CN111656025A - 多腔室液压的多定位螺栓张紧器 - Google Patents

多腔室液压的多定位螺栓张紧器 Download PDF

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Abstract

一种用于向紧固件施加张力的多定位张紧器，所述张紧器包括：具有至少一个部段的主体，所述主体包括第一主体部段，所述第一主体部段被形成为接合细长紧固构件或与所述细长紧固构件一体地形成；承载构件，所述承载构件用于向待紧固的工件施加力，并且被布置成围绕邻近所述主体的所述紧固构件定位；多个压力腔室，所述多个压力腔室在所述承载构件与所述主体之间，所述多个压力腔室被布置成响应于液压压力而使所述至少一个主体部段相对于所述承载构件轴向地移动；以及多个定位螺栓，所述多个定位螺栓在所述主体部段和所述承载构件之间延伸，以使所述第一主体部段进一步移动离开所述承载构件；其中，向所述多个压力腔室中的一个或更多个压力腔室施加液压压力使所述第一主体部段移动离开所述承载构件，从而张紧所述紧固构件，并且由此通过所述定位螺栓的操作来施加所述紧固构件的后续张紧。

Description

多腔室液压的多定位螺栓张紧器
技术领域
本公开总体上涉及液压辅助紧固装置和/或张紧装置及其使用方法。
背景技术
多定位螺栓张紧器(MJT)可以用于在例如油气、能源、运输和采矿工业中的紧固螺栓、轴或螺柱。MJT可以用作传统螺母和螺栓的直接替代物。图1是螺母型MJT 200的局部剖面图。MJT 200包括环形主体202。MJT 200的主体202形成有螺纹中心孔205以容纳螺栓、轴或螺柱。带螺纹的定位螺栓孔201的环形阵列穿过主体202，每个孔都设置在与中心孔同心的圆上。相应的定位螺栓204横穿定位螺栓孔201并且以螺纹方式容纳在其中。MJT 200还包括硬化垫圈206形式的承载构件，在使用时定位螺栓204的点抵靠该承载构件。硬化垫圈206支撑抵靠在被紧固的工件上。
作为图1的螺母型MJT的一种替代方案，螺栓型MJT也是已知的。螺栓型MJT通常包括具有螺纹轴的主体，该螺纹轴可以用于螺纹盲孔和埋头孔。MJT可从卡内基宾夕法尼亚州(Carnegie PA)的超强螺栓(Superbolt)商购获得。MJT的进一步讨论可以在美国专利No.4,622,730、No.RE33,490、No.4,927,305、No.5,075,950、No.5,083,889和No.6,112,396中找到，这些专利通过引用并入到本文中。在整个说明书中，对现有技术的方法和文献的参考不应被认为是承认或证明，任何这样的现有技术信息构成了公知常识。
图2至图6示出了MJT 200的使用。参照图2，最初的硬化垫圈206被安装到螺柱208上。然后将主体202以螺纹方式连接到螺柱208上，直到它抵靠硬化垫圈206以张紧接头。在图2中，定位螺栓204被退回，以便它们的尖端不延伸出MJT的主体202。现在参考图3，一旦垫圈206已经定位在螺柱208上并且MJT 200已经被螺纹连接到螺柱上并且与垫圈206邻接，那么相隔90度的四个定位螺栓(即，如图3中圈出的12点钟、6点钟、9点钟和3点钟)就用30％-70％的部分扭矩拧紧，然后对剩余的四个定位螺栓重复该过程。对所有定位螺栓204施加均匀分布的部分扭矩用来使硬化垫圈206坐靠在待紧固的接触表面209，例如法兰。参照图4，在100％目标扭矩下，然后拧紧同样的四个定位螺栓。参照图5，在100％目标扭矩下，在圆形图案中所有定位螺栓204被拧紧。现在参照图6，所有的定位螺栓204例如用扭矩扳手212再次拧紧，直到它们稳定为止(在这个步骤中通常涉及每个定位螺栓204小于10度的旋转)。这一步骤可能需要围绕定位螺栓的2-4轮附加拧紧，以使所有的定位螺栓都是增量式拧紧的，并且在任何时候它们之间没有大的张力不平衡。
当定位螺栓204被扭转时，拉伸预载荷沿着螺柱208均匀地发展，并且定位螺栓204的轴向力和螺柱208的相反的反作用力在待紧固在一起的表面之间产生强大的夹紧力，诸如以相对的凸缘为例。施加正确的预载荷是可取的，因为预张紧的螺栓、轴或螺柱能够承受较大的载荷，并可降低螺栓、轴或螺柱由于例如振动和/或温度循环而意外松动的可能性。
然而，将认识到，如参考的图2至图6已经解释的，正确地应用MJT通常是费力且耗时的运动。有经验的操作员可能花费大约五分钟采用已经讨论的方式应用MJT。可以理解，在安装大型工厂的地方，可能有数百个或数千个MJT要安装。在这种情况下，节省安装每个MJT的时间导致为手头的整个项目节省了相当多的工人工时。此外，确保定位螺栓被拧紧以使它们一致地和均匀地对硬化垫圈施加力是一种有些苛刻的操作，它要求以预定的顺序对定位螺栓施加扭矩。在顺序没有正确遵循的情况下，后果之一是在定位螺栓的张紧中可能存在不平衡，这可能潜在地导致灾难性的故障。
申请人早先已经开发出了液压MJT，如图7到图9中所示的比较实施例所示，其允许较正确且较快速地放置MJT型紧固件的定位螺栓。根据申请人的较早发明——国际专利申请PCT/US2017/037834(其内容通过引用并入本文)的主题——的液压MJT310采用螺母的形式，并且通常包括具有中心轴线“L”的环形主体320，该环形主体具有穿过其形成的同心圆形螺纹孔325，以容纳螺柱或螺栓(未示出)。环形主体320形成有穿过其中的螺纹定位螺栓孔的同心环形阵列，其与图1所示的孔201的方式类似。通过每个螺纹定位螺栓孔，在那里穿过多个定位螺栓330a、…、330n(为了简洁，本文中通常可以将其简称为“330”)中的相应的一个。主体320位于活塞340上，在本实施例中，活塞包括承载构件，该承载构件在使用中对待紧固的工件施加力，诸如管道法兰等。在一些情况下，活塞340可经由中间构件(诸如垫圈等)将力施加到工件。
参照图9，主体320和活塞340成形为使得它们配合以在它们之间限定环形压力腔室350。压力腔室350经由流体通道365与液压端口360流体连通。端口360可以定位于主体320的顶部外边缘上，与定位螺栓330中的至少一个相邻或接近。液压MJT 310的操作在上述引用的'834申请中被进一步描述。
响应于在相对狭窄的空间中，特别是在有限的工作范围内，对张力进行精确控制和/或对紧固件施加适当张力所遇到的进一步的问题，申请人已经对较早的发明进行了修改或改进，该修改或改进方便地解决了这些进一步的问题。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种用于向紧固件施加张力的多定位张紧器，该张紧器包括：
主体，所述主体具有至少一个部段，所述主体包括第一主体部段，所述第一主体部段被形成为接合细长紧固构件或与所述细长紧固构件一体地形成；
承载构件，所述承载构件用于向待紧固的工件施加力，并且被布置成围绕邻近所述主体的紧固构件定位；
多个压力腔室，所述多个压力腔室在所述承载构件与所述主体之间，所述多个压力腔室被布置成响应于液压压力而使所述至少一个主体部段相对于所述承载构件轴向地移动；以及
多个定位螺栓，所述多个定位螺栓在所述主体部段和所述承载构件之间延伸，以用于使所述第一主体部段进一步地移动离开所述承载构件；
其中，向所述多个压力腔室中的一个或更多个施加液压压力来使所述第一主体部段移动离开所述承载构件，从而张紧所述紧固构件，并且由此通过所述定位螺栓的操作来施加所述紧固构件的后续张紧。
在一个实施例中，多个腔室中的第一压力腔室由所述第一主体部段的表面和所述承载构件的表面来限定，由此将液压压力引入到所述第一压力腔室中来使所述第一主体部段移动离开所述承载构件。
所述主体的至少一个部段优选地包括第二部段，并且其中所述多个腔室中的第二压力腔室被限定在所述第二部段的表面与所述活塞的表面之间，所述活塞在所述第二部段的开口中滑动，由此将液压压力引入到所述第二压力腔室来使所述活塞相对于所述主体的第二部段移动。
所述第一部段优选地包括延伸到所述第二部段的开口中的部分，在液压压力引入到所述第二压力腔室中时，通过所述活塞迫使所述部分远离所述第二部段，从而使所述第一部段移动离开所述承载构件。
在本发明的优选实施例中，所述承载构件轴向地设置在所述第一部段和所述第二部段之间。
第一主体部段的延伸到第二部段的开口中的部分可以包括下裙部，其中所述第一压力腔室被限定在邻近所述下裙部的所述第一主体部段与所述承载构件之间。
所述承载构件可以形成为与所述主体配合的活塞。
主体可以形成为具有轴向延伸的中心孔的“螺母型”，其中，主体的第一部段被布置成与细长紧固构件螺纹接合，其中细长紧固构件包括螺栓或螺柱。
或者，主体可以形成为“螺栓型”，其中细长紧固构件与主体的第一部段一体地形成。
优选地，第一液压流体端口和第二液压流体端口设置为与第一压力腔室和第二压力腔室流体连通。
第一液压流体端口和第二液压流体端口优选地彼此成直角地从主体延伸。
在本发明的一个优选实施例中，第一液压流体端口位于第一部段中邻近定位螺栓的头部的端部上，并且其中流体通道从所述第一端口延伸穿过第一部段到达第一压力腔室。
第二液压流体端口优选地定位于第二部段的侧部，并且流体通道从第二端口径向延伸穿过第二部段到达第二压力腔室。
根据本发明的另一方面，提供了一种多定位张紧器，包括：
主体，所述主体具有第一主体部段，所述第一主体部段被形成为接合细长紧固构件或与所述细长紧固构件一体地形成；
第一活塞，所述第一活塞被第一主体部段容纳，且用于向待紧固的工件施加力；
第一压力腔室，所述第一压力腔室位于第一活塞和第一主体部段之间，并被布置成响应于液压压力而使第一主体部段移动离开第一活塞；
所述主体还包括第二主体部段，所述第二主体部段邻接所述第一活塞并且包括用于容纳第二活塞的同轴孔，所述第二活塞被布置成选择性地邻接所述第一主体部段；
第二压力腔室，所述第二压力腔室位于第二主体部段和第二活塞之间，且第二压力腔室被布置成使第二活塞移动以离开第二主体部段；以及
多个定位螺栓，所述多个定位螺栓在所述第一主体部段和所述承载构件之间延伸，以使所述第一主体部段进一步移动离开承载构件；
其中，向所述第一液压腔室或所述第二液压腔室施加液压压力使所述第一主体部段相对于所述第二主体部段移动，以张紧所述紧固构件，并且由此通过所述定位螺栓的操作来施加所述紧固构件的后续张紧。
第一主体部段可以形成有轴向凹部以螺纹接合细长紧固构件，其中细长紧固构件包括螺栓或螺柱。
或者，主体部段可与细长紧固构件一体地成形。
多个定位螺栓优选地包括定位螺栓的环形阵列，该定位螺栓通过孔以螺纹方式容纳，所述孔形成为在围绕主体的外表面的间隔开的位置处与主体的纵向中心轴线均匀地间隔开。
在本发明的一个优选实施例中，多个定位螺栓包括定位螺栓的环形阵列，该定位螺栓通过孔以螺纹方式容纳，该孔形成为在围绕主体外表面的间隔开的位置处与主体的纵向中心轴线均匀间隔开。
在本发明的另一个实施例中，活塞可以滑动地容纳在主体部段中，主体和活塞之间的压力腔室通过端口和流体通道容纳液压流体，其中，当压力腔室容纳液压流体时，主体和活塞轴向分离。或者，活塞可以滑动地容纳在主体部段的外部。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于将第一工件和第二工件压缩在一起的方法，包括以下步骤：
将细长紧固构件定位成穿过第一工件和第二工件，其中，细长紧固构件的第一端与第一工件紧固；
通过将液压压力施加到多个压力腔室中的一个或更多个来张紧所述细长紧固构件，多个压力腔室沿所述细长紧固构件轴向间隔开并且布置在所述紧固构件的所述第二端和所述第二工件的外侧之间；以及
用多个定位螺栓进一步张紧所述细长构件；
由此，张紧细长紧固构件导致第一工件和第二工件朝向彼此被压缩。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于向细长紧固构件施加张力的多定位张紧器，包括：
主体，主体具有至少一个部段，主体包括第一主体部段，所述第一主体部段形成有轴向延伸的中心孔以螺纹接合细长紧固构件，其中细长紧固构件包括螺栓或螺柱；
承载构件，用于向待紧固的工件施加力，并且被布置成围绕邻近所述主体的所述紧固构件定位；
多个压力腔室，所述多个压力腔室在所述承载构件与所述主体之间，所述多个压力腔室被布置成响应于液压压力而使所述至少一个主体部段相对于所述承载构件轴向地移动；以及
多个定位螺栓，所述多个定位螺栓在所述主体部段和所述承载构件之间延伸，以使所述第一主体部段进一步移动离开所述承载构件；
其中，向所述多个压力腔室中的一个或多个施加液压压力来使所述第一主体部段移动离开所述承载构件，从而张紧所述紧固构件，并且由此通过所述定位螺栓的操作来施加所述紧固构件的后续张紧。
在一些实施例中，主体与细长紧固构件一体地形成。
优选地，多个压力腔室彼此轴向地间隔开。
在本发明的一些实施例中，承载构件形成为布置成与主体配合的活塞。
或者，承载构件可以形成为测压元件，活塞与该测力元件配合以在使用中对第一主体部段施力。最合适地，承载构件可包括容纳活塞的主体的部分。
优选地，多个定位螺栓可以包括定位螺栓的环形阵列，所述定位螺栓通过孔以螺纹方式容纳，所述孔形成为在围绕所述主体的外表面的间隔开的位置处与所述主体的纵向中心轴线均匀地间隔开。
在本发明的一个优选实施例中，多个定位螺栓包括定位螺栓的环形阵列，所述定位螺栓通过孔以螺纹方式容纳，所述孔形成为在围绕所述主体的外表面的间隔开的位置处与所述主体的纵向中心轴线均匀地间隔开。
在本发明的另一个实施例中，活塞可以滑动地容纳在主体部段中，并且主体和活塞之间的压力腔室通过端口和流体通道容纳液压流体，其中，当压力腔室容纳液压流体时，主体和活塞轴向分离。或者，活塞可以滑动地容纳在主体部段的外部。
在本发明的一些实施例中，活塞滑动地容纳在主体中，并且主体和活塞之间的压力腔室通过端口和流体通道容纳液压流体，其中当压力腔室容纳液压流体时，主体和活塞轴向分离。
本发明包括实施例，其中多个定位螺栓中的每一个与第一主体部段螺纹接合，并从主体部段突出到与承载构件压缩结合。
承载构件可以从活塞、主体部段和垫圈中选择。
在本发明的一些实施例中，承载构件包括垫圈。
可以设置锁定套环，该锁定套环用于在移除液压压力之后保持承载构件和主体之间的距离。
在一些实施例中，设置至少一个垫片，以用于在移除液压压力之后保持承载构件和主体之间的距离。
用于液压压力进入的端口可以定位在测压元件的沿着垂直于纵向中心轴线的平面的侧面外边缘上，该纵向中心轴线不与任何定位螺栓相交。
该端口可以定位在测压元件的沿着垂直于纵向中心轴线的平面的侧面外边缘上，该纵向中心轴线与两个定位螺栓相交。
根据本发明的另一方面，提供了一种封闭具有至少一个螺柱的容器的方法，该方法包括：
将第一液压MJT螺纹连接到所述至少一个螺柱上，其中液压MJT包括
主体，该主体包括具有螺纹中心孔的至少一个部段，以及多个定位螺栓，该多个定位螺栓在围绕所述主体的外边缘的间隔开的位置处与纵向中心轴线均匀地间隔开；
第一活塞，该第一活塞滑动地容纳在主体中，以在所述第一活塞与第一部分之间限定第一压力腔室，以通过端口和流体通道容纳液压流体；
第二活塞，该第二活塞滑动地容纳在主体的第二部段中，并且在所述第二活塞与所述第二部段之间限定第二压力腔室，其中，当工具被安装到螺柱上并且所述压力腔室中的至少一个容纳液压流体时，主体部段和相应的活塞轴向分离；
将液压流体注入到一个或两个压力腔室中以张紧所述至少一个螺柱；以及
扭转多个定位螺栓以固定封闭的容器。
该方法还可以包括：
将第二液压MJT螺纹连接到所述至少一个螺柱中的另一个上，以及
同时将液压流体注入到液压压缩工具中的每一个的压力腔室中，液压压缩工具螺纹连接到至少一个轴上，其中每个压力腔室与另一个压力腔室流体连通，以将至少一个螺柱张紧到基本相等于预载荷。
该方法还可以包括：将至少一个多定位螺栓张紧器拧紧到与液压MJT相邻的至少一个螺柱中的另一个螺柱上，该液压MJT拧紧到至少一个螺柱上。
优选地，在细长紧固构件的同一端执行以下步骤：通过施加液压压力进行张紧以及用定位螺栓进一步张紧，然而，这两个步骤可以在细长紧固构件的相对端执行。在这种情况下，紧固组件被设想为在一端具有液压螺母，而在相对端具有MJT。
在本发明的又一个广义方面，提供了一种用于张紧细长紧固件的多定位张紧器，该张紧器包括：
主体，该主体形成有用于容纳细长紧固件的孔或与所述孔一体成形；
一个或更多个轴向间隔开的承载构件，该承载构件围绕细长紧固件定位；
多个定位螺栓，该定位螺栓围绕所述主体设置，以用于从所述承载构件向所述主体施加力，从而张紧所述紧固件；
其中液压腔室位于主体和承载构件中相邻的一个之间以及相邻的承载构件之间，
由此，对一个或更多个液压腔室施加液压压力迫使主体离开承载构件，以便定位螺栓的后续扭转，从而进一步张紧紧固件。
根据本发明的又一方面，提供了一种使用包括上述类型的多定位张紧器的液压MJT来张紧接头的方法，包括：
将工具安装在具有待张紧的接头的工件上，
将液压流体注入到至少一个腔室中，以轴向地分离所述主体和活塞和/或将液压流体单独地注入到第二腔室中以预拉伸所述接头；以及
扭转定位螺栓以张紧接头。
液压MJT可以包括主体、活塞和多个压力腔室，所述主体具有定位螺栓的环形阵列，该定位螺栓在围绕主体的外表面的间隔开的位置处与纵向中心轴线均匀地间隔开，所述活塞被滑动地容纳到主体中，所述多个压力腔室位于主体部段和相应的活塞之间以通过单独的端口和相关联的流体通道容纳液压流体，其中，当压力腔室容纳液压流体时，配合的主体部段和活塞轴向地分开。
附图说明
通过参考附图可以更好地理解本文所描述的实施例，其中：
图1是现有技术的多定位螺栓张紧器(MJT)的局部剖视图，其用于张紧细长紧固件例如螺栓、螺柱或类似物等；
图2-图6是说明图1的MJT的使用的一系列图，该MJT用于张紧螺柱或螺栓；
图7是根据比较示例的液压操作的MJT的等距正交视图，该比较示例是本申请人共同未决的国际专利申请No.PCT/US2017/037834的主题；
图8是图7的液压MJT的俯视图；
图9是沿图8中所示的线A-A的液压MJT的剖视图；
图10是根据本发明实施例的多腔室液压MJT的优选实施例的俯视图；
图11是图10的多腔室液压MJT沿线B-B的剖视图；
图12是图10的多腔室液压MJT的等距视图；
图13是本发明多腔室液压MJT的另一个实施例的多腔室液压MJT的爆炸等距示意图；
图14是图13的多腔室液压MJT沿线C-C的剖视图；
图15是图13的多腔室液压MJT的俯视立体图；以及
图16-图19示出了使用液压MJT来张紧细长紧固件，以便将两个工件以对置凸缘的形式紧固在一起。
图20是本发明的另一个实施方案的示意性截面正视图，该实施方案采用“螺栓型”多腔室MJT形式。
具体实施方式
首先参考图10，在俯视图中示出了根据本发明第一实施例的液压MJT100。图11是沿图10中所示的线B-B的液压MJT 100的剖视图，而图12是液压MJT的外部的等距视图。图13至图15包括液压MJT 100的附加视图，该液压MJT 100安装有液压耦合器以用于将液压压力施加到所述MJT的压力腔室。
据本发明的该实施例的液压MJT100为螺母型组件的形式，并且液压MJT 100通常包括具有中心轴线“L”的环形主体120，该环形主体包括第一上部主体部段或“螺母主体”121和第二下部主体部段122，该第一上部主体部段具有穿过其形成的中心圆形螺纹孔125以容纳螺柱或螺栓(例如，图16至图19中的螺栓400)，该第二下部主体部段与第一部段间隔开并且包括同轴孔126。环形主体120形成有穿过其中的螺纹定位螺栓孔的同心环形阵列，这些孔布置成两个弧形子阵列123，124，如图10所示。多个定位螺栓130a，…，130r(为了简洁，本文通常可以将其简称为“130”)中的相应一个穿过每个螺纹定位螺栓孔。
第一上部主体部段121搁置在第一活塞140上，在本实施例中，该第一活塞包括承载构件，该承载构件在使用中可将力施加至待紧固的工件，诸如管法兰等。在本实施例中，第一活塞140被布置成经由第二主体部段122将力施加至工件(例如，图16至图19的凸缘404等)，该第二主体部段设置在环形主体120的下方。在一些情况下，第一活塞140可经由另一中间构件，诸如垫圈(例如，图16至图19的垫圈408a)或又一活塞和/或主体部段，将力施加到工件。参照图11，第一主体部段121和第一活塞140被成形为使得第一活塞140围绕第一主体部段的下壁127滑动，并与其配合以在其间限定第一周向压力腔室151，该第一周向压力腔室的形状适当地为环形。第一压力腔室151经由流体通道165与外部液压端口161流体连通，该流体通道设置在第一主体部段121中，该外部液压端口161在图11中显示为通过可移除的塞子163关闭。外部端口161可以定位在第一主体部段121的顶部外边缘上，邻近或靠近定位螺栓130中的至少一个。第一压力腔室151通过液压密封布置流体密封，该液压密封装置适当地包括环形密封环153和保持环155的组合，该组合设置在第一主体部段121和第一活塞140之间的内部位置(由后缀“i”表示)和外部位置(由后缀“o”表示)中的每一个处。
第二下部主体部段122被布置成与第一活塞140的环形端面轴向邻接并位于该环形端面的下方，除了与活塞裙部148配合的轴向孔126之外，还包括内部凹部128，该内部凹部128用于容纳第二活塞142的径向向外延伸的凸缘部分144。第二流体腔室152设置在主体120中，且在第二活塞142和第二主体部段122之间，适当地分别在凸缘144和内部凹部128的相对的环形表面之间。在第二活塞和第二主体部段122之间设置流体密封装置。该密封布置类似于为第一压力腔室提供的密封布置，包括例如外部保持环154o和相关的外部密封环156o。
本实施例的双腔室液压MJT的上述配置的结果是，第一液压回路和第二液压回路被平行地布置，以经由向相应的液压腔室151、152供给的端口而分开操作。为了在本发明的张紧器的一些应用中提供冗余，需要单独的液压回路。
现在将参照图16至图19描述液压MJT 100的操作连同一些其他的结构特征，这些图示出了处于不同操作位置的活塞140、142。
图16是螺栓400的横截面侧视图，其中柄部403穿过第一工件和第二工件，该第一工件和第二工件具有待紧固在一起的第一凸缘和第二凸缘402、404形式。在该示例中，螺栓400的头部406的承载表面邻接垫圈408b。垫圈408b继而邻接第二凸缘404的外侧。螺栓400的尖端410和柄部403的相邻螺纹长度405延伸出第二凸缘402，以便由液压MJT 100捕获，这将在下面进行说明。在该示例中，第二垫圈408a围绕柄部403并且搁置在第一凸缘402的外表面(即，如图16所示的上表面)上。
现在参照图17，这里“螺母”形式的液压MJT 100被安装到螺栓400上，该螺栓400使螺栓的螺纹部分405与第一主体部段121的内螺纹中心孔125接合，直到承载构件以第一活塞140形式邻接第二主体部段122，该第二主体部段又座靠在位于凸缘402的上部外侧面的垫圈408a上。定位螺栓130在第一主体部段121的孔123中充分地退回，以致定位螺栓130的尖端不邻接第一活塞140的上表面，从而不向第一活塞140施加力。在该初始位置，使第一活塞140和第一主体部段121靠近在一起，以使第一压力腔室151的容积非常小或为零。
随后，如图18所示，使用液压接管167和耦合器168将合适的液压管线211施加到第一液压端口161。液压管线211耦接到液压动力源。在经由管线211和耦合器168通过通道165施加液压压力时，第一液压腔室151响应于液压流体而膨胀，从而迫使活塞140与第一主体部段121分开至间隔距离D，从而张紧螺栓400。承载构件(在本示例中包括第二主体部段122)的下侧经由垫圈408a(对于特定紧固情况可能需要的任何其它中间构件)向下压迫采用凸缘402形式的工件的外侧，即如图18所示的顶侧。
转到第二活塞142的操作，图18描绘了处于中立的、未加压位置的第二活塞142，其中向外延伸的凸缘144搁置在凹部128的相对的环形表面上。环形表面具有与第二腔室152流体连通的开口，该开口在使用中经由通道166被提供液压压力。如图19所示，另一液压管线213(适当地提供单独控制的液压流体流)经由接管167和耦合器168被施加到第二端口162，以用于通过通道166将液压压力施加到第二腔室152。这里，第二腔室152中的流体压力迫使第二活塞142离开第二主体部段122，直到活塞邻接第一主体部段121的外部环形表面，在该实施例中，第二活塞142的上表面邻接第一主体部段121的悬垂裙部127的下表面。当经由管线213施加进一步的液压压力时，第二活塞142进一步地稍微移动经过距离ΔD，因为它迫使第一上部部段121进一步向上并因此远离包括承载件的第一活塞140，到达最终距离D+ΔD，从而进一步张紧螺栓400，该螺栓400与上部部段121的中心孔125的内螺纹表面接合。
参考图20，当第一部段121保持从第一活塞140移动经过距离D+ΔD时，定位螺栓130各自充分旋转，以使它们的尖端牢固地抵靠在承载构件上，在本实施例中，该承载构件包括第一活塞140。不必以任何特定的顺序在定位螺栓130上执行这个步骤，因为在第一主体部段121和活塞140之间均匀分布的载荷已经通过施加液压压力而获得。
当液压MJT 100被安装到螺栓400并且压力腔室151和152容纳液压流体时，第一部段121和活塞140的分离导致产生轴向载荷。螺栓400的张紧导致工件(例如正被连接的凸缘402和凸缘404)的压缩和/或张紧。在图20所示的本示例中，这意味着第一凸缘402和第二凸缘404被紧密地压缩在一起，如箭头113a、113b和114a、114b所示。该初始液压加压步骤快速地闭合凸缘402和凸缘404之间的接头。像MJT100的多个液压MJT可以同时液压操作并且来自相同的液压动力源，从而确保均匀、同时的闭合接头。
在随后的阶段中，在从两个端口161、162移除液压压力之后，定位螺栓130可以进一步拧紧到期望的扭矩设置(以下称为“扭转”)，例如用扭矩扳手，从而调节第一活塞140和主体121之间的距离，以便将精确的最终预载荷施加到螺栓或螺柱。
图21示出了具有主体120的液压MJT紧固件110A'的相应的“螺栓型”实施例，该液压MJT紧固件包括具有一体式螺栓轴部129的第一主体部段121'。当第一压力腔室151经由第一端口161容纳液压流体以在螺栓形部分121'中产生预加载时，在第一主体部段121'和第一活塞140之间可产生间隙(未示出)。当向第一端口施加液压压力时，本实施例中的活塞140抵靠第二主体部段122，该第二主体部段包括抵靠工件的承载构件，并且第一主体部段121'移动分开。类似地，当流体压力通过端口162单独地施加到第二流体腔室152时，第二活塞142远离第二主体部段122移动，并与第一主体部段121'的下表面127'接合，活塞142已经朝向该下表面127'运动，即如图21所示的向上运动。注意，在本实施例中，在第二活塞142的上圆锥面和第一活塞140的下圆锥面之间提供间隙空间141。
随后拧紧定位螺栓130的阵列，并释放液压压力，以将预载荷传递到锁定套环70。然后可扭转定位螺栓130以进一步张紧细长紧固件，例如具有轴部129的螺栓121'。因此，一旦定位螺栓130已被拧紧，并且在进一步扭转定位螺栓130之前，液压压力可以被去除。在该实施例的一个变型中，液压MJT 110A'可以包括上部锁定套环(未示出)。主体120可适当地设置有外螺纹，以便螺纹接合这种锁定套环。
发明人已经理解，通过提供一种液压MJT，该液压MJT包括两个(或更多个)液压腔室，优选地轴向平行地移位，而不是单个腔室，本发明的实施例可以具有较小的直径，因此比迄今已知的实施例更紧凑，因此能够在空间非常宝贵的情况下使用，同时仍然能够提供同等的张紧力并且还允许在张紧细长紧固构件时提供一些冗余。
如本文中通常使用的，除非另有说明，冠词“一个”(one)、“一个”(a)、“一个”(an)和“该”(the)包括所要求保护或描述的内容的“至少一个”或“一个或更多个”。例如，“组件”表示一个或更多个组件，因此，可能考虑了一个以上的组件，并且该一个以上的组件可以在实现所描述的实施例中采用或使用。
如本文通常使用的，术语“包括”(include)、“包括”(includes)和“包括”(including)旨在是非限制性的。
如本文通常使用的，术语“具有”(have)、“具有”(has)和“具有”(having)旨在是非限制性的。
如本文通常使用的，术语“螺柱”是指张紧细长构件，例如螺栓、螺柱和杆，其可包括或不可包括一体的头部和/或螺纹。该一体的头部和/或螺纹可以被配置成在接头上施加压缩力以在螺柱中产生张力载荷。螺纹可以被配置成用于与液压压缩工具螺纹连接。
本领域技术人员可以理解，液压MJT工具及其组件可以由任何适当的材料制成，并且可以具有使用本领域已知的材料和应力计算的特定应用所需的任何尺寸。主体可以包括金属，例如钢，压力腔室可以包括聚合物，以及垫圈可以包括黄铜或铝。
在一个实施例中，主体具有定位螺栓的环形阵列，该定位螺栓环形阵列在其外表面周围的间隔开的位置处与纵向中心轴线均匀地间隔开。主体可以包括用于容纳螺柱的环形凹部。环形凹部可以包括形成在其内表面上的螺纹，以用于与螺柱螺纹接合。环形凹部在其内表面上可以没有螺纹，以便通过压缩配合与螺柱接合。主体可以包括螺纹轴，以接合(一个或更多个)工件中的孔，例如螺纹孔和盲孔。
主体可以包括钻孔和螺纹孔，以便与每个定位螺栓螺纹接合。定位螺栓可以包括内六角螺钉。本领域普通技术人员可以理解，定位螺栓的数量可以根据施加在紧固件的柄部上的期望应力来选择。定位螺栓可以只布置成一个环形阵列，但也可以使用两个或更多个环形阵列以容纳期望数量的定位螺栓。例如，该工具可以包括二十四个定位螺栓，其中十二个定位螺栓以交替布置的方式围绕这些螺栓中心中的每一个间隔开。
定位螺栓可以延伸穿过螺纹孔，并从主体突出以与支撑表面接合。定位螺栓的端面可以延伸成与支撑表面压缩接合。支撑表面可以包括活塞、测压元件或垫圈。例如，支撑表面可以包括活塞的凸缘部分。垫圈可以由具有硬度的材料构成，该硬度根据支撑工具所需的力而预先确定。垫圈可以由足够硬的材料制成，例如金属或塑料，以便垫圈可以承受由定位螺栓施加在其上的载荷，而不会在所施加的载荷下屈服。垫圈可以由足够软的材料制成，以便定位螺栓的端面在施加的载荷下不会变形。
定位螺栓可用于机械地保持由液压压力产生的轴向载荷。定位螺栓可以被扭转，直到端面牢固地接触支撑表面。每个定位螺栓可以被旋转直到端面从主体延伸以接触支撑表面。定位螺栓可以以图案化的顺序扭转，例如，通过扭转在主体的相对两侧的定位螺栓，然后推进到相邻的定位螺栓。润滑剂，例如石墨，可以施加到定位螺栓的螺纹上以便于其扭转。
液压MJT可以包括密封装置(未示出)，例如垫圈，以基本上流体地密封压力腔室，使得可以产生液压压力。密封装置可密封主体和活塞之间的任何间隙。压力腔室可以由主体、活塞、流体通道和密封装置来限定。
工具可以包括用于每个液压回路的一个或更多个端口。一个端口/更多个端口可以位于主体或活塞的顶面上，例如相邻或接近定位螺栓中的至少一个，或者位于主体部段或活塞的侧面上。该端口可以包括标准螺纹连接端口，以允许液压流体在升高压力状态下被供应到压力腔室并且从压力腔室排出。端口可包括与主体和/或流体通道螺纹接合的单向阀。当压力源与端口断开连接时，单向阀可防止或减少回流。
压力源可包括手动操作的高压手动泵。
主体可包括开口，该开口被配置成允许插入螺纹工具，诸如螺丝旋杆(未示出)，以协助(一个或更多个)工件的张紧。开口可以定位于主体的顶部和/或侧面外边缘上。
锁定套环或垫片可用于机械地保持由液压压力产生的轴向载荷。当在液压压力下，可以扭转锁定套环，直到锁定套环的表面牢固地接触主体和/或活塞的相对表面。垫片可插入到主体和活塞的相对表面之间的由液压力产生的间隙中。当液压压力被释放时，载荷被传递到垫片或锁定套环上以保持载荷。
锁定套环可包括下套环类型和上套环类型中的一种。液压MJT可以包括下锁定套环，该下锁定套环包括具有内螺纹和外螺纹的活塞。液压MJT可以包括上锁定套环，该上锁定套环包括具有内螺纹和外螺纹的活塞。活塞的外螺纹可以与锁定套环的配合螺纹接合。当压力腔室容纳液压流体以产生预载荷时，可以在主体和锁定套环之间产生间隙。间隙的宽度通常可与接头、垫圈(如果安装)的压缩以及螺柱的伸长有关。可拧紧锁定套环，并且可释放压力以将预载荷传递到锁定套环。
液压MJT可以包括上锁定套环，该上锁定套环包括平孔测压元件和套环螺母。套环螺母可以包括内螺纹和外螺纹。外螺纹可以接合锁定套环的配合螺纹。当压力腔室容纳液压流体以产生预载荷时，可以在主体和锁定套环之间产生间隙。间隙的宽度通常可与接头、垫圈(如果安装)的压缩以及螺柱的伸长有关。可拧紧锁定套环，并且可释放压力以将预载荷传递到锁定套环。因为测压元件具有平孔，所以端口可以定位在活塞的侧面上。
液压MJT可以包括垫片，并且活塞可以包括带凸缘的活塞。当压力腔室容纳液压流体以产生预加载时，可以产生垫片间隙。间隙的宽度通常可与接头、垫圈(如果安装)的压缩以及螺柱的伸长有关。可以测量垫片间隙的宽度，并且可以将具有期望宽度的垫片插入到垫片间隙中。垫片可包括一个或更多个垫片，使得垫片完全填充垫片间隙。每个垫片可以被配置成耦接到定位螺栓的至少一部分上。
一种封闭具有多个螺柱的容器的方法通常可包括以下步骤：将液压螺母或液压MJT螺纹连接到容器的多个螺柱中的至少一个上，以及将液压流体注入液压螺母和/或液压MJT的腔室中的至少一个中以张紧至少一个螺柱。例如，该方法可包括以下步骤：将液压MJT拧紧到间隔120度的容器的三个螺栓上，以及将液压流体注入到液压压缩工具或液压压缩工具中的每一个的腔室中，以张紧三个螺栓中的每一个。MJT可以被定位成邻近于液压压缩工具中的每一个并且被拧紧到期望的预载荷。然后，每个液压压缩工具上的多个定位螺栓可以被拧紧到期望的预载荷，并且液压压力可以被释放。或者，液压压力可以被释放，并且液压压缩工具可以被MJT替换，然后被张紧到期望的预载荷。该方法还可以包括将液压压缩工具施加到所有的螺柱上，并用软管将它们连接起来以执行单程液压闭合。
该方法可包括以下步骤：将液压MJT螺纹连接到容器的每个螺栓上，其中每个液压压缩工具彼此流体连通，以及将液压流体注入到每个液压压缩工具的腔室中，以基本上同时地将每个螺栓张紧到相同的预载荷。由液压压缩工具产生的载荷可围绕接头均匀地分布，使得压缩垫圈可流入容器的任何不规则表面中，以相对于单独地拧紧螺栓提供改进的密封。当获得期望的预加载时，每个液压压缩工具上的多个定位螺栓可以被拧紧到期望的预载荷，并且液压压力可以被释放。
该方法可包括在将液压流体引入端口之前将液压MJT以相对低的扭矩水平扭转到容器的螺栓上。例如，液压MJT可被螺纹连接到螺栓上，直到液压MJT接触容器的表面。然后，液压泵送单元可以将液压流体(诸如高压油等)输送到液压压缩工具的压力腔室中。随着液压压力增加，所产生的轴向力使螺栓伸长，从而可以压缩接头。当获得期望的预载荷时，可以停止压力供应以释放液压压力。
在本实施例的工具中多个液压腔室的准备提供了冗余，这意味着，如果其中一个腔室内的液压密封失效，则即使剩余的(一个或多个)腔室处于减小的载荷的能力下，仍然可以使用剩余的(一个或多个)腔室进行张紧过程。通过利用定位螺栓阵列来修改拧紧方式，可以至少部分地克服容量的减小。在本实施例中，所有定位螺栓与第一活塞接合。在另一个实施例中，在有足够的可用水平空间的情况下，可以提供经过第一活塞的定位螺栓的第二环形阵列，该第二环形阵列具有支撑在辅助承载构件(例如第二主体部段122)的外表面(图10中的上部)上的远端。应当理解，第二环形阵列可以被设置成，以具有扩大直径的主体部段的外部同心布置，或者在其它应用中与第一阵列的各个定位螺栓以交替方式围绕主体。
结合本发明的特定方面、实施例或示例描述的特征、整数、特性、化合物、化学部分或组合应被理解为适用于本文所述的任何其它方面、实施例或示例，除非与其不相容。
本文引用的所有文献通过引用并入本文，但仅在并入的材料不与本文阐述的现有定义、陈述或其它文献相冲突的程度内。当本文档中术语的任何含义或定义与通过引用并入的文件中术语的任何含义或定义冲突时，应当以在本文件中赋予该术语的含义或定义为准。任何文献的引用不应被解释为承认其是本申请的现有技术。
尽管已经示出和描述了特定的实施例，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种其它的改变和修改。本发明所属领域的普通技术人员将认识到或者能够使用不超过常规的实验来确定本文所述的具体装置和方法的许多等效物，包括替代、变型、增加、删除、修改和替换。因此，包括所附权利要求的本申请旨在覆盖本申请范围内的所有这些改变和修改。

Claims (18)

1.一种用于向紧固件施加张力的多定位张紧器，所述张紧器包括：
主体，所述主体具有至少一个部段,所述主体包括第一主体部段，所述第一主体部段被形成为接合细长紧固构件或与所述细长紧固构件一体地形成；
承载构件，所述承载构件用于向待紧固的工件施加力，并且被布置成围绕邻近所述主体的所述紧固构件定位；
多个压力腔室，所述多个压力腔室在所述承载构件与所述主体之间，所述多个压力腔室被布置成响应于液压压力而使所述至少一个主体部段相对于所述承载构件轴向地移动；以及
多个定位螺栓，所述多个定位螺栓在所述主体部段和所述承载构件之间延伸，以使所述第一主体部段进一步地移动离开所述承载构件；
其中，向多个压力腔室中的一个或更多个压力腔室施加液压压力来使所述第一主体部段移动离开所述承载构件，从而张紧所述紧固构件，并且由此通过所述定位螺栓的操作来施加所述紧固构件的后续张紧。
2.根据权利要求1所述的多定位张紧器，其中所述多个腔室中的第一压力腔室由所述第一主体部段的表面和所述承载构件的表面来限定，由此将液压压力引入到所述第一压力腔室中来使所述第一主体部段移动离开所述承载构件。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的多定位张紧器，其中所述主体的至少一个部段包括第二部段，并且其中所述多个腔室中的第二压力腔室被限定在所述第二部段的表面与活塞的表面之间，所述活塞在所述第二部段的开口中滑动，由此将液压压力引入到所述第二压力腔室来使所述活塞相对于所述主体的第二部段移动。
4.根据权利要求3所述的多定位张紧器，其中所述第一部段包括延伸到所述第二部段的开口中的部分，在将液压压力引入到所述第二压力腔室中时，通过所述活塞迫使所述部分远离所述第二部段，从而使所述第一部段移动离开所述承载构件。
5.根据权利要求4所述的多定位张紧器，其中所述承载构件轴向地布置在所述第一部段和所述第二部段之间。
6.根据权利要求4或权利要求5所述的多定位张紧器，其中延伸到所述第二部段的开口中的所述部分包括下裙部，其中所述第一压力腔室被限定在邻近所述下裙部的所述第一主体部段与所述承载构件之间。
7.根据上述权利要求中任一项所述的多定位张紧器，其中，所述承载构件形成为与所述主体配合的活塞。
8.根据上述权利要求中任一项所述的多定位张紧器，其中所述主体形成有轴向延伸的中心孔，其中所述主体的第一部段被布置成与所述细长紧固构件螺纹接合，其中所述细长紧固构件包括螺栓或螺柱。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的多定位张紧器，其中所述主体与所述细长紧固构件一体地形成。
10.根据权利要求3至6中任一项所述的多定位张紧器，包括与所述第一压力腔室和所述第二压力腔室流体连通的第一液压流体端口和第二液压流体端口。
11.根据权利要求10所述的多定位张紧器，其中所述第一液压流体端口和所述第二液压流体端口彼此成直角地从所述主体延伸。
12.根据权利要求11所述的多定位张紧器，其中所述第一液压流体端口位于所述第一部段中邻近所述定位螺栓的头部的端部上，并且其中流体通道从所述第一端口延伸穿过所述第一部段到达所述第一压力腔室。
13.根据权利要求12所述的多定位张紧器，其中所述第二液压流体部分定位于所述第二部段的侧部，并且其中流体通道从所述第二端口径向延伸穿过所述第二部段到达所述第二压力腔室。
14.一种多定位张紧器，包括：
主体，所述主体具有第一主体部段，所述第一主体部段被形成为接合细长紧固构件或与所述细长紧固构件一体地形成；
第一活塞，所述第一活塞被所述第一主体部段容纳，且用于向待紧固的工件施加力；
第一压力腔室，所述第一压力腔室位于所述第一活塞和所述第一主体部段之间，所述第一压力腔室被布置成响应于液压压力而使第一主体部段移动离开所述第一活塞；
所述主体还包括第二主体部段，所述第二主体部段邻接所述第一活塞并且包括用于容纳第二活塞的同轴孔，所述第二活塞被布置成选择性地邻接所述第一主体部段；
第二压力腔室，所述第二压力腔室位于所述第二主体部段和所述第二活塞之间，所述第二压力腔室被布置成使所述第二活塞移动离开所述第二主体部段；以及
多个定位螺栓，所述多个定位螺栓在所述第一主体部段和所述承载构件之间延伸，以使所述第一主体部段进一步移动离开承载构件；
其中，向所述第一液压腔室或所述第二液压腔室施加液压压力来使所述第一主体部段相对于所述第二主体部段移动，以张紧所述紧固构件，并且由此通过所述定位螺栓的操作来施加所述紧固构件的后续张紧。
15.根据权利要求1所述的多定位张紧器，其中所述第一主体部段形成有轴向凹部以螺纹接合所述细长紧固构件，其中所述细长紧固构件包括螺栓或螺柱。
16.根据权利要求1所述的多定位张紧器，其中所述主体部段与所述细长紧固构件一体地形成。
17.根据权利要求16所述的多定位张紧器，其中所述多个定位螺栓包括定位螺栓的环形阵列，所述定位螺栓通过孔以螺纹方式容纳，所述孔形成为在围绕所述主体的外表面的间隔开的位置处与所述主体的纵向中心轴线均匀地间隔开。
18.一种用于将第一工件和第二工件压缩在一起的方法，包括以下步骤：
将细长紧固构件定位成穿过所述第一工件和所述第二工件，其中，所述细长紧固构件的第一端部与所述第一工件紧固；
通过将液压压力施加到多个压力腔室中的一个或更多个来张紧所述细长紧固构件，所述多个压力腔室沿所述细长紧固构件轴向间隔开并且布置在所述紧固构件的所述第二端和所述第二工件的外侧之间；以及
用多个定位螺栓进一步张紧所述细长构件；
由此，张紧所述细长紧固构件导致所述第一工件和所述第二工件朝向彼此被压缩。
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