CN101035651A - 液压张紧千斤顶的改进 - Google Patents

Abstract

轴向可膨胀垫片(51、53)可插入被张紧螺栓(19)上的螺母(20)和元件(C)上的面(F)之间，垫片具有斜面(52、54)从而当螺栓被液压张紧器(25)张紧时占据间隙，其中拉出杆(35)与螺母(120)上的伸出部分(121)啮合。分裂环(60)具有径向可移动的区段(61)从而允许拉出杆(35)和螺母(120)上螺栓(19)的端部之间快速啮合/释放。

Description

液压张紧千斤顶的改进

技术领域

本发明涉及用于张紧紧固件的液压张紧千斤顶(hydraulictensioning jacks)，紧固件的张紧系统，及其所用的结构和附件。

背景技术

利用液压装置对螺栓施加负载以产生精确数量拉力的原理已经被公知和接受。通常，此类设备的使用要求螺栓延伸超过螺母从而允许张紧器的拔具与其连接。在许多情况下，这将是不可能的或是不需要的。例如，用以固定涡轮和其它蒸汽发生设备的螺栓替换非常昂贵，并且较长的螺栓需要对隔热和附属设备进行大规模修改。在国际公开WO00/51791的文献(＝PCT/AU00/00138)提出给螺栓配备连接器(coupling)的方法，该方法允许对这样的设备使用液压张紧设备。

很清楚，这样的连接器必须能够传递使螺栓螺纹部分(bolt shank)伸长所必须的极大的力。

圆锥形螺纹连接器是公知的，并且通常连接钻杆连接器的“公母螺纹(pin&box)”末端。然而，如果将其制作并装配到这类有限的空间，那么能够获得的有限尺寸和高强度螺栓连接的极高负载要求意味着据此设计制造的连接器不能承载这样的力。

普通锥形螺纹结构有如下限制：

公称截面区域(nominal sectional area)的力承载能力太低；以及

螺纹齿侧面的夹角使力径向向外偏转。

当被其它制造者以标准格式用于蒸汽涡轮的螺纹张紧时，这些螺纹形状被证明是无效和危险的，将会产生很多断裂和向空中发射张紧器附件。

发明内容

本发明的目的是提供一种使用伸出螺母连接液压张紧千斤顶和被张紧螺栓的方法，其中螺母从液压张紧千斤顶向螺栓传递拉力。

一个优选的目的是提供可调整的垫片装置，其可操作地被放置在螺母下，从而当螺栓被张紧时封闭张紧间隙(strain gap)。

另一个优选的目的是在千斤顶和螺母之间提供快速释放的连接。

还有一个优选的目的是在液压张紧千斤顶和被张紧的螺栓之间提供快速释放的连接，其中，螺栓延伸超过张紧螺母。

其它的优选目的通过下面的描述得以明了。

整个说明书中所用的术语“螺栓”包括全螺纹螺栓、双头螺栓和其它用以将两个或以上元件/物品/零件连接在一起的紧固件。

一方面，本发明提供的张紧螺栓的方法包括如下步骤：

将螺母作用到螺栓，其中螺母延伸超过螺栓的栓体；和

将张紧设备连接到螺母；从而被布置成螺母可以将张紧设备产生的拉力传递到螺栓。

优选，在螺栓周围，在螺母和所要夹紧的元件之间插入膨胀垫片，膨胀垫片轴向可以延伸从而当螺栓被拉力张紧时占据螺母和元件之间的张紧间隙。

优选，在张紧设备的拉出杆上设置分段套(segmented sleeve)，所述分段套可选择性地与螺母啮合从而在拉出杆和螺母之间提供可释放的连接。

优选，分段套的区段和拉出杆具有互补的螺纹牙形从而在分段套和拉出杆之间形成高强度的偏梯形螺纹锥形(BTC)连接器(此后在整个说明书和权利要求书中称为“BTC”连接器)。

优选，外周环(peripheral ring)或其它操作装置，相对于拉出杆，可选择性地收缩或膨胀分段套的区段，从而退出或进入与螺母的啮合。

第二方面，本发明提供实现第一方面方法的设备。

第三方面，本发明提供使用张紧设备张紧螺栓的方法，其中：

分段套可操作地与张紧设备上的拉出环或杆啮合并与螺栓可选择性地啮合。

优选，张紧套具有多个区段，这些区段径向可伸长从而与螺栓啮合。

优选，区段和拉出环或杆具有互补的螺纹牙形从而在分段套和拉出环或杆之间形成BTC连接器。

优选，机械或液压装置可选择性地移动分段套的区段从而径向进入或退出与螺母啮合。

附图说明

为使本发明能够被充分理解，下面通过参考附图说明优选的实施方式，其中：

图1是传统液压螺栓张紧器的侧剖视图，其安装有国际公开号为WO00/51791的文献中的BTC连接器；

图2是公知的液压螺栓张紧器的新实施方式的类似视图。

图3A(i)至(iv)和3B(i)至(iv)显示放置在螺母下的可膨胀垫片的替换实施方式；

图4和5是本发明第一和第二实施方式的各自侧剖视图；

图6显示第三实施方式的类似视图，其中在螺母和拉出杆之间提供BTC连接器；

图7是第四实施方式的类似视图，其中BTC连接器用于启动可移动的段从而在螺母和拉出杆之间形成“快速连接”的连接器；

图8和8A是装配好的第五实施方式的相应侧剖视图和侧透视图；

图8B是第五实施方式“分解”的剖视透视图；

图9A和9B是螺栓安装有分段套的第六实施方式的侧剖视图；

图9C和9D是安装好的以及“分解”的替换性分段套的透视图；

图9E和9F是其它替换性分段套的类似视图；

图10A和至10D示出了横向位移和螺纹牙形螺距的关系；

图11是第七实施方式的半自动张紧器的侧剖视图；

图12和13A是第八和第九实施方式的类似视图；

图13B是图13A的俯视图；和

图14A至14C是第十实施方式的俯视，俯视和侧视图。

具体实施方式

如国际公开WO00/51791的文献所披露，高强度的偏梯形螺纹锥形(BTC)连接器，如在下文中说明和示出的实施方式中被使用，其具有附加的快速接合的优点。普通平行螺纹连接器必须旋转而通过其每圈接合长度，而BTC连接器的偏梯形依靠锥形角和螺距在2-3圈内就可以完全到位。

图1是按照国际公开WO00/51791的文献的已知液压张紧器的例子，其中张紧设备25的拉出杆35经由BTC连接器200向内连接到螺栓19，并装配有螺母20。桥38在螺母20周围延伸并与元件C的表面F接合从而由张紧螺栓19(和螺母20)夹紧。

在图2的实施方式中，螺栓19设置有BTC连接器200的凸出部201。

在两个实施方式中，螺栓19延伸超过螺母20的顶部。

在图2的实施方式中，圆锥形螺纹不仅仅在螺栓19和拉出杆35间提供连接，而且可以用以启动下文中描述的连接段内的区段。

如上所述，在拉出杆35和螺栓19之间并不是总能实现所需的连接，这是由于它们之间有限的连接长度，也就是说，使得连接器不能维持从拉出杆35向螺栓19传递的非常高的拉力。

在螺栓19已经固定就位或机械不能使用而进行替换的情况下，那么就需要使用可替换的系统，其可以提供快速和经济方案解决这个问题。如果螺栓19不能伸长，那么建议使用螺母20作为标准螺栓19和张紧器的拉出杆35之间的中间连接器。很清楚，一旦承受力的作用，螺母不能旋转到接合面F并保持力，所以必须找到可替换的方法从而封闭当张紧器25在承受压力时在螺母下出现的“张紧间隙”。

图3A(i)至(iv)和3B(i)至(iv)显示两类可以布置在螺母下用以封闭张紧间隙的膨胀垫片51、53。图3A(i)至(iv)的膨胀垫片51具有两个互补的垫片半片51a、51b，垫片半片的任何一个具有基本圆形的孔51c、51d和平坦的端面51e、51f。

垫片半片51a、51b具有螺旋斜面52，该螺旋斜面由邻接面51g、51h终结。螺旋斜面52与平坦的端面51e、51f的倾角这样选择以便当膨胀垫片51插入螺母20和元件之间时在垫片半片51a、51b之间将没有相对的转动。一种典型的倾角是13°。

图3B(i)至(iv)的膨胀垫片53具有垫片半片53a、53b，在平面视图中(参见图3B(ii))，基本上是椭圆形，具有伸长孔53c、53d和平坦的端面53e、53f。

垫片半片53a、53b，具有各自的斜面54，该斜面这样布置以便当垫片半片53a、53b在图3B(i)内的箭头A方向彼此相对移动时使得膨胀垫片53的轴向长度增加。而且，斜面54的倾角将这样选择以便当张紧器被释放而螺母20施加夹紧力时，防止垫片半片53a、53b相对横向位移。

膨胀垫片53可以配备有简单的机构(没有示出)，例如偏心驱动环(eccentric drive ring)，从而简化垫片半片53a、53b同时插入。

现在参考附图4，膨胀垫片51插入元件C的面F和螺母120的底面之间，螺母120伸长超过螺栓19，螺母120的伸出部分121具有与张紧设备25的拉出杆35上的外螺纹35a互补的平行螺纹121a。

螺母120在拉出杆35和螺栓19之间提供中间连接器，从而使拉力能够在其间传递。

因为螺母120不能绕螺栓19旋转从而维持与面F的接触，所以通过两个垫片半片51a、51b的相对旋转进而操作膨胀垫片51以封闭螺母120和面F之间的“张紧间隙”。

在图5的实施方式中，可膨胀垫片51被可膨胀垫片53所替换。

当拉出杆35施加所需的拉力到螺母120时，使垫片半片53a、53b在箭头B方向移动从而轴向膨胀垫片53并占据螺母120的底面122和元件C的面F之间的空隙。当由拉出杆35施加到螺母120的拉力被释放时，垫片半片53a、53b上的斜面54的倾角防止垫片半片53a、53b任何横向位移。

在图6的实施方式中，螺母120的伸出部分121和拉出杆35设置有如前所述类型的快速释放BTC连接器200。

使用“伸出的”螺母120，和膨胀垫片51、53能够有效传递拉力负载到螺栓19，在不改变现有螺栓19的情况下不是不可能的，这对于本领域技术人员而言是显而易见的。

图7和8显示了在半自动和全自动构造中附加有“快速连接”连接器的上述螺栓张紧组件。这些将在下面更为详细的讨论。

液压螺栓张紧器被广泛采纳作为精确和可信赖地向螺栓施加拉力的装置。其操作中的最慢部分是螺栓杆上工具的安装和拆卸。最需要制成可以避免不得不进行长时间旋上和旋下连接片的工具。

本发明人已经研发了多种设备，其能够沿着螺纹快速展开和能用于使得自动化的螺母与螺栓接合的液压张紧器。

如图7所示，拉出杆35设置有分段套60，从而提供螺母120和拉出杆35间“快速释放”的连接。

分段套60具有三个区段61和拉出杆35，其中偏梯形螺纹202、201在区段61内，在拉出杆35和区段61间设置BTC连接器200，并允许具有外螺纹203的区段径向向外移动从而与螺母120上的伸出部分121内的螺纹啮合。

锁紧机构64延伸通过拉出杆35并在其内端面具有驱动盘65，其具有的驱动销66与区段61端面内的套接合。

该分段套径向“倾斜”以便驱动盘65的旋转导致区段61更多的进入或离开与伸出的螺母120的伸出部分121的内螺纹啮合。

应当注意螺母120的伸出部分121和区段的外表面具有互补的平行螺纹，同时拉出杆35和区段61的内表面通过BTC连接器200连接。

在图7中，锁紧机构由顺时针旋转锁紧机构而驱动，该旋转被传送到驱动盘65和销66，接着到分段套60。该分段套靠着拉出杆35的锥形螺纹的旋转动作使区段61膨胀从而完全啮合伸出的螺母120的内螺纹。对张紧器加压并使垫片51、53膨胀从而封闭张紧间隙。然后压力被释放，并且通过锁紧机构64的反向动作使张紧器不接合从而退出该套段。

图8、8A和8B显示类似结构的张紧器，其中膨胀该套从而啮合伸出螺母120的内螺纹的动作是通过顺时针旋转拉出杆135而启动的。拉出杆135与段区161上的摩擦板166接合。在该实施方式中，拉出杆135必须自由旋转。当拉出杆135逆时针旋转时，段161由弹簧的力作用而退出接合。

参考附图8和8B，环160的区段161具有与螺母129的伸出部分121上的螺纹122啮合的外螺纹162，螺母120与被张紧的螺栓119啮合。

区段161的内螺纹这样设计以便在液压张紧器125的拉出杆135上螺纹136形成BTC连接。因为拉出杆135向上移动(即，离开螺母120)，与拉出杆135啮合的区段161径向向外移动与螺母120的伸出部分121啮合从而使螺母120能够向螺栓119施加拉力。

图9A和9B显示具有上述保持机构的快速释放张紧器。在此情况下，区段61和底杯68具有互补的螺纹。很清楚，如果这个螺母要在螺栓上封闭而不会导致其圆锥形螺纹和螺栓界面螺纹之间的干涉，那么圆锥形螺纹的节距理想的应当选择成产生横向位移并与螺栓螺纹的牙侧角(flank angle)相一致。如果节距相等，这将自然产生，但是为快速封闭该套，最理想的是在圆锥形螺纹上有大节距。

图9C和9D；和9E和9F，示出了各自的分段连接器，其使用锥形杯而不使用螺纹杯，从而通过各种手动旋转“元件”的移动而启动。

图9C和9D的连接器360具有与三个区段361接合的单个顶盖362，该三个区段361位于圆锥形杯368内。顶盖362具有容纳在区段361周围的套369a内的销369。

顶盖362向下推并旋转而导致内螺纹363，例如与螺栓(没有示出)接合。盖362的旋转导致段361在螺栓周围旋转和向下移动并进入杯368，锁紧段361而与螺栓啮合。

图9E和9F“双顶盖”连接器460允许操作者抓紧一个顶盖并旋转另外一个从而进行接合。连接器460是弹簧加载并快速卡接在螺栓上并当反向旋转拆卸时提供离开的位置。

连接器460具有操作环(或盖)465，该操作环具有伸长的、曲面槽467，该槽467容纳径向穿过盖462的径向槽468的销(没有示出)，并被容纳在段461的孔469内。在俯视图内，操作环465内的槽467径向分开的(divergent)，以便当操作环465相对于盖462旋转时，槽467导致销径向向内(或任选的)，和向下移动段461，从而进入锁紧锥形杯470内的啮合(或向上释放)，内螺纹463锁紧螺栓(没有示出)，。

图10A至10D显示节距和横向位移之间的关系，假定45°的锥角，产生1∶1的轴向和横向位移。每圈的横向位移数量将由锥角来表述，因此其与所选定的驱动螺纹的节距相关。

图10A显示所需的最大横向位移，由6mm螺纹节距的圆锥形旋转0.5圈产生；而图10B示出由12mm螺纹节距的圆锥形旋转0.25圈产生的位移(锥角必须是互补的以在旋转中为产生相等的横向位移。)。

图10C至10D显示横向位移、螺纹节距和驱动环的牙侧角之间的关系，该牙侧角是维持相等的增加的横向移动所必需的。

可导出的驱动牙侧角可以通过任何特定螺纹形式组合的已知因素经由三角计算而获知。

该原理可以用于全螺纹圆锥形，部分螺纹圆锥形，并且也可以用于驱动销在相对的锥形表面内被加工套内作用，或者也可以用于能够产生此类运动的其它机构。

该机构也用于提供自动“螺栓抓取器”的机构，该机构无需为安装或拆卸将张紧器旋转到或旋转下螺栓。

图11显示这样的张紧器，其中分段套的闭合是通过使用驱动销65顺时针将其旋转而实现的。当区段61受力进入锥形内时，该动作将机构闭合在螺栓螺纹上。然后经由拉出器35施加拉力，由螺纹齿侧面的反作用产生的径向拉力试图将该装置夹紧在螺栓19。能够进一步附加自动装置到此类张紧器，即通过启动分段套的运动，例如，通过使用与图7中完全相同的分段套啮合的旋转组件，拉出杆和环如图8所示独立于张紧器体旋转，或添加液压装置，例如小油缸或马达从而利用图11的销重复锁紧动作。具有此类自动装置的张紧器如图12所示，其还示出了这样一种装置，该装置内部的元件的旋转可以通过液压来实现。

拉出杆535内的油缸502内的液压活塞501连接到穿过螺纹盘504的双头螺杆503。螺杆503的末端具有接合于驱动盘506内且可操作的相对于拉出杆535经由BTC连接器向内旋转区段561的花键505，区段561绕螺纹519a啮合螺栓519。

复位弹簧507推动螺杆503达到段释放位置。

图13A和13B示出了自动张紧器的进一步状态，其中用于啮合螺栓螺纹619的机构由液压输入的压力启动。由端口610引入的流体，启动锁紧活塞621的移动，该活塞然后经由套驱动器622推起分段套661。当其受到来自拉出环635的牙侧角反作用而径向向内的推动时，分段套661受力与螺栓619的螺纹619a啮合。当工作压力增加时，保持的六角螺母620通过液压驱动马达630驱动齿轮传动系而旋转进入其位置。该螺母620的拆除可以通过马达630的反向旋转而实现。

齿轮传动系631，如图13B所示出，具有驱动轮632(连接到马达630)，和中间齿轮633以及绕螺母620的从动齿轮634。

对张紧器操作的更多控制可以通过附加内部定序阀640从而使得夹紧螺纹上的动作在拉力施加之前完成而实现。

旋转六角螺母的附加的装置显示在图14A至14C中。所具有的元件径向细长从而可以装配在桥直径和六角螺母所限定的有限范围内，这是非常重要的。而这是通过使用液压活塞1驱动的薄“带式扳手”结构而实现，其可以提供驱动套筒5(socket)快速旋转。这样的布置取代了图13的相对更强的齿轮环，并且可选择的在轻量化时仍然强固，从而在制作中节省很大成本。

液压活塞1容纳在油缸2内并通过液体密封3将其密封。活塞1的凸出端(nose)接合驱动带4，该驱动带具有围绕驱动套筒5的金属带或条，驱动套筒5安装到环上的六角螺母6。复位弹簧7(参见图14B)肘节驱动(toggle drive)8(参见附图14A)相对活塞1相对配置从而允许驱动带4的释放。

在操作中，“无级扳手”以与渐进式拆卸带式扳手(filter removalstrand wrench)类似方式起作用。当由液压驱动活塞1施加力时，带4在套筒5上由所产生的机械作用(可选择的显示)张紧。力越大，带4在摩擦中夹持的越紧。活塞1往复运动，将带4向后拉和然后迫使其向前直到停止。此时，张紧器达到最大工作压力，螺母6由此处于适当位置。

很清楚，该技术可以用于此处示出的其它张紧器设计，或也可以用于制成独立液压驱动转矩扳手。

对于熟练技术人员而言容易理解，与现有技术相比本发明具有多种优点；对其所作的各种改变和修改将不会背离本发明。

Claims (10)

1.一种张紧螺栓的方法，包括如下步骤：

将螺母作用于螺栓，其中所述螺母延伸超过螺栓的栓体；和

将张紧设备连接到所述螺母；从而被布置成螺母将张紧设备产生的拉力传递到所述螺栓。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：

绕螺栓，在所述螺母和所要夹紧的元件之间插入膨胀垫片，所述膨胀垫片可轴向延伸从而当螺栓被拉力张紧时占据所述螺母和元件之间的张紧间隙。

3.根据权利要求2所述的方法，其中：

所述膨胀垫片具有两个垫片半片，所述垫片半片的任何一个具有平坦的表面和倾斜的斜面以及容纳螺栓的孔，所述垫片半片相对旋转，或横向移动，以便所述垫片半片相对的斜面导致垫片半片相应平坦表面之间的轴向距离可选择性地增加或减少。

4.根据权利要求1至3任何一项所述的方法，其中：

在张紧设备的拉出杆上设置分段套，所述分段套可选择性地与所述螺母啮合以在拉出杆和螺母之间提供可释放的连接。

5.根据权利要求4所述的方法，其中：

所述分段套的区段和拉出杆具有互补的螺纹牙形从而在分段套和拉出杆之间形成高强度的偏梯形螺纹锥形(BTC)连接器。

6.根据权利要求5所述的方法，其中：

优选，外周环或其它操作装置，相对于拉出杆，可选择性地径向收缩或伸长所述区段，从而退出或进入与螺母的啮合。

7.一种使用张紧设备的张紧螺栓的方法，其中：

分段套可操作性地与张紧设备上的拉出环或拉出杆啮合并可选择性地与螺栓或螺母啮合，其中所述螺母接合在螺栓上。

8.根据权利要求7所述的方法，其中：

所述分段套具有多个区段，这些区段径向可伸长从而与螺栓或螺母啮合。

9.根据权利要求8所述的方法，其中：

所述区段和拉出环或拉出杆具有互补的螺纹牙形，从而在分段套和拉出环或拉出杆之间形成BTC连接器。

10.根据权利要求9所述的方法，其中：

机械或液压装置可选择性地移动分段套的区段从而径向进入或退出与螺母的啮合。

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