CN110199148A - 密封组件 - Google Patents

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Bolton Technology Co Ltd
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Abstract

一种密封组件(100)，包括：具有开口端部(112)的连接器主体(102)，所述开口端部(112)被构造成用于接收管道(106)的自由端(114)；用于固定在所述管道(106)的自由端(114)的适配器(115)；所述适配器(115)包括构造成围绕管道(106)的自由端(114)的圆周安装的第一环(116)，以及构造成与所述第一环(116)配合以便驱动所述第一环(116)与所述管道(106)的外表面(120)接合的第二环(118)；以及机械互锁装置，所述机械互锁装置被构造成用于在所述适配器(115)固定在所述管道(106)的自由端(114)时沿着所述连接器主体(102)的方向驱动所述适配器(115)；并且其中所述机械互锁装置还被构造成用于在所述适配器(115)固定到所述管道(106)的外表面(120)时并且所述管道(106)的自由端(114)与所述连接器主体(102)的金属密封表面(148)密封接触时防止或限制所述管道(114)相对于所述连接器主体(102)的轴向移动。

Description

密封组件
技术领域
本发明涉及密封组件，更特别地但非排他性地涉及用于在连接器和管道之间形成金属对金属密封的密封组件。
背景技术
在石油产业中，一直需要提供成本有效且一致的、以最小化石油泄漏风险的方式将石油管道连接在一起的方法。
通常使用法兰接头。这具有许多缺点。例如，法兰接头易于损坏，并且可能由于不均匀的螺栓拧紧而受损。此外，橡胶密封件通常在这些接头内使用，并且经常由于热降解而失效，以及由于现场组装接头时的不良操作而具有损坏和随后失效的显著风险。
法兰接头还需要焊接。这在组装期间非常耗时，增加了管道维修的停机时间并且存在火灾风险。此外，在最近关于更好的海上管道管理和更精细的安全规则(包括维修)的建议中，要求雇用合格的焊工来进行任何维修，这是一笔相当大的额外费用。法兰接头的安装还需要非常高的精度，需要高技能的劳工进行组装，从而进一步增加了安装、维修和维护的成本。
本发明试图克服或至少减轻/缓解与现有技术相关联的一个或多个问题。
发明内容
本发明的第一方面提供了一种密封组件。所述密封组件包括具有开口端部的连接器主体，所述开口端部被构造成用于接收管道的自由端。提供适配器用于固定在所述管道的自由端附近(例如，固定到所述管道的外表面的邻近所述管道的自由端的位置)。提供机械互锁装置，其中所述机械互锁被构造成用于例如在所述适配器固定到所述管道的外表面时沿着所述连接器主体的方向驱动所述适配器。所述连接器主体包括密封表面，并且所述机械互锁被构造成用于例如在所述适配器固定到所述管道的外表面时驱动所述管道的自由端抵靠所述主体的所述密封表面，以便在所述管道的自由端和所述连接器主体的所述密封表面之间形成密封。所述机械互锁装置还被构造成用于在所述管道的自由端与所述连接器主体的所述密封表面密封接触时防止或限制所述管道相对于所述连接器主体的轴向移动。
在示例性实施例中，所述管道的自由端包括金属表面，并且所述连接器主体的所述密封表面包括金属表面，使得在所述管道的自由端和所述连接器主体之间形成金属对金属密封。
所述密封组件的构造允许用管道形成密封，而不需要传统的管道法兰。因此不需要焊接步骤，这有利地降低了发生火灾的风险并且消除了雇用合格焊工的需要。所述密封组件允许在所述连接器主体和所述管道之间建立可靠的、高质量的金属对金属密封。这有利地消除了对在使用中易受热降解和机械损伤的橡胶密封件的需要。
所述密封组件的构造还允许管道和连接器主体快速且容易地以密封接合的方式连接。如果需要分离所述管道和连接器主体，例如为了允许清洁或移动该设备，或者更换磨损或损坏的部件，所述组件能够被快速且容易地拆卸。这在使用法兰连接的情况下是不可能的。如果所述组件在石油和天然气产业中被使用，这些特征是明显有利的，其中钻井以及石油和天然气运输设备的快速安装和拆卸能够为操作者节省时间和金钱，这具有明显的商业优势。
在示例性实施例中，通过所述适配器朝向所述连接器主体的直进移动来建立所述金属对金属密封。结果，所述组件能够有利地快速且容易地连接到管道，以在其间快速建立可靠的密封，而不需要还要求诸如焊接或复杂加工的处理步骤的辅助部件。
在示例性实施例中，所述连接器主体包括钻孔，并且其中所述密封表面是所述钻孔的侧壁的一部分。这种配置允许与每个管道的自由端的外表面(例如，所述管道的最端部处的外表面或轴向端部表面)上的特定限定点形成密封。此外，所述密封在管道的自由端被驱动抵靠所述连接器主体的密封表面时自行形成，这意味着有利地，能够快速实现可靠且高质量的密封。
在示例性实施例中，所述连接器主体的钻孔限定用于流体从所述管道行进到所述连接器主体中的流体流动路径。在示例性实施例中，所述密封表面从所述连接器主体的开口端部延伸到所述连接器主体内的位置，使得能够邻近所述连接器主体的开口端部形成密封。
在示例性实施例中，所述钻孔的直径随着远离所述连接器主体的开口端部而减小。提供直径逐渐减小的钻孔有利地确保了当管道的自由端插设在所述连接器主体的开口端部内、然后简单地在所述连接器主体的方向上移动时形成所述金属对金属密封。
在示例性实施例中，所述钻孔具有中心纵向轴线并且由周向侧壁限定，并且其中所述侧壁的一部分相对于所述中心纵向轴线以小于10°的角度远离所述连接器主体的开口端部延伸。
在示例性实施例中，所述侧壁的所述部分相对于所述中心纵向轴线以大致4°的角度延伸。
已经发现，使所述连接器主体的钻孔的侧壁的一部分相对于所述中心纵向轴线以小于10°的角度呈锥形有利地允许当管道的自由端插设在所述连接器主体的自由端内时在所述管道的自由端和所述连接器的钻孔的侧壁之间形成金属对金属密封，而不会过度限制所述钻孔的可用于通过所述连接器主体传输流体的体积。
在示例性实施例中，所述适配器包括构造成围绕管道的自由端的圆周安装的第一环，以及被构造成与所述第一环配合以便在所述适配器被所述机械互锁装置在所述连接器主体的方向上驱动时驱动所述第一环与所述管道的外表面接合的第二环。
在示例性实施例中，所述第一环具有限定第一锥度的成角度的外表面，并且所述第二环具有限定与所述第一锥度互补的第二锥度的成角度的内表面，其中在所述第二环相对于所述第一环沿着朝向所述连接器主体的方向轴向移动时作用在其间的接触力增加，以在径向方向上驱动所述第一环与管道的外表面接触。
有利地，所述第一环和所述第二环被构造成使得由于所述第二环在所述连接器主体的方向上移动而在它们之间产生的直进相对移动就足以相对于管道的外表面固定所述第一环，并在所述连接器主体和所述管道的自由端之间形成金属对金属密封。结果，这种配置能够在安装和拆卸所述密封组件时为操作者节省时间和金钱。
在示例性实施例中，所述第一环具有第一端部、第二端部和中心纵向轴线，并且其中所述成角度的外表面在所述第一端部和所述第二端部之间相对于所述中心纵向轴线以5和15°之间的角度延伸。
在示例性实施例中，所述成角度的外表面相对于所述中心纵向轴线以大致8°的角度延伸。
已经发现，使所述第一环的成角度的外表面相对于所述中心纵向轴线以5°和15°之间的角度呈锥形有利地允许所述第一环和所述第二环之间的最小水平的相对移动导致其间作用的接触应力的最大增加。有利地，这意味着操作者仅需要将所述第二环移动一小段距离以实现确保所述第一环牢固地附接到管道的外表面。
在示例性实施例中，所述第一环的第一端部包括第一径向止挡表面，所述第一径向止挡表面被布置成用于由所述第二环邻接，以限制所述第二环在朝向所述连接器主体的方向上的移动。
设置这种径向止挡限制了所述第二环能够相对于所述第一环在朝向所述连接器主体的方向上移动的程度。有利地，这确保了当所述密封组件连接到管道的自由端时防止所述第二环超越所述第一环，由此降低了损坏所述组件以及所述金属对金属密封受损的可能性。
在示例性实施例中，所述连接器主体包括第一凹槽，并且其中所述第一环的第一端部被构造成当所述第二环在所述连接器主体的方向上被驱动时嵌套在所述凹槽内。
所述第一环的第一端部和所述凹槽的尺寸被构造成使得所述第一环的第一端部能够嵌套在所述凹槽内。这确保了所述第一环、所述第二环、所述连接器主体和插设的管道的同心度得以保持。有利地，这确保了在所述连接器主体和所述插设的管道之间保持可靠的密封，即使在所述管道可能受到诸如弯矩的外部作用力时。
在示例性实施例中，所述第一环的第一端部包括锥形外表面，所述锥形外表面被构造成与所述第一凹槽的侧壁配合，以帮助所述第一环的第一端部通到所述第一凹槽中。
在示例性实施例中，所述第一凹槽被构造成当管道插设到所述连接器主体的开口端部中时邻近所述管道的外表面布置。
在示例性实施例中，所述连接器主体具有由周向侧壁限定的大致圆柱形的形状，其中所述侧壁具有端面，所述端面具有阶梯形轮廓，所述阶梯形轮廓限定所述第一凹槽，并且其中所述第一凹槽的最内壁邻近所述连接器主体的钻孔。
已经发现，在所述适配器相对于所述连接器主体固定时，所述第一环与所述连接器主体接合的点可以在诸如弯矩的外部作用力作用在连接的管道上时用作枢转点。还已发现，使该点与所述管道的径向距离最小化能够大大减小所述外力对所述管道的自由端和所述连接器主体之间的金属对金属密封的完整性的影响。结果，流体泄漏的可能性大大降低。
在示例性实施例中，所述第一凹槽包括开口，并且其中所述开口的宽度小于所述周向侧壁的径向宽度的50％。
在示例性实施例中，所述开口的宽度基本上是所述周向侧壁的径向宽度的30％。
所述凹槽的尺寸被构造成使得附接的管道在诸如弯矩的外力作用在所述管道上时能够相对于所述连接器主体枢转的点尽可能地靠近所述管道定位。有利地，这大大降低了所述连接器主体和附接的管道之间的金属对金属密封由于所述力而受损并可能导致流体泄漏的可能性。另外，这样的尺寸允许所述连接器主体的径向宽度最大化，即所述凹槽的形成不需要将材料移除到可能损害所述连接器主体的结构或机械完整性的程度。
在示例性实施例中，所述第一凹槽的最内壁限定径向止挡表面，所述径向止挡表面被布置成接合设置在所述第一环的第一端部上的第二径向止挡表面，并且其中所述第二径向止挡表面与所述第一凹槽的最内壁的邻接防止所述适配器在朝向所述连接器主体的方向上的进一步移动。
这种径向止挡的设置限制了所述第一环能够朝向所述连接器主体移动的程度，并且因此有利地提供了当所述止挡表面处于邻接状态时所述第二环朝向所述连接器主体的连续移动以用于增加所述第一环和所述管道之间的接合的牢固性。
在示例性实施例中，所述第一环的内表面是非平面状的，并且被构造成与管道的外表面牢固地接合。
所述第一环的内表面被构造成使得在与管道的外表面接合时，以及在所述第二环相对于所述第一环沿着朝向所述连接器主体的方向移动时，所述第一环能够牢固地抓住所述管道的外表面。结果，有利地降低了所述第一环和所述管道之间的不期望的相对移动的可能性，并且在所述第二环相对于所述第一环进一步移动时，管道的自由端能够被更可靠地驱动到所述连接器主体的开口端部中，以在所述管道的自由端和所述连接器主体之间形成金属对金属密封。
在示例性实施例中，所述第一环的内表面的非平面状轮廓被构造成通过过盈配合接合管道的外表面。
构造所述第一环的内表面使得通过过盈配合与管道的外表面接合提供了有利的低复杂性装置，其中不需要其他辅助部件来确保所述第一环与管道之间的牢固接合。
在示例性实施例中，所述第一环包括嵌合(键合)表面，所述嵌合表面被构造成用于锁紧到管道的外表面中。
有利地，这种布置意味着不需要改变所述管道的外表面以确保所述第一环能够牢固地与管道的外表面接合。
在示例性实施例中，所述第一环的内表面包括被构造成与管道的外表面的非平面状轮廓互补的轮廓。
在示例性实施例中，所述第一环的内表面包括被构造成接收在管道的外表面上的一系列凹槽中的多个突出部(例如，齿或倒钩)。
通过为所述第一环的内表面提供与管道的外表面的轮廓(即，一系列凹槽)互补的、诸如一系列突出部的轮廓，所述第一环能够更牢固地与所述管道的外表面接合。
有利地，这使得所述管道被更可靠地驱动到所述连接器主体的开口端部中，这又使得在所述管道和连接器主体之间形成的可靠的、高质量的金属对金属密封。
在示例性实施例中，所述组件还包括定位装置，所述定位装置用于在所述适配器沿着朝向所述连接器主体的方向移动时确保所述机械互锁装置与所述连接器主体的期望的对准。
设置定位装置进一步确保了所述第一环、所述第二环、所述连接器主体和每个插设的管道的同心度得以保持。有利地，这确保了在所述连接器主体和所述插设的管道之间保持可靠的密封，即使在所述管道可能受到诸如弯矩的作用力时。
在示例性实施例中，所述定位装置包括所述连接器主体的具有第二凹槽的端面，以及所述适配器的具有突出部的端面，所述突出部被构造成在所述适配器沿着朝向所述连接器主体的方向移动期间被接收在所述凹槽内。
这种配置不需要额外的辅助部件来保持所述适配器相对于所述连接器主体的位置。因此，该设备具有有利的低复杂性，这意味着可以简化制造所述密封组件的过程，并且还降低了所述组件的部件将在所述组件的附接和拆卸期间掉落并可能丢失的可能性。
在示例性实施例中，所述定位装置包括所述连接器主体的具有多个凹槽的端面，以及所述适配器的具有多个突出部的端面，所述多个突出部被构造成接收在所述凹槽内。
设置多个凹槽和多个突出部确保了所述第一环、所述第二环、所述连接器主体和所述插设的管道的同心度尽可能精确地得以保持。有利地，这进一步确保了在所述连接器主体和所述插设的管道之间保持可靠的金属对金属密封，即使在所述管道可能受到诸如弯矩的外部作用力时。
在示例性实施例中，所述突出部包括一系列齿形(城堡)部，其中所述齿形部围绕所述适配器的端面的圆周以规律的间隔突出，优选地其中所述齿形部是弓形的。
有利地，围绕所述第二环的端面的圆周以规律的间隔分布所述突出部确保了当诸如弯矩的外力作用在插设到所述连接器主体中的管道上时，负载更均匀地围绕所述第二环和所述连接器主体之间的界面分布。由此，所述力的均匀分布大大降低了所述第一环、所述第二环、所述连接器主体和所述插设的管道相对于彼此的同心度将丢失的可能性，并且因此大大减少了对所述连接器主体和所述管道的自由端之间的金属对金属密封的完整性的任何负面影响。
另外，已经发现，通过提供所述齿形部，这种配置进一步将所述外部作用力更均匀地分布在每个突出部上。有利地，大大降低了任何一个突出部可能在这种力的作用下失效并从所述第二环断裂开的可能性。
在示例性实施例中，所述机械互锁装置包括紧固装置，所述紧固装置用于在所述适配器的方向上拉动所述连接器主体，以便驱动所述连接器主体的内表面与所述管道的自由端密封接合，并将管道的自由端驱动到所述连接器主体的开口端部中。
提供紧固装置意味着当所述第二环在所述连接器主体的方向上充分移动时，所述适配器能够相对于所述连接器主体固定就位。因此，有利地，所述管道的自由端和所述连接器主体之间的金属对金属密封一旦形成就能够由于每个连接的管道和所述连接器主体之间的相对移动最小化而容易且可靠地得以保持。
在示例性实施例中，所述紧固装置包括具有多个紧固件的所述适配器，以及具有被构造成接收所述紧固件的多个紧固点的所述连接器主体，并且其中所述紧固装置被构造成将所述适配器可释放地附接到所述连接器主体。
通过为所述第二环提供多个紧固件，并且为所述连接器主体提供被构造成接收所述紧固件的多个紧固点，所述第二环能够有利地在所述适配器已经沿着所述连接器主体的方向充分移动时快速且容易地附接到所述连接器主体，使得在所述连接器主体和插设的管道的自由端之间存在金属对金属密封。另外，由于所述附接是可释放的，如果操作者希望移除所述密封组件的话，所述第二环能够被快速且容易地从所述连接器主体拆下。
在示例性实施例中，所述适配器具有穿过其延伸的多个孔，并且其中所述紧固件被构造成在朝向所述连接器主体的方向上穿过所述孔插设。
在示例性实施例中，所述紧固点包括多个凹槽，所述多个凹槽被构造成与所述紧固件对准并且在所述适配器沿着朝向所述连接器主体的方向移动期间可释放地附接到所述紧固件。
在示例性实施例中，所述紧固件是螺栓，并且其中所述紧固点是螺纹孔，所述螺纹孔具有与每个螺栓的螺纹相对应的螺纹。
有利地，提供了用于将所述第二环附接到所述连接器主体的低复杂性的装置。这种低复杂性确保了所述密封组件能够在潜在的时间紧迫的情况下由操作者快速且容易地附接并固定，而不需要复杂的工具。此外，能够降低与制造所述紧固装置以及因此整个密封组件相关联的成本。
在示例性实施例中，所述紧固件围绕所述适配器的圆周以规律的间隔布置，并且其中所述紧固点围绕所述连接器主体的端面以规律的间隔定位，并且其中每个紧固件的位置与每个紧固点的位置互补。
有利地，围绕所述第二环的端面的圆周以规律的间隔分布所述紧固件确保了当诸如弯矩的外力作用在插设到所述连接器主体中的管道上时，负载更均匀地围绕所述第二环和所述连接器主体之间的界面分布。由此，所述力的均匀分布大大降低了所述第二环可能从所述连接器主体脱离或者所述第一环、所述第二环、所述连接器主体和所述插设的管道相对于彼此的同心度将受到不利影响的可能性。因此，这样的配置大大减少了这种外力对所述连接器主体和每个管道的自由端之间的金属对金属密封的完整性的任何负面影响。
在示例性实施例中，每个紧固件的位置与每个齿形部的位置围绕所述适配器的圆周交替。
有利地，围绕所述第二环的端面的圆周以规律的交替间隔分布所述紧固件和所述突出部使得所述第二环和所述连接器主体之间的界面的稳定性最大化，并且在诸如弯矩的外力作用在插设到所述连接器主体中的管道上时优化负载的分布。
在示例性实施例中，所述连接器主体包括被构造成分别用于接收第一管道和第二管道的自由端的基本相同的第一开口端部和第二开口端部，并且其中所述密封组件还包括：第一适配器和第二适配器，一个适配器用于围绕所述第一管道和所述第二管道中的相应的一个的自由端固定；以及第一机械互锁装置和第二机械互锁装置，所述第一机械互锁装置和所述第二机械互锁装置被构造成用于在所述连接器主体的方向上驱动所述第一适配器和所述第二适配器中的每一个中的相应的一个以在所述第一管道和所述第二管道中的每一个与所述连接器主体之间形成金属对金属密封，并且被构造成用于防止或限制所述第一管道和所述第二管道相对于所述连接器主体的轴向移动。
所述密封组件的构造允许两个管道以密封接合的方式连接，而不需要传统的管道法兰。因此不需要焊接步骤，这有利地降低了发生火灾的风险并且消除了雇用合格焊工的需要。所述密封组件允许在所述连接器主体和每个管道之间建立可靠的、高质量的金属对金属密封。这有利地消除了对在使用中易受热降解和机械损伤的橡胶密封件的需要。
所述密封组件的构造还允许两个管道快速且容易地以密封接合的方式连接。如果需要分离所述管道和连接器主体，例如为了允许清洁或移动该设备，或者更换磨损或损坏的部件，所述组件能够被快速且容易地拆卸。这在使用法兰连接的情况下是不可能的。如果所述组件在石油和天然气产业中被使用，这些特征是明显有利的，其中钻井以及石油和天然气运输设备的快速安装和拆卸能够为操作者节省时间和金钱，这具有明显的商业优势。
附图说明
现在将参考附图描述本发明的实施例，其中：
图1是根据本发明的实施例的密封组件的透视图。
图2是图1的密封组件的剖视图，其中密封组件被示出为处于未固定状态。
图3是图1的密封组件的剖视图，其中密封组件被示出为处于固定状态。
具体实施方式
首先参考图1，用于管道的密封组件大致用100表示。
所述密封组件包括：连接器主体102，适配器115和机械互锁装置104。所述机械互锁装置104被构造成用于所述适配器115和所述连接器主体102之间的配合，使得所述适配器115能够在所述连接器主体102的方向上被驱动，以在管道106和所述连接器主体102之间形成金属对金属密封。
所述机械互锁装置104还被构造成用于相对于所述连接器主体102固定所述适配器115，以防止或基本上限制一旦所述管道106已经插设到所述连接器主体102中所述连接器主体102相对于所述管道106的自由端的轴向移动。为此，所述机械互锁装置104能够在未固定状态(如图2所示)和固定状态(如图3所示)之间移动，在所述未固定状态中，所述管道106已经插设到所述连接器主体102中但仍然可以容易地移除，在所述固定状态中，所述管道106的位置相对于所述连接器主体102牢固地固定，并且在所述机械互锁装置104不移回到所述未固定状态的情况下无法移除。
现在参考图2，其中所述密封组件100被示出为处于未固定状态，所述连接器主体102具有大致圆柱形的形状，并且具有基本上相同的、彼此镜像的第一端部108和第二端部110。所述连接器主体102的第一端部108和第二端部110中的每一个具有开口112，所述开口112中的每一个被构造成接收管道106的自由端114。所述连接器主体102的第一端部108和第二端部110中的每一个被构造成与基本相同的适配器115和机械互锁装置104接合。为了简明起见，现在将参考可以位于所述连接器主体102的第一端部108或第二端部110处的单个适配器115和机械互锁装置进一步描述所述密封组件100。
在所述实施例中，所述适配器115包括第一环116和第二环118。所述第一环116被构造成围绕管道106的自由端的圆周安装并限定其直径与待联接的期望管道的外径紧密匹配的孔。在所述实施例中，所述第一环116是开口环。提供开口环确保了所述管道106能够在初始时插设到所述孔中，但是一旦插入，所述第一环116将与所述管道106的外表面120紧密接触地接合。
所述第一环116的内表面120是非平面状的，并且被构造成与管道106的外表面牢固地接合。这种配置允许所述第一环116牢固地抓住所述管道106的外表面并且因此有利地降低了所述第一环116和所述管道106之间的不期望的相对移动的可能性。在所述实施例中，所述第一环116的内表面120的非平面状轮廓包括一系列周向脊122，所述一系列周向脊122被构造成通过过盈配合与围绕所述管道106的外表面的外圆周形成的相应通道124接合。在替代实施例中，所述第一环116的内表面120和所述管道的外表面可以具有替代的互补轮廓，或者所述第一环116的内表面120可以包括被构造成用于锁紧到所述管道106的外表面的嵌合表面。
再次参考图2，所述第一环116具有第一端部126和第二端部128，其中在其间延伸有成角度的外表面130。所述成角度的外表面130被构造成与在所述第二环118的第一端部134和第二端部136之间延伸的成角度的内表面132可滑动地接合。所述第一环116和所述第二环118共用一个在图2和图3中以X-X表示的中心纵向轴线。所述第一环116的成角度的外表面130和所述第二环118的成角度的内表面132各自相对于所述中心纵向轴线以大致8°的角度延伸。当所述第二环118相对于所述第一环116移动使得所述第二环118的成角度的内表面132在所述第一环116的成角度的外表面130上滑动时，产生在它们之间的接触应力大大增加，这用于驱动所述第一环116与所述管道106的外表面接合。
使所述第一环116的成角度的外表面130和所述第二环118的成角度的内表面132相对于所述中心纵向轴线以大致8°的角度呈锥形有利地允许所述第一环116和所述第二环118之间的最小水平的相对移动导致其间作用的接触应力的最大增加。有利地，这意味着操作者仅需要将所述第二环118移动一小段距离以确保所述第一环116牢固地附接到所述管道106的外表面。在替代实施例中，所述成角度的外表面可以相对于所述中心纵向轴线以5°和15°之间的角度延伸。
所述第一环116的第一端部126具有套环138，所述套环138的面向外部的表面140限定所述第一环116的最大直径。所述套环138具有被布置成基本上面向所述第二环118的第一端部134的第一径向止挡表面142。所述径向止挡表面142被构造成邻接所述第二环118的第一端部134，并因此限制所述第二环118能够相对于所述第一环116在朝向所述连接器主体102的方向上移动并进入所述固定位置的最大程度。
因此，所述第一环116和所述第二环118被构造成在所述第二环118相对于所述第一环116沿着所述连接器主体102的方向移动时配合，使得所述第一环116被驱动到与所述管道106的外表面接合，同时，当所述密封组件100连接到管道106的自由端114时，所述径向止挡表面142防止所述第二环118超越所述第一环，从而降低损坏所述密封组件100和所述金属对金属密封受损的可能性。此外，当所述密封组件附接到流体连通的第一管道和第二管道并且所述第一管道和第二管道受到诸如弯矩的外部应力时，这种配置防止所述第二环超越所述第一环，这有助于确保所述连接的结构完整性，并且反过来又保持所述金属对金属密封的完整性。
所述适配器115被构造成使得当所述第二环118在所述第一环116的成角度的外表面130与所述第二环118的成角度的内表面132接触的同时朝向所述连接器主体102移动时，所述管道106的自由端被驱动到所述连接器主体102的开口112中。这允许通过所述适配器115的部件之间的直进相对运动在所述管道106和所述连接器主体102之间形成金属对金属密封。结果，所述组件能够有利地快速且容易地连接在两个管道之间，以在其间快速建立可靠的密封，而不需要还要求诸如焊接或复杂加工的处理步骤的辅助部件。
所述连接器主体102包括由周向侧壁146限定的钻孔144，所述钻孔144在所述连接器主体102的第一端部108处的开口112和所述连接器主体102的第二端部110处的开口112之间延伸。所述钻孔144具有中心纵向轴线，所述中心纵向轴线基本上与所述第一环116和所述第二环118的中心纵向轴线同轴并且也在图2和图3中用X-X表示。所述钻孔144的直径随着所述侧壁146在所述开口112和所述连接器主体102的中点之间延伸而减小(即所述钻孔144的直径在每个开口112处具有最大值，并且在所述连接器主体102的中点处具有最小值)。这种配置意味着当所述管道106由于所述第二环118在与所述第一环116接触的同时在所述连接器主体102的方向上移动而被驱动到所述连接器主体中时，所述管道106的自由端114被驱动到与所述钻孔144的侧壁146接触。更具体地说，所述管道106的自由端114的外表面148被驱动到与所述钻孔144的侧壁146接触。这导致所述管道106的表面148的局部变形，所述局部变形又在所述管道106的自由端114的外表面148和所述钻孔144的侧壁146之间形成金属对金属密封。因此，在所述管道106的自由端114插设到所述连接器主体102的自由端中时自行形成金属对金属密封，意味着有利地，能够快速地实现可靠且高质量的密封。
现在参考图3，其中所述密封组件100被示出为处于固定状态，在所述实施例中，所述钻孔144的最小直径大于每个插设的管道106的内腔的直径。这种配置确保了对流体通过所述连接器主体102的流通存在最小的限制。在替代实施例中，所述钻孔144的最小直径可以基本上等于每个插设的管道106的内腔的直径。在另外的替代实施例中，所述钻孔144的最小直径可以小于每个插设的管道106的内腔的直径。
所述金属对金属密封靠近穿过所述连接器主体102、位于每个管道106的自由端114之间的流体的流动路径形成。将所述金属对金属密封靠近所述流体流动路径定位有利地确保了所述流体通过穿入到所述密封组件100的部件中而从一个管道传输到另一个管道。
在所述实施例中，所述侧壁146的一部分相对于所述中心纵向轴线以大致4°的角度远离所述连接器主体102的开口112t延伸。在所述实施例中，所述侧壁的锥形部分在所述连接器主体102的开口112和基本上位于所述连接器主体102的中点处的点之间延伸。在替代实施例中，所述侧壁的锥形部分能够在远离所述开口112的方向上延伸进入所述连接器主体102更大或更小的距离。已经发现这种配置有利地允许在管道106的自由端114和所述连接器主体102的钻孔144的侧壁146之间形成金属对金属密封，而不会过度限制所述钻孔144的可用于通过所述连接器主体102传输流体的体积。在替代实施例中，所述侧壁146能够相对于所述中心纵向轴线以小于10°的任何其他角度呈锥形。在另一替代实施例中，所述侧壁146能够相对于所述中心纵向轴线以大于10°的角度呈锥形。
所述连接器主体102的第一端部108和第二端部110各自具有径向延伸的端面111。所述端面111中的每一个具有第一凹槽150，所述第一凹槽150被构造成当与所述第一环116接触的所述第二环118沿着朝向所述连接器主体102的方向移动时接收所述第一环116的第一端部126处的套环138。当所述第一环116朝向所述连接器主体102移动时，所述第一环116的第一端部126被接收在所述第一凹槽150内，直到设置在所述第一环116的第一端部126处的第二径向止挡表面152邻接限定所述凹槽150的底壁的第三径向止挡表面154。
所述第一环116的第一端部126被构造成在所述第二径向止挡表面152与所述第三径向止挡表面154邻接时嵌套在所述第一凹槽150内。如在所示实施例中可以看到的那样，所述套环138可以具有锥形外表面，所述锥形外表面被构造成与所述第一凹槽的侧壁配合，以帮助所述第一环的第一端部通到所述第一凹槽中。
在所述实施例中，所述凹槽150具有开口149，所述开口149的径向宽度基本上是所述连接器主体102的径向宽度的30％。在替代实施例中，所述开口149可以具有小于所述连接器主体的径向宽度的50％的另一尺寸的宽度。
为所述第一凹槽150提供所述尺寸允许尽可能地最大化所述连接器主体102的径向宽度。这意味着在形成所述凹槽时，不会从所述连接器主体102移除材料到可能损害所述连接器主体102的结构或机械完整性的程度。
在所述实施例中，所述第一凹槽150围绕所述连接器主体102的第一端部108和第二端部110中的每一个处的端面111的圆周连续延伸。在替代实施例中，所述第一凹槽150可以包括围绕所述连接器主体102的第一端部108和第二端部110中的每一个处的端面111的圆周均匀或非均匀地布置的多个单独的凹槽。
如图2和图3所示，所述连接器主体102被构造成使得当所述管道106插设到所述连接器主体102的开口端部112中时，所述第一凹槽150位于所述管道106的外表面附近。如图3所示，当所述机械互锁装置104处于固定状态时，这允许所述第一环116的第一端部126和所述第一凹槽150之间的互连定位在所述管道106的外表面附近。这样的配置确保了所述第一环116、所述第二环118、所述连接器主体102和每个插设的管道106的同心度得以保持。一旦所述密封组件处于运行中并在两个管道之间输送流体，这对于保持所述金属对金属密封的完整性尤其重要。
当所述机械互锁装置104相对于所述连接器主体102固定(即处于固定状态)时，所述适配器115的第一环116与所述连接器主体102之间的互连能够在诸如弯矩的外部作用力作用在连接的管道106上时用作枢转点。已经发现，通过最小化该点与所述管道106的径向距离能够大大减小所述外力对所述管道的自由端和所述连接器主体之间的金属对金属密封的完整性的影响。结果，大大降低了流体泄漏的可能性。
在所述实施例中，所述密封组件100还包括定位装置156，所述定位装置156用于在所述第二环118沿着朝向所述连接器主体102的方向移动时确保所述适配器115相对于所述连接器主体102的对准。所述定位装置156包括所述连接器主体102的第一端部108和第二端部110处的具有第二凹槽158的端面，以及所述第二环118的第一端部134处的具有多个突出部160的端面，所述多个突出部160被构造成在所述第二环118沿着朝向所述连接器主体102的方向移动期间被接收在所述凹槽158内。
所述定位装置156还在所述机械互锁装置处于如图3所示的固定状态时通过固定所述第二环118相对于所述连接器主体102的位置来确保所述第一环116、所述第二环118、所述连接器主体102和每个插设的管道106的同心度得以保持。有利地，这进一步确保了在所述连接器主体102和每个插设的管道106之间保持可靠的金属对金属密封，即使在每个管道106可能受到诸如弯矩的外部作用力时。
在所述实施例中，所述第二凹槽158围绕所述连接器主体102的第一端部108和第二端部110中的每一个的端面111的圆周连续延伸。所述第二凹槽158与所述第一凹槽150同心。在替代实施例中，所述第二凹槽158可以包括多个单独的凹槽，所述多个单独的凹槽围绕所述连接器主体102的第一端部108和第二端部110中的每一个的端面111的圆周均匀或非均匀地布置。
在所述实施例中，所述定位装置156的突出部160包括一系列齿形部。所述突出部160从所述第二环118的第一端部134横向延伸，并且围绕所述第二环118的第一端部134以均匀分开的间隔分布。有利地，围绕所述第二环118的第一端部134的圆周以规律的间隔分布所述突出部160确保了当诸如弯矩的外力作用在插设到所述连接器主体102中的管道106上时，负载更均匀地围绕所述第二环118和所述连接器主体102之间的界面分布。由此，所述力的均匀分布大大降低了所述第一环116、所述第二环118、所述连接器主体102和每个插设的管道106相对于彼此的同心度将丢失的可能性，并且因此大大减少了对所述连接器主体102和每个管道的自由端114之间的金属对金属密封的完整性的任何负面影响。
在所述实施例中，所述齿形部160是弓形的。已经发现，通过提供弓形的齿形部，这种配置进一步将所述外部作用力更均匀地分布在每个突出部160上。有利地，任何一个突出部160可能在这样的力的作用下失效并且从所述第二环118断裂开的可能性大大降低。
在替代实施例中，所述定位装置156的突出部160可以是非弓形齿形部，另外，可以不被构造成齿形。此外，所述突出部可以替代地是围绕所述连接器主体102的第一端部108和第二端部110中的每一个的端面111的圆周连续延伸的单个连续突出部。
再次参考图3，所述机械互锁装置104还包括紧固装置162。所述紧固装置162被构造成使得所述紧固装置162的紧固用于在所述适配器115的方向上(即朝向所述固定位置)拉动所述连接器主体102，同时，使所述第二环118在朝向所述连接器主体102的方向上移动。当所述第二环118在与所述第一环116接触的同时沿着所述连接器主体102的方向移动时，所述管道106被驱动到所述连接器主体102中，从而允许所述管道106的自由端114被驱动到与所述钻孔144的侧壁146接触。更具体地，所述管道106的自由端114的外表面148被驱动到与所述钻孔144的侧壁146接触。结果，在所述管道106的自由端114和所述连接器主体102之间形成金属对金属密封。
所述紧固装置162包括具有多个紧固件164的第二环118，以及具有被构造成接收所述紧固件164的多个紧固点166的连接器主体102。通过为所述第二环118提供多个紧固件164，以及为所述连接器主体102提供被构造成接收所述紧固件164的多个紧固点166，当所述机械互锁装置104已经沿着所述连接器主体102的方向充分移动时，所述第二环118能够有利地快速且容易地附接到所述连接器主体102，使得在所述连接器主体102和插设的管道106的自由端114之间存在金属对金属密封。此外，由于所述附接是可释放的，如果操作者希望移除所述密封组件100的话，所述第二环118能够被快速且容易地从所述连接器主体102拆下。
在所述实施例中，所述紧固件164是螺纹螺栓。所述螺栓164被布置成使得它们穿过形成在所述第二环118中的孔168，所述孔在所述第二环118的第一端部134和第二端部136之间延伸。所述螺栓164被布置成使得头部部分位于所述第二环的第二端部136附近，其中螺纹杆穿过所述第二端部136和所述第一端部134之间的孔168。在所述实施例中，所述紧固点166是具有被构造成与所述紧固件164的螺纹相对应的螺纹的螺纹凹槽，并且被设置在所述连接器主体102的第一端部108和第二端部110中。更具体地，所述螺纹凹槽166定位在所述第二凹槽158的底壁170中。在所述实施例中，所述紧固点166围绕所述第二凹槽158的所述底壁170以均匀分开的间隔布置在与所述孔168的位置相对应的位置处，并且围绕所述第二环118的圆周以均匀分开的间隔布置的所述紧固件164也是如此。
有利地，围绕所述第二环118的圆周以规律的间隔分布所述紧固件164确保了当诸如弯矩的外力作用在插设到所述连接器主体102中的管道106上时，负载更均匀地围绕所述第二环118和所述连接器主体102之间的界面分布。由此，所述力的均匀分布大大降低了所述第二环118可能从所述连接器主体102脱离或者所述第一环116、所述第二环118、所述连接器主体102以及每个插设的管道106相对于彼此的同心度将受到不利影响的可能性。因此，这种配置大大减少了这种外力对所述连接器主体102和每个管道106的自由端114之间的金属对金属密封的完整性的任何负面影响。
在将所述紧固装置162完全紧固时，所述第二环118随着所述机械互锁装置104完全固定在所述固定状态而可释放地附接到所述连接器主体102。有利地，所述管道106的自由端114和所述连接器主体102之间的金属对金属密封一旦形成就能够由于每个连接的管道106和所述连接器主体102之间的相对移动被最小化而被牢固且可靠地保持。
最佳如图1中所示，每个孔168以及由此每个紧固件164定位成使得该位置与所述定位装置156的每个突出部160的位置交替。有利地，围绕所述第二环118的圆周以规律的交替间隔分布所述紧固件164和所述突出部160使所述第二环118和所述连接器主体102之间的界面的稳定性最大化，并且在诸如弯矩的外力作用在插设到所述连接器主体102中的管道106上时优化负载的分布。
在本说明书的整个描述和权利要求书中，单词“包括(comprise)”和“包含(contain)”以及该单词的变形(例如“comprising”和“comprises”)的意思是“包括但不限于”，并且不旨在(并且不)排除其他部分、部件、整体或步骤。在本说明书的整个描述和权利要求书中，除非上下文另有要求，否则单数形式包含复数形式。特别地，在使用不定冠词的情况下，除非上下文另有要求，否则说明书应被理解为考虑多个以及单个。
结合本发明的特定方面、实施例或示例描述的特征、整体、特性或组合应被理解为适用于本文描述的任何其他方面、实施例或示例，除非与其不相容。

Claims (15)

1.一种密封组件，包括：
具有开口端部的连接器主体，所述开口端部被构造成用于接收管道的自由端；
用于固定在所述管道的自由端的适配器；所述适配器包括构造成围绕管道的自由端的圆周安装的第一环，以及构造成与所述第一环配合以便驱动所述第一环与所述管道的外表面接合的第二环；以及
机械互锁装置，所述机械互锁装置被构造成用于在所述适配器固定在管道的自由端时沿着所述连接器主体的方向驱动所述适配器；
其中所述连接器主体包括金属密封表面，并且所述机械互锁被构造成用于在所述适配器固定到所述管道的外表面时驱动所述管道的自由端抵靠所述主体的金属密封表面，以便在所述管道的自由端和所述连接器主体的所述金属密封表面之间形成密封；并且
其中所述机械互锁装置还被构造成用于在所述适配器固定到所述管道的外表面时并且所述管道的自由端与所述连接器主体的所述金属密封表面密封接触时防止或限制所述管道相对于所述连接器主体的轴向移动；
可选地，其中所述密封组件还包括定位装置，所述定位装置用于在所述适配器沿着朝向所述连接器主体的方向移动时确保所述机械互锁装置与所述连接器主体的期望的对准。
2.根据权利要求1所述的密封组件，其中所述连接器主体限定钻孔，并且其中所述金属密封表面是所述钻孔的侧壁的一部分，用于在管道的自由端处的外表面或端部表面和所述钻孔的所述侧壁之间形成密封；可选地，其中所述钻孔具有中心纵向轴线并且由周向侧壁限定，并且其中所述侧壁的一部分相对于所述中心纵向轴线以小于10°的角度远离所述连接器主体的开口端部延伸，例如其中所述侧壁的所述部分相对于所述中心纵向轴线以大致4°的角度延伸。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的密封组件，其中所述第一环具有限定第一锥度的成角度的外表面，所述第二环具有限定与所述第一锥度互补的第二锥度的成角度的内表面，并且被构造成使得在所述第二环相对于所述第一环沿着朝向所述连接器主体的方向轴向移动时作用在其间的接触力增加，以在径向方向上驱动所述第一环与管道的外表面接触；可选地，其中所述第一环具有第一端部、第二端部和中心纵向轴线，并且其中所述成角度的外表面在所述第一端部和所述第二端部之间相对于所述中心纵向轴线以5和15°之间的角度延伸，例如其中所述成角度的外表面相对于所述中心纵向轴线以大致8°的角度延伸。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的密封组件，其中所述第一环包括第一径向止挡表面，所述第一径向止挡表面被构造成用于由所述第二环邻接，以限制所述第二环在朝向所述连接器主体的方向上的移动。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的密封组件，其中所述连接器主体包括第一凹槽，并且其中所述第一环的第一端部被构造成当所述第二环在所述连接器主体的方向上被驱动时嵌套在所述凹槽内；可选地，其中所述第一环的第一端部包括锥形外表面，所述锥形外表面被构造成与所述第一凹槽的侧壁配合，以帮助所述第一环的第一端部通到所述第一凹槽中。
6.根据权利要求5所述的密封组件，其中所述第一凹槽被构造成在管道插设到所述连接器主体的开口端部中时邻近所述管道的外表面布置。
7.根据权利要求5或权利要求6所述的密封组件，其中所述连接器主体具有由周向侧壁限定的大致圆柱形的形状，其中所述侧壁具有端面，所述端面具有阶梯形轮廓，所述阶梯形轮廓限定所述第一凹槽，并且其中所述第一凹槽的最内壁邻近所述连接器主体的所述钻孔；可选地，其中所述第一凹槽包括开口，并且其中所述开口的宽度小于所述周向侧壁的径向宽度的50％，例如其中所述开口的宽度是所述周向侧壁的径向宽度的大致30％。
8.根据权利要求6至8中任一项所述的密封组件，其中所述第一凹槽的最内壁限定径向止挡表面，所述径向止挡表面被布置成接合设置在所述第一环的第一端部上的第二径向止挡表面，并且其中所述第二径向止挡表面与所述第一凹槽的最内壁的邻接防止所述适配器在朝向所述连接器主体的方向上的进一步移动。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的密封组件，其中所述第一环的内表面是非平面状的，并且被构造成与管道的外表面牢固地接合；可选地，其中所述第一环的内表面的非平面状轮廓被构造成通过过盈配合接合管道的外表面；并且/或者可选地，其中所述第一环包括被构造成用于锁紧到管道的外表面中的嵌合表面；或者可选地，其中所述第一环的内表面包括被构造成与管道的外表面的非平面状轮廓互补的轮廓，例如其中所述第一环的内表面包括被构造成接收在管道的外表面上的一系列凹槽中的多个突出部(例如齿或倒钩)。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的密封组件，其中所述可选的定位装置包括所述连接器主体的具有第二凹槽的端面，以及所述适配器的具有突出部的端面，所述突出部被构造成在所述适配器沿着朝向所述连接器主体的方向移动期间被接收在所述凹槽内。
11.根据权利要求20所述的密封组件，其中所述定位装置包括所述连接器主体的具有多个凹槽的端面，以及所述适配器的具有多个突出部的端面，所述多个突出部被构造成接收在所述凹槽内；可选地，其中所述突出部包括一系列齿状部，其中所述齿状部围绕所述适配器的圆周以规律的间隔突出，例如其中所述齿状部具有弓形形状。
12.根据任一项前述权利要求所述的密封组件，其中所述机械互锁装置包括紧固装置，所述紧固装置用于在所述机械互锁装置的方向上拉动所述连接器主体，以便将管道的自由端驱动到所述连接器主体的开口端部中以在其间形成所述金属密封。
13.根据权利要求12所述的密封组件，其中所述紧固装置包括具有多个紧固件的所述适配器，以及具有多个紧固点的所述连接器主体(例如其中所述紧固件是螺栓，并且其中所述紧固点是螺纹孔，所述螺纹孔具有与每个螺栓的螺纹相对应的螺纹)，并且其中所述紧固装置被构造成将所述适配器可释放地附接到所述连接器主体；可选地，其中所述适配器具有穿过其延伸(例如在所述第二环上)的多个孔，并且其中所述紧固件被构造成在朝向所述连接器主体的方向上穿过所述孔插设；并且/或者可选地，其中所述紧固件围绕所述适配器的圆周(例如在所述第二环上)以规律的间隔布置，并且其中所述紧固点围绕所述连接器主体的端面以规律的间隔定位，并且其中每个紧固件的位置与每个紧固点的位置互补；并且/或者可选地，其中所述紧固点包括多个凹槽，所述多个凹槽被构造成与所述紧固件对准并且在所述适配器沿着朝向所述连接器主体的方向移动期间可释放地附接到所述紧固件。
14.根据任一项前述权利要求所述的密封组件，其中所述连接器主体包括第一开口端部和第二开口端部，每个开口端部被构造成用于接收管道的自由端；
其中所述密封组件还包括；
第二适配器，所述第二适配器被构造成用于固定在相应管道的自由端；以及
第二机械互锁装置，所述第二机械互锁装置被构造成用于在所述连接器主体的方向上驱动所述第二适配器，并且还被构造成用于防止或限制相应管道相对于所述连接器主体的轴向移动。
15.一种密封组件，包括：
具有开口端部的连接器主体，所述开口端部被构造成用于接收管道的自由端；
用于固定在所述管道的自由端的适配器；所述适配器包括构造成围绕管道的自由端的圆周安装的第一环，以及构造成与所述第一环配合以便驱动所述第一环与所述管道的外表面接合的第二环；以及
机械互锁装置，所述机械互锁装置被构造成用于在所述适配器固定在管道的自由端时沿着所述连接器主体的方向驱动所述适配器；
其中所述机械互锁装置还被构造成用于在所述适配器固定到所述管道的外表面时以及所述管道的自由端与所述连接器主体的所述金属密封表面密封接触时防止或限制所述管道相对于所述连接器主体的轴向移动；
其中所述连接器主体包括第一凹槽，并且其中所述第一环的第一端部被构造成当所述第二环在所述连接器主体的方向上被驱动时嵌套在所述凹槽内，并且其中所述第一凹槽被构造成当管道插设到所述连接器主体的开口端部中时邻近所述管道的外表面布置；
可选地，其中所述连接器主体包括金属密封表面，并且所述机械互锁被构造成用于在所述适配器固定到所述管道的外表面时驱动所述管道的自由端抵靠所述主体的金属密封表面，以便在所述管道的自由端和所述连接器主体的所述金属密封表面之间形成密封。
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