CN100507337C - 锁紧环和管接头 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于将管接头限制在第一管和第二管之间的锁紧环，所述锁紧环包括为环形的主体，锁紧环在没有倾向于分离接头的力期间，处于保持在接头内的静止形状、并且当第一管的轴从第二管的轴沿径向或成角度地位移时，适合于响应于所述力而以使沿所述主体的第一位置旋转达到比沿着所述主体的第二位置更大的程度的方式进行扭曲，其中所述第二位置在圆周方向上与所述第一位置分开。本发明还提供一种用于将管接头限制在第一管和第二管之间的锁紧环、以及一种管接头。

Description

锁紧环和管接头
技术领域
一种设计成在自限制管接头内工作的锁紧环。这种锁紧环设计成(这可以包括对形状和材料属性的综合关注)在暴露给集中负荷时就变形，从而将这个负荷分布在管接头的更宽区域上，以便增加接头的推力限制能力。
背景技术
当前技术状态下的自限制管接头通常公知的为由美国Pipe and FoundryCo.Inc公司所制造的TRFLEX
Figure C200480027670D0006141903QIETU
Pipe接头。除了别的以外，在美国专利US4540204中对此进行了描述，其依赖于各个锁紧段，这些锁紧段使位于一根管的塞(凸)端上的焊缝与形成在接头或配合管的钟形件(bell)(凹)端内的空腔啮合。已经确定对包括这个原理的现有技术进行若干区域的改进。首先在于所有装配条件(包括布置结构和尺寸偏差)下各个锁紧段可以不完全啮合放置在管塞端上的焊缝。这些条件可以是如此严重以致于这些段实际上整体错过焊缝。这种情况将极大地影响接头的推力限制能力。第二种问题是当接头偏转时，塞以某一角度接近钟形件，而不是同心和平行。这种情况改变一根管的钟形件内的段空腔(钟形件槽)和另一管的塞端上的焊缝之间的纵向间隙。简言之，间隙具有变化的分离幅度。这个间隙典型地是各个锁紧段要渡过的东西。因此，只有在最小间隙区域内的单个(多个)锁紧段将要啮合，在配合管的钟形件和塞上产生集中负荷。第三种问题是在所有但最理想的环境下可能难以装配，因为各个锁紧段必须滑入配合管的塞和钟形件之间的间隙，以及这个间隙必须保持很小以便允许这些段啮合管接头的两半。第四种问题是接头对制造公差敏感。如果允许公差变化太多，则锁紧段可能不啮合配合管的塞端，导致接头性能降低。
发明内容
下面描述的本发明目的只是选择性和示例性目的，一个或任何一个都不应该错误地看成实施本发明的需要，或者要实现的目的的穷举。
本发明提供一种用于将管接头限制在第一管和第二管之间的锁紧环，所述锁紧环包括为环形的主体，锁紧环在没有倾向于分离接头的力期间，处于保持在接头内的静止形状、并且当第一管的轴从第二管的轴沿径向或成角度地位移时，适合于响应于所述力而以使沿所述主体的第一位置旋转达到比沿着所述主体的第二位置更大的程度的方式进行扭曲，其中所述第二位置在圆周方向上与所述第一位置分开。
本发明还提供一种用于将管接头限制在第一管和第二管之间的锁紧环，所述锁紧环包括带有纵向长度且基本为环形的主体，其中锁紧环适合于通过以使沿所述主体的第一位置旋转达到比沿着所述主体的第二位置更大的程度的方式进行扭曲来改变纵向长度，其中所述第二位置在圆周方向上与所述第一位置分开。
根据本发明的另一方面，提供一种管接头，包括：a、第一管，所述第一管包含管钟形件和环状地布置在管钟形件内的钟形件槽，所述钟形件槽由钟形件推力面限制在沿轴向朝外的侧面上，b、第二管，所述第二管包含管塞和位于管塞上的焊缝，所述管塞在某一位置上部分位于管钟形件内，在所述位置上焊缝与管钟形件内的钟形件推力面分开沿轴向测量的距离，其中在环绕管塞外围的某一位置上，管塞与管钟形件沿径向分离达到环形间隙，c、位于钟形件推力表面和焊缝之间的锁紧环，锁紧环与钟推力面和焊缝连续接触，钟形件推力表面和焊缝分离有间隙，当在管接头内的不同位置上测量时，间隙具有不同的测量值，其中锁紧环适合于通过以使沿所述主体的第一位置旋转达到比沿着所述主体的第二位置更大的程度的方式进行扭曲来改变纵向长度，其中所述第二位置在圆周方向上与所述第一位置分开。
在很多种安装条件、装配条件和制造公差下，提高技术发展水平的限制接头性能。
在很多种装配条件和制造公差下使接头的装配更容易和更快速。
允许使用更大的制造公差，而不在性能方面进行折衷。上述目的和优点既不是对发明本质和范围的穷举，也不是对其进行的各个评论，除非按照公布的权利要求所限定的。根据本发明的下列描述，对于本领域技术人员而言，本发明的其他替代目的和优点将变得显而易见。
一种设计成在自限制管接头内工作的锁紧环。这种锁紧环设计成(这可以包括对形状和材料属性的综合关注)在暴露给集中负荷时就扭曲，从而将这个负荷分布在管接头的更宽区域上，以便增加接头的推力限制能力。
附图说明
图1表示使用本发明的锁紧环的实施例的部分管接头的剖视图，表示锁紧环位于管钟形件和管塞之间的适当位置上，管钟形件和管塞的轴沿径向和成角度地对齐。
图2表示本发明的锁紧环实施例的横剖视图。
图3表示本发明的锁紧环实施例的等距图。
图4表示沿着环平面观察的本发明的锁紧环实施例的图，其中吊耳位于侧面。
图5表示沿着环平面观察的本发明的锁紧环实施例的图，其中吊耳位于图中心以表示裂口。
图6表示本发明的锁紧环实施例的侧视图。
图7表示本发明的锁紧环实施例的顶视图(即，从锁紧环平面外部的位置上进行观察)。
图8表示位于本发明锁紧环实施例上的吊耳实施例的顶视图。
图9表示与本发明的锁紧环实施例组合的管接头，其中管钟形件和管塞的轴沿角度相互位移。
图10表示图9的另一视图，其中带有更强的角度位移。
图11表示本发明的锁紧环实施例的视图，图解沿质心轴出现的扭曲。
具体实施方式
下面是从本发明的许多不同方面对本发明实施例的详细示例性描述。本领域技术人员将能理解，本文中提供的特征只是用于关于示例性实施例进行例证的目的，而不是解释为限定本发明或权利要求的范围。
转到图1，图示了本发明的接头的横剖视图，其中基本为环形体的锁紧环2位于适当位置以防管塞6从管钟形件1抽出。在图1中，锁紧环2图示为处于静止状态(当在成角度或径向地位移的接头内没有对它施加力时)。特别是对于本领域普通技术人员而言，根据图1中的描述显而易见，在接头内，管塞6以这样的方式部分布置在管钟形件1内以便在它们两个之间存在一些环形间隙20，但锁紧环2具有比环形间隙20更大的径向高度。因此，锁紧环2不能穿过环形间隙20。发明人使用的图示实施例是金属的管和钟形件，尤其是延性铁。本领域技术人员将能理解，在正常装配中，锁紧环2插入管钟形件1内，并且在管塞6插入管钟形件1之前布置到钟槽12内。如图1中所示，钟槽12可以近似锁紧环2的结构，但无论如何钟槽12的尺寸都大于锁紧环2的尺寸，以便允许锁紧环2在钟槽12界限内具有一定运动自由度(直到锁紧环2夹在适当位置上，或者接头承受到推力负荷)。因为这种运动自由度，通过穿过锁紧环2下的焊缝5，管塞6能插入直到至少图1中所示的位置，例如当锁紧环2保持远离管塞6(例如，通过环的弹簧张力)，或者相反，稳固地保持靠着管塞6时出现。根据图1内的绘图将能理解，焊缝5沿轴向处于钟形件推力面4的内侧(图中右侧)。除了受本发明锁紧环2影响的限制之外，密封环，例如垫圈，可以布置在接头内的适当位置上以提供流体密封。作为实例，图1内的钟形件槽12图示为沿径向处于这样的密封区的外侧(图中左侧)。
如图所示，管钟形件1经由环推力面3和钟形件推力面4啮合锁紧环2。在图1所示的实施例中，这些面(推力面)定向成以约30度从管钟形件的中心线径向地伸出。这种配合角确定推力负荷(限制)与径向(定位)负荷的关系。限制推力负荷是目的，但需要最小的径向负荷来定位和保持锁紧环。这两个力的关系影响接头的总限制，并且由本发明提出。锁紧环2位于钟形件推力面4和焊缝5之间。在装配期间将锁紧环夹在管塞6的外表面，以便锁紧环的内角7啮合焊缝5，这样的啮合至少出现在从管钟形件1向外拉管塞6时。由此完成负荷路径。推力经由推力面(3和4)从管钟形件1传递给锁紧环2，然后经由内角7和焊缝5的界面传递给管塞6。在初始装配之后，在一些实施例中，环绕锁紧环2的钟形件槽12的作用可以致使继续使用不必要的夹力。如图中所示，当焊缝5施加运动阻力时，环塞面9，而实际上为锁紧环2，不是旨在侵入管塞6或者导致管塞6变形。在图示的实施例中，因此它没有适合于侵入管塞6的齿。
将锁紧环2夹到管塞6外表面的方法的非穷举实例包括：使用带有静止结构且直径小于管塞6的环(能手动膨胀环来允许焊缝5在其下穿过)，或者在焊缝5进入管钟形件1时已经穿过锁紧环2之后，使用卡钳或其他机构来一起拉锁紧环2的裂口端。如图3-8中所示，具体图示的本发明实施例在锁紧环2的裂口端上使用吊耳(“蝶片”)，这些蝶片沿锁紧环2的轴向延伸(即，它们垂直于锁紧环2的平面)。图中图示的这些蝶片配置成从管钟形件1向外延伸，即使当锁紧环2位于钟形件槽12内时，也允许它们夹住，齿合在一起，闩锁在适当位置，或者另外以某一方式作用来将锁紧环2的裂口端拉在一起，或者将锁紧环2压缩成与管塞6夹合。在本发明人使用的一种结构中，管钟形件1在沿着它的外面13的某一点上包括槽或切口，槽或切口足够大以便允许蝶片从其穿过。作为选择，蝶片能配置成穿过环形间隙20以变得能到达管钟形件1的外部。从前一段落中能看出，当锁紧环2夹到管塞6上时，通过如本段中所述而产生的夹力，或者通过管钟形件1环绕锁紧环2的作用，锁紧环2不能滑向管钟形件1的外部，因为它的径向高度大于环形间隙20的高度，并且焊缝5不能滑过锁紧环2，因为它与管塞6邻接。如前一段落中所教导的，并且根据图1内的绘图将能理解，通过以导致“滑楔”作用的角度使钟形件推力面4和环推力面3相遇的事实，进一步确保锁紧环2与管塞6的邻接(在管塞6从管钟形件1向外运动期间，这是管塞6向图1内左侧的运动)。换句话说，对于锁紧环2沿管钟形件1的朝外方向(即朝图1中的左侧)的每单位运动而言，锁紧环2也沿径向被朝内推动，这样与管塞6趋于更有力的接触。
当两半配合接头(例如管钟形件1和管塞6)的中心线同心时，忽略制造缺陷，推力负荷环绕锁紧环2的配合表面均匀地分布。如果接头偏转，从而一半接头(例如钟形件或塞)的中心线不再与另一半接头的中心线同心(即，一个中心线偏离有角度或径向位移)，然后，负荷不再环绕锁紧环均匀地分布，但集中在环的特定区域内。这个集中负荷的区域通常位于钟形件推力面4和焊缝5之间最靠近的纵向点上。目前的技术发展水平的限制接头由于这种集中负荷情形而将经受性能降低(例如，承受全推力负荷的能力降低)。在本发明中，但片锁紧环2通过关于它的质心轴扭曲(变形)来分配这种集中负荷。这种扭曲改变锁紧环的外观纵向长度，并且允许锁紧环渡过钟形件推力面4和焊缝5之间经常变化的间隙。在接头没有位移的地方，如图1中所示，锁紧环2不扭曲。例如，参见图9，图示了成角度位移的接头内处于适当位置上的锁紧环2。如图9中所示，锁紧环2关于它的质心轴扭曲(能看出，在位置x，环塞面9基本上水平，或平行于钟形件轴，位于上位置内，同时在位置y，处于基本平行于塞6轴的角度，如果锁紧环2沿着它的长度扭曲，这才能出现)。作为实例，这种扭曲作用致使环在一个位置上关于质心轴旋转达到比在沿着锁紧环2的另一位置上更大的程度(或者甚至在不同的方向)，例如，如果在管上拉伸的橡胶环保持在一个位置内的适当位置上，并且在另一位置上沿着管的表面滚动，将能出现这种扭曲作用。图10图示了更极端的偏转接头，同样描述了扭曲。图11图示了锁紧环2的切口，通过图示锁紧环2位于平面上的切口来描述扭曲，以便例证可能出现的扭曲。锁紧环的这种扭曲能力受锁紧环的横截面形状和环的材料属性的影响。
实际上，在偏转接头内，其中锁紧环2已经扭曲，环塞面9可以享有与管塞6相关的角度范围。也就是，变化的角度可以沿着环的内圆周长度出现在环塞面9和管塞6之间。作为实例，在某些位置上它可以基本是平坦(平行)地邻接到管塞6，同时环外角11或内角7(或者都在不同的位置上)上升以便沿着长度来改变度数。
在图示的实施例中，例如，环的横截面形状通常是梯形(如果把环顶部10看作“边”；另外，与图示的绘图一致，它能看作为三角形横截面)，并带有水平底面、约30度的环推力面3(从垂直面测量)、约10度的环背面8(从垂直面测量)、以及约1英寸高和约1英寸宽的总尺寸(从图中能看出，边缘可以是圆形的，而不是到达精确顶点)。图示实例内的材料是65-45-12延性铁(Ductile Iron)。如图中描述的实施例所示，假设内径为44.3英寸和吊耳长度为约4.5英寸，则已经看出环的重量约为27.8磅。如图3、4、5和7中所示，处于静止状态的锁紧环2沿着它的平面基本是平的(即，它还没有扭曲，如上所述，响应于径向位移或特别是角度位移出现扭曲)。
图示实施例内的环推力面3的角度匹配钟形件推力面4的角度，尽管不需要精确匹配。从笔直的径向线(垂直线)起，这种角度典型地位于约10度和约45度之间，并且依赖于推力(纵向)负荷和径向负荷之间的理想比。横截面的总长度和宽度可以是与理想强度和硬度相应的任何理想值。根据理想硬度(扭曲阻力)和质心位置，背面可以是0和60度之间的任何角度。材料可以是具有适当展延性和承压应力阻力的任何材料。
在一些实施例中，本发明允许接头基本在装配条件(包括布置结构和尺寸变化)的全范围内基本上保持它的全推力限制额定值，然而，现有技术的接头在某些装配条件下可能呈现出降低的性能。
同样地，在一些实施例中，本发明允许通过现有技术在现场内更快速和容易地装配。本发明的一些实施例可以允许在管钟形件内使用更大的制造公差，而没有失去与配合管焊缝接触的风险。与刚性环或各个段相比，本发明的一些实施例通过缩减材料需求来允许接头的制造成本可能减少。
前面呈现了本发明的某些示例性实施例，这些实施例选择成通常给本领域技术人员教导本发明的原理和实施，以便他们根据工业技术可以使用它们在本领域的标准技术来产生本发明要求的这些实施例或其他和可变实施例，同时保持位于本发明的范围和实施，以及本公开的发明教导内。发明人强调，本发明具有许多具体实施例，本发明的范围不应该比所公布的权利要求限制的更小。除非另外特别规定，申请人在结合例证性实施例的详细描述中始终使用任何术语不是旨在将术语含义限定成比术语通常理解更窄的特定含义。而且，所述优点只是示例性的和选择性的，而不应该解释成在所有情况下都需要。
图示的图都只是例证性实施例。注意，在这些图内完成和测量对于图示的实施例而言是精确的，但本领域普通技术人员将能理解可以进行变化。

Claims (25)

1、一种用于将管接头限制在第一管和第二管之间的锁紧环，所述锁紧环包括为环形的主体，锁紧环
a、在没有倾向于分离接头的力期间，处于保持在接头内的静止形状，
b、当第一管的轴从第二管的轴沿径向或成角度地位移时，适合于响应于所述力而以使沿所述主体的第一位置旋转达到比沿着所述主体的第二位置更大的程度的方式进行扭曲，其中所述第二位置在圆周方向上与所述第一位置分开。
2、如权利要求1所述的锁紧环，其中所述静止形状没有扭曲。
3、如权利要求1所述的锁紧环，其中在静止形状时，锁紧环的径向内表面平行于第二管，其中扭曲之后，至少部分径向内表面相对于第二管偏离某一角度，所述角度沿着锁紧环而变化。
4、如权利要求3所述的锁紧环，其中所述径向内表面是平坦的。
5、如权利要求1所述的锁紧环，包括：
c、径向内表面，其适合于放置成与第二管接触，
d、环推力面，其适合于接触位于第一管的钟形件槽内的钟形件推力面，
其中环推力表面和径向内表面之间的角度在45度和80度之间。
6、如权利要求1所述的锁紧环，包括65-45-12延性铁。
7、如权利要求1所述的锁紧环，包括呈梯形或者三角形构造的横截面。
8、如权利要求1所述的锁紧环，所述锁紧环没有能侵入第二管的管塞内的齿。
9、如权利要求1所述的锁紧环，其中通过所述扭曲，锁紧环适合于渡过位于第一管的钟形件推力面和第二管管塞上的焊缝之间的幅度变化间隙。
10、一种用于将管接头限制在第一管和第二管之间的锁紧环，所述锁紧环包括带有纵向长度且基本为环形的主体，其中锁紧环适合于通过以使沿所述主体的第一位置旋转达到比沿着所述主体的第二位置更大的程度的方式进行扭曲来改变纵向长度，其中所述第二位置在圆周方向上与所述第一位置分开。
11、如权利要求10所述的锁紧环，其中在锁紧环上的第一位置和锁紧环上的第二位置之间，所述沿轴向长度的改变幅度有变化。
12、如权利要求10所述的锁紧环，其中通过所述扭曲，锁紧环渡过位于第一管的钟形件推力面和第二管管塞上的焊缝之间的幅度变化间隙。
13、如权利要求10所述的锁紧环，其中在静止状态下锁紧环没有扭曲。
14、如权利要求10所述的锁紧环，其中在静止状态下，锁紧环具有径向内表面，该径向内表面适合于平行于第二管，其中扭曲之后，至少部分径向内表面相对于第二管偏离某一角度，所述角度沿着锁紧环而变化。
15、如权利要求10所述的锁紧环，包括基本平的径向内表面。
16、如权利要求10所述的锁紧环，包括：
a、径向内表面，其适合于放置成与第二管接触，
b、环推力面，其适合于接触位于第一管的钟形件槽内的钟形件推力面，
其中环推力表面和径向内表面之间的角度在45度和80度之间。
17、如权利要求10所述的锁紧环，包括65-45-12延性铁。
18、如权利要求10所述的锁紧环，包括呈梯形或者三角形构造的横截面。
19、如权利要求10所述的锁紧环，所述锁紧环没有能侵入第二管的管塞内的齿。
20、一种管接头，包括：
a、第一管，所述第一管包含管钟形件和环状地布置在管钟形件内的钟形件槽，所述钟形件槽由钟形件推力面限制在沿轴向朝外的侧面上，
b、第二管，所述第二管包含管塞和位于管塞上的焊缝，所述管塞在某一位置上部分位于管钟形件内，在所述位置上焊缝与管钟形件内的钟形件推力面分开沿轴向测量的距离，其中在环绕管塞外围的某一位置上，管塞与管钟形件沿径向分离达到环形间隙，
c、位于钟形件推力表面和焊缝之间的锁紧环，锁紧环与钟推力面和焊缝连续接触，钟形件推力表面和焊缝分离有间隙，当在管接头内的不同位置上测量时，间隙具有不同的测量值，其中锁紧环适合于通过以使沿所述主体的第一位置旋转达到比沿着所述主体的第二位置更大的程度的方式进行扭曲来改变纵向长度，其中所述第二位置在圆周方向上与所述第一位置分开。
21、如权利要求20所述的管接头，其中锁紧环至少包括一个尺寸大于环形间隙距离的横截面。
22、如权利要求20所述的管接头，其中所述锁紧环响应于第一管的轴从第二管的轴成角度的位移而扭曲。
23、如权利要求20所述的管接头，其中所述锁紧环响应于第一管的轴从第二管的轴的径向位移而扭曲。
24、如权利要求20所述的管接头，其中所述钟形件推力面以偏离径向10度和45度之间的某一角度设置。
25、如权利要求20所述的管接头，其中所述锁紧环包括环背面，环背面以偏离径向约10度的角度设置。
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