CN106051343A - 用于连接管道的组件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于将管道与外部系统连接的管组件。该管组件包括以各种方式附接至管道的端部上的球形凸缘。该球形凸缘可包括接纳密封部件的三角形的沟槽。该球形凸缘然后在管道与其连接的状态下插入到杯形凸缘中。连接部件用于将保持凸缘和杯形凸缘联接在一起以帮助将球形凸缘相对于轴线的转动或移动角度限制为约5°至9°。

Description

用于连接管道的组件
技术领域
本发明涉及一种连接部，更具体地涉及球形凸缘与管道之间的连接部。
背景技术
管组件用于各种液压、气压和结构接头中。典型地，在具有固定的管端的接头中，管端与接头刚性地联接。接头需要定向成与管道中的弯曲部对准。可使用模板和/或夹具来辅助定向所述接头。然而，由于特定管组件的具体要求，单个模板和/或夹具仅可用于一种类型的管组件。因此，必须为各种类型的管组件设置多个模板和/或夹具。此外，模板和/或夹具还可能需要储藏、运输和维护。因此，与组件相关的成本可能增加。
另外，公差累积可能会导致管组件难以与机器连接。因而，当管端构件未正确对准时，技术人员将尝试强制使管道就位，从而引致不安全的状态和损伤管道而导致构件的故障/失效。
美国专利号7,712,793教导了一种用于供由水肺潜水员使用的二级水肺调节器使用的球窝型转环连接器/回转连接器。球体由具有良好的耐腐蚀性的金属制成。球体由低摩擦衬套保持在适当位置。衬套以轻微的组装压力压缩金属回转球体。这通过在低摩擦衬套的一个侧面中加工或模制相同半径的回转球体来实现。海水不会进入转环/回转体。球体具有独特的O形环槽或通道，其沿容许O形环在连接器回转时擦拭衬套的路径完全环绕球体并防止海水进入转环。不存在海水集中在O形环周围的区域。该优选方案使用高等级不锈钢回转球体、低摩擦聚合物衬套材料和内部润滑的低摩擦O形环。清洁环护套(wiper ring boot)——一种采用外护套作为清洁环的球窝式擦拭器——保持砂和污染物不会进入转环的转动机构。然而，球窝不允许可能需要的各种连接部并且在球体的底部部分不存在用以防止节流的扩开部/扩张部。
需要一种能适合接纳使用者期望的各种类型的连接部的具有有限自由度的转动凸缘。
发明内容
在一个方案中，本发明描述了一种用于将管道与系统连接的管组件，所述管组件包括：构造成接纳连接部件并具有第一腔室的保持凸缘(截获凸缘，captive flange)；具有上部部分、底部部分和球形部分的球形凸缘，所述上部部分被接纳在所述保持凸缘中并能与所述管道连接；形成在所述球形凸缘的底部部分处的三角形的沟槽；位于所述三角形的沟槽中的密封部件；杯形凸缘，所述杯形凸缘构造成在第二腔室中接纳球形凸缘的底部部分，并接纳所述连接部件；和腿部，所述腿部形成在所述球形凸缘的底部部分处并且构造成与所述杯形凸缘的表面配合，其中所述球形凸缘相对于轴线的转动角度由所述第一腔室的成角度部分限制。
在另一方案中，本发明说明了一种用于管组件的球形凸缘，所述球形凸缘包括构造成能与管道连接的上部部分、构造成与杯形凸缘的腔室配合的球形部分以及构造成具有三角形的沟槽和扩开的腿部的底部部分。
附图说明
图1示出根据本发明的一个方案的管组件的分解图。
图2示出根据本发明的一个方案的具有带伸出的腿部的球形凸缘的组装好的管组件。
图3A示出根据本发明的一个方案的三角形的沟槽。
图3B示出根据本发明的另一方案的三角形的沟槽。
图4示出根据本发明的另一方案的带球形凸缘的管组件。
图5示出根据本发明的一个方案的在管道与球形凸缘之间带有钎焊连接部的管组件。
图6示出根据本发明的一个方案的在管道与球形凸缘之间带有机械接头连接部的管组件。
图7和8示出根据本发明的一个方案的带具有螺纹连接部的球形凸缘的管组件。
图9和10示出根据本发明的一个方案的带具有螺纹连接部的球形凸缘的管组件。
具体实施方式
本发明涉及一种用于将球形凸缘与管道连接的管组件。现将详细论述本发明的具体方案或特征，其示例在附图中被示出。只要有可能，所有附图中将使用相同的附图标记来表示相同或相似的零部件。
图1示出了根据本发明的一个方案的管组件100的分解图。管组件100构造成与外部系统(未示出)配合并输送处于液体或气体状态的流体。外部系统可以是液压或气压系统，例如流体阀、端口、液压缸、气压缸等。另外，外部系统可以是采用液压和/或气压构件的机器、车辆或设备的一部分。
管组件100可包括保持凸缘102、球形凸缘104、杯形凸缘106、管道108、连接部件110、垫圈112和密封部件114。保持凸缘102构造成包括能接纳管道108的第一腔室118和能接纳连接部件110的第一紧固孔116。诸如螺栓、螺钉等的连接部件110将保持凸缘102与杯形凸缘106联接。垫圈112设置成使得连接部件110能更好地与保持凸缘102配合。管道108可以由任意材料如合金制成，并且构造成输送处于压力下的各种流体。管道108以各种方式(如焊接、螺纹联接等)与球形凸缘104连接并且将在下文进一步论述。
球形凸缘104能由包括合金、钢等的材料制成。球形凸缘104还包括在球形部分121中切出以便接纳密封部件114的三角形的沟槽128。密封部件114如O形环防止流体在管组件100与外部系统联接时从外部系统进入管组件100。球形凸缘104构造成具有相对于中心轴线A 132(图2)的约5°-9°的限制的移动角度。杯形凸缘106包括接纳连接部件110的第二紧固孔107。
图2示出根据本发明的一个方案的具有带伸出的腿部124的球形凸缘104的组装好的管组件100。连接部件110被接纳在保持凸缘102的第一紧固孔116和杯形凸缘106的第二紧固孔107内。连接部件110也可伸出到外部系统中以使得管组件100可被螺栓连接在其上。因而，当连接部件110以常规方式被紧固时，保持凸缘102和杯形凸缘106紧紧地联接在一起。如图2所示，球形凸缘104被接纳(摩擦配合)在保持凸缘102的第一腔室118和杯形凸缘106的第二腔室125内。
由于保持凸缘102和杯形凸缘106紧紧地联接在一起，球形凸缘104相对于轴线A 132的转动角度被限制为约5°-9°。在本发明的一个方案中，球形凸缘104相对于轴线A 132的转动被限制为约7°。球形凸缘104的受限的转动角度防止可能会损伤管组件100、或管道108与球形凸缘104之间的连接部的过多的转动。可通过使第一腔室118成一定角度以使得该角度在保持凸缘102的顶部处离轴线A 132最远并在保持凸缘102的底部处离轴线A最近来限制球形凸缘104的转动角度。因而，球形凸缘104的上部部分120只能移动到它与第一腔室118的成角度部分接触为止。另外，球形凸缘104的转动角度可由位于球形凸缘104的底部部分处的腿部124限制。具有成角度部分123的腿部124构造成与第二腔室125的表面接触，所述第二腔室的表面为圆形的或球形的以便接纳球形部分121和成角度部分123。随着腿部124经过第二腔室125的表面，球形凸缘104的转动可由于腿部124的定位和球形凸缘的与第一腔室118的成角度部分接触的上部部分120的位置而被限制。腿部124成一定角度或扩开以防止或减少可能发生的节流。
图2和3中还示出了在球形部分121下方切出并限定出腿部124的外表面的三角形的沟槽128。密封部件114设置成防止流体从外部系统经开口126行进至管组件100中。图2中还示出形成在球形部分121的顶部上的肩部130。
在本发明的一个方案中，球形凸缘104的不同部分具有不同外径。上部部分120具有外径D1，而球形部分121具有外径D2且腿部24具有外径D3。在本发明的一个方案中，D2大于D3，D3大于D1。然而，在其它方案中，各直径可以相同，或D1大于D3，等等。
图2中还示出，管道108包括管道通路122，管道通路122允许流体经其流到球形凸缘通路115。因而，流体可从管道通路122流到球形凸缘通路115，然后流到通向外部系统中的开口126。
图3A示出根据本发明的一个方案的三角形的沟槽128。三角形的沟槽128可在球形凸缘104中机械切削而成并且还可限定腿部124的外径。三角形的沟槽128可具有第一长度127和第二长度129，这两个长度是相同或不同的长度。在本发明的一个方案中，第一长度127小于第二长度129，或反之。实质上，第一长度和第二长度形成直角。此外，在本发明的此方案中，第一长度127可垂直于轴线A 132，且第二长度129可平行于轴线A132或位于与其相同的轴线上。
图3B示出根据本发明的另一个方案的三角形的沟槽128。在本发明的该方案中，三角形的沟槽128可相对于轴线A 132成不同角度。亦即，第一长度127不垂直于轴线A 132，且第二长度129与轴线A 132不平行或不位于与其相同的轴线上。在一个方案中，θ1和/或θ2可相对于轴线A 132成1°至89°、30°至60°、40°至50°和其它度数。例如，θ1可与轴线A 132成45°且θ2与轴线A 132成45°。θ1和θ2的其它组合是可能的。
图4示出根据本发明的另一方案的带球形凸缘204的管组件100。球形凸缘204与图2所示的球形凸缘104相似，但具有构造成不与第二腔室125的表面接触的腿部224。因而，在使用期间，仅球形部分121与第二腔室125的表面接触。图4中还示出了形成在管道108与球形凸缘204的上部部分120连接之处的连接部206。在本发明的一个方案中，连接部206是焊接连接部，例如钨极气体保护电弧焊(GTAW)或钨极惰性气体(TIG)焊接等。在本发明的此方案中，可通过使第一腔室118成一定角度以使得该角度在保持凸缘102的顶部处离轴线A 132最远而在保持凸缘102的底部处离轴线A最近来限制球形凸缘204的转动角度。因而，球形凸缘204的上部部分120只能移动到它与第一腔室118的成角度部分接触为止。
图5示出根据本发明的一个方案的在管道108与球形凸缘304之间带有钎焊连接部的管组件100。在此方案中，球形凸缘304不包括上部部分120且因而被截顶。球形凸缘304包括将管道108的外表面208接纳在其中的管道接纳部306。该类型的接头连接被已知为钎焊连接或银钎焊。该工艺使用熔点高于800°F但低于正被接合的金属的熔点的含银合金。在钎焊中，要连接的金属通常被加热至略高于银钎料/银填充金属的流动点的温度，从而使其熔化。银钎料然后通过毛细引力在两种基材之间流动并通过原子引力和扩散与它们的表面结合。亦即，银钎料在管道108的外表面208与管道接纳部306之间流动，由此使管道108与球形凸缘304结合。
图6示出根据本发明的一个方案的在管道108与球形凸缘404之间带有机械接头连接部的管组件100。在本发明的此方案中，机械接头连接部可以是螺纹连接部的形式。管道108的外表面208包括第一组螺纹216，而管道接纳部306的内表面包括与第一组螺纹互补的第二组螺纹308。因而，为了形成机械接头连接部，使用者可以相应地转动管道108和/或球形凸缘404，直至形成良好的连接。
在本发明的针对机械接头的另一方案中，管道接纳部306在其内径中具有3至4个沟槽或直切口。在管道108(未进行任何机加工的直端部)被插入到管道接纳部306中之后，将工具插入到管道内。工具内部是围绕锥形心轴定位的滚子。工具向前迫压心轴，这又引起滚子向外扩张。这引起管道材料被压入沟槽内，从而将两个部件(管道和球形凸缘)锁定在一起。
图7和8示出了根据本发明的一个方案的带具有螺纹连接部502的球形凸缘504的管组件100。在本发明的此方案中，球形凸缘504包括螺纹连接部502，例如配合/安设在与管道108连接的端部处的O形环表面密封件(O-ring face seal/ORFS)(未示出)。螺纹连接部502可符合SAE J1453和ISO 8434-3。实质上，该类型的连接部是针对约6000PSI的无泄漏使用而设计的。直螺纹凸端506的表面中的O形环相对于扁平面凹座(未示出)密封并由回转螺母508机械地保持在适当位置。
图9和10示出根据本发明的一个方案的带具有螺纹连接部602的球形凸缘604的管组件100。在本发明的此方案中，球形凸缘604包括螺纹连接部602，例如安设在与管道108连接的端部处的直螺纹O形环凸部(straight thread O-ring boss/STOR)(未示出)。螺纹连接部602可符合SAE 514。实质上，该直螺纹连接部使用与JIC 37°相同的螺纹。然而，37°扩开部(flare)已被去除并已增加O形环。当与凹的O形环凸部端口(female O-ring boss port)配合时，O形环被卡在特殊的锥形沉孔606内以实现密封。
在本发明的另一方案中，尽管附图示出了作为管组件100的一部分的杯形凸缘106，但杯形凸缘106可以是与保持凸缘102螺栓连接的外部系统的一部分。亦即，外部系统已经在其顶部上包括杯形凸缘106。在本发明的再另一方案中，杯形凸缘106可在外部系统中机加工而成且然后可与保持凸缘螺栓连接。
为了组装管组件100，以本文中论述的各种方式中的任意方式将球形凸缘104安装在管道108的端部上。球形凸缘104可以包括接纳密封部件114的三角形的沟槽128。球形凸缘104然后在与管道108连接的状态下插入杯形凸缘106内。球形凸缘104在底部部分扩开以防止节流。使用保持凸缘102来将球形凸缘104压入杯形凸缘106内。使用连接部件110和垫圈112将保持凸缘102和杯形凸缘106紧固在一起，并且一旦连接在一起，保持凸缘和杯形凸缘便有助于将球形凸缘的相对于轴线132的转动或移动角度限制为约5°至9°。
工业适用性
本发明适用于使管道108与外部系统连接的管组件100。管组件100构造成与外部系统配合并输送处于液体或气体状态的流体。外部系统可以是液压或气压系统，例如流体阀、端口、液压缸、气压缸等。另外，外部系统可以是采用液压和/或气压构件的机器、车辆或设备的一部分。
公差累积会使得难以将管道108与机器(如机器或车辆中的液压或气压系统)连接。公差累积对于在将构件接合在一起时解决机械配合和机械性能要求而言非常关键。因而，当管道108未与对应的安装点正确连接时，装配工人可能尝试强制使管道108就位，从而引起组装工人的不安全状态，并导致损伤管道和最终引起管道故障。管道故障可能会损坏机器并需要很长的停机时间以修理机器，由此延长了完成项目的时间并增加了修理费用。
管组件100可包括保持凸缘102、球形凸缘104、杯形凸缘106、管道108、连接部件110、垫圈112和密封部件114。保持凸缘102构造成包括能接纳管道108的第一腔室118和能接纳连接部件110的第一紧固孔116。诸如螺栓、螺钉等的连接部件110将保持凸缘102与杯形凸缘106联接。垫圈112设置成使得连接部件110能更好地与保持凸缘102配合。球形凸缘104还包括在球形部分121中切出以便接纳密封部件114的三角形的沟槽128。密封部件114如O形环防止了流体从外部系统进入管组件100。由于保持凸缘102和杯形凸缘106紧紧地联接在一起，球形凸缘104相对于轴线A 132的转动被限定为约5°-9°。在本发明的一个方案中，球形凸缘104被限制为相对于轴线A 132转动约7°。球形凸缘104的有限程度的转动防止可能会损伤管组件100、或管道108与球形凸缘104之间的连接部的过多转动。

Claims (10)

1.一种用于将管道与系统连接的管组件，包括：
构造成接纳连接部件并具有第一腔室的保持凸缘；
具有上部部分、底部部分和球形部分的球形凸缘，所述上部部分被接纳在所述保持凸缘中并能与所述管道连接；
形成在所述球形凸缘的所述底部部分处的三角形的沟槽；
位于所述三角形的沟槽中的密封部件；
杯形凸缘，所述杯形凸缘构造成在第二腔室中接纳球形凸缘的底部部分，并接纳所述连接部件；和
腿部，所述腿部形成在所述球形凸缘的底部部分处并且构造成与所述杯形凸缘的表面配合，其中，所述球形凸缘相对于轴线的转动角度由所述第一腔室的成角度部分限制。
2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述腿部具有构造成减少节流的成角度部分。
3.根据权利要求1所述的组件，其中，所述连接部件将所述保持凸缘和所述杯形凸缘联接在一起。
4.根据权利要求3所述的组件，其中，当所述保持凸缘和所述杯形凸缘联接在一起时，所述球形凸缘的转动角度被进一步限制。
5.根据权利要求1所述的组件，其中，所述球形凸缘的上部部分经由钎焊连接、机械连接或熔焊连接中的一者与所述管道连接。
6.根据权利要求1所述的组件，其中，所述转动角度在5°-9°之间。
7.根据权利要求1所述的组件，其中，所述上部部分具有第一直径，所述底部部分具有第二直径，所述球形部分具有第三直径，并且其中，所述第一直径、所述第二直径和所述第三直径的大小彼此不同。
8.根据权利要求7所述的组件，其中，所述第二直径大于所述第三直径，所述第三直径大于所述第一直径。
9.根据权利要求1所述的组件，其中，所述三角形的沟槽包括垂直于所述轴线的第一长度和平行于所述轴线的第二长度。
10.根据权利要求1所述的组件，其中，所述三角形的沟槽包括不垂直于所述轴线的第一长度和不平行于所述轴线的第二长度。
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