CN107081362B - 滚子组和管道元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及滚子组和管道元件，具体是一种用于滚压成型管道元件的滚子组，其具有外滚子，所述外滚子在三个点处接合管道元件以防止管道元件摇摆不定。内滚子和外滚子配合以形成具有可通过机械联接件的键接合的突出部的管道元件，突出部延伸超越管道元件的外表面并且提高了组合管道元件和联接件的承压和弯曲性能。

Description

滚子组和管道元件

相关申请的交叉引用

本申请是申请号为201580002225.3，申请日为2015年8月11日，发明创造名称为“滚子组和管道元件”的发明专利申请的分案申请。本申请基于2014年10月13日提交的美国非临时申请号14/512,580并要求其优先权，所述申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及用于在管道元件的端部中形成特征的滚子，并且还包含由滚子形成的管道元件以及管道元件与将其端部到端部地连接的联接件的组合。

背景技术

可通过各种方法（其中特别感兴趣的是滚压开槽（roll grooving））在管道元件中形成圆周槽和其它特征，比如，肩部和珠缘（bead）。滚压开槽法涉及：将内滚子与管道元件的内表面接合，并且将外滚子与管道元件的外表面接合，与内滚子相对；以及逐渐压缩在滚子之间的管道元件的侧壁同时旋转至少一个滚子。一个滚子（常常为内滚子）的旋转导致滚子组和管道元件之间发生相对旋转，并且在内滚子和外滚子上的特征在管道元件的内表面和外表面上形成对应的特征。在一个示例滚压开槽法中，滚子保持在固定位置中而管道元件相对于滚子绕其纵向轴线旋转。在另一个示例实施例中，管道元件保持静止并且滚子组沿管道元件的圆周移动。

当在管道元件的开口端部附近的外表面中形成圆周槽时，滚压开槽的一个缺点显而易见。当外滚子上的凸起圆周特征与内滚子上与所述凸起特征相对的被定位的圆周凹口配合时，形成圆周槽。在槽形成期间，管道元件的开口端部可能在管道元件的端部处变得扩大，所述端部呈现向外张开的“钟”形状，成为在管道的材料变形以形成槽时所造成的不需要的后果。管道端部张开是不需要的，因为其会改变在端部处管道元件的临界外直径，在所述端部处，最重要的是不超出最大公差使得，例如，管道元件可恰当地接合机械配件或联接件并形成液密（流体密封）接头。显然需要开槽滚子（grooving rollers）以及减轻或消除管道端部张开的滚压开槽方法。

此外，通过机械联接件连接的管道元件常常使用柔性密封件或垫圈来实现液密密封。垫圈具有通过联接件被压在管道元件的外表面上的密封表面。有利的是改善管道元件在其被密封表面接合的区域中的表面光洁度以提供有效的表面接触从而确保优良的密封。

发明内容

本发明涉及一种用于形成具有内表面和外表面的管道元件的区域的滚子组。在一个实施例中，滚子组包括可与内表面接合的内滚子以及可与外表面接合的外滚子。在具体实施例中，外滚子包括可绕第一轴线旋转的外滚子主体。可与管道元件接合的第一凸起特征绕外滚子主体圆周地延伸并从第一轴线径向地突出。可与管道元件接合的第二凸起特征绕外滚子主体圆周地延伸并从第一轴线径向地突出。第二凸起特征被定位成邻近于第一凸起特征。可与管道元件接合的第三凸起特征绕外滚子主体圆周地延伸并从第一轴线径向地突出。第二凸起特征被定位在第一凸起特征和第三凸起特征之间。

在一个示例实施例中，第二凸起特征包括围绕外滚子主体的环部。所述环部可相对于外滚子主体绕第一轴线旋转。这个示例进一步包括定位在环部和外滚子主体之间的多个轴承。

作为示例，第一凸起特征包括沿外滚子主体纵长地延伸的圆锥形表面。所述圆锥形表面具有被定位成邻近于第二凸起特征的更小半径以及被定位成远离第二凸起特征的更大半径。

在另一个示例中，第三凸起特征包括弯曲表面，该弯曲表面的最大半径基本上等于圆锥形表面的更大半径，这些半径从第一轴线被测量。

作为进一步的示例，第二凸起特征包括由第一表面限定的突出部，所述第一表面面向第一凸起特征并且被定向成基本上垂直于第一轴线。第二表面被定向成基本上平行于第一轴线，并且面向第三凸起特征的第三表面相对于第一轴线成角度地被定向。在另一个示例中，第三凸起特征被定向成相对于第一轴线基本上垂直。

作为示例，第一凸起特征包括被定向成相对于第一轴线基本上平行的平坦表面。在另一个示例中，第一凸起特征进一步包括弯曲表面，平坦表面被定位在所述弯曲表面和第二凸起特征之间。

在示例实施例中，第三凸起特征包括弯曲表面，该弯曲表面的最大半径基本上等于包括第一凸起特征的弯曲表面的最大半径，这些半径从第一轴线被测量。

在另一个示例实施例中，内滚子包括可绕第二轴线旋转的内滚子主体。凸缘围绕内滚子主体圆周地延伸并且横向于第二轴线地突出。第一凹部围绕内滚子主体圆周地延伸并且被定位成邻近于凸缘。第二凹部围绕内滚子主体圆周地延伸并且被定位成邻近于第一凹部。在这个示例中，当内滚子和外滚子配合以形成管道元件的区域时，第一凸起特征和第二凸起特征相应地与第一凹部和第二凹部对准。

在示例实施例中，内滚子进一步包括第三凹部，所述第三凹部围绕内滚子主体圆周地延伸并且被定位成邻近于第二凹部。当内滚子和外滚子配合以形成管道元件的区域时，第一凸起特征、第二凸起特征和第三凸起特征相应地与第一凹部、第二凹部和第三凹部对准。

在进一步的示例中，突出部围绕内滚子主体圆周地延伸并且从第二轴线径向地突出。突出部被定位在第一凹部和第二凹部之间，并且具有大于内滚子的最靠近第二凹部的一部分的半径的半径。作为示例，外滚子的第二凸起特征包括第一突出部，所述第一突出部围绕外滚子主体圆周地延伸并且从第一轴线径向地突出。第一突出部具有第一接触宽度，在滚压成型期间第一突出部在所述第一接触宽度范围内接触管道元件的外表面。示例滚子组进一步包括第二突出部，所述第二突出部围绕内滚子圆周地延伸并且从第二轴线径向地突出，所述第二轴线被布置成与内滚子同轴。第二突出部具有第二接触宽度，在滚压成型期间第二突出部在所述第二接触宽度范围内接触管道元件的内表面。作为示例，第二接触宽度比第一接触宽度窄。

本发明进一步包含一种用于使用根据本发明的示例滚子组形成管道元件的区域的方法。在一个示例中，所述方法包括：将管道元件的内表面定位于内滚子上；以及移动外滚子的第二凸起特征使其接触管道元件的外表面。在这个示例中，第一凸起特征、第二凸起特征和第三凸起特征相应地与第一凹部、第二凹部和第三凹部对准。所述示例还包含：旋转内滚子，从而旋转管道元件和外滚子。当旋转滚子以及管道元件时，所述示例方法要求迫使内滚子和外滚子朝向彼此以使在第二凸起特征和第二凹部之间的管道元件变形。在该示例方法中，在内滚子和外滚子朝彼此继续移动时，所述方法要求使管道元件与第一凸起特征和第三凸起特征接触。

在具体示例中，所述方法进一步包括：将管道元件的端部定位成接触被定位于内滚子上的凸缘。所述示例方法还包括：移动外滚子的第二凸起特征使其接触管道元件的外表面，其中，第一轴线和第二轴线基本上彼此平行。同样作为示例，所述方法包括：在移动外滚子的第二凸起特征使其接触管道元件的外表面之前旋转内滚子。

在所述方法的一个示例中，第一凸起特征在第三凸起特征之前接触管道元件。在另一种示例方法中，第三凸起特征在第一凸起特征之前接触管道元件。在又另一种示例方法中，第一凸起特征和第三凸起特征基本上同时接触管道元件。

在示例方法中，第一凸起特征在管道元件的端部处接触管道元件。在另一种示例方法中，第一凸起特征在与管道元件的端部成间隔开的关系的区域范围内接触管道元件。示例方法进一步包括：相对于内滚子的纵向轴线将管道元件的纵向轴线成角度地定向。所述示例方法包括：以相对于内滚子的纵向轴线成大约1°到大约3°的定向角度来定向管道元件的纵向轴线。

在一个示例中，所述方法包括：

将管道元件的内表面定位于内滚子上，其中，所述内表面接触第二突出部的第二接触宽度；

移动第一突出部的第一接触宽度使其接触管道元件的外表面，所述第一轴线和第二轴线基本上彼此平行；

旋转内滚子，从而旋转管道元件和外滚子；

当旋转滚子以及管道元件时，迫使内滚子和外滚子朝向彼此以使在第一突出部和第二突出部之间的管道元件变形。

所述方法的具体示例包括：使管道元件的内表面与第二接触宽度接触，其中，所述第二接触宽度比第一接触宽度窄。

本发明还包含一种用于形成具有内表面和外表面的管道元件的区域的滚子组。在这个示例中，滚子组包括可与内表面接合的内滚子以及可与外表面接合的外滚子。作为示例，外滚子包括可绕第一轴线旋转的外滚子主体。可与管道元件接合的第一凸起特征绕外滚子主体圆周地延伸并从第一轴线径向地突出。可与管道元件接合的第二凸起特征绕外滚子主体圆周地延伸并从第一轴线径向地突出，所述第二凸起特征被定位成邻近于第一凸起特征。进一步作为示例，内滚子包括可绕第二轴线旋转的内滚子主体。第一凹部围绕内滚子主体圆周地延伸。第二凹部围绕内滚子主体圆周地延伸并且被定位成邻近于第一凹部。突出部围绕内滚子主体圆周地延伸并且从第二轴线径向地突出，所述突出部被定位于第一凹部和第二凹部之间并且具有大于内滚子的最靠近第二凹部的一部分的半径的半径。在这个示例中，当内滚子和外滚子配合以形成管道元件的区域时，第一凸起特征和第二凸起特征相应地与第一凹部和第二凹部对准。

所述示例进一步包括第三凸起特征，所述第三凸起特征可与管道元件接合并且绕外滚子主体圆周地延伸并从第一轴线径向地突出。在这个示例中，第二凸起特征被定位于第一凸起特征和第三凸起特征之间。

所述示例滚子组进一步包括凸缘，所述凸缘围绕内滚子主体圆周地延伸并且横向于第二轴线地突出。在这个示例中，第一凹部被定位于第二凹部和凸缘之间。

本发明进一步包含一种管道元件。在一个示例实施例中，管道元件包括包围纵向轴线的外表面。管道元件具有至少一个端部，并且槽被定位于最靠近所述至少一个端部的外表面中。所述槽围绕管道元件圆周地延伸。作为示例，槽包括：第一侧表面，其最靠近所述至少一个端部；底表面，其与第一侧表面相连；以及第二侧表面，其与底表面相连。在这个示例中，第二侧表面与第一侧表面成间隔开的关系，并且第一侧表面径向向外地突出超越管道元件的外表面的剩余部分。模印（tooling mark）被定位于外表面中并且围绕管道元件圆周地延伸。在具体示例中，模印包括在外表面中的凹部。在另一个示例中，模印包括在外表面中凸出的标记。作为进一步的示例，第一侧表面被定向成基本上垂直于纵向轴线，并且底表面被定向成基本上平行于纵向轴线。在示例实施例中，第二侧表面被定向成相对于纵向轴线基本上成角度。在另一个实施例中，第二侧表面被定向成基本上垂直于纵向轴线。

本发明进一步包含至少一个管道元件与联接件的组合。在此类组合的示例实施例中，联接件包括端部到端部地附接的包围中心空间的多个段。所述至少一个管道元件被接收于中心空间内。每个段均具有朝中心空间突出的至少一个键。所述至少一个键接合槽。在示例实施例中，所述至少一个键包括与槽的第一侧表面接合的第一键表面。第二键表面与第一键表面相连并且面向槽的底表面，且第三键表面与第二键表面相连，所述第三键表面面向槽的第二侧表面。

在具体示例实施例中，槽的第一侧表面和所述至少一个键的第一键表面被定向成基本上垂直于纵向轴线。作为进一步的示例，槽的第二侧表面和所述至少一个键的第三键表面与纵向轴线成角度地被定向，所述第二侧表面接合所述第三键表面。在另一个示例实施例中，第三键表面相对于纵向轴线的定向角度等于第二侧表面的定向角度。在示例实施例中，槽的第二侧表面和所述至少一个键的第三键表面被定向成基本上垂直于纵向轴线。在具体示例中，所述至少一个键的第二键表面接合所述槽的底表面。

在特定示例实施例中，联接件进一步包括定位于每个段的相对端处的连接构件。所述连接构件可调节地收紧以用于将所述段拉向彼此并使每个段上的至少一个键与所述槽接合。作为示例，每个段上的连接构件均包括一对突出部，一个所述突出部被定位于所述段的每个相对端上，所述突出部具有用于接收紧固件的孔，所述紧固件可调节地收紧。在具体示例实施例中，联接件包括两个所述段。

本发明进一步预期一种管道元件。在一个示例实施例中，管道元件包括包围纵向轴线的外表面并且具有至少一个端部。槽被定位于最靠近所述至少一个端部的外表面中。所述槽围绕管道元件圆周地延伸。作为示例，槽包括：第一侧表面，其最靠近所述至少一个端部，所述第一侧表面基本上垂直于纵向轴线；底表面，其与第一侧表面相连并且被定向成基本上平行于纵向轴线；以及第二侧表面，其与底表面相连并且相对于纵向轴线基本上成角度地被定向。在这个示例中，第一侧表面径向向外地突出超越管道元件的外表面的剩余部分，并且模印被定位于外表面中且围绕管道元件圆周地延伸。在示例实施例中，模印包括外表面中的凹部。在进一步的示例中，模印包括在外表面中凸出的标记。

作为示例，本发明进一步包含至少一个管道元件与联接件的组合。在特定示例中，联接件包括端部到端部地附接的包围中心空间的多个段。所述至少一个管道元件被接收于中心空间内。每个所述段均具有朝中心空间突出的至少一个键。所述至少一个键接合槽。作为示例，所述至少一个键包括：第一键表面，其被定向成基本上垂直于纵向轴线并与所述槽的第一侧表面接合；第二键表面，其与第一键表面相连并且面向所述槽的底表面；以及第三键表面，其与第二键表面相连。第三键表面相对于纵向轴线成被角度地定向并且与所述槽的第二侧表面接合。

在示例实施例中，第三键表面相对于纵向轴线的定向角度等于第二侧表面的定向角度。作为示例，联接件进一步包括定位于每个所述段的相对端处的连接构件。所述连接构件可调节地收紧以将所述段拉向彼此并使每个所述段上的所述至少一个键与槽接合。在特定示例中，每个所述段上的连接构件均包括一对突出部，一个所述突出部被定位于所述段的每个相对端上，所述突出部具有用于接收紧固件的孔，所述紧固件可调节地收紧。在具体示例中，联接件包括两个所述段。

本发明进一步包括一种管道元件。作为示例，管道元件包括包围纵向轴线的外表面并且具有至少一个端部。槽被定位于最靠近所述至少一个端部的外表面中。所述槽围绕管道元件圆周地延伸。管道元件的外表面的在所述槽和所述至少一个端部之间的至少一部分是抛光表面。作为示例，模印被定位于外表面中并且围绕管道元件圆周地延伸。在特定示例中，模印包括外表面中的凹部。作为示例，模印包括在外表面中凸出的标记。在特定示例中，抛光表面包括可与密封件接合的密封表面。作为进一步的示例，抛光表面被定向成基本上平行于纵向轴线。在具体示例中，抛光表面被定位成以间隔开的关系远离所述至少一个端部。在示例实施例中，抛光表面具有基本上等于槽的底的直径公差的直径公差。作为示例，抛光表面具有为管道元件的直径公差的大约20%到大约50%的直径公差。

在根据本发明的另一个示例管道元件中，槽包括：第一侧表面，其最靠近所述至少一个端部；底表面，其与第一侧表面相连；以及第二侧表面，其与底表面相连。在这个示例中，第二侧表面与第一侧表面成间隔开的关系。在示例实施例中，第一侧表面整体来说径向向外地突出超越管道元件的外表面。作为示例，第一侧表面被定向成基本上垂直于纵向轴线。作为示例，底表面被定向成基本上平行于纵向轴线。进一步作为示例，第二侧表面相对于纵向轴线基本上成角度地被定向。在另一个示例实施例中，第二侧表面被定向成基本上垂直于纵向轴线。

附图说明

图1示出根据本发明的示例滚子组的纵向剖视图；

图1A以放大的比例示出图1的滚子组的部件的局部剖视图；

图1B-1D以及图1F示出根据本发明的示例滚子的纵向剖视图；

图1E以放大的比例示出图1的滚子组的部件的局部剖视图；

图2示出根据本发明的另一个示例滚子组的纵向剖视图；

图2A-2C示出根据本发明的示例滚子的纵向剖视图；

图3示出根据本发明的示例滚子的分解等轴侧视图；

图4到图7是图示了在滚压成型管道元件的使用中的示例滚子组的正视图；

图5A和图6A以放大的比例示出图4到图7中的示例滚子组的纵向剖视图；

图8和图9示出根据本发明的经滚压成型的示例管道元件的局部纵向剖视图；

图10是根据本发明的管道元件与联接件的示例组合的等轴侧视图；

图11是示例联接件的分解等轴侧视图；以及

图12和图13是根据本发明的管道元件与联接件的示例组合的纵向剖视图。

具体实施方式

图1示出用于滚压成型管道元件（未示出）的滚子组10。滚子组10包括可与管道元件的内表面接合的内滚子12以及可与管道元件的外表面接合的外滚子14。如下文所描述，管道元件的侧壁在内滚子12和外滚子14之间被压缩，所述内滚子和外滚子配合以赋予管道元件的表面和侧壁各种形状。

在图1的示例实施例中，外滚子14包括可绕第一轴线18旋转的滚子主体16。轴线18是纵向轴线，并且滚子主体16具有围绕其圆周地延伸并从轴线18径向地突出的多个凸起特征20、22和24。第一凸起特征20位于滚子主体16上使得其能在管道元件的端部附近接合管道元件的外表面，并且其包括沿滚子主体纵长地延伸且从轴线18径向地突出的圆锥形表面26。圆锥形表面26具有定位成邻近第二凸起特征22的更小的半径28以及定位成远离第二凸起特征处的更大的半径30。第一凸起特征20用来减轻、控制或防止在滚子12和14之间正在被处理的管道元件的端部张开，如下文详细描述。

图2示出滚子主体16的另一个示例实施例，其中，第一凸起特征20包括弯曲表面36和被定向成相对于轴线18基本上平行的基本平坦表面38。弯曲表面36从轴线18径向地突出并且被用来抛光管道元件的在其端部附近的外表面，如下文所描述。

再次参考图1，第二凸起特征22被示为突出部40。如图1A中所示，突出部40围绕滚子主体16圆周地延伸并且由以下各者限定：第一表面42，其面向第一凸起特征20并且被定向成基本上垂直于轴线18；第二表面44，其与第一表面42相连并且在这个示例中被定向成基本上平行于轴线18；以及第三表面46，其与第二表面44相连并且面向第三凸起特征24。在这个示例中，第三表面46相对于轴线18成角度地被定向。

图2示出示例滚子主体16，其中，第二凸起特征22被示为突出部48。突出部48围绕滚子主体16圆周地延伸并且由以下各者限定：第一表面50，其面向第一凸起特征20并且被定向成基本上垂直于轴线18；第二表面52，其与第一表面50相连并且在这个示例中被定向成基本上平行于轴线18；以及第三表面54，其与第二表面52相连并且面向第三凸起特征24。在这个示例中，第三表面54被定向成基本上垂直于轴线18。在图1和图2中所示的示例滚子实施例中，第二凸起特征22（以任一种形式）被用来形成管道元件中的圆周槽，如下文所描述。

如图1A和图2中所示，第三凸起特征24包括从轴线18径向地突出并且具有最大半径58的弯曲表面56，所述最大半径可基本上等于第一凸起特征20（图2）的弯曲表面36的最大半径59或圆锥形表面26（图1A）的更大的半径30。第三凸起特征24的弯曲表面56在第一凸起特征20和第二凸起特征22接合管道元件时被用来防止管道元件摇摆不定并由此失去跟随稳定性，如下文所描述。

如图2和图3中所示，有时有利的是将第二凸起特征22定位于环部60上。环部60包围外滚子主体16并且可独立于其绕轴线18旋转。轴承62可定位于环部60和外滚子主体16之间以减小环部60和滚子主体16之间的摩擦。通过允许环部独立于滚子主体旋转，减小了外滚子14和管道元件之间的摩擦。当具有不同半径的凸起特征接触管道元件时，在滚子主体和管道元件之间发生摩擦。凸起特征的表面的线性速度与其从旋转轴线（在这个示例中为轴线18）起的半径成比例。因此，对于管道元件和外滚子14的给定角速度，第一凸起特征20和第三凸起特征24由于其更大的半径将具有比第二凸起特征22更慢的线性表面速度。如果第二凸起特征22不被准许独立于第一凸起特征20和第三凸起特征24旋转，那么在管道元件和第一以及第三凸起特征之间将存在滑移（或反之亦然），这将导致摩擦以及伴随而来的热和振动。这是不合需要的，因此使用具有轴承62的环部60是有利的。

尽管图1图示了具有为突出部40的第二凸起特征22和包括圆锥形表面26的第一凸起特征20的外滚子14，并且图2图示了具有以环部60上的突出部48形式的其第二凸起特征22和包括抛光表面38的其第一凸起特征20的外滚子14，但应理解，这些各种特征的所有组合均可行。例如，图1B图示了具有突出部48作为其第二凸起特征22和圆锥形表面26作为其第一凸起特征的外滚子14；图1C图示了具有突出部40作为其第二凸起特征22和抛光表面38作为其第一凸起特征20的外滚子14；图1D图示了具有突出部48作为其第二凸起特征22和抛光表面38作为其第一凸起特征20的外滚子14；图2A图示了具有环部60上的突出部40作为其第二凸起特征22和圆锥形表面26作为其第一凸起特征20的外滚子14；图2B图示了具有环部60上的突出部48作为其第二凸起特征22和圆锥形表面26作为其第一凸起特征20的外滚子14；图2C图示了具有环部60上的突出部40作为其第二凸起特征22和抛光表面38作为其第一凸起特征20的外滚子14。

图1、图1E和图2示出了内滚子12。在这个示例中，内滚子12包括可绕纵向轴线66旋转的内滚子主体64。凸缘68围绕滚子主体64圆周地延伸并且横向于轴线66地突出。主体64中的第一凹部70围绕轴线66圆周地延伸并且被定位成邻近于凸缘68（在这个示例中，与凸缘68相连）。第二圆周地延伸的凹部72在滚子主体64中被定位成邻近于第一凹部70，并且第三圆周地延伸的凹部74在滚子主体64中被定位成邻近于第二凹部。如图1和图2中所示，第一凸起特征20、第二凸起特征22和第三凸起特征24相应地与第一凹部70、第二凹部72和第三凹部74对准。凸起特征20、22和24一同与凹部70、72和74配合以滚压成型管道元件，如下文所描述。

图1、图1E和图2中所示的凹部70、72和74部分地由第一突起（land）76、第二突起78和第三突起80来限定。第一突起76被定位于第一凹部70和第二凹部72之间，第二突起78被定位于第二凹部72和第三凹部74之间，并且第三突起80被定位在邻近于第三凹部74的滚子主体64上。第一突起76、第二突起78和第三突起80有利地具有基本上平坦、相对宽阔的表面82，这些表面在滚压成型期间接合管道元件。突起表面82可带滚花以提供内滚子12和管道元件之间的抓牢力，从而便于在内滚子是从动滚子时使管道元件旋转且在其和内滚子12之间没有显著滑移，如下文所描述。在图2中所示的示例内滚子12中，第一突起76具有类似于第二突起78和第三突起80的突起表面82。但是，在图1和图1E的示例内滚子12中，第一突起76包括围绕内滚子主体64圆周地延伸并且从轴线66径向地突出的突出部84。突出部84具有大于内滚子12的剩余部分（凸缘68除外）的最大直径的最大直径86。突出部84与第二凸起特征22配合来滚压成型具有圆周槽的管道元件，其中，所述槽的侧表面突出超越管道元件的表面，如下文所描述。图1A与图1E的比较示出了突出部40上的相应接触宽度40a和突出部84上的相应接触宽度84a。接触宽度40a和84a是线性距离，在滚压成型期间突出部40和84在所述线性距离范围内接触管道元件。已经确定的是这两个接触宽度40a和84a的相对大小控制槽侧表面的超越管道表面的增补物（enlargement）的高度，如下文所描述。

图1F中示出了内滚子12的另一个实施例。在这个实施例中，内滚子12包括主体64，其具有凸缘68，以及通过突起76彼此分开的第一凹部70和第二凹部72。

图4到图7中图示了滚子组10的操作。如图4中所示，内滚子12是从动滚子（例如，通过电马达（未示出）旋转）且外滚子14是惰轮。外滚子14被定位于可调轭（york）90上，从而允许移动外滚子朝向和远离内滚子12。轭90有利地可通过液压致动器（未示出）来移动，但其它类型的致动器也是可行的。在外滚子14被移动远离内滚子12的情况下，管道元件94的内表面92被定位于内滚子12上。有利地，将管道元件94的纵向轴线96最初相对于内滚子12的旋转轴线66成角度地被定向。大约1°到大约3°的相对定向角度98对于保持管道元件94可靠地接触滚子组是有效的，因为已发现：如果维持管道元件94的纵向轴线96和内滚子12之间的定向角度98，那么当滚子12和14旋转时，将把被挤压在所述滚子之间的管道元件94拉向凸缘68。槽的形成使管道元件94在滚压成型期间通过机械接合保持与滚子组10接合。但是，如果在开始形成槽之前允许管道元件94的轴线96相对于轴线66的角度98反向，那么在不强行制止的情况下管道元件将螺旋行进与滚子组脱离接合。

如图5中所示，在外滚子14的轴线18与内滚子12的轴线66彼此基本平行的情况下，外滚子14经移动而接触管道元件94的外表面100。如图5A中详细示出，在滚子组10和管道元件94之间存在如下三个初始接触点： 在第二凸起特征22和外表面100之间的点102；在管道元件内表面92和内滚子12的突出部84之间的点104；以及在管道元件内表面92和内滚子12的第三突起80之间的点106。如图6中所示，当滚子组10和管道元件94旋转时，外滚子14经由轭90被移动朝向内滚子12以滚压成型管道元件。在这个示例中，通过绕轴线66驱动内滚子12来实现旋转，这导致管道元件94和外滚子14相应地绕轴线96和18旋转。如图6A中所示，当管道元件94由于与第二凸起特征22接触而变形时，第一凸起特征20开始在管道元件94的端部处或附近接合管道元件94，例如以防止端部张开（已示出）或抛光表面的一部分（如在使用图2的外滚子14的情况下将发生）。第一凸起特征20和管道元件94的端部之间的强制接触可导致管道元件绕内滚子12上的突出部84摇摆不定并被提升离开接触点106（位于内表面92和第三突起80之间）。这种摇摆不定动作可使管道元件的纵向轴线96和内滚子12的轴线66之间的定向角度98（见图6）反向并导致管道元件螺旋行进而与滚子组10脱离接触。相对较短的管道元件（5到6英尺或更短）特别倾向于发生这种现象。但是，第三凸起特征24和管道元件94的外表面100之间的接触抵消了管道元件摇摆不定的这种趋势并且防止定向角度98反向，使得管道元件94跟随朝向凸缘68并保持接触滚子组。当槽已形成大约50%到70%时，可首次出现第三凸起特征24和管道元件94的外表面100之间的接触。图7示出圆周槽108的形成，其中，第一凸起特征20、第二凸起特征22和第三凸起特征24与第一凹部70、第二凹部72和第三凹部74对准，所述凸起特征与凹部彼此配合以滚压成型管道元件94。第三凸起特征24还在管道元件94的外表面100中形成模印109。模印109围绕管道元件圆周地延伸，并且可包括相对较浅的凹部和/或凸出的标记，其识别产品的型号和/或来源。模印还可提供证据或引导，以相对于联接件恰当地安装管道元件。

各个凸起特征20、22、24与管道元件94的外表面100接触的时序主要由外滚子14的几何形状控制，所述几何形状包含第一凸起特征20和第三凸起特征24的相对直径。用于特定大小的管道元件94的外滚子14几何形状可以被布置成确保，例如，第一凸起特征20在第三凸起特征24之前接触管道元件、或第三凸起特征在第一凸起特征之前接触管道元件、或第一凸起特征与第三凸起特征两者基本上同时接触管道元件。如在图1和图2的比较中所示，也可特制外滚子14的几何形状，使得第一凸起特征20基本上在管道元件的端部处接触管道元件（图1）；或在管道元件的与端部成间隔开的关系的区域范围内接触管道元件（图2）。图1中所示的外滚子14的凸起特征20的几何形状对于防止或减轻管道元件94的张开是有用的，并且也能够用来滚压成型圆锥形的逐渐变细物到管道元件端部。图2中所示的外滚子14的凸起特征20的几何形状对于抛光管道元件94的外表面100的一部分是有用的，以提供光滑表面，其促进与垫圈达成液密密封，如下文所描述。预期的是使用根据本发明的滚子组将可达到具有大约250 μin到大约0.1 μin（如根据ASME Y14.36M所测得的）的粗糙度（Ra）的表面光洁度，并且表面粗糙度的这个范围将提供界面，其提供管道元件和垫圈之间的液密密封。

图8和图9示出使用根据本发明的滚子组10滚压成型的示例管道元件。如图8中所示，管道元件94具有端部110并且包括位于外表面100和内表面92之间的侧壁112。圆周槽108被定位于外表面100中，并且包括：最靠近端部110的第一侧表面114；与第一侧表面114相连的底表面116；以及第二侧表面118，其与底表面116相连并与第一侧表面114成间隔开的关系。在这个示例管道元件中，底表面116被定向成基本上平行于轴线96，并且第二侧表面118相对于轴线96成角度地被定向。第一侧表面114整体来说径向向外地突出超越管道元件94的外表面100。通过在滚压成型期间内滚子12上的突出部84和外滚子14上的第二凸起特征22之间的相互作用，实现了第一侧表面114的这种配置。已确定的是，第一侧表面114的配置显著地受到内滚子12的突出部84和管道元件94的内表面92之间的接触宽度84a（见图1E）与外滚子14上的突出部40和管道元件的外表面100之间的接触宽度40a（见图1A）的相对大小的影响。具体来说，已发现：使内滚子12上的突出部84的接触宽度84a窄于外滚子14上的突出部40的接触宽度40a形成了侧表面114，使得其按需要整体来说径向向外地突出超越管道元件94的外表面100。当使用机械联接件来连接如图8中所示的具有突出的侧表面114的管道元件时，突出的侧表面114显著地改善了管道元件关于承压能力和抗弯刚度和强度的性能。测试已表明，发生故障的最大压力改进了3倍并且同样在抗弯能力方面也预期显著的改进。所述效果对于具有薄侧壁112（例如，至多高达大约0.079英寸（2 mm））的管道元件来说是显而易见的。对于具有大如½到¾英寸的侧壁厚度的管道元件也预期性能的类似改进。图8还示出了具有使用图1中所示的外滚子14所形成的圆锥形逐渐变细的端部110的管道元件94。使管道端部110逐渐变细的优点是消除了张开并且管道元件的外直径可控制到远小于标准制造公差的公差。逐渐变细的端部在装配期间充当引入部，并且通过施加撬力以使联接段分离来促进插入。

图9示出了具有端部110并且包括位于外表面100和内表面92之间的侧壁112的管道元件94。圆周槽108被定位于外表面100中，并且包括：最靠近端部110的第一侧表面114；与第一侧表面114相连的底表面116；以及第二侧表面118，其与底表面116相连并与第一侧表面114成间隔开的关系。在这个示例管道元件中，第一侧表面114和第二侧表面118被定向成基本上垂直于轴线96，并且底表面116被定向成基本上平行于轴线96。图9还示出了具有定位于槽108和管道元件的端部110之间的抛光表面120的管道元件94。在这个示例管道元件中，抛光表面120被定向成基本上平行于轴线96并且以间隔开的关系被定位成远离管道元件94的端部110。在管道元件上包含抛光表面区域的优点在于其提供密封表面，即，光滑表面以接受密封件。这确保当管道元件通过机械联接件被连接时产生液密接头，如下文所描述。控制抛光表面120的直径121是有利的。在一个示例中，直径121上的公差可基本上等于槽底表面116的直径119上的公差。在另一个示例中，抛光表面120的直径121上的公差可以是管道元件直径123上的公差的大约20%到大约50%，实际公差根据管道元件的大小而变化。

图10和图11结合图示了经由机械联接件122端部到端部地连接的管道元件94。联接件122包括端部到端部地附接并且包围中心空间126的多个段124（在这个示例中为两个段）。连接构件128（这个示例中包括突出部130）被定位于每个段124的相对端上。所述连接构件实现了段之间的连接并且可调节地收紧以将段拉向彼此。在这个示例中，通过被接收于每个突出部130中的对准孔136内的螺栓132和螺母134来实现可调节地收紧。

如图12中所示，每个段124进一步包括至少一个键138。键138朝中心空间126突出，并且每个键均接合管道元件94中的槽108。图12示出了联接件122与以端部到端部的关系连接的管道元件94的示例组合，其中，每个键138均包括：第一键表面140，其与槽108的第一侧表面114接合；第二键表面142，其与第一键表面相连并且面向槽108的底表面116；以及第三键表面144，其与第二键表面相连并且与槽108的第二侧表面118接合。在图12的示例组合中，键表面140、142和144具有与其所接合的对应表面114、116和118相同的定向。因此，第一键表面140和第一侧表面114被定向成基本上垂直于管道元件94的纵向轴线96，第二键表面142和底表面116基本上平行于轴线96，并且第三键表面144和第二侧表面118相对于轴线96成角度地被定向。图12还示出了示例组合实施例，其中，第一侧表面114整体来说径向向外地突出超越管道元件94的外表面100，如将由图1中所示的滚子组10形成的那样。由于槽108的径向地突出的第一侧表面114，所以这是用于压力和弯矩载荷的高性能接头。图12还示出了管道元件94的圆锥形逐渐变细的端部110，其中，消除了张开并且端部处的管道元件直径被控制到比在制造管道元件期间所提供的公差更紧的公差。

在图13中所示的示例组合中，再次每个段124均包括至少一个键146。键146朝中心空间126突出并且每个键均接合管道元件94中的槽108。图13示出了联接件122与以端部到端部的关系连接的管道元件94的示例组合，其中，所述键146每个均包括：第一键表面148，其与槽108的第一侧表面114接合；第二键表面150，其与第一键表面相连并且面向槽108的底表面116；以及第三键表面152，其与第二键表面相连并且面向槽108的第二侧表面118。在图13的示例组合中，键表面148、150和152具有与其所接合或面向的对应表面114、116和118相同的定向。因此，第一键表面148和第一侧表面114被定向成基本上垂直于管道元件94的纵向轴线96，第二键表面150和底表面116基本上平行于轴线96，并且第三键表面152和第二侧表面118也被定向成基本上垂直于轴线96。图13还示出了被定位于管道元件94的槽108和端部110之间的抛光表面120。在这个示例管道元件中，抛光表面120被定向成基本上平行于轴线96并且以间隔开的关系被定位成远离管道元件94的端部110。在管道元件上包含抛光表面区域的优点是其提供光滑表面，以接受被捕获在段124和管道元件94之间的垫圈154（也见图11）的密封表面。这确保当通过螺栓132将段124拉向彼此以压缩垫圈154并且使键138与管道元件94中的槽108接合时（见图10）产生液密接头。应理解的是根据本发明联接件与管道元件的示例组合可具有图12和图13中所示的特征的任何组合。

Claims (37)

1.一种管道元件，其包括：

包围纵向轴线的外表面；

至少一个端部；

槽，所述槽被定位于最靠近所述至少一个端部的所述外表面中，所述槽围绕所述管道元件圆周地延伸，所述槽包括：

第一侧表面，所述第一侧表面最靠近所述至少一个端部；

底表面，所述底表面与所述第一侧表面相连；

第二侧表面，所述第二侧表面与所述底表面相连，所述第二侧表面与所述第一侧表面成间隔开的关系；并且其中

所述第一侧表面径向向外地突出超越所述管道元件的所述外表面的剩余部分；以及

模印，所述模印被定位于所述外表面中并且围绕所述管道元件圆周地延伸。

2.根据权利要求1所述的管道元件，其中，所述模印包括所述外表面中的凹部。

3.根据权利要求1所述的管道元件，其中，所述模印包括在所述外表面中凸出的标记。

4.根据权利要求1所述的管道元件，其中，所述第一侧表面被定向成基本上垂直于所述纵向轴线。

5.根据权利要求4所述的管道元件，其中，所述底表面被定向成基本上平行于所述纵向轴线。

6.根据权利要求5所述的管道元件，其中，所述第二侧表面相对于所述纵向轴线成角度地被定向。

7.根据权利要求5所述的管道元件，其中，所述第二侧表面被定向成基本上垂直于所述纵向轴线。

8.一种根据权利要求1所述的管道元件与联接件的组合，其中所述管道元件包括至少一个管道元件，所述联接件包括：

端部到端部地附接的包围中心空间的多个段，所述至少一个管道元件被接收于所述中心空间内；

每个所述段均具有朝所述中心空间突出的至少一个键，所述至少一个键接合所述槽，所述至少一个键包括：

第一键表面，所述第一键表面与所述槽的所述第一侧表面接合；

第二键表面，所述第二键表面与所述第一键表面相连并且面向所述槽的所述底表面；以及

第三键表面，所述第三键表面与所述第二键表面相连，所述第三键表面面向所述槽的所述第二侧表面。

9.根据权利要求8所述的组合，其中，所述槽的所述第一侧表面和所述至少一个键的所述第一键表面被定向成基本上垂直于所述纵向轴线。

10.根据权利要求9所述的组合，其中，所述槽的所述第二侧表面和所述至少一个键的所述第三键表面与所述纵向轴线成角度地被定向，所述第二侧表面接合所述第三键表面。

11.根据权利要求10所述的组合，其中，所述第三键表面相对于所述纵向轴线具有等于所述第二侧表面的定向角度的定向角度。

12.根据权利要求11所述的组合，其中，所述槽的所述第二侧表面和所述至少一个键的所述第三键表面被定向成基本上垂直于所述纵向轴线。

13.根据权利要求12所述的组合，其中，所述至少一个键的所述第二键表面接合所述槽的所述底表面。

14.根据权利要求8所述的组合，其中，所述联接件进一步包括定位于每个所述段的相对端部处的连接构件，所述连接构件可调节地收紧以用于将所述段拉向彼此并使每个所述段上的所述至少一个键与所述槽接合。

15.根据权利要求14所述的组合，其中，每个所述段上的所述连接构件包括一对突出部，一个所述突出部被定位于所述段的每个所述相对端部上，所述突出部具有用于接收紧固件的孔，所述紧固件可调节地收紧。

16.根据权利要求8所述的组合，其中，所述联接件包括两个所述段。

17.一种管道元件，其包括：

包围纵向轴线的外表面；

至少一个端部；

槽，所述槽被定位于最靠近所述至少一个端部的所述外表面中，所述槽围绕所述管道元件圆周地延伸，所述槽包括：

第一侧表面，所述第一侧表面最靠近所述至少一个端部，所述第一侧表面基本上垂直于所述纵向轴线；

底表面，所述底表面与所述第一侧表面相连并且被定向成基本上平行于所述纵向轴线；

第二侧表面，所述第二侧表面与所述底表面相连并且相对于所述纵向轴线成角度地被定向；并且其中

所述第一侧表面径向向外地突出超越所述管道元件的所述外表面的剩余部分；以及

模印，所述模印被定位于所述外表面中并且围绕所述管道元件圆周地延伸。

18.根据权利要求17所述的管道元件，其中，所述模印包括所述外表面中的凹部。

19.根据权利要求17所述的管道元件，其中，所述模印包括在所述外表面中凸出的标记。

20.一种根据权利要求17所述的管道元件与联接件的组合，其中所述管道元件包括至少一个管道元件，所述联接件包括：

端部到端部地附接的包围中心空间的多个段，所述至少一个管道元件被接收于所述中心空间内；

每个所述段均具有朝所述中心空间突出的至少一个键，所述至少一个键接合所述槽，所述至少一个键包括：

第一键表面，所述第一键表面被定向成基本上垂直于所述纵向轴线并与所述槽的所述第一侧表面接合；

第二键表面，所述第二键表面与所述第一键表面相连并且面向所述槽的所述底表面；以及

第三键表面，所述第三键表面与所述第二键表面相连，所述第三键表面相对于所述纵向轴线成角度地被定向并且与所述槽的所述第二侧表面接合。

21.根据权利要求20所述的组合，其中，所述第三键表面相对于所述纵向轴线具有等于所述第二侧表面的定向角度的定向角度。

22.根据权利要求20所述的组合，其中，所述联接件进一步包括定位于每个所述段的相对端部处的连接构件，所述连接构件可调节地收紧以用于将所述段拉向彼此并使每个所述段上的所述至少一个键与所述槽接合。

23.根据权利要求22所述的组合，其中，每个所述段上的所述连接构件均包括一对突出部，一个所述突出部被定位于所述段的每个所述相对端部上，所述突出部具有用于接收紧固件的孔，所述紧固件可调节地收紧。

24.根据权利要求20所述的组合，其中，所述联接件包括两个所述段。

25.一种管道元件，其包括：

包围纵向轴线的外表面；

至少一个端部；

槽，所述槽被定位于最靠近所述至少一个端部的所述外表面中，所述槽围绕所述管道元件圆周地延伸；所述槽包括：

第一侧表面，所述第一侧表面最靠近所述至少一个端部；

底表面，所述底表面与所述第一侧表面相连；

第二侧表面，所述第二侧表面与所述底表面相连，所述第二侧表面与所述第一侧表面成间隔开的关系；并且其中

所述第一侧表面径向向外地突出超越所述管道元件的所述外表面的剩余部分；

所述管道元件的所述外表面的位于所述槽和所述至少一个端部之间的至少一部分是抛光表面。

26.根据权利要求25所述的管道元件，其进一步包括被定位于所述外表面中并且围绕所述管道元件圆周地延伸的模印。

27.根据权利要求26所述的管道元件，其中，所述模印包括所述外表面中的凹部。

28.根据权利要求26所述的管道元件，其中，所述模印包括在所述外表面中凸出的标记。

29.根据权利要求25所述的管道元件，其中，所述抛光表面包括可与密封件接合的密封表面。

30.根据权利要求25所述的管道元件，其中，所述抛光表面被定向成基本上平行于所述纵向轴线。

31.根据权利要求30所述的管道元件，其中，所述抛光表面以间隔开的关系被定位成远离所述至少一个端部。

32.根据权利要求25所述的管道元件，其中，所述抛光表面具有基本上等于所述槽的底的直径公差的直径公差。

33.根据权利要求25所述的管道元件，其中，所述抛光表面具有为所述管道元件的直径公差的20%到50%的直径公差。

34.根据权利要求25所述的管道元件，其中，所述第一侧表面被定向成基本上垂直于所述纵向轴线。

35.根据权利要求25所述的管道元件，其中，所述底表面被定向成基本上平行于所述纵向轴线。

36.根据权利要求25所述的管道元件，其中，所述第二侧表面相对于所述纵向轴线成角度地被定向。

37.根据权利要求25所述的管道元件，其中，所述第二侧表面被定向成基本上垂直于所述纵向轴线。

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