CN104948858A - 扭矩保持装置 - Google Patents

Abstract

一种用于管道的法兰螺栓连接器的扭矩保持装置。扭矩保持装置包括载架主体和多个弹簧。载架主体可以包括围绕外周等间隔的多个弹簧孔。垂向堆叠的多个弹簧可以安装在载架中的多个弹簧孔的每个中。每个弹簧在预扭转状态下在凸向方位并且在扭转后状态下在平面方位。

Description

扭矩保持装置

本发明要求2014年2月7提交的美国临时专利申请系列号No.61/937041的优先权，其在此纳入引用。

本发明涉及可以用于与螺栓连接和其他类型连接装置有关的扭矩保持装置。在一个典型实施方式中，扭矩保持装置可以用于螺栓和螺母组件，以促进螺栓上螺母的扭转。一个非限制性应用是法兰和管道接头组件中扭矩保持装置的使用，其中扭矩保持装置与管道系统的扭转法兰螺栓协同使用，并且将会以其特别参考说明。然而，可以理解的是，本典型实施方式也可用于其他相似应用。

背景技术

扭转法兰螺栓可用于使用大量管道的企业的持续维护。该管道例如用于化学处理企业或类似企业，包括经受化学循环条件的各种架空管道和保温/加衬管道。用于这种管道系统的典型扭转法兰螺栓包括在管道法兰接头两端的平垫圈。紧固法兰螺栓通常包括校准扭力扳手以施加特定螺栓扭矩(即英尺-磅扭矩)。当使用防咬死化合物时，扭矩值是不同的。用扭力扳手紧固法兰螺栓通常以“交错”模式完成，交替紧固置于180°分离的螺栓。使用这种模式，螺栓以特定百分比增量的所需最终螺栓扭矩(即英尺磅扭矩)紧固，直到完成大部分最终螺栓扭矩。为了紧固到最终扭矩值，螺栓随后围绕法兰继续以顺时针方式紧固。这样做以确保螺栓均匀的施加压力。必须注意避免超过可以对任何塑料密封表面、衬套、塑料喇叭口(flare)、和/或塑料表面导致损坏的扭转。

通常螺栓的再扭转在初始扭矩之后或第一热循环之后施加至少二十四小时。该再扭转允许塑料衬套和喇叭口的就位和螺栓的松驰。通常扭转仅在环境温度、冷却状态下在系统上完成，典型的从不在升高温度的处理时完成。

在螺栓的初始扭转和再扭转之后，可以进行按照ANSI要求的水压试验。通常在之后完成每年的再扭转，特别是如果处理线路经历升高温度或极端环境温度条件。重申，每年的再扭转通常仅在环境温度或冷却状态下在系统上完成。

由于对聚四氟乙烯(PTFE)衬层和/或PTFE衬管产品、或类似产品化学损坏的可能性，通常不建议将碟形弹簧或盘形弹簧用于迄今为止使用的法兰螺栓扭转系统。在现有技术文献中，对使用PTFE管道产品不建议使用碟形弹簧或盘形弹簧。

发明内容

本发明涉及这样的扭矩保持装置，其可以用于有关螺栓连接或其他类型连接装置形式的扭矩保持装置，更具体的涉及可以用于法兰连接器装置中的扭矩保持装置，其中扭矩保持装置包括具有载架的整体式本体。载架可选地包括围绕圆周分布的一个或多个通孔。载架包括垂向置于或堆叠在一个或多个通孔内的一个或多个弹簧。当使用多个弹簧时，每个弹簧可选择地在垂向布置中对齐，用于接纳螺栓穿过其中。一个或多个弹簧可以与载架在预扭转方位上非共面。该一个或多个弹簧可以与载架在加载和扭转方位上共面。使一个或多个弹簧与载架对齐成共面可以用于指示适当的扭转作用力。

本发明的扭矩保持装置可以包括用于金属、塑料、陶瓷、玻璃、和/或复合材料带内衬管道的法兰螺栓连接器，其中法兰螺栓连接器包括整体式主体。法兰螺栓连接器包括载架体和一个或多个弹簧。载架体可选地包括一个或多个孔、或围绕外周等间隔的弹簧孔。当使用多个弹簧时，多个弹簧可选择地垂向堆叠或安装在多个孔或弹簧孔的每个内。每个弹簧可选择地在预扭转条件下以凸向和可选择地在扭转后条件下以平面定位。在扭转条件下以垂向堆叠的一个或多个弹簧的高度或结合高度可以等于载架的厚度；然而，这不是必需的。

本发明的扭矩保持装置可以用于消除由于超过扭矩而对塑料喇叭口(例如PTFE喇叭口等)造成机械损害的可能性；然而，这不是必需的。本发明的扭矩保持装置也可以用于消除每年的再扭转程序或剧烈温度周期之后再扭转；然而，这不是必需的。此外，本发明的扭矩保持装置可以用做塑料和/或软材料(例如软金属，复合材料等)的喇叭口变形(即冷变形)的自动补偿器；然而，这不是必需的。

本发明的扭矩保持装置可以用于提供在管道连接控制排放和保持最佳密封压力的环境友好和无泄漏系统；然而，这不是必需的。

本发明的扭矩保持装置提供用于减少设备维护成本的系统；然而，这不是必需的。如下文详细说明的，扭矩保持装置的载架，包括管道法兰螺栓弹簧，可以用于增加法兰密封可靠性，提供预加载/扭矩的可见指示，和/或减少或消除再扭转的需求。由于前述原因可使维护减少，因此可以节省卷轴和管接头的使用，这可以显著节省法兰再扭转成本(即材料成本和维护人力成本)。

在一个非限制设置中，提供一种扭矩保持装置，包括载架，其具有第一侧和与所述第一侧相对且隔开的第二侧，所述载架包括围绕外周间隔布置的多个穿过弹簧孔；第一组弹簧，其堆叠在所述载架的第一弹簧孔内，所述第一组弹簧中的每个所述弹簧以垂向布置对齐，用于接纳螺栓通过，在预扭转方位，所述第一组弹簧中的至少一个弹簧与所述载架不共面，并且在被加载和扭转方位，所述第一组弹簧中的所有弹簧与所述载架共面；第二组弹簧，其堆叠在所述载架的第二弹簧孔内，所述第二组弹簧中的每个所述弹簧以垂向布置对齐，用于接纳螺栓通过，在预扭转方位，所述第二组弹簧中的至少一个弹簧与所述载架不共面，并且在加载和扭转方位，所述第二组弹簧中的所有弹簧与所述载架共面；以及其中，使所述弹簧与所述载架对齐成共面能视觉地指示适当的扭转作用力。弹簧可选的是盘式弹簧。第一和第二组弹簧中的所有弹簧可选地在预扭转方位上与载架非共面。第一和第二组弹簧中的至少一个弹簧可选地包括涂层。载架可选地包括围绕载架的至少一个弹簧孔周边的O形环。载架可选地包括挡板，挡板至少部分地插入到载架中，以在弹簧从预扭转方位移动到扭转方位时，限制第一和第二组弹簧中的至少一个弹簧移动。载架可选地包括多个指状物，其中第一指状物包括一个弹簧孔，该弹簧孔包括第一组弹簧；和第二指状物，第二指状物包括一个弹簧孔，该弹簧孔包括第二组弹簧。载架可选地包括第一封圈，其中第一封圈定位于并连接到一个弹簧孔，其中第一封圈包括第一组弹簧，其中第一组弹簧位于第一封圈的内部空腔中。载架可选地包括置于一个弹簧孔内的弹性密封件，所述密封件与所述第一组弹簧中的多个所述弹簧相配合，当所述弹簧从所述预扭转方位移动到所述扭转方位时，所述第一组弹簧中的多个所述弹簧引发所述弹性密封件变形。载架可选地包括位于一个弹簧孔中的弹性密封衬套，其中密封衬套与第一组弹簧中的多个弹簧相配合，其中弹簧孔具有非平面内表面，其中当弹簧从预扭转方位移动到扭转方位时弹性密封件被引发变形。载架可选是弹性的，并且包括侧面槽以使载架围绕管道装配。第一和第二组弹簧分别可选地包括垂向堆叠的至少两个弹簧。第一和第二组弹簧的每组中的一个或多个弹簧包括总高度，其中在加载和扭转方位一个或多个弹簧的总高度可选地等于包括第一个第二组弹簧的载架一部分的厚度。第一和第二组弹簧的每组可选地包括围绕第一和第二组弹簧外圆边的涂层。载架是连续圆周形的。可替代的，载架是非连续圆周形的。还可选地提供一种用于将管道段连接在一起的方法，包括a)提供具有第一法兰的第一管道段；b)提供具有第二法兰的第二管道段；c)提供上述的扭矩保持装置，其中扭矩保持装置中的弹簧在预扭转方位；d)围绕管道并且邻近第一法兰来插入扭矩保持装置；e)将第一螺栓的主体插入通过第一和第二法兰，使螺栓的主体穿过扭矩保持装置中的第一组弹簧、第一法兰中的第一螺栓开口、和第二法兰中的第一螺栓开口；f)将第二螺栓的主体插入通过第一和第二法兰，使螺栓的主体穿过扭矩保持装置中的第二组弹簧、第一法兰中的第二螺栓开口、和第二法兰中的第二螺栓开口；和g)将螺母拧紧和紧固到第一和第二螺栓的端部，以使第一和第二法兰被拉到一起，使第一和第二弹簧组中的弹簧与载架对齐成共面，使第一和第二弹簧组中的弹簧与载架对齐成共面可以用于指示螺母上适当的扭转作用力。

在另一个非限制设置中，提供一种用于塑料内衬管道的包括一体式载架的扭矩保持装置。载架包括围绕外周等间隔布置的多个弹簧孔和多个弹簧。多个弹簧可选地由金属制成。至少一个弹簧安装在多个弹簧孔的每个中。每个弹簧可选地在预加载状态下具有凸起方位，并且每个弹簧在扭转后方位上具有平面方位。该塑料衬管可以是，但不限制于，PTFE材料。弹簧可选地是盘式弹簧。每个弹簧孔可选地包括至少两个垂向堆叠的弹簧。在每个垂向堆叠中的至少一个弹簧包括涂层。至少两个弹簧包括高度并且至少两个弹簧的高度在加载和扭转方位可选地等于或稍大于载架的厚度。载架可选地包括围绕每个弹簧孔周边的O形环。垂向堆叠的弹簧可选地包括围绕堆叠弹簧外周边的涂层。载架可选地包括位于每个弹簧孔下边缘的挡板。载架可选地包括围绕每个弹簧孔内壁的密封件(例如橡胶密封件、塑料密封件、聚合物密封件等)。载架具有连续圆周形状。可替代的，载架具有非连续圆周形状。扭转方位可选地从与载架非共面方位压缩弹簧至与载架平面方位。扭转方位可选地使弹簧与载架平面方位对齐并且提供所需螺栓扭矩值的视觉指示。

本发明的一个非限制性目的是，提供一种扭矩保持装置，其可以用于增加法兰密封可靠性，提供预加载/扭转的视觉指示，和/或减少或消除再扭转的需求。

本发明的另一个和/或替代非限制性目的是，提供一种扭矩保持装置，其可以用于简化和/或降低有关管道系统的连接和/或密封的成本。

仍是本发明的另一个和/或替代非限制性目的是，提供一种扭矩保持装置，其可以用于有关螺栓连接和其他类型的连接设置中。

还是本发明的另一个和/或替代非限制性目的是，提供一种扭矩保持装置，其包括具有载架的整体式主体，其中整体式主体包括垂向定位或堆叠的一个或多个弹簧。

本发明的另一个和/或替代非限制性目的是，提供一种扭矩保持装置，其包括用于金属、塑料、陶瓷、玻璃和/或复合材料衬管的法兰螺栓连接器，其中法兰螺栓连接器包括整体式主体，其中法兰螺栓连接器包括载架主体和一个或多个弹簧。

仍是本发明的另一个和/或替代非限制性目的是，提供一种扭矩保持装置，其可以用作免维护视觉扭转指示器，以减少或消除连接系统的过扭转。

还是本发明的另一个和/或替代非限制性目的是，提供一种扭矩保持装置，其可以用于消除对每年的再扭转程序和/或剧烈温度循环后再扭转的需求。

本发明的另一个和/或替代非限制性目的是，提供一种扭矩保持装置，其可以用作对喇叭口变形的自动补偿器。

仍是本发明的另一个和/或替代非限制性目的是，提供一种扭矩保持装置，其可以用于提供控制排放和在喇叭口面最优密封压力的环境友好和无泄露系统。

从本发明和现有技术之间区别的讨论中和当参照如附图中所示优选实施方式时，这些和其他的目的和优点将会变得明显。

附图说明

现在参照附图，附图示出了本发明可能采用的物理形式和特定部件和部件的设置的各种实施方式，其中：

图1是根据本发明的扭矩保持装置的一个非限制性实施方式的示意图；

图2是图1的扭矩保持装置的顶视图；

图3是扭矩保持装置沿着图2的线3-3的截面图；

图4是图3的扭矩保持装置在加载和扭转方位的截面图；

图5是根据本发明的扭矩保持装置的另一个非限制性实施方式的部分顶视图；

图6是图5的扭矩保持装置的截面图；

图7是根据本发明的扭矩保持装置的另一个非限制性实施方式的部分顶视图；

图8是扭矩保持装置沿着图8的线8-8的截面图；

图9是根据本发明的扭矩保持装置的另一个非限制性实施方式的截面图；

图10是根据本发明的扭矩保持装置的另一个非限制性实施方式的截面图；

图11是根据本发明的扭矩保持装置的另一个非限制性实施方式的截面图；

图12是根据图11的扭矩保持装置在加载和扭转方位的截面图；

图13是根据本发明的扭矩保持装置的另一个非限制性实施方式的部分顶视图；

图14是在未加载方位的扭矩保持装置沿着图13的线14-14的截面图；

图15是根据图14的扭矩保持装置在加载和扭转方位的截面图；

图16是根据本发明的扭矩保持装置的另一个非限制性实施方式的部分顶视图；

图17是扭矩保持装置沿着图16的线17-17的截面图；

图18是根据本发明的扭矩保持装置的另一个非限制性实施方式的部分顶视图；和

图19是扭矩保持装置沿着图18的线19-19的截面图。

具体实施方式

现在参照附图，其中图示的目的仅在于表示本发明的非限制性实施方式，目的不在于限制，图1-19中所示根据本发明的扭矩保持装置的非限制性示例。本发明涉及减少或消除对再扭转螺栓系统的需求的装置。该扭矩保持装置特别适用于保持连接管道段法兰上的扭矩，并且特别提及地进行描述。

本发明的扭矩保持装置的一些非限制性目标和优点在下文中公开。对于图1-19中所示的所有非限制性设置，扭矩保持装置的一个目标是保持螺栓连接、固定、或保持系统的所需扭矩。

现在参照图1-4，示出了一种本发明的扭矩保持装置的非限制性设置。扭矩保持装置10具有一体式结构，并且包括载架或卡盘12的使用，载架或卡盘12包括弹簧装置20、22、24、26。载架或卡盘12被表示为具有四个弹簧装置；然而，可以理解的是载架或卡盘可以包括1个、2个或3个弹簧装置或多于4个弹簧装置。载架12可以由任何材料或材料组合(例如塑料、金属、陶瓷、织物、复合材料、木头等)制成。载架12可以由具有特定物理性能的材料制成。不限制载架12的形状、尺寸、构造和厚度。在一个非限制性设置中，载架由塑性材料制成。如图1和2中所示，载架12具有大致圆形外周14、大致圆形中心开口16和大致圆形法兰18。载架的厚度是大致均匀的；然而，这不是必需的。法兰18被标示为包括四个开口、孔、通孔、或弹簧孔30、32、34、36，每个包括单个弹簧装置20、22、24、26。可以理解的是，载架可以包括多于四个开口、孔、通孔、或弹簧孔或少于四个开口、孔、通孔、或弹簧孔。中心开口大致定尺寸为围绕管道的外径配合。载架中的开口、孔、通孔、或弹簧孔通常定位在载架中以对应于管道法兰的开口。载架上开口、孔、通孔、或弹簧孔的尺寸大致相同；可以理解的是，一个或多个开口、孔、通孔、或弹簧孔可以具有不同于一个或多个其他开口、孔、通孔、或弹簧孔的尺寸和/或形状。如图2中所示，开口、孔、通孔、或弹簧孔围绕载架的圆周与相邻位置的开口、孔、通孔、或弹簧孔等距离间隔；然而，这不是必需的。图2中所示开口、孔、通孔、或弹簧孔还与载架的外周以等距离布置；然而，这不是必需的。如图2所示的开口、孔、通孔、或弹簧孔可与载架的外周间隔布置，还可与载架的中心开口16的边缘间隔布置；然而，这不是必需的。同样地，置于开口、孔、通孔、或弹簧孔中的弹簧装置与载架的外周间隔布置并与载架的中心开口16的边缘间隔布置；然而，这不是必需的。在一个非限制性设置中，弹簧装置置于开口、孔、通孔、或弹簧孔中以使弹簧装置与载架的外周和载架的中心开口16的边缘等距离布置。

弹簧装置22部分示为(图3-4)包括多个堆叠的三个弹簧(例如碟式弹簧或盘式弹簧)42、43、44。可以理解的是，弹簧装置22在每个堆叠中可以包括少于三个弹簧(1个或2个弹簧)或多于三个弹簧。还可以理解的是，一个或多个堆叠可选地包括一个或多个垫圈(例如平垫圈、锁紧垫圈等)。可以理解的是，每个弹簧装置20、22、24、26可以具有相同数量的弹簧；然而，可以理解的是，一个或多个弹簧装置可以具有不同数量的弹簧。具有多个弹簧的弹簧装置中每个弹簧的尺寸、形状、厚度、材料、弹簧弹性和/或弹簧刚度可以是相同的或不同的。同样，可以理解的是，一个或多个弹簧装置可以包括具有不同于一个或多个其他弹簧装置的尺寸、形状、厚度、材料、弹簧弹性和/或弹簧刚度的一个或多个弹簧。在一个非限制性设置中，用于载架中每个弹簧装置中相同数量的弹簧和相同尺寸、形状、厚度、材料、弹簧弹性和/或弹簧刚度的弹簧都是相同的。

一个或多个弹簧装置中的一个或多个弹簧包括一个或多个涂层(例如聚合物涂层、润滑涂层、防腐蚀涂层，抗粘涂层、特氟龙涂层、塑料涂层、喷涂涂层等)；然而，这不是必需的。当使用一个或多个涂层时，可以抑制或防止a)弹簧的腐蚀，b)相邻弹簧粘结在一起，c)相邻布置弹簧的有损移动，d)弹簧过度或不期望的磨损，和/或e)对弹簧的损坏。

如图3中所示，弹簧装置22包括在安装和预加载位置的三个弹簧42、43、44(例如盘式弹簧等)。弹簧42、43、44保持在载架12的孔32内。可替代地，载架12可以围绕弹簧装置模制成型以使单个堆叠弹簧固定保持在它们各自的孔中。以这种方式，用户可以不干扰弹簧装置地来操控载架。安装装置通常是使弹簧固定到载架并且不能从载架移出，除非在弹簧上施加作用力以迫使弹簧从载架移出或载架损坏(例如切割、断裂等)使弹簧可以从载架释放。如图3所示，弹簧22的一个外表面在凸起方位而相对的一个外表面则在凹入方位。在该预加载方位，堆叠的弹簧42、43、44与载架12非共面。通常，至少一个弹簧包括伸出载架12表面13顶面之上的部分。如图3中所示，弹簧42、43的一部分伸出载架12表面13顶面之上。可以理解的是，一个、多个或全部弹簧可以包括伸出载架12表面13顶面之上的部分。每个弹簧被图示为包括中心开口以使杆或螺栓穿过开口。每个弹簧的中心开口通常位于平行于载架12表面13顶面的平面内；然而，这不是必需的。

如图4所示，安装螺栓50的一部分插入对齐的盘式弹簧42、43、44的开口。螺母52固定到螺栓的一端。螺栓50依次插入穿过第一法兰60、弹簧装置22、和第二法兰62。依靠紧固，法兰60、62相互靠近移动并且弹簧42、43、44从相对于载架12非共面设置移动到如图4所示的相对于载架的平面设置。如图4中所示，当在被压缩和加载(扭转)方位时，载架12的厚度等于或稍小于弹簧42、43、44的组合高度或厚度；然而，这不是必需的。这样，当各法兰60、62的内表面61、63与载架12的表面13、15共面时，所需英尺-磅的扭矩已经被施加到螺栓50和螺母52。围绕孔32的载架材料通常变形以使弹簧42、43、44从相对于载架12的非共面设置移动到相对于载架的平面设置。随着从相对于载架12的非共面设置移动到相对于载架的平面设置，圆形盘式弹簧42、43、44的直径增加。载架变形的能力使盘式弹簧在直径上增加，而不损坏盘式弹簧、载架和/或载架的孔。通常弹簧的材料和形成载架和/或孔内表面的材料是不同的材料。如图4中所示，当弹簧从相对于载架12的非共面设置移动到载架的平面设置时，三个弹簧相互堆叠在并且接触相邻弹簧；然而，这不是必需的。如图4中所示，载架的直径小于法兰60、62的直径；然而，这不是必需的。

现在参照图5-6，示出了扭矩保持装置10的另一个非限制性构造。弹簧装置122可以包括多个单独的盘式弹簧142、143、144。一个或多个盘式弹簧145可以被润滑和/或涂覆以用于保护；然而，这不是必需的。类似于上述装置，载架112可以包括外周114和内周116，以及第一外表面113和第二外表面115。图5-6中所示载架和弹簧装置的材料、结构和操作与图1-4中所示载架和弹簧装置相同或大致相同，因此本文不再重复。

弹簧143上的涂层设置(即润滑涂层、抗腐蚀涂层、特氟龙涂层、塑料涂层、喷涂涂层、聚合物涂层、抗粘涂层、挠性壳套等)和/或载架112上的O形环或垫片150、152可以用于保护弹簧装置122(即免于相互腐蚀、粘结等)；然而，这不是必需的。弹簧装置中一个或多个或所有的弹簧可选地包括涂层设置。如图6中所示，仅中间弹簧包括涂层设置。如图5和6所示，O形环150围绕弹簧装置122在载架112的一个表面113上设置。另一个O形环152可以应用到载架112的相对表面115上。当依靠如图4所示螺母和螺栓50、52的紧固使法兰60、62相互靠近移动时，这些O形环可以用于提供另外的密封。不限制用于形成O形环的材料。通常O形环由可压缩材料制成。

现在参照图7-8，示出了扭矩保持装置10的另一个非限制性构造。弹簧装置222可以包括多个单独的盘式弹簧242、243、244。如图所示，每个弹簧可以被润滑或涂层262、263、264以用于保护。类似于上述有关图1-6的设置，载架212可以包括外周214和内周216，以及第一外表面213和第二外表面215。图7-8中所示载架和弹簧装置的材料、结构和操作与图1-6中所示载架和弹簧装置相同或大致相同，因此这里不再重复。

弹簧242、243、244上的涂层设置(即润滑涂层、抗腐蚀涂层、特氟龙涂层、塑料涂层、喷涂涂层、聚合物涂层、抗粘涂层、挠性壳套等)和/或载架212上的O形环或垫片250、252可以用于保护弹簧装置222；然而，这不是必需的。弹簧装置中的一个或多个或所有的弹簧可选地包括涂层设置。如图8中所示，所有三个弹簧包括涂层设置。如图7和8所示，O形环250围绕弹簧装置222在载架212的一个表面213上设置。另一个O形环252可以应用到载架212的相对表面215上。当依靠如图4所示螺母和螺栓50、52的紧固而使法兰60、62相互靠近移动时，这些O形环可以用于提供另外的密封。图7-8中所示O形环具有多边形截面形状(例如正方形、矩形等)，并且图5-6中所示O形环具有圆形或椭圆形截面形状。载架的上表面和下表面213、215包括O形环槽，仅O形环的一部分位于O形环槽内。相似的O形环槽设置在图5-6中示出。O形环槽设计为定位和可选地在O形环槽中保持O形环。不限制O形环槽的形状。如图5-8中所示，O形环的一部分伸出超过载架的顶面和底面，以便当依靠如图4所示螺母和螺栓50、52的紧固而使法兰60、62相互靠近移动时，O形环在载架和相邻位置的法兰之间被压缩。

现在参考图9，示出了扭矩保持装置10的另一个非限制性构造。弹簧装置322可以包括多个单独的盘式弹簧342、343、344。如图9中所示，堆叠设置的弹簧322可以包括围绕整个堆叠设置322的涂层362。该涂层362可以是层叠弹簧322的包裹层或浸渍层。这种涂层可选的是如上述相似的涂层材料。另外或可替代的，涂层362可以是以包覆设置固定或保持在堆叠弹簧322上的包裹塑料或箔。图9中所示载架和弹簧装置的材料、结构和操作与图1-8中所示载架和弹簧装置相同或大致相同，因此本文不再重复。图9没有示出使用一个或多个O形环；然而，可以理解的是，图9所示的扭矩保持装置可选地包括一个或多个O形环，并且改进的载架具有如图5-8所示的一个或多个O形环槽。相似地，图1-4中所示的扭矩保持装置，可选地包括一个或多个O形环，并且改进的载架具有如图5-8所示的一个或多个O形环槽，和/或如图5-9中所示在一个或多个弹簧上的涂层设置。

现在参照图10，示出了扭矩保持装置10的另一个非限制性构造。其中所示载架412具有邻接孔432下端的垫片或挡板414。可以理解的是当螺栓和螺母被扭转时，盘式弹簧444的最下边缘可以钻入孔432的下部。垫片或挡板414提供一表面，供盘式弹簧444的下边缘滑过。在这个设置中，在扭转操作中下部盘式弹簧444的下边缘不会刮切下面的法兰表面。不限制用于形成挡板的形状、厚度和材料(例如金属、塑料、复合材料、陶瓷材料等)。如图10所示，挡板从载架412的下表面415的平面向内布置。可以理解的是，挡板414甚至可以与载架412的下表面415的平面一起定位。载架412包括板槽416，用于固定挡板到载架。板槽被图示为从载架412的下表面415的平面向内间隔。挡板的大致定尺寸为使它的宽度W小于40％的孔432的宽度或直径，和总低小于30％的孔432的宽度或直径，典型地小于20％的孔432的宽度或直径，更典型地小于15％的孔432的宽度或直径(例如10％的孔的宽度或直径等)。挡板的厚度通常小于一个或所有弹簧的厚度；然而，这不是必需的。如图10中所示，在弹簧被压缩之前，弹簧444接触挡板414的顶面；然而，这不是必需的。图10中所示载架和弹簧装置的材料、结构和操作与图1-9中所示载架和弹簧装置相同或大致相同，因此这里不再重复。图10没有示出使用一个或多个O形环；然而，可以理解的是，图10所示的扭矩保持装置可选地包括一个或多个O形环并且改进的载架具有如图5-8所示的一个或多个O形环槽，和/或如图5-9中所示在一个或多个弹簧上有涂层配置。还可以理解的是，图10中所示的挡板和板槽设置可选地能用于图1-9中所示的扭矩保持装置中。

现在参照图11-12，示出了扭矩保持装置10的另一个非限制性构造。弹簧装置522可以包括围绕相关孔532内部的密封件523。不限制密封件的形状、尺寸和材料。密封件通常由可压缩和可变性材料制成。在一个示例性实施例中，密封件523可以是最初帮助固定盘式弹簧542、543、544的橡胶密封件、塑料密封件、聚合物密封件等，并且依靠扭转在各法兰560、562之间的安装螺栓550和螺母552，使盘式弹簧542、543、544抵靠密封件523压缩，从而阻止任何杂质材料进入孔532和盘式弹簧542、543、544之间。如图11-12所示，当依靠如图12所示螺母和螺栓550、552的紧固使法兰560、562相互靠近移动而令弹簧被压缩时，密封件的形状改变。如图11-12所示，孔532的壁是非平面的并且包括一个或多个斜角表面并且斜角角度远离孔的中心；然而，这不是必需的。当依靠如图12所示螺母和螺栓550、552的紧固而使法兰560、562相互靠近移动时，这些斜角表面使密封件适当变形并且允许弹簧变成平面。通常，用于形成密封件的材料不同于用于形成载架的材料。典型地，载架的材料是比用于密封件的材料更坚硬、更少变形的材料；然而，这不是必需的。密封件可以用摩擦连接到载架或通过其他方式连接(例如粘结、熔接等)。如图11中所示，在弹簧压缩之前，密封件的一部分可选地伸出表面513、515以上和/或以下，但是在如图12所示，弹簧压缩之后便不再伸出。图11-12中所示载架和弹簧装置的材料、结构和操作与图1-10中所示载架和弹簧装置相同或大致相同，因此这里不再重复。图11-12没有示出使用一个或多个O形环；然而，可以理解的是，图11-12所示的扭矩保持装置可选地包括一个或多个O形环，并且改进的载架具有如图5-8所示的一个或多个O形环槽，和/或如图5-9中所示在一个或多个弹簧上有涂层配置。还可以理解的是，图10中所示的挡板和板槽设置可选地能用于图11-12中所示的扭矩保持装置中。

现在参照图13-15，示出了扭矩保持装置10的另一个非限制性构造。其中所示的弹簧装置622包括一系列的三个盘式弹簧642、643、644和孔632内的密封衬套623。如图所示，孔632的壁不是平面的。当扭矩法兰连接器610用螺母652和螺栓650固定时，如图15所示，盘式弹簧642、643、644变平而延伸进入与载架612共面设置，孔632的非平面壁为密封衬套623提供空间伸展和弯曲。密封衬套623可以摩擦地连接到载架或通过其他方式连接(例如粘结、熔接等)。通常，用于形成密封衬套的材料不同于用于形成载架的材料。典型地，载架的材料是比用于密封衬套的材料更坚硬、更少变形的材料；然而，这不是必需的。

如图14中所示，在弹簧压缩之前，密封衬套的一部分可选地伸出表面613、615以上和/或以下，但是在如图15所示，弹簧压缩之后便不再伸出。图13-15中所示载架和弹簧装置的材料、结构和操作与图1-12中所示载架和弹簧装置相同或大致相同，因此这里不再重复。图13-15没有示出使用一个或多个O形环；然而，可以理解的是，图13-15所示的扭矩保持装置可选地能包括一个或多个O形环，并且改进的载架具有如图5-8所示的一个或多个O形环槽，和/或如图5-9中所示在一个或多个弹簧上有涂层配置。还可以理解的是，图10中所示的挡板和板槽设置可选地能用于图13-15中所示的扭矩保持装置中。还可以理解的是，图11-12中所示的密封件可选地能用于图13-15所示的扭矩保持装置中。还可以理解的是，图13-15中所示的密封衬套可选地能用于图1-12所示的扭矩保持装置中。

参照图16-19，示出了扭矩保持装置10的另外的非限制性构造。如图16和18中所示，载架包括侧面槽、开口或间隙。这种设置可以用于使扭矩保持装置围绕位于管道法兰之间的管衬滑入，而不需要完全分离管道。这可以提供在时间上显著的进步，并且可以降低必须在现有管道系统上插入和替换本发明的扭矩保持装置的复杂性。图16和18中所示载架712、812中的间隙701、801允许整个一体式保持装置710、810在组装过程中的任何步骤以如同卡环的相同方式安装到管道上，从而消除对以特定顺序堆叠的一体式产品710、810的需求。这种特别的布置在扭矩保持装置用作改造装置的情况中特别有利。在安装紧固件和扭矩保持装置时，整个法兰/装配组件，包括任何塑料密封件(例如PTFE密封件等)，可以保持完整。

现在参照图16-17，示出了由单体挠性材料(即金属、塑料、复合材料)形成的载架712。位于载架中的是多个封圈713。载架包括多个开口，每个开口包括一个封圈。不限制载架上的封圈的数量。围绕载架外周相邻定位的封圈之间的距离大致相同；然而，这不是必需的。封圈713可以用于保持弹簧742、743、744、745到载架712，并且对随后的弹簧压缩提供密封和视觉提示。封圈可以由任何类型的材料(例如塑料、金属、复合材料等)制成。封圈713的厚度可对扭矩保持装置完成加载后和扭转方位提供所需的视觉提示。四个弹簧被标示在封圈中；然而，可以理解的是，少于四个或多于四个弹簧都可以包括在一个或多个或所有封圈中。

载架712可以包括保持封圈713的平薄片状材料，封圈713用于保持弹簧装置722。如图所示，弹簧装置722包括垂向设置的四个弹簧742、743、744、745。可以理解的是，在前述设置中可以使用任何数量的多个弹簧。封圈713具有大致圆柱形状；然而，这不是必需的。每个封圈有大致相同的尺寸和形状；然而，这不是必需的。封圈通常由不同于载架的材料制成；然而，这不是必需的。封圈包括其中放置弹簧的内部空腔。弹簧可以以任何方式连接到封圈。如图17中所示，封圈的外表面包括载架槽703，载架槽703设计为容纳载架的一部分，封圈可以固定到载架。通常，如图17所示，载架槽位于封圈纵轴线的中点；然而，这不是必需的。载架的厚度通常小于封圈的纵向长度；然而，这不是必需的。在一个非限制性设置中，载架的厚度大致小于70％的封圈纵向长度，典型地，载架的厚度小于50％封圈纵向长度，更典型地，载架的厚度小于40％封圈纵向长度，仍是更典型地，载架的厚度小于25％封圈纵向长度，还是更典型地，载架的厚度小于10％封圈纵向长度。当在被压缩和加载(扭转)方位时，封圈的纵向长度等于或稍小于堆叠弹簧的组合高度或厚度；然而，这不是必需的。图16-17中所示弹簧装置的材料、结构和操作与图1-15中所示载架和弹簧装置相同或大致相同，因此这里不再重复。图16-17没有示出使用一个或多个O形环；然而，可以理解的是，图16-17所示的扭矩保持装置可选地包括一个或多个O形环，并且改进的载架具有如图5-8所示的一个或多个O形环槽，和/或如图5-9中所示在一个或多个弹簧上有涂层配置。还可以理解的是，图10中所示的挡板和板槽设置可选地能用于图16-17中所示的扭矩保持装置中。还可以理解的是，图11-12中所示的密封件可选地能用于图16-17所示的扭矩保持装置中。还可以理解的是，图13-15中所示的密封衬套可选地能用于图16-17所示的扭矩保持装置中。

如图18和19所示，扭矩保持装置10可以包括载架812，载架812具有从其上伸出的多个指状物813、814、815、816。指状物813、814、815、816中的每个可以包括孔洞穿过其中，用于在其中安装弹簧装置822。不限制载架中的指状物的数量。通常载架包括多个指状物。如上所述，多个弹簧842、843、844可以垂向设置对齐并且保持在各孔洞内。如图18所示，指状物的纵向长度大于指状物之间载架部分的宽度；然而，这不是必需的。在一个非限制性设置中，指状物之间载架部分的最小宽度大致小于70％的指状物纵向长度，典型地，指状物之间载架部分的最小宽度小于50％的指状物纵向长度，更典型地，指状物之间载架部分的最小宽度小于30％的指状物纵向长度。

如图18所示，指状物之间的载架部分具有大致恒定的宽度并且具有弧形形状；然而，这不是必需的。弹簧装置822在图18中被示出为：与指状物的底部相比，更靠近指状物的端部，但也与该端部间隔；然而，这不是必需的。每个指状物的前端是大致弧形形状；然而，这不是必需的。当在被压缩和加载(扭转)方位时，在堆叠弹簧的位置的指状物的厚度等于或稍小于堆叠弹簧的组合高度或厚度；然而，这不是必需的。图18-19中所示弹簧装置的材料、结构和操作与图1-15中所示载架和弹簧装置相同或大致相同，因此这里不再重复。图18-19没有示出使用一个或多个O形环；然而，可以理解的是，图18-19所示的扭矩保持装置可选地包括一个或多个O形环，并且改进的载架具有如图5-8所示的一个或多个O形环槽，和/或如图5-9中所示在一个或多个弹簧上有涂层配置。还可以理解的是，图10中所示的挡板和板槽设置可选地能用于图18-19中所示的扭矩保持装置中。还可以理解的是，图11-12中所示的密封件可选地能用于图18-19所示的扭矩保持装置中。还可以理解的是，图13-15中所示的密封衬套可选地能用于图18-19所示的扭矩保持装置中。可以理解的是，图16和18中所示的载架712、812中的开口区域(即非连续圆周形状)，允许载架712、812围绕现有系统装配，现有系统例如，但不限制于现有管道系统。载架可以被设计为置于两个管道段的法兰之间。可替代的，载架可以围绕管道段和临近管道段法兰放置，以使载架不位于两个管道段法兰之间。在该设置中，管道段不需要被分开来以使用本发明的扭矩保持装置。扭矩保持装的载架可以简单地围绕一个管道段放置，而两个管道段的法兰仍然置于一起。用于连接两个法兰在一起的连接器(例如螺栓和螺母，螺钉等)穿过法兰的开口并且穿过扭矩保持装置中的弹簧孔，随后被紧固。这种扭矩保持装置的构造可以用于在现有管道系统上，以轻松和方便地使用扭矩保持装置，不需要拆开管道段和分开管道段的法兰。

本文中所述的载架可以由金属或塑料材料制成。弹簧装置被描述为多个弹簧。弹簧装置如图所示，在每个堆叠中包括三个或四个弹簧；然而，可以使用其他数量的弹簧。弹簧堆叠可以卡入载架；然而，也可以使用其他保持装置(例如粘结，熔接，钎焊，焊接，钩环扣接件、摩擦配合等)。

图中所示载架和弹簧堆叠，包括整体式主体。可以理解的是，盘式弹簧的弹簧作用是集中在每个螺栓下的。载架的厚度对完成以英尺-磅计扭矩提供所需视觉提示。载架的材料可以被制造为满足必要的管道系统和法兰连接器的化学稳定性和操作温度。

如上所述，盘式弹簧可以涂覆抗冲击、润滑、或防腐蚀涂层，以进一步提高紧固件扭转准确性。此外，紧固件堆叠可以免遭管道内容物的影响，即，通过以下手段而免遭管道内容物的影响：围绕每个弹簧堆叠的O形环、垫圈；单独保护的弹簧；围绕整个堆叠的保护；载架部分地封围盘式弹簧的外直径；和/或围绕每个弹簧堆叠的外平面模制成型到载架中的底部密封件。紧固件堆叠的所有前述保护可造成压缩以当扭转时进行密封。

可以理解的是，扭矩法兰连接器通常是耐化学和温度的整体式主体。

因此可以看出以上表述的目的，在那些从前面的说明书变得明显，可以有效的实现，并且没有脱离本发明精神和范围在结构上可以做出某些改变，目的是包括在以上说明书和表示在幅图中的所有内容应当理解为描述而不是限制。本发明已经参考优选和提到实施方式说明。基于阅读和理解本文提供的发明的详细说明，对本领域技术人员修改和替换将会变得明显。在它们来自本发明范围之内的前提下，本发明目的是包括所有这种修改和替换。还可以理解的是，所附权利要求目的是涵盖所有的本文所述发明和发明范围所有表述的一般和特别的特征，作为语言的原因，可能被表述为落入它们之间。

Claims (41)

1.一种扭矩保持装置，包括：

载架，其具有第一侧和与所述第一侧相对且隔开的第二侧，所述载架包括围绕外周间隔布置的多个穿过弹簧孔；

第一组弹簧，其堆叠在所述载架的第一弹簧孔内，所述第一组弹簧中的每个所述弹簧以垂向布置对齐，用于接纳螺栓通过，在预扭转方位，所述第一组弹簧中的至少一个弹簧与所述载架不共面，并且在被加载和扭转方位，所述第一组弹簧中的所有弹簧与所述载架共面；

第二组弹簧，其堆叠在所述载架的第二弹簧孔内，所述第二组弹簧中的每个所述弹簧以垂向布置对齐，用于接纳螺栓通过，在预扭转方位，所述第二组弹簧中的至少一个弹簧与所述载架不共面，并且在加载和扭转方位，所述第二组弹簧中的所有弹簧与所述载架共面；和，

其中，使所述弹簧与所述载架对齐成共面能视觉地指示适当的扭转作用力。

2.如权利要求1中要求的扭矩保持装置，其中，所述弹簧是盘式弹簧。

3.如权利要求1中要求的扭矩保持装置，其中，在所述预扭转方位，所述第一和第二组弹簧中的所有所述弹簧与所述载架不共面。

4.如权利要求2中要求的扭矩保持装置，其中，在所述预扭转方位，所述第一和第二组弹簧中的所有所述弹簧与所述载架不共面。

5.如权利要求1中要求的扭矩保持装置，其中，所述第一和第二组弹簧中的至少一个所述弹簧包括涂层。

6.如权利要求4中要求的扭矩保持装置，其中，所述第一和第二组弹簧中的至少一个所述弹簧包括涂层。

7.如权利要求1中要求的扭矩保持装置，其中，所述载架包括围绕所述载架的至少一个所述弹簧孔的周边的O形环。

8.如权利要求6中要求的扭矩保持装置，其中，所述载架包括围绕所述载架的至少一个所述弹簧孔的周边的O形环。

9.如权利要求1中要求的扭矩保持装置，其中，所述载架包括挡板，所述挡板至少部分地插入所述载架，以当所述弹簧从所述预扭转方位移动到所述扭转方位时，限制所述第一组弹簧中的至少一个所述弹簧的移动。

10.如权利要求8中要求的扭矩保持装置，其中，所述载架包括挡板，所述挡板至少部分地插入所述载架，以当所述弹簧从所述预扭转方位移动到所述扭转方位时，限制所述第一组弹簧中的至少一个所述弹簧的移动。

11.如权利要求1中要求的扭矩保持装置，其中，所述载架包括多个指状物，第一指状物包括一个所述弹簧孔，所述弹簧孔包括所述第一组弹簧，第二指状物包括一个所述弹簧孔，所述弹簧孔包括所述第二组弹簧。

12.如权利要求10中要求的扭矩保持装置，其中，所述载架包括多个指状物，第一指状物包括一个所述弹簧孔，所述弹簧孔包括所述第一组弹簧，第二指状物包括一个所述弹簧孔，所述弹簧孔包括所述第二组弹簧。

13.如权利要求1中要求的扭矩保持装置，包括第一封圈，所述第一封圈定位于并连接到一个所述弹簧孔，所述第一封圈包括所述第一组弹簧，所述第一组弹簧位于所述第一封圈的内部空腔中。

14.如权利要求12中要求的扭矩保持装置，包括第一封圈，所述第一封圈定位于并连接到一个所述弹簧孔，所述第一封圈包括所述第一组弹簧，所述第一组弹簧位于所述第一封圈的内部空腔中。

15.如权利要求1中要求的扭矩保持装置，包括置于一个所述弹簧孔中的弹性密封件，所述密封件与所述第一组弹簧中的多个所述弹簧相配合，当所述弹簧从所述预扭转方位移动到所述扭转方位时，所述第一组弹簧中的所述弹簧导致所述弹性密封件变形。

16.如权利要求14中要求的扭矩保持装置，包括置于一个所述弹簧孔中的弹性密封件，所述密封件与所述第一组弹簧中的多个所述弹簧相配合，当所述弹簧从所述预扭转方位移动到所述扭转方位时，所述第一组弹簧中的所述弹簧导致所述弹性密封件变形。

17.如权利要求1中要求的扭矩保持装置，包括定位于一个所述弹簧孔中的弹性密封衬套，所述密封衬套与所述第一组弹簧中的多个所述弹簧相配合，所述弹簧孔具有非平面内表面，当所述弹簧从所述预扭转方位移动到所述扭转方位时，所述弹性密封衬套被导致变形。

18.如权利要求16中要求的扭矩保持装置，包括定位于一个所述弹簧孔中的弹性密封衬套，所述密封衬套与所述第一组弹簧中的多个所述弹簧相配合，所述弹簧孔具有非平面内表面，当所述弹簧从所述预扭转方位移动到所述扭转方位时，所述弹性密封衬套被导致变形。

19.如权利要求1中要求的扭矩保持装置，其中，所述载架是弹性的，并包括侧面槽以使所述载架围绕管道装配。

20.如权利要求18中要求的扭矩保持装置，其中，所述载架是弹性的，并包括侧面槽以使所述载架围绕管道装配。

21.如权利要求1中要求的扭矩保持装置，其中，所述第一和第二组弹簧分别包括垂向堆叠的至少两个弹簧。

22.如权利要求20中要求的扭矩保持装置，其中，所述第一和第二组弹簧的每个包括垂向堆叠的至少两个弹簧。

23.如权利要求1中要求的扭矩保持装置，其中，每个所述第一和第二组弹簧中的一个或多个弹簧包括总高度，所述一个或多个弹簧的所述总高度在加载和扭转方位等于包括第一和第二组弹簧的所述载架一部分的厚度。

24.如权利要求22中要求的扭矩保持装置，其中，每个所述第一和第二组弹簧中的一个或多个弹簧包括总高度，所述一个或多个弹簧的所述总高度在加载和扭转方位等于包括第一和第二组弹簧的所述载架一部分的厚度。

25.如权利要求1中要求的扭矩保持装置，其中，每个所述第一和第二组弹簧包括围绕所述第一和第二组弹簧外周边的涂层。

26.如权利要求24中要求的扭矩保持装置，其中，每个所述第一和第二组弹簧包括围绕所述第一和第二组弹簧外周边的涂层。

27.如权利要求1中要求的扭矩保持装置，其中，所述载架是连续圆周形状。

28.如权利要求26中要求的扭矩保持装置，其中，所述载架是连续圆周形状。

29.如权利要求1中要求的扭矩保持装置，其中，所述载架是非连续圆周形状。

30.如权利要求26中要求的扭矩保持装置，其中，所述载架是非连续圆周形状。

31.一种用于将管道段连接在一起的方法，包括：

a.提供具有第一法兰的第一管道段；

b.提供具有第二法兰的第二管道段；

c.提供如权利要求1限定的扭矩保持装置，所述扭矩保持装置的所述弹簧在预扭转方位；

d.围绕所述第一管道段并且邻近第一法兰来插入所述扭矩保持装置；

e.将第一螺栓的主体插入通过所述第一和第二法兰，使所述螺栓的所述主体穿过扭矩保持装置中的第一组弹簧、所述第一法兰中的第一螺栓开口、和所述第二法兰中的第一螺栓开口；

f.将第二螺栓的主体插入通过所述第一和第二法兰，使所述螺栓的所述主体穿过扭矩保持装置中的第二组弹簧、所述第一法兰中的第二螺栓开口、和所述第二法兰中的第二螺栓开口；和

g.将螺母固定和紧固到所述第一和第二螺栓的端部，以使所述第一和第二法兰被拉到一起，并且使所述第一和第二弹簧组中的所述弹簧与所述载架变得共面，使所述第一和第二弹簧组中的所述弹簧与所述载架对齐成共面能视觉地指示螺母上适当的扭转作用力。

32.一种用于内衬管道的扭矩保持装置，包括：

一体式载架，所述载架包括围绕外周等间隔的多个弹簧孔；和，

多个弹簧，所述多个弹簧是盘式弹簧，所述多个弹簧由金属制成，所述弹簧中的至少一个安装到每个所述多个弹簧孔中，每个所述弹簧孔包括垂向堆叠的至少两个弹簧，每个弹簧在预扭转状态下具有凸向方位，并且每个弹簧在扭转后状态下具有平面方位。

33.如权利要求32中要求的扭矩保持装置，其中，所述至少两个弹簧包括高度，所述至少两个弹簧的所述高度在所述加载和扭转方位等于所述载架的厚度。

34.如权利要求32中要求的扭矩保持装置，其中，所述载架包括围绕每个弹簧孔周边的O形环。

35.如权利要求32中要求的扭矩保持装置，其中，每个弹簧包括涂层。

36.如权利要求32中要求的扭矩保持装置，其中，所述垂向堆叠的弹簧包括围绕所述堆叠弹簧外周边的涂层。

37.如权利要求32中要求的扭矩保持装置，其中，所述载架包括位于每个弹簧孔下边缘的安装板。

38.如权利要求32中要求的扭矩保持装置，其中，所述载架包括围绕每个弹簧孔内壁的密封件。

39.如权利要求32中要求的扭矩保持装置，其中，所述载架是连续圆周形状。

40.如权利要求32中要求的扭矩保持装置，其中，所述载架是非连续圆周形状。

41.如权利要求32中要求的扭矩保持装置，其中，所述扭转方位压缩所述弹簧从与所述载架非共面方位到与所述载架平面方位，所述扭转方位使所述弹簧与载架的平面方位对齐并且提供所需螺栓扭矩值的视觉指示。