CN101952631A - 用于管接头的锚定元件 - Google Patents

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CN101952631A CN2009801055988A CN200980105598A CN101952631A CN 101952631 A CN101952631 A CN 101952631A CN 2009801055988 A CN2009801055988 A CN 2009801055988A CN 200980105598 A CN200980105598 A CN 200980105598A CN 101952631 A CN101952631 A CN 101952631A
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Abstract

本发明涉及一种用于管接头的套管形锚定元件(14)，所述管接头用于连接多个平端管件，且包括基本呈圆柱形的外壳(3)和至少一个布置在所述外壳(3)中的橡胶弹性材料制密封元件。所述锚定元件(14)布置在所述外壳(3)中，且主要由多个单个纵梁(14a)构成，所述纵梁通过多个可变形连接片(14d，14e)彼此相连，且其纵剖面呈C形。所述纵梁(14a)的末端设计为沿径向向内弯曲的侧边(14g)。所述侧边(14g)的自由端在所述管接头夹紧时可与所述多个管件中的至少一个啮合。每两个相邻纵梁(14a)之间仅设一个单个连接片(14d，14e)。一个纵梁(14a)的两个用于在周向上连接相邻纵梁的连接片(14d，14e)彼此在轴向上错开布置。

Description

用于管接头的锚定元件
技术领域
本发明涉及一种用于管接头的套管形锚定元件，所述管接头用于连接多个平端管件，且包括一基本呈圆柱形的外壳和至少一个布置在所述外壳中的橡胶弹性材料制密封元件，其中，所述锚定元件布置在所述外壳中，且主要由多个单个纵梁构成，所述纵梁通过多个可变形连接片彼此相连，基本沿轴向延伸，且其纵剖面呈C形，所述纵梁的末端设计为沿径向向内弯曲的侧边，所述侧边的自由端在所述管接头夹紧时可与所述多个管件中的至少一个啮合，所述连接片由所述锚定元件中在所述单个纵梁之间沿轴向延伸且自所述侧边的自由端出发的多个纵向缝隙构成。
背景技术
上述类型的管接头用于抗拉连接多个平端管件。夹紧管接头时，通过锚定元件在两个管件之间建立压配合连接。
本申请人的WO 2006/100628A1就揭示了这样一种管接头。在该解决方案中，锚定元件可一体成形，也可由两个部件构成。但是对于待传递的作用力的能流来说，采用一体式锚定元件是有利的，因为当管件受到纯拉力作用时，拉力直接由锚定元件传递，外壳并不参与传递过程，这样就可以把相关部件的壁设计得更薄，从而减小尺寸。这个已知公开案所述的锚定元件由若干单个纵梁构成，这些纵梁分别借助多个连接片彼此相连。
这种锚定元件沿周向的刚度相当大。因此，这种锚定元件的圆周或直径只能发生程度极为有限的变形，因而与待连接管件的不同外径之间也只能达到极有限的匹配程度。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于管接头的锚定元件，这种锚定元件在周向上具有很高的柔性，同时在轴向上具有很好的负荷能力。
根据本发明，达成这个目的的解决方案为：每两个相邻纵梁之间仅设一单个连接片，一个纵梁的两个用于在周向上连接相邻纵梁的连接片彼此沿轴向错开布置。通过将所述连接片错开布置，即，使其彼此不对准，可以实现锚定元件在周向上的可变形性，特别是可压缩性。当锚定元件发生周向压缩时，其外径和内径也会减小。
根据所述锚定元件的一种有利实施方式，所述连接片沿所述纵梁不对称分布。不对称布置的连接片与纵梁一起构成一种之字形，其中，连接片起活节作用。
所述连接片合理地沿所述纵梁的纵向交替地向外朝所述侧边方向错开布置。通过将连接片向外朝侧边方向错开布置，可以使纵梁之间的缝隙在锚定元件发生径向压缩时实际只变小，而不是变大。
如上所述，连接片在锚定元件发生径向压缩时构成某种类型的活节。因而为了能使连接片具有良好的可变形性能，有利的做法是，所述连接片中的至少个别连接片从沿轴向延伸的截面看具有至少一个截面缩小部。通过这个截面缩小部可进一步减小妨碍连接片弯曲和压缩的阻力。
所述截面缩小部合理地通过至少一个位于所述连接片的中间区域内的中央空隙形成。这个空隙可以比如通过钻孔或冲孔制成。余下的连接片截面的变形阻力可以通过这个空隙得到进一步的减小。
根据另一有利实施方式，所述截面缩小部由至少一个位于所述连接片的中间区域内的缺口构成。这种缺口可以通过压印法或切削加工过程而形成。缺口对连接片特性产生的影响与上述中央空隙基本相似。
根据本发明的另一设计方案，所述纵梁在其中间区域内配有相对于所述锚定元件的中央纵轴沿径向凸出的凹槽。这种凹槽具有诸多优点：首先，该凹槽构成一个削弱点，可以简化纵梁围绕凹槽区域所进行的弯曲运动。其次，凹槽还可以实现锚定元件在外壳中的轴向固定。
从所述纵梁的纵剖面看，所述凹槽有利地基本呈U形，且配有平坦底部。凹槽的平坦底部可以消除凹槽的缺口效应。此外还可避免所述密封元件被锐边损伤。
所有纵梁有利地在相同的轴向位置上都具有凹槽。纵梁的这些凹槽因而在锚定元件的壳面上共同构成某种类型的环绕式凹槽。
所述外壳合理地在其内侧沿其圆周具有至少一个以型面配合方式嵌入所述锚定元件的凹槽的凸节。在外壳的凸节以型面配合方式嵌入锚定元件的凹槽的情况下，锚定元件不会沿轴向从外壳中滑出。因此，外壳不需要配备用以实现这一功能的附加侧壁。
为了实现作用力的均匀分布，有利地设有多个沿圆周分布的凸节。通过设置多个沿圆周分布的凸节，任何情况下都可以确保外壳和锚定元件之间实现型面配合。
所述凸节从其截面看合理地大致呈盘形。大致呈盘形的凸节的底部优选平坦。因此，所述凸节的截面与锚定元件上位于纵轴中间区域内的凹槽的截面大致相符。
根据另一有利实施方式，所述凸节从其截面看大致呈球窝形。球窝形凸节在外壳上产生的缺口效应很小。在此情况下，纵梁上的凹槽相应大致呈U形。
所述侧边的宽度合理地朝所述侧边的自由端方向——沿切向或沿锚定元件的圆周测量——呈楔形逐渐缩小。通过这种楔形缩小可以避免沿径向向内弯曲的侧边相互重叠。
为了能将所述管接头夹紧在待相互连接的管件上，所述外壳通常具有沿轴向延伸的开口。但为了避免锚定元件或密封元件经由这个开口沿径向滑出，所述外壳和所述锚定元件之间有利地布置有可弹性变形或沿周向隆起的钢桥，所述钢桥在所述外壳的一部分圆周区域上延伸，其中，至少一个指向周向的末端具有一个V形尖端。通过这些V形尖末端可以避免钢桥被锚定元件的缝隙钩住。
所述钢桥的尖末端的尖端角度合理地介于60°和120°之间，优选约为90°。这个角度范围可以确保钢桥在管接头夹紧时效果良好地越过锚定元件的纵梁。所述钢桥一般通过(例如)点焊固定在所述外壳中。在此情况下，如果锚定元件的纵梁具有凹槽，钢桥略微向内凸出的尖端则同样可以嵌入该凹槽，从而防止锚定元件在外壳中发生轴向位移。
附图说明
下文将借助附图对本发明进行详细说明：
图1为本发明的管接头的纵向剖面图；
图2为图1所示的外壳和布置在外壳中的锚定元件的部分展开图；
图3为图2局部展开图沿直线A-A截取的截面图；
图4为图1至3所示管接头的外部透视图；
图5为图1至3所示管接头的内部透视图；
图6为本发明的锚定元件的局部毛坯图，处于伸展状态；
图7为本发明的锚定元件的局部图，处于成形状态；
图8为图7所示锚定元件沿直线B-B截取的纵向剖面图；
图9为本发明的锚定元件的局部透视图；
图10为一处于伸展状态的毛坯，与图6所示相似，但连接片区域内无空隙；
图11为本发明处于未变形状态下的锚定元件的局部示意图；
图12为本发明如图11所示的锚定元件处于变形状态下的局部示意图；
图13为一管件的局部侧视图，该管件中嵌有本发明的锚定元件。
具体实施方式
附图标记列表和权利要求书是本公开文本的组成部分。
图1展示的是一个用于压配合连接两个平端管件1、2的接头的纵向剖面图，这个接头包括大致呈圆柱形的外壳3和布置在该外壳中的套管形锚定元件4。锚定元件4的两端设有沿径向向内弯曲的侧边4g。侧边4g的自由端与管件1、2压配合啮合。这样就可以直接通过锚定元件4来传递轴向拉力。锚定元件4在其中间区域内配有一个优选在整个圆周上延伸的凹槽4f。外壳3在其圆周具有至少一个以型面配合方式嵌入凹槽4f的凸节3。作为单个凸节3的替代方案，也可以设置环绕式凹槽。锚定元件4的内部布置有由橡胶弹性材料构成的密封元件5。
图2展示的是外壳3连同布置在外壳中的锚定元件4的部分展开图。展开的锚定元件4具有多个彼此平行布置且沿轴向延伸的纵梁4a。这些纵梁4a通过从锚定元件两个轴向末端出发的缝隙4b、4c形成。缝隙4b、4c之间留有连接片4d、4e。连接片4d、4e由缝隙4b、4c末端的缺口4k界定。缺口4k一方面赋予连接片4d、4e以良好的可变形性，另一方面可以削弱缝隙4d、4e的缺口效应。在锚定元件4的中间区域可以清楚地看到凹槽4f。纵梁4a的末端与沿径向向内弯曲的侧边4g相连。外壳3和锚定元件4之间布置有一钢桥6。钢桥6的作用是跨越外壳3上可将外壳3夹紧的间隙状开口(未图示)，并防止锚定元件4或密封元件5经由该间隙状开口沿径向滑出。
图3展示的是外壳3和布置在外壳中、纵剖面基本呈C形的锚定元件4的截面图。在锚定元件4上可以看到配有凹槽4f的纵梁4a、弯曲侧边4g和留在纵梁之间的连接片4d。平面钢桥6布置在外壳3和锚定元件4之间。
图4中的透视图展示的是图2和3所示的锚定元件14的一个变体。这个锚定元件14同样具有若干纵梁14a，这些纵梁通过自两端出发的缝隙14b、14c产生并且通过可变形连接片14d、14e彼此相连。位于纵梁14a两侧的连接片14d、14e沿轴向彼此错开布置。这样可以实现锚定元件4在周向上的压缩或变形。为了进一步改善连接片14d、14e的可变形性，这些连接片不同于图2所示的实施方式在其中间区域内设有用于缩小截面的空隙14h。钢桥6布置在锚定元件4和外壳3之间。从图中可以清楚看到，钢桥指向周向的末端具有一个V形尖端。尖端角度α约为90°。通过使钢桥6的末端呈尖端状，同样可以防止钢桥6“挂”在缝隙14c、14d上，从而避免管接头的夹紧因卡住而受到影响。
图5展示的是图2所示锚定元件的内部透视图。从这个图中也可以看出，夹紧管接头时，钢桥6的V形末端可以较为轻松地越过锚定元件4的纵梁4a。外壳在其中间区域内配有凸节3a。凸节3a以型面配合的方式嵌入锚定元件上的凹槽4f内，从而防止锚定元件4发生相对于外壳3的轴向位移。
图6展示的是锚定元件4的毛坯，处于伸展状态。该毛坯可以通过连续冲压过程或者通过激光束或水束切割法用带材制成。根据所述管接头的标称直径选取相应长度的用于制造锚定元件4的毛坯。从这个展开图中可以清楚看到位于缝隙4b、4c末端的缺口4k。缺口4k之间则是连接片4d、4e。纵梁4a的末端与侧边4g相连，这些侧边的宽度朝自由端方向呈楔形逐渐变小。
图7展示的是图2所示的锚定元件4，但已把外壳和钢桥删去。这样就可以特别清楚地看到纵梁4a两侧的连接片4d、4e的轴向错位。
图8展示的是锚定元件4的纵向剖面图，从中可以看到具有自纵梁向内弯曲的侧边4g的C形轮廓。纵梁4a的中部设有一个沿径向向内凸出的凹槽4f。该凹槽从纵梁的纵剖面看基本呈U形，且优选配有平坦底部。
图9展示的是锚定元件4的局部透视图。从这个图中可以一目了然地看到通过缝隙4b、4c形成的纵梁4a。纵梁4a仅通过位于缝隙4b、4c之间的连接片4d、4e彼此相连。通过将连接片4d、4e沿轴向彼此错开布置，可以实现锚定元件4在周向上的可变形性。在纵梁4a的末端可以看到沿径向向内弯曲的侧边4g。
图10至12展示的是锚定元件10。图10所示的毛坯与图6所示的毛坯相似。在图11和12中，纵梁10a上的连接片10d、10e象征意义地用活节代替。
在图11所示的未变形状态下，纵梁10a彼此平行布置。夹紧管接头时会产生沿周向作用的推力，这个推力会将纵梁10a挤压在一起。但连接片10d、10e区域内不会发生这种挤压现象。在未变形状态下，跨越4个纵梁测得的距离为Lo。
在图12所示的挤压状态下，较长缝隙10b在自由端上被封闭。但在连接片10d、10e的铰接作用下，较短的缝隙10c则会略微张开。在变形状态下，跨越4个纵梁测得的距离为L1，小于Lo。
图13展示的是所述管接头处于夹紧状态时锚定元件4的局部侧视图。其中，缝隙4b封闭。在侧边4g呈楔形一端变细的情况下，每隔两个侧边之间才会存在一个可供密封元件滑出的空隙。
附图标记列表
1    管件
2    管件
3    外壳
3a   凸节
4    锚定元件
4a   纵梁
4b   缝隙
4c   缝隙
4d   连接片
4e   连接片
4f   凹槽
4g   侧边
4k   缺口
5    密封元件
6    钢桥
10   锚定元件
10a  纵梁
10b  缝隙
10c  缝隙
10d  连接片
10e  连接片
10g  侧边
14   锚定元件
14a  纵梁
14b  缝隙
14c  缝隙
14d  连接片
14e  连接片
14f  凹槽
14g  侧边
14h  空隙

Claims (16)

1.一种用于管接头的套管形锚定元件(4，14)，所述管接头用于连接多个平端的管件(1，2)，且包括基本呈圆柱形的外壳(3)和至少一个布置在所述外壳(3)中的橡胶弹性材料制密封元件(5)，其中，所述锚定元件(4，14)布置在所述外壳(3)中，且主要由多个单个纵梁(4a，10a，14a)构成，所述纵梁通过多个可变形连接片(4d，4e；10d，10e；14d，14e)彼此相连，基本沿轴向延伸，且其纵剖面呈C形，所述纵梁的末端设计为沿径向向内弯曲的侧边(4g，14g)，所述侧边(4g，14g)的自由端在所述管接头夹紧时能够与所述管件(1，2)中的至少一个啮合，所述连接片(4d，4e；10d，10e；14d，14e)通过所述锚定元件(4，14)中在所述单个纵梁(4a，10a，14a)之间沿轴向延伸且自所述侧边(4g，14g)的自由端出发的多个缝隙(4b，4c；10b，10c；14b，14c)形成，其特征在于，每两个相邻纵梁(4a，10a，14a)之间仅设置一个单个连接片(4d，4e；10d，10e；14d，14e)，一个纵梁(4a，10a，14a)的两个用于在周向上连接相邻纵梁(4a，10a，14a)的连接片(4d，4e；10d，10e；14d，14e)彼此在轴向上错开布置。
2.根据权利要求1所述的锚定元件，其特征在于，所述连接片(4d，4e；10d，10e；14d，14e)沿所述纵梁(4a，10a，14a)不对称分布。
3.根据权利要求1或2所述的锚定元件，其特征在于，所述连接片(4d，4e；10d，10e；14d，14e)沿所述纵梁(4a，10a，14a)的纵向交替地向外朝所述侧边(4g，14g)方向错开布置。
4.根据上述权利要求中任一项所述的锚定元件，其特征在于，所述连接片(14d，14e)中至少几个连接片从沿轴向延伸的截面看具有至少一个截面缩小部。
5.根据权利要求4所述的锚定元件，其特征在于，所述截面缩小部通过至少一个位于所述连接片(14d，14e)的中间区域内的中央空隙(14h)形成。
6.根据权利要求4或5所述的锚定元件，其特征在于，所述截面缩小部通过至少一个位于所述连接片的中间区域内的缺口(4k)形成。
7.根据上述权利要求中任一项所述的锚定元件，其特征在于，所述纵梁(4a，14a)在其中间区域内配有相对于所述锚定元件(4，14)的中央纵轴沿径向凸出的凹槽(4f，14f)。
8.根据权利要求7所述的锚定元件，其特征在于，从所述纵梁(4a，14a)的纵剖面看，所述凹槽(4f，14f)基本呈U形，且具有平坦的底部。
9.根据权利要求7或8中任一项所述的锚定元件，其特征在于，所有纵梁(4a，14a)在相同的轴向位置上都具有凹槽(4f，14f)。
10.一种用于管接头的外壳(3)，所述管接头具有根据权利要求7至9中任一项所述的锚定元件(4，14)，其特征在于，所述外壳(3)在其内侧沿其圆周具有至少一个以型面配合方式嵌入所述锚定元件(4，14)的凹槽(4f，14f)的凸节(3a)。
11.根据权利要求10所述的外壳，其特征在于，设有多个沿所述圆周分布的凸节(3a)。
12.根据权利要求10或11所述的外壳，其特征在于，所述凸节(3a)从其截面看大致呈盘形。
13.根据权利要求10或11所述的外壳，其特征在于，所述凸节(3a)从其截面看大致呈球窝形。
14.根据上述权利要求中任一项所述的锚定元件，其特征在于，所述侧边(4g，14g)的宽度朝所述侧边的自由端方向、沿切向或沿所述锚定元件的圆周测量呈楔形逐渐缩小。
15.一种管接头，包括根据上述权利要求中任一项所述的锚定元件(4，14)，其特征在于，所述外壳(3)和所述锚定元件(4，14)之间布置有可弹性变形或沿周向隆起的钢桥(6)，所述钢桥在所述外壳的一部分圆周区域上延伸，其中，所述钢桥(6)的至少一个指向周向的末端具有V形尖端。
16.根据权利要求15所述的管接头，其特征在于，所述钢桥(6)的尖末端的尖端角度(α)介于60°和120°之间，优选约为90°。
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