CN106907512B

CN106907512B - 安全头组件

Info

Publication number: CN106907512B
Application number: CN201610941391.6A
Authority: CN
Inventors: J·托马斯克; G·布拉兹尔
Original assignee: BS&B Safety Systems Ltd
Current assignee: BS&B Safety Systems Ltd
Priority date: 2011-09-08
Filing date: 2012-09-07
Publication date: 2021-06-15
Anticipated expiration: 2032-09-07
Also published as: KR20140058664A; US20150211647A1; KR20200039020A; RU2014112795A; CN103917813B; RU2645896C9; EP2753854B1; CN106907512A; BR112014005403A2; EP2753854A2; CN103917813A; WO2013036858A3; CA2847868A1; WO2013036858A2; RU2645896C2; US10704698B2; KR102258779B1; CA2847868C

Abstract

公开了一种安全头。更具体地说，公开了一种包括圆形法兰部及至少一个突出部的安全头，其中，所述至少一个突出部具有展现混合曲率半径的面。所述圆形法兰部可厚于所述至少一个突出部。还公开了一种安全头组件，其中，所述安全头组件包括入口安全头与出口安全头。此外，公开了一种安全头组件，其中，所述入口安全头包括外围突出部，所述出口安全头包括外围突出部，并且卡环构造成与这些外围突出部接合。

Description

安全头组件

本发明是申请号为201280054631.0(PCT/US2012/054297)、申请日为2012年9月7日、发明名称为“安全头”的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本公开大体涉及支撑结构及将插入装置安装在栓接法兰之间的相关方法。更具体地说，本公开涉及能密封地夹紧在栓接法兰之间的安全头设备。

背景技术

存在若干设计成插入增压系统中的插入装置。示例性的插入装置可包括诸如阀及爆破片之类的卸压装置。压力释放装置可构造成允许增压流体响应于危险过压情形而从增压系统的一部分排出。其它示例性的插入装置包括传感器及测量设备。通常，插入装置可在两个配对法兰之间安装到增压系统中，该配对法兰借助法兰螺栓保持在一起。

在增压系统领域中，给定标称尺寸的管存在若干不同法兰栓接型式。举例来说，就给定标称尺寸的管而言，不同栓接型式可由美国国家标准学会(“ANSI”)、美国机械工程师协会(“ASME”)、德国标准学会(“DIN”)及日本工业标准(“JIS”)规定的各个标准规定。此外，就给定标称尺寸及/或标准的管而言，不同栓接型式由不同压力等级规定。因此，期望插入装置可交换地配合在具有多种法兰栓接型式的增压系统中。

插入装置的性能依赖于两个主要因素：在增压系统中的适当对准及在增压系统中的适当密封。首先，如果插入装置例如是爆破片，那么期望爆破片尽可能靠近增压系统的流体流径的中心对准。爆破片的对中或对准使得在爆破片爆破的情况下流体阻力(K_r)稳定，这期望地提高(或者优化或稳定)了超压流体退出系统时的速率。第二，就任一插入装置而言，适当地密封会防止流体泄漏到环境中。

一种类型的插入装置通过利用法兰转接器而实现了适当对准。插入装置可与法兰转接器对准，该法兰转接器则构造成与一组法兰螺栓对准。最佳的是，法兰转接器构造成配合若干用于相同标称尺寸管的螺栓配置。申请号10/936,761的共有美国专利申请示出了提供此特征的一个法兰转接器，通过援引将该专利申请的全部内容合并于此。

公知的法兰转接器在增压系统中密封时可能会呈现劣势。法兰转接器的密封质量在很大程度上依赖于施加于法兰螺栓的扭矩值。安装者可能缺少向法兰螺栓提供最佳扭矩的工具或专门知识；因此，在实际操作中，许多插入装置会由于不当的安装而提供不佳的密封。此外，法兰转接器的密封会依赖其间安装该法兰转接器的配对法兰的对准。例如，匹配面的垂直度、平行度及同轴度可影响插入装置(例如爆破片)与其保持器之间的密封布置以及保持器与配对法兰之间的密封布置。在实际操作中，两个配对法兰很少相互准确对准。安装在这种不对准的法兰之间的法兰转接器或插入装置会提供不良密封。

另一类型的插入装置可借助支撑设备或安全头组件而安装到增压系统中。支撑设备可包括入口支撑构件及出口支撑构件。装配螺栓将两个支撑构件保持在一起，插入装置位于二者之间。支撑设备与插入装置安装在借助一组配对法兰螺栓结合在一起的两个配对法兰之间。支撑设备可构造成使在法兰螺栓之间适当定位的插入装置对准。此外，支撑设备能可交换地配合在几组对应不同压力等级及设计标准的法兰螺栓中，对于具有相同标称尺寸的管而言尤其如此。专利号4,751,938(“’938专利”)的共有美国专利公开了一个示例性支撑设备，通过援引将该专利的全部内容合并于此。

在实际操作中，两个支撑构件往往比两个配对法兰更准确地相互对准。因而，与直接安装在两个(有可能不对准的)配对法兰之间的情况相比，安装在支撑设备中的插入装置可提供更好地密封。为了确保插入装置在支撑设备中适当对准，能够以预装配配置向终端用户提供支撑设备。在预装配的情况下，支撑构件与在其间适当定位的插入装置松弛地栓接在一起。因而，终端用户仅需要在配对法兰之间安装预装配设备即可。呈预装配构造的插入装置借助施加至法兰螺栓的扭矩而被密封在设备及增压系统中。

公知支撑设备可由高成本的浸湿材料制成。可因其温度稳定性、抗腐蚀能力及导磁性而选择高成本材料。因材料昂贵，所以会期望减少材料的用量。

如果向用户提供呈预加扭矩配置的支撑设备，那么支撑设备也可提供更好的密封。在预加扭矩的情况下，支撑设备的装配螺栓被提供以最佳水平的扭矩以密封支撑设备中的插入装置。在将支撑设备与插入装置安装至应用对象之前可由供应商或制造商或使用者施加此最优水平的扭矩。在预加扭矩的支撑设备而后安装在增压系统的两个配对法兰之间的情况下，插入装置的密封基本与施加至法兰螺栓的扭矩水平无关。因而，为了获得最优的密封，终端用户无需掌握向法兰螺栓施加精确扭矩水平的技术或专门知识。

公知支撑设备没有使支撑设备的装配螺栓在安装后保持可见或可调节的特征。支撑设备的一个实施例包括装配螺栓，该装配螺栓借助一组通孔垂直穿过一个支撑构件而延伸到另一个中。这些通孔可以是沉头的、埋头的或设置掩盖装配螺栓的任何其它凹口(机加工或以其它方式)。如’938专利的图3中所示，支撑构件可基本相互齐平就位。这种构造妨碍使用者看到支撑构件之间的任何装配螺栓的螺纹部。因而，使用者不能证实装配螺栓存在于安装起来的支撑组件中，而这种证实可表示支撑组件安装正确。同样如’938专利的图3中所示，配对法兰构件可完全覆盖支撑组件的顶面及底面，从而妨碍使用者看到或接近装配螺栓头部。这样，使用者既不能证实装配螺栓的存在性，也不能证实或调整施加至装配螺栓的扭矩水平。

在从系统的配对法兰之间移除支撑设备时，公知支撑设备也会存在挑战。例如，配对法兰不能容易地或安全地在固定管道系统中移动，或管道因标称直径及/或长度而沉重。因而，需要不必为了移除及/或安装支撑设备而移除所有配对法兰螺栓的支撑设备。

公知支撑设备忽略的另外特征是在腐蚀性或其它恶劣环境中使用时的耐久性及多功能性。通常，增压系统的内容物展现出十足的活性，从而易于腐蚀或侵蚀系统的部件。入口支撑构件的内孔会频繁地与这些内容物接触，这可易于侵蚀或损坏入口支撑构件。为了在这种恶劣环境中使用入口支撑构件，该入口支撑构件必须由昂贵的抗腐蚀及/或抗热材料制成。此外，入口支撑构件会因腐蚀或侵蚀而需要频繁更换。

公知支撑设备的另一实施方式可通过使用咬合密封件而为插入装置提供密封。咬合密封件包括脊状部，该脊状部构造成在支撑组件的部件被压在一起时切入或“咬合”到插入装置中。咬合密封件比依赖施加至插入装置的压力的密封件更有效。公知支撑设备提供咬合密封件作为其中一个支撑构件的整体部分。此构造遭受众多劣势。首先，在一些支撑设备中，咬合密封件必须由非常坚硬并且非常昂贵的材料制成。在咬合密封件与支撑构件结合成一体时，整个支撑构件必须由非常坚硬并且非常昂贵的材料制成，这增加了支撑设备的材料成本。此外，咬合密封件会通过运输、安装或重复使用而遭受损害。这种损害会以压痕或弯折的形式出现。受损的咬合密封件为插入装置提供劣质密封；因而，应更换受损的咬合密封件。在公知的设备中，要更换咬合密封件需要更换整个支撑构件，这增加了维护支撑设备的成本。

发明内容

鉴于前述内容，需要一种支撑设备或一种安全头组件，该支撑设备或安全头组件可减少使用的材料，同时保持或改善公知支撑设备或安全头组件的功能性。还需要一种支撑设备或一种安全头组件，该支撑设备或安全头组件便于插入装置在增压系统中适当对准及密封。还需要一种安全头组件，该安全头组件使得在该安全头组件安装在增压系统中的情况下能够看到并能够调整装配螺栓。此外，需要一种以减小的材料成本而具有增强的抗侵蚀及腐蚀性的安全头组件。还需要一种具有能以低成本更换的咬合密封件的安全头组件。而且，还需要提供改善了对准及密封的用于安装及调整安全头组件的方法。

附图说明

结合在本说明书中而构成本说明书的一部分的附图示出了若干实施方式，并且与说明一起解释本公开的方面。

图1是示出如本公开中阐明的安全头组件的实施方式的等距视图；

图2A是示出用在图1的实施方式中的出口安全头的平面图；

图2B是示出根据本公开的安全头组件的侧面的侧视图。

图2C是示出公知的安全头组件的侧面的侧视图。

图2D与2E绘出了根据本公开的安全头，该安全头叠置在公知安全头的轮廓上从而阐明根据本公开的安全头实现的材料节约；

图3是图2A的出口安全头的波形部的详细平面图；

图4A至图4C是示出邻近不同栓接型式的螺栓的图2A的出口安全头的波形部的布置的详细平面图；

图4D是根据本公开的波形面的混合曲率的设计过程的图；

图5A和图5B是示出安装在四管法兰螺栓增压系统中的图2A的出口安全头的第一位置与第二位置的平面图；

图6A至图6B是示出安装在八管法兰螺栓增压系统中的图2A的出口安全头的第一位置与第二位置的平面图；

图7是示出图1的安全头组件的剖面图，该安全头组件包括抗弯爆破片及安全头插入构件；

图8是示出图1的安全头组件的详细剖面图，该图展现了安全头插入构件的咬合密封件；

图9是图1的安全头组件的分解等距视图，该安全头包括安全头插入构件；

图10是包括具有安全头插入件的入口安全头的安全头组件的剖面图；

图11是包括具有安全头插入件的入口安全头及具有安全头插入件的出口安全头的安全头组件的剖面图；

图12是包括具有安全头插入件的入口安全头及具有安全头插入件的出口安全头的安全头组件的另一实施方式的剖面图；

图13是包括具有安全头插入件的入口安全头及具有安全头插入件的出口安全头的安全头组件的再一实施方式的剖面图；

图14是包括出口安全头中的传感器接头的安全头组件的剖面图；

图15是具有入口安全头插入件及出口安全头插入件的安全头组件的剖面图，该图示出了垫片的使用；

图16绘出了具有销孔的入口安全头；

图17绘出了具有凸台及销孔的入口安全头；

图18绘出了出口安全头；

图19绘出了具有升高的孔口平面的出口安全头；

图20绘出了装配起来的安全头组件的一个实施方式；

图21以剖面绘出了装配起来的安全头组件的另一实施方式；

图22绘出了三角形安全头的一个实施方式；

图23绘出了安全头组件的一个实施方式，其中，入口安全头与出口安全头设置有外围突出部；

图24绘出了设置有夹具的图23的安全头组件；

图25是图23与图24的安全头组件的视图，该视图示出了夹紧螺钉；

图26绘出了利用卡环及夹紧螺钉的安全头组件的另一实施方式；

图27示出了局部剖切的利用卡环的安全头组件；

图28绘出了利用夹具的安全头组件的另一实施方式；

图29是图28中所示的实施方式的另一视图，该视图示出了两个夹紧螺钉；

图30是图28与图29中所示的利用卡环与两个夹紧螺钉的实施方式的另一视图；

图31示出了局部剖切的利用卡环的安全头组件；

图32示出了安全头组件的另一实施方式，其中，入口安全头与出口安全头各自具有外围突出部；

图33是图32中所示的实施方式的另一从上面看时的视图；

图34示出了局部剖切的安全头组件。

具体实施方式

现在将详细参照当前的示例性实施方式，附图中示出了这些实施方式的实施例。

图1绘出根据本公开的示例性安全头组件，该安全头组件整体由附图标记100表示。图1的实施例示出了包括入口安全头10与出口安全头20的安全头组件100。安全头组件100可用作用于布置在增压流体系统内的任一数目的插入装置的保持器或支撑设备。安全头组件100通过被压紧在入口管法兰与出口管法兰(未示出)之间而安装到增压系统中。可以在入口管法兰与安全头组件之间及/或安全头组件与出口管法兰之间安置或不安置附加的密封膜(例如垫片)。通过将扭矩作用至法兰螺栓(整体由图4A至图4C的200、图5A至图5B的201至204及图6A至图6B的211至218示出)而实现此种压紧。

在一个实施方式中，安全头组件100及/或安全头10、20可构造成保持与和已公知的安全头及安全头组件一起使用的插入装置的回溯兼容性。例如，安全头组件100及/或安全头10、20可与能安装在由BS&B安全系统公司商业性提供的现行安全头组件中的现有爆破片完全兼容。此外或另选地，安全头组件100及/或安全头10、20可构造成与利用已公知的安全头与安全头组件的系统保持回溯兼容。以此方式，根据本公开的安全头组件可替代已公知的安全头组件而无需额外更改现有系统。

如图1中绘出的安全头组件100可利用将入口安全头10固定至出口安全头20的装配螺栓30装配。如图1中所示，爆破片40保持在安全头10、20之间；然而，本公开包涵保持在安全头10、20之间的任一数目的适当的插入装置。还可构想多个插入装置可以以单个安装动作保持在安全头10、20之间。图1中绘出的安全头组件100可以如以下所解释的是预加扭矩的或预装配的。另选的是，可分开地提供多个部件。

当安全头组件100是预装配的时，例如，安全头10、20可在不密封接合二者之间的爆破片40的情况下保持在一起。当提供呈此预装配构造的安全头组件100时，终端用户有责任创建爆破片40的密封接合。可通过向装配螺栓30施加扭矩或者通过在加压系统的两个法兰之间压紧安全头组件100而提供该密封接合。

另选的是，如果安全头组件100是预加扭矩的，那么，例如，可向用户提供带有已密封接合在安全头10、20之间的爆破片40的安全头组件100。因而，制造商、供应商或终端用户可向装配螺栓30施加最优大小的扭矩，从而消除终端用户通过配对法兰栓接布置而在插入装置(例如爆破片)与安全头之间创建密封接合的必要。通过提供预加扭矩组件，制造商或供应商可因此运输已与插入装置呈最优密封接合的安全头组件100。通过利用预加扭矩组件，终端用户可因此应用已与插入装置呈最优密封接合的安全头组件100。

图2A中单独示出了如图1的组件中所示的出口安全头20。如图2A中所示，出口安全头20可包括可以是圆形的法兰22并包括突出部。突出部可能是波形部(整体由120表示)及/或手柄26。突出部可从安全头20向外延伸，并且可关于安全头的外围大约间隔90度定位。直棱24可在各突出部之间延伸。在法兰22是圆形的实施方式中，直棱24可正切于该圆延伸。出口安全头20中央的出口孔21可限定流体流径F。波形部120及手柄26各自包括限定螺栓通孔25的通孔。法兰包括限定销孔23的一系列不对称的局部孔。如以下将详细描述的，销孔23的构造有助于出口安全头20与入口安全头10并/或与插入装置40的适当对准。

直棱24可在操纵并夹紧安全头20及/或安全头组件时提供优势。例如，直棱可允许牢固夹紧在老虎钳(两个或多个夹紧面)中，这对于安全头组件的预装配来说会是理想的。如果期望向装配螺栓(如图1中所示的30)施加预装配扭矩，那么牢固夹紧会有助于该过程。在一个实施方式中，安全头的边缘可为了安全头的人类工程学操纵而被倒圆。

如图1中最佳示出的，图2A的安全头提供突出部(波形部120及手柄26)的材料厚度小于法兰22的材料厚度这样的特征。设置具有较小材料厚度的波形部120，这减少了安全头组件100的重量及材料成本。例如图2B中示出了材料厚度的节省，相比于图2C中所示的现有技术的入口安全头210C及出口安全头220C，图2B示出了本公开的入口安全头210B及出口安全头220B的材料节省。例如，在图2D及图2E中也示出了材料厚度的节省，其中根据本公开的安全头10A叠加在已公知的安全头10Z的轮廓上。

减少安全头的突出部的材料厚度既可节省材料成本又可节省加工成本。例如，通过减小突出部的厚度，还可减小螺栓孔所需的长度，在安全头是通过浇铸形成的情况下尤为如此。因此，可减少加工各个安全头所需的时间及成本。产生的材料厚度的减少也可减少安全头组件的总质量，从而进一步提高了安全头组件的人体工程学及操纵特性。

研究发现：与公知组件及装置相比，根据本公开的安全头组件可节省高达30％至40％的材料，并节省高达10％至35％的成本。研究还发现：更大标称尺寸的安全头组件能够节省更多的材料及成本。由于发现与已公知的安全头及安全头组件所需的相比，可利用更薄的突出部并借助更少的接合螺纹提供安全头组件内的合适密封而使得能够节省材料。

厚度减小的突出部(波形部120及手柄26)可便于使用外置传感器。在公知的支撑组件中，在厚度不减小的情况下，入口安全头及出口安全头阻碍接近法兰及两个安全头之间的插入装置(例如，如图2C中所示的)。在根据本公开的安全头组件中，入口安全头及出口安全头允许接近两个安全头之间(例如，图2B中所示的)。所公开的安全头组件提供的通道可便于使用例如近距离型传感器。近距离型感测可穿过安全头中的薄壁在与爆破片对准的特定点处对接。由于本公开的入口安全头及出口安全头之间的空间，能够适当安置近距离传感器。尽管描述了近距离传感器，但是可除近距离传感器外或作为另选而使用其它传感器。例如，可使用温度传感器或压力传感器。在一个实施方式中，传感器可与设置在安全头组件的安全头中或其它部件中的盲孔或通孔一起使用。传感器可安装在安全头组件的入口及/或出口中。传感器可安装在入口安全头及/或出口安全头中。可在任一指定的时间在单个安装动作中使用单个传感器或多个传感器。

厚度减小的波形部120及/或手柄26可提供额外的优势：使至少一个装配螺栓30在安全头组件100安装到增压系统中的情况下处于可见并且/或可接近的状态。安装起公知安全头组件后，操作者不能看到或接近装配螺栓。在这种公知系统中，难以或不能核实装配螺栓是否被准确而恰当地安装，从而产生安全隐患。此外，在公知的安全头组件中，操作者可能无法确定装配螺栓是否腐蚀或需要更换。与之相比，根据图1的安全头组件100，装配螺栓螺纹32及装配螺栓头部34两者在安装起来后会是可见的。此外，安装起来后，装配螺栓头部34会保持可接近性，从而使得能够检查或调整其扭矩水平，或者能够检查其腐蚀水平。如先前所论述的，安全头10、20与插入装置(诸如爆破片40)之间的密封质量可能会取决于装配螺栓30的扭矩水平。装配螺栓的改进了的可见性及可接近性还可允许整合先前未使用的技术，诸如整合螺栓应力监测器、张力计等，这些技术能够无需拆卸安装而允许监测并/或证实扭矩值。

在一个实施方式中，凹口27(如图1中所示)可设置在安全头法兰中以容纳螺栓头部34。以此方式，螺栓30可插入成螺栓头部34不伸出安全头法兰的表面。

图3中详细示出了图2A的安全头的一个波形部120。波形面50展现了有助于安全头20及安全头组件100在增压系统的管法兰螺栓(整体为图4A至4C中的200)内适当定位的混合曲率。波形面50还可构造成便于单个尺寸的安全头20或安全头组件100在若干具有不同栓接型式的管法兰之间的互换性安装。如图4A至4C中所示，波形面50还可构造成便于单个安全头20或安全头组件100在若干具有不同设定压力等级的管法兰之间的互换性安装。

如图4A至4C中所示，波形面50可构造成匹配以多种构造或型式配置的邻接的法兰螺栓200。本公开的波形部120可借助利用波形面50的混合曲率展现这种构造。研究发现：可通过使多重栓接型式上下叠加(如图4D中所示)并将波形面50加工成接触各栓接型式的螺栓的至少一部分而获得波形面50的混合曲率。如所示，图4A与图4C各自示出了在从管中心出发的不同半径处定位的法兰螺栓200。不论那些半径如何，波形面50可接触法兰螺栓200并/或正切于法兰螺栓200的表面定位。因此，同一安全头20或安全头组件100可匹配特定标称尺寸的管的多种栓接型式。在一个实施方式中，波形面50的形状可确保：关于每种法兰类型/等级保留至少一个接触点。根据本公开的安全头也可构造成：每种尺寸的单个设计可满足多种压力等级的压力需求。因而，例如，波形面50可构造成匹配由美国国家标准学会(例如ANSI150/300/600)、德国标准学会(例如，DIN 10/16/25/40)及日本工业标准(例如，JIS16/20/30/40)规定的两个或更多个管法兰类型/等级。

如图5A、图5B及图6A、图6B所示，波形面还可提供安装方面的优势。为本说明起见，法兰螺栓整体由标号200表示。图5A至图6B中的具体法兰螺栓具体由标号201至204及211至218表示。同样为说明起见，波形部整体由标号120表示，然而具体的波形部由标号121至123表示。

如图5A和图5B中所示，图2A的安全头20可安装在利用四管法兰螺栓201至204的系统中。在安装前仅需要移除四螺栓法兰系统中的半数法兰螺栓。如图5A中所示，已经移除了两个法兰螺栓，而仅留下了法兰螺栓201与202。

一旦移除一半法兰螺栓，就可将安全头20插入剩余的法兰螺栓201、202之间。如图5A中所示，安全头可插入成：一个螺栓201定位在第一波形部121与第二波形部122之间，使得第二波形部122定位在两个法兰螺栓201与202之间。如果期望的话，安全头20可设置成不对称的，或设置有手柄26，从而向操作者提供哪一个波形部(122)要安装在剩余的法兰螺栓201、202之间的视觉线索。

在安全头20已如图5A中所示的那样定位后，安全头20可旋转到图5B中所示的位置。旋转安全头20使第一波形部121的表面接触螺栓201，第二波形部122的表面接触螺栓202。此接触用于在为其它安装步骤做准备时稳定安全头20。此外，此接触及波形面的混合半径用于对中安全头20。当安全头20被用于安装爆破片40时，例如，期望爆破片40尽可能地接近在增压系统内对中。

在安全头位于图5B中所示位置的情况下，可重新插入先前移除的法兰螺栓203、204。在所示的实施方式中，安全头构造成使得重置的法兰螺栓203、204各自接触安全头的表面。结果(安全头上的对应于四个法兰螺栓中的各法兰螺栓的四个接触点)提供期望的稳定性，并使安全头20及安全头组件100内可能保持的任何插入件对中。

如图6A与图6B所示，图2A的安全头20也可安装到利用八法兰螺栓211至218的系统中。如图6A所示，安全头20可在仅移除八法兰螺栓中的半数之后安装到八螺栓系统中。在图6A中，已经移除了四个法兰螺栓，仅留下法兰螺栓211至214。

一旦移除一半法兰螺栓，就可将安全头20插在剩余的法兰螺栓211至214之间。

图6A展现了在两个法兰螺栓213、214在第二波形部122与第三波形部123之间的情况下插入的安全头20。同样如所示的，另两个法兰螺栓211、212位于第一波形部121与第二波形部122之间而插入安全头20。根据图6A所示的实施方式，第二波形部122与第三波形部123可构造成其面彼此面对。这种构造可通过约束安装后安装头20的横向运动及/或旋转而便于安全头20在增压系统内的适当对准。

如图6B中所示，安全头20被适当安置到系统中后，可重新插入先前移除的法兰螺栓215至218。如所示，安全头20构造成使得重置的法兰螺栓215至218各自接触安全头20的表面。这一特征可提供期望的稳定性，并使安全头20在增压系统内对中。

同样，尽管图2至图6B各自仅示出了单个安全头(具体为出口安全头20)，但是一些或所有相同的特征可被提供到根据本公开的入口安全头10或安全头组件100中。例如，如图1中最佳示出的，入口安全头10可展现与出口安全头20基本相似的轮廓。如图1中所示，入口安全头10展现与出口安全头20的波形部及波形面平行的波形部120b及面50b。因而，能以与出口安全头20基本相同的方式使用或安装入口安全头10。而且，如根据图1的实施例所装配的，入口安全头10与出口安全头20可作为一单元提供与入口安全头10及出口安全头20分别提供的相同或相似的特征。具体地说，安全头组件100提供便于安全头组件100在增压系统中的安置及对准的波形部120、120b及面50、50b。

现在转到图7的剖面图中所示的安全头组件100，插入装置可保持或支撑在安全头组件100中。尽管图7示出了作为抗弯爆破片的爆破片40，但是本公开涵盖与安全头组件100一起使用的任一数量的合适的插入装置，而不论其形状(例如扁平的或拱形的)、运转形式(例如抗弯或拉伸加载)或功能(例如释放压力、缓解压力、传感或监测)。如所示，出口安全头20与入口安全头10对准，爆破片40安置在二者之间。装配螺栓30(图7中仅示出了一个)将安全头10、20保持在适当的位置。

图7中所示的爆破片40设置有可破裂部42与法兰部44。法兰部44密封在入口安全头10与出口安全头20之间。如所述，爆破片40是抗弯爆破片。因而，可破裂部42被定位成凸面46与入口安全头10的入口孔11对准，凹面48与出口安全头20的出口孔21对准。爆破片与安全头组件100的入口安全头10及出口安全头20二者的对准与随后安全头组件100与配对法兰的对准可使爆破片40的可破裂部42最大化地暴露于流体流。尽管示出了抗弯爆破片40，但是安全头组件100可使用包括扁平或促弯(forward-buckling)爆破片40在内的任一合适的插入装置。

如图7中所示，安全头组件100也可包括安全头插入构件60。该插入构件具有限定流体流径的内孔61。所示的安全头插入构件60配合在入口安全头10的内孔11中，使安全头插入构件60的法兰62靠置在入口安全头10的法兰支撑区19上。安全头插入构件60可由耐用的或耐腐蚀性的材料制成，从而为入口安全头10及安全头组件100提供附加的耐用性或耐腐蚀性。在一个实施例中，安全头插入构件60可由贵金属、惰性材料或任何合适的非活性材料制成。安全头插入构件60可由塑料或复合材料制成，或由陶瓷材料制造。通过仅由昂贵的耐腐蚀性材料(诸如哈氏合金之类)制造安全头插入构件60，而由比较标准的材料(诸如，例如316不锈钢之类的)制成安全头10，可通过限制昂贵材料的用量而降低入口安全头10的成本。在另一实施方式中，凭借将安全头插入构件60制成可替换的，可精密加工插入件而不必精密加工整个安全头主体。以此方式，插入件可被精密加工为达到期望的流动条件。此外，当插入构件60腐蚀或侵蚀时，终端用户可仅替换或修理安全头插入构件60，从而使得能够不替换或修理而重新使用入口安全头10。尽管图7与图8所示的插入件被示以在安全头组件的入口侧上，但是本公开还构想安全头插入件可额外或另选地设置在安全头组件的出口侧上。

如图8中所示，安全头插入构件60也可包括构造成接合诸如爆破片40之类的插入装置的咬合密封件64。可由硬金属或其它材料制成的咬合密封件64将会在被挤压的情况下钻入或“咬合”到爆破片40的法兰部44中。借助咬合到插入装置中，咬合密封件64可创建比简单的压力密封更有效的密封。另外或可选地，咬合密封件可在出口侧上被添加到安全头插入构件。在一个实施方式中，入口插入件与出口插入件可各自设置有咬合密封件，从而有效地创建双重咬合密封。在这种实施方式中，入口插入件与出口插入件的咬合密封件可相互对准或偏移。

将咬合密封件64包括在安全头插入构件60中而非在入口安全头10本身中提供了若干优势。咬合密封件64中使用的坚硬材料可能相当昂贵。通过由这种坚硬材料制造安全头插入构件60，入口安全头10可由便宜的较软材料制成。此外，咬合密封件64可能会在运输、安装或使用过程中被损坏。损坏的咬合密封件64会为插入装置提供劣等密封，因而会期望替换损坏的咬合密封件64。在咬合密封件64是由安全头插入构件60提供的情况下，终端用户可仅替换安全头插入构件60，从而允许重新使用入口安全头10。

尽管描述了咬合密封件64，但是本公开还涵盖插入构件60可设置有任何用于创建或改善密封的其它合适的机构。例如，插入件可设置有螺旋花键面。作为另一实施例，插入件可设置有一个或多个O形环。

图9示出了包括安全头插入构件60的安全头组件100的分解图。为了清楚起见未示出插入装置，然而，在使用中，诸如爆破片40之类的插入装置可设置在出口安全头20与安全头插入构件60之间及/或与入口安全头10之间。如所示，安全头插入构件60配合在入口安全头10的内孔11中。出口安全头20定位在入口安全头10的顶部。出口安全头20的波形部120定位成其波形面与入口安全头10的波形部120b的波形面对准。无论是在预装配还是在预加扭矩的构造中，装配螺栓30可用于将两个安全头10、20保持在一起。与钩头螺栓孔74协作的钩头螺栓70可用于使入口安全头10邻接增压系统中的管法兰(未示出)保持在适当位置。钩头螺栓70还可用作工艺流方向的指示器。钩头螺栓70的第一端71可配合到入口安全头10的钩头螺栓孔74中，而钩头螺栓70的第二端72可配合到入口管法兰(也未示出)的钩头螺栓孔(未示出)中。

图10绘出了入口安全头中的安全头插入件的一个实施方式。如所示，包括入口安全头1010与出口安全头1020的安全头组件安装在入口管法兰1081与出口管法兰1082之间。入口安全头销孔1013与出口安全头销孔1023被示出(不带销)。图10中，入口安全头插入件1060包括其肩1063的内部上的约45度的锥度。45度锥度可在安全头插入件1060的肩处形成插入件中的薄区。可能会期望降低安全头插入件的剪1063，以消除或增厚该薄区。

图12与图13绘出了入口安全头中的安全头插入件的另一实施方式。在图12中，入口安全头1210与出口安全头1220安装在配对法兰1281与1282之间。销孔1213与1223也被示出(不带销)。入口安全头插入件1260与出口安全头插入件1269被示出。图13中，入口安全头1310与出口安全头1320安装在配对法兰1381与1382之间。销孔1313与1323也被示出(不带销)。入口安全头插入件1360与出口安全头插入件1369被示出。

图12中绘出的入口安全头插入件1260可使用比图10中绘出的入口安全头插入件1060大约多94％的材料，而图13中绘出的入口安全头插入件1360可使用比图10中绘出的入口安全头插入件1060大约多25.2％的材料。图13中绘出的组件可匹配公知安全头组件的现行几何结构。因而，本公开构想不同尺寸的安全头插入件可用于提供不同特征以节省材料，并且/或匹配现有或公知安全头的内部几何结构。

图11、图12及图13中绘出了出口安全头中的出口安全头插入件(1169、1269、1369)的实施方式。在使用入口安全头插入件及出口安全头插入件两者的实施方式中，咬合密封件(诸如图8中所绘出的)可设置在两个安全头插入件之间。在一个实施方式中，可在入口安全头插入件及出口安全头插入件两者中设置咬合密封的特征(图8中的64)。在如图11(标号1160与1169)与图13(标号1360与1369)中所绘出的那样使用两个安全头插入件的情况下，如果咬合密封件以某种方式被损坏，那么可替换任一或两个安全头插入件以确保适当的密封而不必替换入口安全头或出口安全头。本公开构想不同尺寸的出口安全头插入件可用于提供不同特征以节省材料，并且/或匹配现有或公知安全头的内部几何结构。

在一个实施方式中，如图14中所示，出口安全头可设置有传感器接头1429。图14绘出了入口安全头1410、出口安全头1420、入口安全头插入件1460及出口安全头插入件1469。传感器接头1429可以是通孔，并且可具有螺纹。传感器接头1429可构造为用于安装磁场传感器或其它任何适当的传感器。出口安全头插入件1469可构造成使得安装在传感器接头1429中的传感器适当运转。例如，可选择出口安全头插入件1469，使得其厚度不会妨碍安装在传感器接头1429中的传感器运转。在一个实施方式中，传感器可以是磁场传感器，并且出口安全头插入件1469可以是3毫米厚或者是任何根据磁场强度的其它适当尺寸。尽管示出了出口安全头1420中的传感器接头1429，但是还可构想在入口安全头中设置传感器接头。

在一个实施方式中，可设置一个或多个垫片与安全头组件一起使用。如图15中所示，第一垫片1583可设置在入口安全头1510与入口法兰1581之间。第二垫片1584可设置在出口安全头1520与出口法兰1582之间。在一个实施方式中，垫片(1583、1584)可以是la/lb型垫片。垫片(1583、1584)可用于覆盖安全头插入件1560、1569与安全头1510、1520之间的界面。在一个实施方式中，垫片及/或安全头插入件可构造成确保充分覆盖安全头插入件与安全头之间的界面。

图10示出了lla/llb型垫片(1083，1084)，该垫片具有比la/lb型垫片小的外径。

为了确保入口安全头与出口安全头之间适当对准，每个安全头可设置有一个或多个销孔，各个销孔接纳定位销的一端。

图16中示出了具有销孔1613的入口安全头1610。在另一实施方式中，如图17所示，入口安全头1710可包括一个或多个凸台1714，一个或多个销孔1713可定位在该凸台上。凸台1714的设置使得能够在入口安全头与出口安全头之间使用较短的抗弯销。凸台1714的设置也使得销孔能够钻入平坦表面中。这可比不具有凸台1714的安全头具有制造与加工的优势，因为不具有凸台的设计(例如如图16中所示)会需要困难地钻入圆角中。尽管图17绘出了入口安全头1710上的凸台1714，但是构想一个或多个凸台可附加地或另选地置于出口安全头上。

示出螺栓孔1825的图18中示出了出口安全头1820。在出口安全头1920(图19)的另一实施方式中，如图19中所示，可期望设置用以安置螺栓孔1925的升高的孔口平面1928。在含氟聚合物螺栓或任何其它螺栓被用于安全头并需要加工面对着安全头上紧的情况下，升高的孔口平面1928会是期望的。在一个实施方式中，升高的孔口平面1928可通过浇铸而后按所需加工而形成。

如图19中所绘出的，升高的孔口平面1928可提供优势。例如，在没有升高的孔口平面的情况下，加工螺栓表面的处理可能会从法兰的厚度移除材料，从而损害法兰的完整性。作为另一实施例，整个法兰表面(不仅螺栓表面)可被加工成提供加工的螺栓表面，同时使法兰厚度保持均匀。在这两者中的任一实施例中，如果不设置升高的孔口平面，那么会需要增加预加工法兰的厚度以弥补后续钻孔或其它加工工序的深度。升高的孔口平面可允许整平一个或多个螺栓表面而不损害法兰的整体厚度。因而，通过利用升高的孔口平面1928，本公开可节省材料及成本。尽管升高的孔口平面1928示出在出口安全头1920中，但是构想升高的孔口平面还可用于入口安全头。

图20绘出了装配起来的安全头组件2000的实施方式。如所示，入口安全头2010设置有用于销孔(未示出)的凸台2014。同样如所示，出口安全头2020设置有升高的孔口平面2028。

图21以剖面绘出了装配起来的安全头组件2100的实施方式。如所示，传感器2199插入了出口安全头2120中的传感器孔2129中。此外或另选地，还构想传感器孔及传感器可安置在入口安全头2110中。传感器2199可径向插入传感器孔2129中。如图21中所示，第一安全头插入件2160可设置在入口安全头2110的孔中，并且第二安全头插入件2169可设置在出口安全头2120的孔中。在一个实施方式中，如图21中所示，安全头插入件2160、2169可不接触安全头2110、2120的整个孔表面。而是，安全头插入件2160、2169可成形为减少用于安全头插入件2160、2169的材料量，同时与安全头2110、2120的顶部及/或底部保持紧密密封和/或齐平密封。

图22中示出了出口安全头2220的另一实施方式。在图22中所示的实施方式中，出口安全头2220可包括：法兰2222，该法兰可以是圆形的；及突出部2226。这些突出部可从安全头2220向外延伸，并且可在安全头的外围隔开约120度定位，因而形成等边三角形的外形。120度角可变化而使得安全头的总体形状可以是等腰三角形或者甚至是不等边三角形。直棱2224可在各个突出部2226之间延续。在法兰2222是圆形的实施方式中，直棱2224可正切于圆延伸。出口安全头2220中心的出口孔2221可限定流体流径F。突出部2226各自包括限定螺栓通孔2225的通孔。法兰包括一系列限定销孔2223的不对称的局部孔。销孔2223的配置有助于出口安全头2220与入口安全头(未示出)适当对准。与具有多于三个突出部的安全头所需的材料相比，或与公知的方形安全头所需的材料相比，根据图22的实施方式的入口安全头可减少所需的材料。此外，在将包括任何装配螺栓的安全头组件配合至小空间中或小标称尺寸管的法兰之间的情况下，三角形安全头可提供优势。

图22的安全头可提供突起2226的材料厚度小于法兰2222的材料厚度的特征。具有较小材料厚度的突出部2226的设置还减小了安全头的重量及材料成本。材料厚度的节省可类似于以上所述，例如图2B中所示的。

尽管图22仅示出了出口安全头，但是要理解：可设置大致呈相同三角形的入口安全头。构想诸如图22中所示的三角形安全头可设置有以上公开的与安全头或安全头组件的其它实施方式有关的任何特征，这些特征包括但不限于：具有混合曲率半径的波形面、一个或多个手柄形状的突出部、插入件(用于入口安全头并/或用于出口安全头)、咬合密封件、钩头螺栓、用于一个或多个螺栓头的凹口、垫片、传感器接头、用于销孔的凸台、或升高的孔口平面。还构想三角形安全头可提供由所公开的安全头及/或安全头组件的其它实施方式所实现的同样的益处，或这些同样的益处中的多个，这些益处包括但不限于：材料及制造成本的减少、可见的及/或可接近的装配螺栓、改善的对准、预加扭矩的构造及一个或多个传感器的安放。

图23中示出了安全头组件2300的另一实施方式。在图23中所示的实施方式中，入口安全头2310设置有外围突出部2311。出口安全头2320也设置有外围突出部2321。如所示，入口安全头2310及出口安全头2320的外围突出部2311、2321相互对准，插入装置2340位于二者之间。图23还示出了传感器接头2329，传感器可插入该传感器接头中。

图24示出了图23的还设置有夹具2360的安全头组件2300。夹具2360在对着入口安全头2310及出口安全头2320的突出部2311、2321的斜面上紧时会将入口安全头2310及出口安全头2320推到一起。夹具2360可以是单个工件，或者是分段并铰接的，视应用而定。斜面可以按期望成角度，从而改变施加的总体扭矩并且/或同样改变可施加的扭矩等级。照此，插入装置2340可保持在入口安全头2310与出口安全头2320之间。在一个实施方式中，插入装置2340可在入口安全头2310与出口安全头2320之间被预加扭矩。与公知安全头及安全头组件相比，本公开通过利用夹具2360能够额外实现材料节省。

图25是图23与图24的安全头组件2300的视图，该图还示出了夹紧螺钉2361。在一个实施方式中，夹具可以是围绕或部分围绕入口安全头与出口安全头延伸的卡环。在另一实施方式中，卡环可由在接头2362处连接在一起的两个C形分段制成。当上紧时，夹紧螺钉2361可使卡环的端部被推到一起。照此，夹具可将入口安全头与出口安全头推到一起。在所示的实施方式中，设置了单个螺钉2361。尽管描述了夹紧螺钉，但是可利用将卡环端部推到一起的任何合适的机构。例如，“快速释放”锁叉及闩锁系统可用于将卡环端部推到一起。

图26示出了利用卡环2660及夹紧螺钉2661的安全头组件2600的另一实施方式。夹紧螺钉2661会被上紧，从而使卡环2660将入口安全头2610与出口安全头2620推到一起。

图27示出了局部剖切的利用卡环2760的安全头组2700。如所示，插入装置2740安装在入口安全头2710与出口安全头2720之间。入口安全头2710与出口安全头2720由卡环2760保持在一起。包括入口安全头2710与出口安全头2720的安全头组件2700安装在入口管法兰2781与出口管法兰2782之间。

图28示出了利用夹具2860的安全头组件2800的另一实施方式。如图28中所示，夹具2860包括构造成与外围突出部2811与外围突出部2821的斜面接合的斜面。与图24中所示的实施方式相比，图28中所示的实施方式可提供更高压力的夹紧。构想可选择任一合适的夹具以得到期望的夹紧压力。

图29是图28中所示的实施方式的另一视图。图29提供可用于上紧夹具的两个夹紧螺钉2861、2862的更详细的视图。图29所示的夹紧螺钉2861、2862(以及图25中所示的夹紧螺钉2860)仅是示例性的。可使用用于上紧夹具的任一合适机构。此外，尽管图25示出了一个夹紧螺钉2260，并且图29示出了两个夹紧螺钉2861、2862，但是构想可使用任何数量的合适夹紧螺钉或其它夹具上紧机构。

图30是图28与图29中所示的实施方式的另一视图，该图示出了使用一个卡环2860及两个夹紧螺钉2861、2862的安全头组件。

图31示出了局部剖切的使用卡环3160的安全头组件3100。如所示，插入装置3140安装在入口安全头3110与出口安全头3120之间。入口安全头3110与出口安全头3120由卡环3160保持在一起。包括入口安全头与出口安全头的安全头组件3100安装在入口管法兰3181与出口管法兰3182之间。

图32示出了安全头组件3200的另一实施方式。在图32中所示的实施方式中，入口安全头3210设置有外围突出部3211。出口安全头3220也设置有外围突出部3221。如所示，入口安全头及出口安全头的外围突出部3211、3221相互对准。图32也示出了传感器接头3229。图33是从上方看时图32中所示的安全头组件3200的另一视图。

图34示出了局部剖切的安全头组件3400。如所示，插入装置3440安装在入口安全头3410与出口安全头3420之间。包括入口安全头与出口安全头的安全头组件3400安装在入口管法兰3481与出口管法兰3482之间。如所示，鸠尾销钻孔3463可穿过出口安全头壁突出。销(未示出)可与鸠尾销钻孔3463一起使用。鸠尾销钻孔3463可与销一起使用以在夹紧前将入口安全头与出口安全头对准或定位到一起。销也可与插入装置(例如爆破片)的法兰中的凹口或孔对中以确保其关于入口安全头与出口安全头适当定位。

与现有的诸如例如由BS&B安全系统商业性提供的SRB-7RS型头之类的安全头相比，根据本公开的安全头可提供减小材料体积的益处。公开的安全头可包括能改善管法兰之间的对中及锚固的独特设计外观。与现有的安全头相比，所公开的安全头可允许从配对法兰之间移除，同时使需要被移除的双头螺柱的数量最小化。所公开的安全头可具有与公知安全头相同的内部尺寸，因而能够提供相同或相似的运行特性。所公开的安全头可容纳传感器或其它此类设备。所公开的安全头可允许在安装后检查并调整扭矩值。所公开的安全头可具有最小的扭矩灵敏度。所公开的安全头可包括钩头螺栓兼容性。

尽管已经描述了在入口安全头中设置插入构件的所公开的安全头组件，但是本公开并不旨在限于此特定结构。例如，插入构件可设置在出口安全头中。除增压系统外，本申请的装置还可安装在包括管法兰与法兰螺栓的任一数量的密封系统中。此外，尽管将所有的突出部(波形部及手柄)绘制成比法兰部薄，但是构想安全头的仅一个突出部(或不是所有突出部)可薄于法兰部。

构想一个实施方式的个别特征可附加至或取代另一实施方式的个别特征。因此，本公开的范围覆盖由取代及更换不同实施方式之间的不同特征而得到的实施方式。从入口安全头向出口安全头提供特征也在本公开的范围内，反之亦然。

以上描述的实施方式及布置仅旨在例示所构想的设备及方法。对于本技术领域技术人员而言，通过考虑这里公开的说明书及实践，其它实施方式会是显而易见的。说明书及实施例仅理应理解为示例性的。

Claims

1.一种安全头组件，该安全头组件包括：

入口安全头，该入口安全头包括：

圆形法兰部，该圆形法兰部具有上平坦法兰面及下平坦法兰面；以及

从所述圆形法兰部向外突出的第一外围突出部，其中，所述第一外围突出部具有第一斜面；

出口安全头，该出口安全头包括：

从所述圆形法兰部向外突出的第二外围突出部，其中，所述第二外围突出部具有第二斜面；以及

卡环，该卡环构造成至少局部地绕所述入口安全头的所述第一外围突出部及所述出口安全头的所述第二外围突出部延伸，

其中，所述卡环构造成：当所述卡环被上紧时，该卡环朝所述出口安全头的所述圆形法兰部挤压所述入口安全头的所述圆形法兰部；

其中，所述第一斜面和所述第二斜面中的一者或多者设有被配置成确定在所述入口安全头和所述出口安全头之间施加的扭矩的角度；

其中，所述入口安全头和所述出口安全头中的至少一者具有从所述圆形法兰部向外延伸的至少一个突出部，其中，所述至少一个突出部具有展现混合曲率半径的波形面，通过使多重栓接型式上下叠加并将所述波形面加工成接触各栓接型式的螺栓的至少一部分而获得所述混合曲率半径，并且其中，所述至少一个突出部具有上突出部面及下突出部面；

其中，所述上平坦法兰面及所述下平坦法兰面之间的距离限定第一厚度；

其中，所述上突出部面及所述下突出部面之间的距离限定第二厚度；并且

其中，所述第二厚度小于所述第一厚度。

2.根据权利要求1所述的安全头组件，所述安全头组件还包括插入装置，其中，所述卡环进一步被构造成将所述插入装置密封在所述入口安全头和所述出口安全头之间。

3.根据权利要求1所述的安全头组件，其中，所述卡环完全围绕所述入口安全头和所述出口安全头延伸。

4.根据权利要求1所述的安全头组件，其中，所述卡环局部围绕所述入口安全头和所述出口安全头延伸。

5.根据权利要求1所述的安全头组件，其中，所述安全头组件进一步包括夹紧螺钉。

6.根据权利要求5所述的安全头组件，其中，所述卡环具有第一端和第二端，并且所述夹紧螺钉被构造成将所述第一端推向所述第二端。

7.根据权利要求1所述的安全头组件，其中，所述卡环具有第一端和第二端，并且所述安全头组件进一步包括锁叉及闩锁系统，所述锁叉和闩锁系统被构造成将所述第一端推向所述第二端。

8.根据权利要求1所述的安全头组件，其中，所述卡环具有至少第一斜面，该第一斜面被构造成与所述第一外围突出部和所述第二外围突出部中至少一者的表面接合。

9.根据权利要求8所述的安全头组件，其中，所述第一外围突出部和所述第二外围突出部中所述至少一者的所述表面是斜面。