視圖示出了常規(guī)螺紋接頭100。如圖所示，螺紋接頭100包括沿軸線160布置的桿軸120、法蘭130、螺母140和密封件150。圖3中示出了螺紋接頭100組裝好時的截面。桿軸120與法蘭130和螺母140接合。密封件150安裝在法蘭130與螺母140之間。圖4中示出了在垂直于軸線160的平面內觀察的螺紋接頭100的密封件150。密封件150包括為平坦金屬墊圈的外部152，以及附接到外部152的內邊沿上的橡膠部分154。 橡膠部分154包括橡膠環(huán)156和三個橡膠翼片(flap) 158。各橡膠翼片158均覆蓋弦與對應弧形之間的相應區(qū)域。該弧形在橡膠環(huán)156的圓周上是相等且等距的。圖5為圖3中的一部分的放大視圖。當桿軸120、法蘭130、螺母140和密封件150 組裝好時，密封件150的外部152 (為了簡單起見僅在圖3中標出)定位在法蘭130與螺母 140之間。在該構造中，能施加到螺母140上的轉矩相對較低。橡膠翼片158用于在法蘭130內側在法蘭可能沒有螺紋的部分中覆蓋桿軸120。 當桿軸120沿圖3中軸線160從右向左行進時，橡膠翼片趨于沿相同方向移動且可變?yōu)樗核榈摹Ｒ呀浻^察到，在桿軸120沿軸線160稍許運動之后，密封件150的橡膠部分154變?yōu)樗核榈?，而撕碎顯著降低了密封件150防止氣體泄漏的能力。因此，密封件150必須經常更換。密封件的更換需要壓縮機至少部分地拆卸，而因此這增加了氣體處理設備的停機時間。即使密封件150以設計參數(shù)操作，但在較大轉矩可能施加到螺母140上時不能確保緊密配合，故密封效率在天然氣具有較大比例的硫化氫時對于安全使用而言也太低。因此，期望的是 將提供避免前述問題和缺陷的系統(tǒng)及方法。

發(fā)明內容
根據一個示例性實施例，一種螺紋接頭包括法蘭、螺母和撓性密封件。法蘭具有沉孔和位于內表面上的螺紋，該螺紋具有與桿軸外表面上的螺紋互補的形狀。法蘭構造成容許桿軸通過旋轉而移動穿過法蘭。示例性實施例的螺母具有凹槽和位于內表面上的螺紋，其中，螺母的螺紋具有與桿軸外表面上的螺紋互補的形狀。螺母構造成通過旋轉而相對于桿軸移動。示例性實施例的撓性密封件具有位于內表面上的螺紋，撓性密封件的螺紋具有與桿軸外表面上的螺紋互補的形狀。撓性密封件構造成通過旋轉而相對于桿軸移動，且具有構造成用以填充法蘭中的沉孔的第一部分，以及構造成用以填充螺母的凹槽的第二部分。根據另一示例性實施例，提供了一種密封螺紋接頭的方法。該方法包括移動在外表面上具有第一螺紋的桿軸穿過在內表面上具有第二螺紋的法蘭，第二螺紋具有與第一螺紋互補的形狀。該方法還包括沿桿軸朝法蘭移動在內表面上具有第三螺紋的撓性密封件， 直到撓性密封件的第一部分填充法蘭中的沉孔，第三螺紋具有與第一螺紋互補的形狀。此夕卜，該方法包括沿桿軸朝法蘭移動在內表面上具有第四螺紋的螺母，直到撓性密封件的第二部分填充螺母內的凹槽，第四螺紋具有與第一螺紋互補的形狀。該方法還包括在撓性密封件的第二部分已填充螺母內的凹槽之后將預定轉矩施加到螺母上。根據另一實施例，一種用于密封螺紋接頭的兩件式密封螺母包括螺母和撓性密封件。螺母構造成用以包繞桿軸并沿桿軸移動，且具有凹槽。撓性密封件構造成用以在保持桿軸的法蘭內包繞桿軸并沿桿軸移動，且具有構造成用以填充法蘭中的沉孔的第一部分和構造成用以填充螺母中的凹槽的第二部分。根據另一實施例，一種撓性密封件包括第一部分和第二部分。第一部分構造成用以填充保持螺紋桿軸的法蘭中的沉孔。第二部分構造成用以填充螺母的凹槽，且具有不同于第一部分直徑的直徑。第一部分和第二部分在內孔表面上具有螺紋，該內孔構造成用以容許撓性密封件沿螺紋桿軸移動，撓性密封件的螺紋具有與螺紋桿軸外表面上的螺紋互補的形狀。


并入說明書中且構成其一部分的附圖示出了一個或多個實施例，且結合說明一起闡述了這些實施例。在附圖中圖1為天然氣處理設備的一部分的往復式壓縮機的簡圖；圖2為常規(guī)螺紋接頭的分解視圖；圖3為常規(guī)螺紋接頭截面的簡圖；圖4為常規(guī)螺紋接頭中使用的撓性密封件的簡圖5為常規(guī)螺紋接頭的一部分的放大視圖；圖6為根據一個實施例的螺紋接頭的分解視圖；圖7為根據一個實施例的螺紋接頭截面的簡圖；以及圖8為根據一個實施例的組裝螺紋接頭的方法的流程圖。
具體實施例方式示例性實施例的以下描述參照了附圖。不同示圖中的相同標號表示相同或相似的元件。如下詳細描述并不限制本發(fā)明。作為替代，本發(fā)明的范圍由所附權利要求限定。為了簡單起見，以下實施例將關于壓縮機中的螺紋接頭的用語和結構來闡述。然而，以下論述的實施例不限于壓縮機中的螺紋接頭，而是可應用于需要形成防泄漏螺紋接頭的其它系統(tǒng)。整個說明書所涉及的"一個實施例"或"實施例"意指結合實施例描述的具體特征、結構或特點包括在所公開的主題的至少一個實施例中。因此，出現(xiàn)在整個說明書中的多個位置的短語〃在一個實施例中〃或〃在實施例中〃不必指的是同一實施例。此外，具體的特征、結構或特點可以任何適合的方式結合到一個或多個實施例中。圖6為根據一個實施例的螺紋接頭200的分解視圖。螺紋接頭200有效地防止流體例如天然氣的泄漏。桿軸220經由法蘭230從高壓容器(參見，例如圖1中的腔室10)露出。桿軸220具有位于高壓容器內的一端和位于高壓容器外的相對端。除桿軸220和法蘭 230外，螺紋接頭200還可包括由螺母240和撓性密封件250形成的兩件式密封螺母。螺紋接頭200的所有構件都具有公共軸線260。法蘭230、螺母240和撓性密封件250在其相應內表面的至少一部分上具有螺紋。 這些螺紋具有與桿軸220外表面上的螺紋互補的形狀。螺母240在朝法蘭230組裝的一端上具有內部凹槽270。法蘭230在其朝向螺母 240組裝的一端上具有位于法蘭內的沉孔280。凹槽270的直徑可大于沉孔280的直徑。撓性密封件250構造成用以部分地配合在法蘭230的沉孔280內，且部分地配合在螺母240的凹槽270內。具體而言，撓性密封件250具有定形為用以填充沉孔280的第一部分290和定形為用以填充凹槽270的第二部分300。第一部分290和第二部分300可具有不同的直徑。在一個應用中，撓性密封件250的第一部分290其外徑小于第二部分300 的外徑。撓性密封件250具有中孔，以及定位在圍繞中孔的內表面上的螺紋310。螺紋310 具有與桿軸220上的螺紋互補的形狀。因此，撓性密封件250構造成用以在撓性密封件250 和/或桿軸220圍繞軸線260旋轉時沿軸線260相對于桿軸220移動。圖7中示出了螺紋接頭200的截面。桿軸220沿軸線260穿過法蘭230和螺母 240。撓性密封件250圍繞桿軸220安裝在法蘭230與螺母240之間。撓性密封件250配合在法蘭230的沉孔280和螺母240的凹槽270內。在一個應用中，撓性密封件250可由在受到永久變形之前能夠耐受大量應力的材料制成。例如，撓性密封件250可完全由橡膠或具有類似橡膠的彈性和壓縮性的其它聚合物制成。用于撓性密封件250的材料還可抑制因硫化氫(H2S)造成的腐蝕。螺母240和撓性密封件250形成兩件式密封螺母，該螺母使得螺紋接頭200能夠防止流體經由其泄漏。
為了組裝例如在氣體處理設備中的螺紋接頭200，桿軸220首先旋轉而沿軸線260 移動穿過法蘭230。然后，撓性密封件250旋轉而在桿軸220上行進，直到撓性密封件250 的第一部分290填充法蘭230內沉孔280的容積。在一個應用中，第一部分290其外徑小于第二部分300的直徑。 螺母240然后旋轉而在桿軸220上朝法蘭230行進，直到撓性密封件250的第二部分300填充螺母240的凹槽270。然后，將具有預定轉矩值的轉矩施加到螺母240上。例如，對于具有2英寸直徑的桿軸而言，施加800英尺磅(功的單位)的轉矩，而對于直徑為272 (或2. 5)英寸的桿軸而言，施加了 1000英尺磅的轉矩。螺母240可具有由大致矩形側部制成的外表面，其在垂直于軸線260的截面中形成六邊形。然而，螺母240的外表面不限于該六邊形形狀，且可具有其它形狀。螺母240可由金屬或認作是適合替代物的其它復合材料制成。在一個實施例中，撓性密封件250可由硬度計值為大約75的聚合物制成。撓性密封件250的長度可選為使撓性密封件能夠支承預定轉矩。例如，該長度可為0. 5英寸。當轉矩施加到螺母240上時，撓性密封件250受擠壓以圍繞桿軸220且在凹槽270 和沉孔280內緊密地配合。凹槽270和沉孔280的存在有利地防止了撓性密封件250在螺母240和法蘭230的外端面之間的變形。因此，由螺母240和撓性密封件250形成的兩件式螺母密封螺紋接頭具有增強的防止流體經由其泄漏的能力。此外，螺紋310和用于撓性密封件250的特征材料使得兩件式螺紋螺母在桿軸220 旋轉而沿軸線260移動時不易受到因撕碎造成的破壞。根據各種實施例的螺紋接頭的構件的幾何形狀具有至少一些以下特征(a)具有凹槽的螺母；(b)具有沉孔的法蘭；(c)撓性密封件，其具有配合在螺母凹槽中的第一部分和配合在法蘭沉孔中的第二部分；以及(d)具有螺紋的撓性密封件內表面。這些特征單獨地或組合地導致螺紋接頭對于防止經由其泄漏而言比現(xiàn)有的螺紋接頭更好。沉孔、凹槽和撓性密封件的尺寸選為容許足夠高的轉矩施加到螺母上。選擇具有用于撓性密封件的適合特性的材料會延遲或防止撕碎。另外，通過不使撓性密封件250暴露于法蘭230和螺母240 的外端面，施加到螺母240和法蘭230上的轉矩不大可能破壞撓性密封件250。圖8示出了根據一個實施例的密封螺紋接頭的方法的流程圖。在S810，該方法包括移動在外表面上具有第一螺紋的桿軸(例如，220)穿過在內表面上具有第二螺紋的法蘭 (例如，230)。第二螺紋具有與第一螺紋互補的形狀。此外，在S820，該方法包括在桿軸(例如，220)上朝法蘭(例如，230)移動在內表面上具有第三螺紋的撓性密封件(例如，250)，直到撓性密封件(例如，250)的第一部分 (例如，290)填充法蘭(例如，230)中的沉孔(例如，280)。第三螺紋具有與第一螺紋互補的形狀。在S830，該方法包括在桿軸(例如，220)上朝法蘭(例如，230)移動在內表面上具有第四螺紋的螺母(例如，240)，直到撓性密封件(例如，250)的第二部分(例如，300)填充螺母(例如，240)內的凹槽(例如，270)。第四螺紋具有與第一螺紋互補的形狀。最后，在S840，該方法包括在撓性密封件(例如，250)的第二部分(例如，300)填充螺母(例如，240)內的凹槽(例如，270)之后將預定轉矩施加到螺母(例如，240)上。
所公開的示例性實施例提供了一種密封螺紋接頭的方法、螺紋接頭和撓性密封件，它們具有較長的壽命周期且比常規(guī)方法、螺紋接頭和撓性密封件更好地防止泄漏。應當理解的是，此描述并非意圖限制本發(fā)明。相反，示例性實施例旨在涵蓋歸入如由所附權利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍中的備選方案、變型和等同布置。此外，在示例性實施例的詳細描述中闡述了許多具體細節(jié)，以便提供對所主張發(fā)明的充分理解。然而，本領域普通技術人員將會理解到，在沒有這些具體細節(jié)的情況下也可實施各種實施例。

盡管本示例性實施例的特征和元件在實施例中以特定的組合進行了描述，但也可在不具有實施例的其它特征和元件的情況下單獨地使用各特征或元件，或在具有或不具有本文所公開的其它特征和元件的情況下以各種組合來使用各特征或元件。本書面說明使用了所公開主題的實例來使本領域的任何普通技術人員能夠實施本主題，包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何所結合的方法。本主題可取得專利的范圍由權利要求限定，并且可包括本領域的普通技術人員所構思出的其它實例。這些其它實例視為處在權利要求的范圍之內。
權利要求
1.一種螺紋接頭(200)，包括法蘭(230)，其具有沉孔(280)和位于內表面上的螺紋，所述螺紋具有與桿軸(220)的外表面上的螺紋互補的形狀，所述法蘭(230)構造成容許所述桿軸(220)通過旋轉而移動穿過所述法蘭(230)；螺母(240)，其具有凹槽(270)和位于內表面上的螺紋，所述螺母(240)的螺紋具有與位于所述桿軸(220)的外表面上的螺紋互補的形狀，所述螺母(240)構造成通過旋轉而相對于所述桿軸(220)移動；以及撓性密封件(250)，其具有位于內表面上的螺紋，所述撓性密封件(250)的螺紋具有與位于所述桿軸(220)的外表面上的螺紋互補的形狀，所述撓性密封件(250)構造成通過旋轉而相對于所述桿軸(220)移動，且具有構造成用以填充所述法蘭(230)中的沉孔(280) 的第一部分(290)和構造成用以填充所述螺母(240)的凹槽(270)的第二部分(300)。
2.根據權利要求1所述的螺紋接頭，其特征在于，所述撓性密封件(250)由抑制因硫化氫(H2S)造成腐蝕的材料制成。
3.根據權利要求1所述的螺紋接頭，其特征在于，所述撓性密封件(250)由具有硬度計值為大約75的聚合物制成。
4.根據權利要求1所述的螺紋接頭，其特征在于，所述撓性密封件(250)的第一部分 (290)具有與所述第二部分(300)的外徑相比更小的外徑。
5.根據權利要求1所述的螺紋接頭，其特征在于，所述撓性密封件完全提供在所述凹槽(270)和所述沉孔(280)內。
6.根據權利要求1所述的螺紋接頭，其特征在于，所述螺母(240)由金屬或復合材料制成。
7.根據權利要求1所述的螺紋接頭，其特征在于，所述撓性密封件(250)由所述法蘭 (230)和所述螺母(240)覆蓋，而沒有外表面暴露于環(huán)境。
8.根據權利要求1所述的螺紋接頭，其特征在于，所述螺紋接頭圍繞所述桿軸(220) 形成，所述桿軸(220)具有位于界定具有高壓的流體的容器(10)內的第一端和位于所述容器(10)外的第二端，所述法蘭(230)具有朝所述容器(10)內的一側和朝所述容器(10)外的一側，所述撓性密封件(250)和所述螺母(240)安裝在所述桿軸(220)上位于所述容器 (10)外。
9.一種密封螺紋接頭的方法，包括通過旋轉而移動(S810)在外表面上具有第一螺紋的桿軸(220)穿過在內表面上具有第二螺紋的法蘭(230)，所述第二螺紋具有與所述第一螺紋互補的形狀；通過旋轉沿所述桿軸(220)朝所述法蘭(230)移動(S820)在內表面上具有第三螺紋的撓性密封件(250)，直到所述撓性密封件(250)的第一部分(290)填充所述法蘭(230)中的沉孔(280)，所述第三螺紋具有與所述第一螺紋互補的形狀；通過旋轉沿所述桿軸(220)朝所述法蘭(230)移動(S830)在內表面上具有第四螺紋的螺母(240)，直到所述撓性密封件(250)的第二部分(300)填充所述螺母(240)內的凹槽 (270)，所述第四螺紋具有與所述第一螺紋互補的形狀；以及在所述撓性密封件(250)的第二部分(300)已填充所述螺母(240)內的凹槽(270)之后將預定轉矩施加(S840)到所述螺母(240)上。
10.一種用于密封螺紋接頭的兩件式密封螺母，所述螺紋接頭包括在外表面上具有螺紋的桿軸(220)，所述兩件式密封螺母包括螺母(240)，其構造成用以包繞所述桿軸(220)并沿所述桿軸(220)移動，且具有凹槽 (270)；以及撓性密封件(250)，其構造成用以在保持所述桿軸(220)的法蘭(230)內包繞所述桿軸(220)且沿所述桿軸(220)移動，且具有構造成用以填充所述法蘭中的沉孔(280)的第一部分(290)和構造成用以填充所述螺母(240)中的凹槽(270)的第二部分(300)。
11.根據權利要求10所述的兩件式密封螺母，其特征在于，所述撓性密封件(250)和所述螺母(240)在相應的內表面上具有螺紋，所述撓性密封件(250)和所述螺母(240)的螺紋具有與所述螺紋桿軸(220)的外表面上的螺紋形狀互補的形狀。
12.根據權利要求10所述的兩件式密封螺母，其特征在于，所述撓性密封件(250)由抑制因硫化氫(H2S)造成腐蝕的材料制成。
13.根據權利要求10所述的兩件式密封螺母，其特征在于，所述撓性密封件(250)由具有硬度計值為大約75的聚合物制成。
14.根據權利要求10所述的兩件式密封螺母，其特征在于，所述撓性密封件(250)的第一部分(290)具有與所述第二部分(300)的外徑相比更小的外徑。
15.一種撓性密封件(250)，包括第一部分(290)，其構造成用以填充保持螺紋桿軸(220)的法蘭(230)中的沉孔 (280)；以及第二部分(300)，其構造成用以填充螺母(240)的凹槽(270)，且具有與所述第一部分 (290)的直徑不同的直徑，其中所述第一部分(290)和所述第二部分(300)在內孔的表面上具有螺紋，所述內孔構造成用以容許所述撓性密封件(250)沿所述螺紋桿軸(220)移動，所述撓性密封件(250)的螺紋具有與所述螺紋桿軸(220)的外表面上的螺紋互補的形狀。
全文摘要
本發(fā)明涉及螺紋接頭及密封螺紋接頭的方法。具體而言，一種螺紋接頭(200)包括法蘭(230)、螺母(240)和撓性密封件(250)。法蘭(230)、螺母(240)和撓性密封件(250)在相應的內表面上具有螺紋，該螺紋具有與桿軸(220)外表面上的螺紋互補的形狀。法蘭(230)構造成容許桿軸(220)通過旋轉而移動穿過法蘭。螺母(240)和撓性密封件(250)構造成通過旋轉而來相對于桿軸移動。法蘭(230)具有沉孔(280)，而螺母(240)具有凹槽(270)。撓性密封件(250)具有構造成用以填充法蘭(230)中的沉孔(280)的第一部分(290)，以及構造成用以填充螺母(240)的凹槽(270)的第二部分(300)。
文檔編號F16B37/00GK102345661SQ20111022446
公開日2012年2月8日 申請日期2011年7月29日 優(yōu)先權日2010年7月30日
發(fā)明者J·雷納爾, M·曼蘇克, V·多 申請人:諾沃皮尼奧內有限公司