CN1997847A - 具有带凸轮表面的键的管道连接件 - Google Patents

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Abstract

一种用来将两个管道端部对端部地连接在一起的连接件。该连接件包括多个可端部对端部地周向上围绕管道的段。这些段中的每一段可端部对端部地彼此装接起来。这些段中的每一段具有一对径向上向内面向管道突伸出的键。每个键用来与其中一个所述管道的一个周向沟槽接合。在键上设置有凸轮状表面，邻近这些段的端部。每个凸轮状表面最好有一个成一定角度取向的表面，它形成一个楔形部分，以当该凸轮状表面与沟槽接合时，提供机械上的好处。

Description

具有带凸轮表面的键的管道连接件
技术领域
本发明涉及用来端部对端部地将管道连接起来并且在它们之间实现基本上刚性或者柔性的流体密封连接的连接件。
背景技术
用于将管道端部对端部地连接起来的连接件包括弧形段，这些弧形段周向上(或沿圆周)围绕着同轴(或共轴线)对准的管道，并且与靠近每个管道的端部设置的周向沟槽接合。这些连接件也用来将管道连接到流体控制部件比如阀门、减压器、过滤器、限流器、压力调节器上，以及部件对部件的连接。虽然在下面的描述中描述的是管道，但是，这仅只是以示例的方式，本发明不限于仅只与管道本身一起使用。还应当注意到，在这里使用的术语“管道”指的是直管道，以及肘状管，T形接头，和其它类型的配装件。
包括连接件的段具有周向(或沿圆周)的键，这些键径向上向内面朝向管道伸展，并且配装配在围绕管道的沟槽内。这些键典型地比沟槽稍微窄一点，从而可以将它们配装在沟槽内，并且抵靠在由沟槽形成的肩部上，以将管道固定在一起，抵抗内部压力和可能作用到管道上的外部作用力。由于温度的变化产生管道的热膨胀或收缩以及管道或部件比如装接到管道上的阀门的重量可能产生外部作用力，对于大直径管道和阀门来说这种外部作用力可能很大。风力载荷和地震载荷也可能是其中的一个因素。
管道连接件是基本上刚性的是有利的，即，它们可以抵御管道关于它们的纵向轴线相对于彼此的转动，可以抵御管道由于内部压力相对于彼此的轴向运动，并且可以抵御管道相对于彼此的角度偏离。刚性的连接件将较少可能出现泄漏，要求较少的维护，并且由于工程师不再需要考虑当受到较大的内部压力时在网络中管道的轴向运动或者至少减少了这种需要将会简化管网(或管线)的设计。为了限制不想要的偏离，通过刚性连接件连接的管道只要求非常少的支承。进而，由于阀门和其它部件的重心关于管道轴线是偏心的，它们可能会旋转离开它们的位置，当管道连接件是基本上刚性的时，阀门和其它部件将会保持在其位置，并且不会在重力作用下关于纵向轴线旋转。
按照先有技术的许多连接件并不能可靠地提供所希望的刚硬度，这主要是因为它们使用具有矩形截面的键，这些矩形截面比它们接合的沟槽的宽度窄。这种条件可能造成在连接件与管道之间不一致的接触，这使得在管道之间可能有过大的间隙(或自由空间)和相对运动，例如管道之间的轴向的相对运动，相对的转动，或者角度上的相对运动。确保这样的键适当地与沟槽接合也是困难的。提供更刚性的连接的连接件对于迫使管道端部彼此离开所希望的距离从而使键和沟槽处于适当的对准状态并且使管道适当地间隔开可能是无效的。当彼此适当地间隔开时，管道端部和连接件与设置于连接件与管道端部之间的密封件协同工作，以确保实现一种流体严密的密封。当使连接件彼此接合时会使管道移动，尽管这种移动很小，并且可能需要将相当大的扭矩施加到用来把连接件夹紧到管道上的紧固件上。当要连接起来的管道在竖直方向上一个叠置在另一个之上时，这个问题表现的特别严重，并且，使连接件与管道接合起来的作用必须把其中一个管道相对于另一个管道向上升高，以便在管道端部之间出现适当的间隔。对于这些连接件来说，做到下述这一点也是很困难的，即从视觉上可以可靠地确保已经将连接件适当地安装好，使得键与沟槽接合并且使管道按照要求间隔开，以确保实现一个流体严密的密封。
提供一种连接件可能是有利的，这种连接件提供了一种更高的刚硬度，同时也降低为了实现它们的适当间隔使连接件与管道端部接合所必须的作用力，并且，这种连接件也提供了连接件适当地安装在管道上的可靠的视觉上的指示。
发明内容
本发明涉及一种用来将两个管道端部对端部地连接在一起的连接件。这些管道靠近每一端具有周向(或沿圆周的)沟槽。该连接件包括多个周向上围绕所述管道设置的段。这些段中的每一段可端部对端部地装接到彼此之上。这些段中的每一段具有一对径向上向内朝所述管道突伸出键。每个键可与其中一个管道的周向沟槽接合。这些键以相对于彼此间隔开的关系设置，并且在它们之间形成一个空间。在这些段的其中一个段上的这些键中的至少一个键具有一第一凸轮状表面，该凸轮状表面邻近该段的一端设置。该第一凸轮状表面可与其中一个沟槽接合，以当迫使这些段周向上围绕管道实现接合时，迫使这些管道中的一个管道在轴向上与这些管道中的另一个管道离开一个预先确定的距离。
最好，所述第一凸轮状表面相对于一个基本上与该键相切取向的轴线成一定角度取向，从而形成一个楔形部分，以当第一凸轮状表面与沟槽接合时，提供机械上的好处。凸轮状表面相对于与键相切的轴线的角度取向最好大约为5度，但是对于实际的设计此角度取向可以高达大约10度。凸轮状表面最好由该段面向外。
本发明也涉及一种用来将两个管道端部对端部地连接在一起的连接件。每个管道靠近它们的端部具有周向沟槽。该连接件包括可端部对端部地周向上围绕管道设置的第一和第二弧形段。在每个段的每一端设置连接装置比如凸耳。第一段上的凸耳可以与第二段上的凸耳面对的关系设置。一对紧固件在凸耳中的两个凸耳之间伸展，用来把凸耳以相互面对的关系装接到彼此之上。一对键沿着每一段的长度方向伸展并且径向上向内突伸出。在每一段上的键彼此处于间隔开的关系，每个键可与其中一个管道上的一个沟槽接合，用来将管道保持在各段上。在每个键上邻近每个凸耳设置一对凸轮状表面。这些凸轮状表面相对于一个基本上与所述键相切取向的轴线成一定角度取向，从而形成一个楔形部分，以当该凸轮状表面与沟槽接合时，提供机械上的好处。这些楔形部分可与沟槽接合，用于当迫使各段周向上围绕管道实现接合时，迫使这些管道进入彼此间隔开的关系。
本发明也包括一种可装接到相同的连接部分上的连接部分，用来形成一个将管道端部对端部地连接在一起的连接件，每个管道靠近它们的端部具有周向沟槽。该连接部分包括可周向上与管道接合的弧形段。在该段的每一端设置凸耳，且这些凸耳由此向外突伸出，这些凸耳使得将连接部分彼此装接起来变得容易。一对键沿着该段的长度方向伸展，并且在径向上向内突伸出。在该段上的这些键彼此处于间隔开的关系，每个键可以与其中一个管道上的一个沟槽接合，用来将管道保持在该段上。在每个键上邻近每个凸耳设置一对凸轮状表面。这些凸轮状表面可与沟槽接合，以当迫使该段周向上围绕管道实现接合时，迫使这些管道在轴向上彼此离开一个预先确定的距离。
附图说明
图1是一个用来将两个管道(或管子)端部对端部地连接起来的连接件的透视图，管道用虚线表示；
图1A是透视图，示出了图1所示的连接件的细节；
图2是图1所示的管道连接件的部件分解透视图；
图2A是按照本发明的管道连接件的一个替代实施例的部件分解透视图；
图2B是以放大比例示出的图2的一部分的透视图；
图3是包括图1所示的连接件的一段的侧视图；
图4是图3所示的段的底视图；
图4A是一段的替代实施例的侧视图，该段具有一个键和一个用来与带凸缘的管道或者配装件配接的凸缘；
图5是在图1的线5-5处取的剖面图；
图5A和5B是在图1的线5-5处取的剖面图，示出了按照本发明的连接件的替代实施例；
图6和7是在管道中形成沟槽的滚轮工具的侧视图；
图7A-7G示出了用来在管道中用于形成沟槽的滚轮工具的多种实施例的侧视图；
图8是连接件的一个替代实施例的剖面图；
图9是按照本发明的连接件的一个替代实施例的部分透视图；
图10-15是具有按照本发明的沿圆周沟槽的管道的实施例的纵向剖面图；以及
图16-21示出了具有按照本发明的沿圆周沟槽的多种配装件和部件。
具体实施方式
图1示出了用来将两个管道12和14同轴地端部对端部连接起来的管道连接件10。如图2中所示，连接件10包括至少两段16和18。每一段16和18分别具有凸耳20和22，这些凸耳的位置在段的每一端或者靠近段的每一端处。段16的每一端处的凸耳20与段18的每一端处的凸耳22对准。凸耳20和22适宜于容纳紧固件，紧固件的形式最好为螺栓24和螺母26，用来将两段端部对端部地围绕管道12和14彼此连接起来。在图1所示的一个实施例中，当使段16和18适当地与管道12和14接合时，用彼此接触的凸耳使凸耳20与凸耳22接合，其方式被称为“垫对垫(pad-to-pad)接合”，如下面将要解释的那样。当使段16和18与管道12和14适当地接合时，这些凸耳也可以间隔开的关系接附到彼此上，如在图1A中所示出的那样。
虽然凸耳是用于将这些段端部对端部地彼此装接起来的优选的装置，但是应当认识到，存在其它的装接(或接附或者连接)装置，比如周向带、轴向销柱以及闩锁手把。在美国专利号1541601,2014313，2362454，2673102，2752174，3113791以及4561678中公开了这些装置，在这里将所有这些专利结合进来作为参考。
对于大直径的管道来说，有时由比多于两段的段形成连接件10是有利的。如在图2A中所示，管道连接件10包括彼此连接起来的段16a和16b，以及彼此也连接起来的段18a和18b。每一段同样最好在它的每一端处具有凸耳20和22，用紧固件比如螺栓24和螺母26将这些段端部对端部地彼此连接起来。以示例的方式提供下面的对连接件10的描述，这些描述以具有在每一端处带有凸耳的两段的连接件为基础。描述的各个方面可应用于替代的实施例，不管构成连接件的段的数目如何，或者将段彼此装接起来的方式如何。
如在图2中所示，每一段16和18具有向内朝向管道12和14的一个弧形表面28。一对键30由该弧形表面28在径向上向内突伸。在每一段上的这些键30处于相对于彼此间隔开的状态，并且在它们之间形成一个空间32。如在图5中最清楚地示出的那样，为了实现在管道12与14之间的连接，键30与分别在周向上围绕管道12和14伸展的沟槽34和36接合。键30与沟槽34和36的接合基本上将管道12和14同轴地彼此刚性地连接起来，并且使它们保持一个预先确定的距离，如由间隙38表示的那样。将一个密封件40设置在空间32内且在段16和18的弧形表面28与管道12和14之间。管道12与14之间的间隙38提供了公差，使连接件的安装变得容易，并且使得高压流体可以将流体压力施加到密封件40上，且确保在管道12与14之间实现流体的严密密封。
如在图2和3中最清楚地示出的那样，每个键30最好具有一对凸轮状表面(加工成凸轮形的表面)42，这对凸轮状表面定位于邻近凸耳20和22的位置，或者靠近段的端部。凸轮状表面42最好离开空间32面朝外，并且使它们的取向关于基本上与键30相切取向的一个轴线43成一定角度，如在图2B中所示出的那样。凸轮状表面具有角度取向45，这种取向形成一个邻近每个凸耳的楔形部46，这也在图4中示出。当段16和18与沟槽34和36接合，以把管道12连接到管道14上时，如图5所示，凸轮状表面42(见图2)是与沟槽34和36接合的最初表面(或第一表面)。由凸轮状表面42形成的楔形部46提供了一种机械上的好处，当使段16和18的凸耳20和22朝向彼此移动时，该楔形部将迫使管道12和14彼此分开，优选进入垫对垫(pad-to-pad)接合状态。这种楔入作用确保，当实现管道12和14之间的连接时，将获得管道端部之间的分离间隙38(见图5)，同时减小带动凸耳20和22朝向彼此所需要的作用力。在正常情况下，通过拧紧螺母26朝向彼此拉动凸耳20和22(见图1)。通过利用楔形部46获得机械上的好处明显地减小了为了使凸耳20和22进入垫对垫接合状态以将管道12和14分开间隙38所需要的施加到螺母26上的扭矩，且由此即使当大直径的重型管道在竖直方向上彼此叠置时仍然可以用手动将该大直径的重型管道连接起来。这类构形是一个特别的问题，因为将键30插入沟槽34和36中必须提升管道的整个重量，以便形成间隙38。楔形部46使得这样的工作明显地变得容易。最好，如图2B所示，凸轮状表面42如相对于轴线43测量的角度取向45最好是大约5度，但是对于实际的设计可以是达到大约10度。
具有凸轮状表面的键的使用不限于用来将带有沟槽的管道彼此连接起来的连接件，而实际上可以使用在具有至少一个键的任何连接装置上。图4A示出了与一个类似的连接段结合起来使用的连接段51，以把带沟槽的管道装接到带有凸缘的管道上。连接段51具有弧形的键30，在每一个端部带有凸轮状表面42。如上面描述过的那样，该凸轮状表面的角度取向可以为与键30相切，并且形成一个楔形部46，如在图4中所示。与键的相对的是一个凸缘53，该凸缘适宜于与一个带有凸缘的管道上的配接凸缘接合。通过穿过螺栓孔55的紧固件将凸缘固定，如对于带凸缘的连接件通常理解的那样。通过接附装置最好用靠近该段的端部设置的凸耳把连接段51以端部对端部的方式装接到与它相关联的连接段上，其中这些凸耳彼此对准并且通过紧固件使这些凸耳接合起来，如在本技术领域内中所理解并且如上面的所描述过的那样。
如在图5和5A最清楚地示出的那样，键30最好具有这样一个形状，当这些键与沟槽34和36接合时，该形状将产生一种楔入作用。图5示出了一种构形，其中键30具有楔形的截面。键30由面向空间32的内表面50，离开空间32面向外的外表面52，以及位于内表面与外表面之间并且径向上面向内朝向由连接件接合的管道的径向表面54来限定。最好，使内表面50的取向基本上垂直于轴线48，而外表面52的取向相对于轴线48成一定的角度，从而形成键30的楔形截面。在外表面52和基本上与管道12和14的纵向轴线同轴取向的轴线48之间在径向上关于键测量出的相对角度56的范围高到大约70度，但是，50度是优选的(也见图1)。
虽然在图5中示出的表面52和54的截面为直的型面，但是它们可以为例如中凸的型面，中凹的型面或者某种其它的型面形状，并且当它们与沟槽34和36接合时仍然可以实现楔形的作用。在图5A中示出了键30的一个替代实施例，其中，表面50有弯曲的截面型面，形式为中凸的半径，此中凸的半径基本上融和到径向表面54中。
如在图4中所示，优选的是，凸轮状表面42的径向上的角度取向44基本上等于当相对于纵向轴线48测量时键的外表面52的径向上的角度取向56。凸轮状表面42的径向上的取向角度与键的外表面52的径向上的取向角度彼此相互匹配是有利的，以当在安装连接件状态下这些表面与沟槽34和36的与它们面对的表面接合时避免点接触，为的是减轻由点对点的接触造成的表面之间的刮擦。
最好，与键30接合的沟槽34和36具有一个与键的楔形截面互补的形状。一般说来，即使当沟槽的形状与键的形状不是精确的互补时，键具有一个基本上充填沟槽的截面形状是有利的。后面将详细地描述沟槽36，沟槽34基本上类似，且对它不需要作单独的描述。沟槽36由一个靠近管道14的端部14a设置的第一侧表面58，一个以与第一侧表面58间隔开的关系并且远离端部14a设置的第二侧表面60，以及一个在第一与第二侧表面之间延伸的底表面62来限定。通过使底表面62的取向基本上与径向表面54平行，使第一侧表面58的取向基本上与底表面62垂直(因此基本上与内表面50平行)，并且使第二侧表面58的取向基本上与外表面52平行(因此与底表面62成一定角度)实现沟槽36与键30的形状互补。
最好将键30和凸耳20和22的尺寸和公差确定成使得当凸耳20与凸耳22处于垫对垫接合状态，即，如在图1所示出的那样彼此接触时，键30与沟槽34接合，从而键的外表面52或者刚好与第二侧表面60接触，这种接触状态称为“线靠线间隙(line-on-lineclearance)”，(见图5的左半部)，或者与沟槽的第二侧表面60处于间隔开的关系，这种间隔开的关系如由不大于0.035英寸的间隙64所限定的那样(在图5的右半部示出)。进而，径向表面54也或者与底表面62处于线靠线间隙状态(图5的左半部)，或者与底表面62处于间隔开的关系，这种间隔开的关系如由不大于0.030英寸的间隙66所限定的那样(图5的右半部)。内表面50在名义上与第一侧表面58接触，如在图5中所示出的那样，但是在那里对于某些公差条件同样可能有一个间隙。然而，实际上，使管道和连接件成为理想的圆形并且使它们达到所希望的精确尺寸很困难并且成本很高，所以，在键30与沟槽34和36周向上围绕任何管道连接部位的各表面之间将会出现间断的接触，产生实际上相当刚硬的连接部位。使用从键30的各表面向外突伸出的齿31可以进一步提高连接部位的刚硬度，如在图2中最清楚地示出的那样。齿31咬合到管道的沟槽表面中，增大摩擦力，以帮助防止管道相对于连接件发生转动位移。当把凸耳以间隔开的关系装接到彼此之上时，如图1A示出的那样，也可以获得上面提到的各表面之间的相同关系。
即使当键的形状与沟槽的形状不互补时，如在图5A中所示出的那样，可以设想在键的表面与构成沟槽的表面之间的类似关系。具有这样的键比如形成中凸形状的键30的连接件可以具有表面52，该表面刚好以线靠线间隙状态与第二侧表面60接触(图5A的左侧)，或者与表面60处于间隔开的关系(图5A的右侧)，在表面52与60之间有大约0.035英寸的间隙64。同样，表面54和66也可以处于线靠线间隙状态，或者可以通过一个间隙62使它们分开，此间隙最好不大于0.030英寸。
替代地，如在图5B中所示，当内表面50和外表面52分别与沟槽表面58和60接触，而径向表面54以一个间隙66与沟槽的底表面62处于间隔开的关系时，也可以确保键30的楔入作用。图5B的右侧部表示出多个直侧面的键表面50，52和54以及与它们相配对的直侧面的沟槽表面58，60和62，这些表面给出了沟槽和键基本上互补的形状。图5B的左侧部表示出与直的表面60接合的中凸曲面的外表面52，作为其中键的形状与沟槽的形状不是基本上互补的一个示例。要注意到，左侧部示出的沟槽的底表面62相对于管道12的表面的取向带有一定角度。
业已发现，上面描述过的由与公差条件结合起来的凸耳20和22的垫对垫接合状态形成的优选构形提供有几个好处。内表面50与第一侧表面58的接合迫使管道12和14相对于彼此进入基本上严格的轴向位置。因为当把连接件安装在管道上时这些表面彼此相互抵靠，所以当被施加上内部的流体压力时，它们将不会在轴向上移动。因此，设计者不需要考虑管网(或管线网络)由于使用期间的内部压力而变长，从而简化了设计。相对较小的间隙64和66(这些间隙可能为零)确保了适当的刚硬度，并且防止了在管道与连接件之间出现过大的角度位移，同时，将间隙限制在所希望的限度内必要的公差使得可以经济地制造出连接件10。也使得可以经济地制造出在管道，阀门或者其它配装件中的沟槽。这些间隙可以有利地与实际使用的管道通常遇到的不圆度结合起来获得刚性的连接部位。凸耳20和22的垫对垫接合提供了可靠的视觉指示，可以看出连接件10是否与管道12和14适当地接合。
如果希望有一种更为柔性的连接件10，以容许有较大的角度偏斜，那么，可以将在连接件的一端或两端处的间隙64做成比上面提到的0.035英寸的限制更大。对于柔性的连接件，业已发现，在表面54与60之间具有的间隙64为在管道12和14的端部之间的间隙38的尺寸的1/2是有利的，如在图5中所示出的那样。
在所有的公差条件下使得键30与沟槽34没有间隙地接合也是可行的。这种构形的好处是，键的楔入作用提供一个刚硬的连接部位。然而，具有这种构形且仍然保持凸耳20和22的垫对垫接合状态是不实际的，这是因为经济地将连接件和管道制造成有必要的公差，既确保垫对垫接合状态又确保键与沟槽实现完全接触的周向楔入接合是非常困难的。对于其中在名义上不保持垫对垫接合状态的构形来说，如在图9示出的那样，在邻近段16上的凸耳20采用一个舌形件110是优选的，此舌形件配装到在邻近段18上的凸耳22的一个凹入部112中。该舌形件防止当连接部位经受高的内部压力时密封件40通过凸耳20与22之间的间隙被吹出去。
如在图6中所示，通过对形成管道14的材料进行冷加工可以有利地形成沟槽36。在一个优选实施例中，沟槽36包括一个靠近管道14的端部定位的第一侧表面37，一个以相对于第一侧表面间隔开的关系并且远离该管道的端部定位的第二侧表面60，以及一个在第一与第二侧表面之间伸展的底表面41。第二侧表面相对于底表面最好以一定角度取向，其角度43大于90度。
所使用的滚轮工具68在它的周边具有基本上与沟槽的所希望的形状一致的截面形状。或者通过使滚轮工具围绕管道运动，或者通过使管道关于它的纵向轴线48相对于滚轮工具运动迫使滚轮工具68围绕管道的圆周与管道14的外表面70接合。支撑滚轮72最好与管道14的内表面74接合，与滚轮工具68相对。管道壁76被压在滚轮工具68与支撑滚轮72之间。支撑滚轮72的使用为滚轮工具提供了一个反作用表面。支撑滚轮也帮助确保在滚压形成沟槽的过程中通过使材料加工变得容易而获得精确的沟槽形状。
在进行冷加工以形成具有角度取向的第二侧表面60的沟槽36的过程中，业已发现，在滚轮工具68与管道14之间产生相当大的摩擦力。通过在滚轮工具68上形成有一定角度的表面78的接触造成这种摩擦力，表面78形成沟槽36的带有一定角度取向的第二侧表面60。因为形成一定角度，所以沿着形成有一定角度的表面78的各点离开滚轮工具68的转动轴线80的距离不同。由于它们离开轴线80的距离不同，所以对于滚轮工具68的一个特定的角速度在表面78上的每个点相对于彼此将以不同的线速度运动。离轴线80最远的点运动得最快，而最靠近轴线的点运动得最慢。因此，沿着具有角度的表面78存在着一个速度差，这造成当滚轮工具68相对于管道14转动以形成沟槽时表面会相对于沟槽36的第二侧表面60滑动。在滚轮工具与管道之间的相对滑动产生摩擦。这种摩擦所产生的过热可能造成滚轮工具轴承润滑剂的失效，并且使得滚轮工具太热，以致当用于不同尺寸的管道改变该工具时无法进行。在可以进行改变之前必须使得滚轮工具冷却，这将导致时间的耗费。
为了减少过热的产生，使用在图7中示出的滚轮工具82在管道14中形成沟槽84。在沟槽84中，第二侧表面86具有一个相对于底表面90的成角度取向的第一表面部分88，以及一个邻近底表面90设置的并且基本上与底表面垂直取向的第二表面部分92，由此减小了成角度取向的第二侧表面66的尺寸。通过减小在滚轮工具82和沟槽84两者上的形成有一定角度的表面区域的尺寸，将会减小在形成沟槽的冷加工过程中所产生的摩擦。成角度取向的第一表面部分88对于第二侧表面60仍然可以提供上面描述过的好处。在图8中示出了一个与沟槽84接合的连接件10的示例。
滚轮工具82具有一个周向表面94，它的截面形状与沟槽84互补，该截面形状包括一个基本上与滚轮工具82的转动轴线80垂直取向的第一周边表面99，一个以相对于第一周边表面96间隔开的关系且基本上与轴线80垂直取向的第二周边表面98，一个在第一与第二周边表面之间延伸且基本上与轴线80平行取向的径向表面100，以及一个邻近周边表面100设置的且与轴线80成一定角度取向的形成有角度的表面102。最好使形成有角度的表面102的取向为相对于轴线80高达大约70度，最可取地为大约50度。表面102由第二周边表面向外倾斜，从而当形成沟槽84时与管道接触。
对于不是上面描述过的那些形状的沟槽截面形状可以获得键30与管道中的沟槽之间的楔入作用。对于楔入作用的主要要求在于，沟槽在管道的表面上的宽度比在沟槽的底表面上的宽度要宽。图10-15示出了满足这个要求的多种沟槽构形。图10示出了一种沟槽114，它部分地由一个侧面部分116形成，该侧面部分具有一个中凹的截面形状。图11示出了一种沟槽118，它部分地由一个侧面部分120形成，该侧面部分具有一个中凸的截面形状。在图12中，沟槽122部分地由一个侧面部分124形成，该侧面部分具有第一和第二成角度的部分124a和124b，第一成角度的部分124a的斜率比第二成角度的部分124b的斜率大。图13示出了一种沟槽126，它部分地由一个侧面部分128形成，该侧面部分的第一成角度的部分128a的斜率比第二成角度的部分128b的斜率小。半径与成角度的部分相结合也是可行的，如在图14中所示出的那样，其中，沟槽130具有一个半径部分132和一个成角度的部分134。图15图示出一个沟槽的示例136，它具有一个楔形的截面型面，与其它的沟槽示例相比，它没有明显的底部。该沟槽136由一个相对于彼此成一定角度取向的侧面部分136a和136b形成。对于所有设计的共同点是下述特点，沟槽在管道的表面处的宽度138比沟槽在沟槽底部的宽度140要宽。应注意到，虽然底表面基本上与管道表面平行是优选的，但是它也可以是弯曲的，如在图10所示出的那样，或者该底表面不存在，如在图15中示出的那样，该图中没有任何的底表面，底表面的宽度本质上为零。底表面也可以一定角度取向，如在图5B中示出的那样。
在图7A-7G中示出了用来产生如上所述的沟槽的滚轮工具。在图7A中，滚轮工具101可以关于轴线80转动，并且具有一个与第一侧面部分105和第二侧面部分107侧面相接的面对径向的表面部分103。滚轮表面部分105的取向最好与轴线80垂直，并且形成基本上竖直的沟槽侧表面。滚轮表面部分是中凹的，并产生出在图11中所示的中凸的沟槽侧表面120。
类似地，在图7B中示出的滚轮工具109具有一个在垂直的表面部分113与中凸的表面部分115之间延伸的面对径向的表面部分111。这样的滚轮产生一个如在图10中示出的中凹的侧表面116。
在图7C和7D中示出了另外的滚轮实施例117和119，它们中的每个滚轮具有一个表面部分121，此表面部分带有一个相对于轴线80以一定角度取向的第一表面123和一个相对于轴线80也以一定角度取向但以不同的角度取向的第二表面125。在滚轮工具117中，第一表面部分的斜率比第二表面部分的斜率大，而这个滚轮产生出一个如在图12中示出的沟槽122。在滚轮工具119中，第一表面部分的斜率比第二表面部分的斜率小，而这个滚轮产生出一个沟槽126，该沟槽具有如在图13中示出的以一定角度取向的侧表面124。
在图7E中示出的滚轮工具127没有任何面对径向的表面，成一定角度的表面129与一个表面部分131相交，此表面部分131基本上与转动轴线80垂直。滚轮工具127用来产生出一个如在图15中示出的沟槽。
在图7F中示出的滚轮工具133具有一个弯曲的面对径向的表面135和一个成一定角度取向的表面135以及一个垂直表面137。该弯曲的表面可以是中凸的，中凹的，波浪形的，双曲线形的，或者不规则弯曲的。
如在图7G中所示，滚轮工具139可具有一个面对径向的表面141，它相对于转动轴线80的成一定角度取向。由这样的工具产生出一个如在图5B中示出的沟槽。
尽管已经描述的适宜于与连接件的键一起获得明显的楔入作用的沟槽被应用到管道端部，但是这些沟槽也同样可以与管道配装件结合起来使用。例如，图16示出了一个肘状配装件140，它在每一端具有周向沟槽142。这些沟槽142可以具有在图5和10-15中示出的任何一种截面型面，或者具有如上所述的它们的改型。类似地，在图17中示出的T形配装件144具有沟槽146，这些沟槽最好邻近它的每个端部，这些沟槽适宜于产生楔入作用，以将配装件装接到管道上或者装接到如在这里所述的其它配装件上。图18示出了一个配装件148，它具有一个邻近一端的楔形沟槽150和一个在相反端部的凸缘152。配装件148使得可以使用机械连接件将管网(或管线)连接到使用凸缘连接的另一管网(或管线)上。进而，如在图19和20中所示，其它类型的配装件比如用来连接具有不同直径管道的收缩管154(图19)或者管接头156(图20)也可以由它们具有相应的沟槽158和160中获益，这些沟槽与上面示出的和描述过的那些沟槽类似，可以增加连接件与沟槽之间的楔入作用，或者确保形成更刚性的连接部位，或者确保形成更为柔性的连接部位，这取决于连接件的公差大小，如上面描述过的那样。
如在图21中进一步示出的那样，与控制流体流量有关的部件比如阀门162也可以具有沟槽164，这些沟槽与上面描述过的那些类似，采用在这里描述的机械连接件把该阀门连接到管道，配装件或其它部件上。
按照本发明的管道连接件包括如下优点，实现了刚性或者柔性的连接，带有可靠的视觉指示，用来确认连接件与管道适当地接合，以实现流体密封的连接。这些连接件提供了机械上的好处，使得可以用手工组装直径相当大的管网，而不管它们的重量如何。这些连接件的公差使得可以经济地制造出它们，并且仍然可以在管道之间获得相当刚性的连接部位。

Claims (36)

1.一种用来将两个管道端部对端部地连接在一起的连接件，所述管道靠近每一端具有周向沟槽，所述连接件包括多个可以端部对端部地周向上围绕所述管道设置的段，所述段中的每一段具有一对径向向内朝所述管道突伸出键，每个所述键用来与其中一个所述管道的所述周向沟槽接合，所述键相对彼此以间隔开的关系设置，并且在它们之间形成空间，在其中一个所述段上的所述键中至少一个键具有第一凸轮状表面，所述第一凸轮状表面邻近所述段的一端定位，所述第一凸轮状表面可与其中一个所述沟槽接合，当迫使所述段周向上围绕所述管道实现接合时，迫使其中一个所述管道在轴向上与所述管道中的另一管道离开一个预先确定的距离。
2.按照权利要求1所述的连接件，其特征在于，所述第一凸轮状表面相对于基本上与所述键相切取向的轴线成一定角度取向，从而形成楔形部分，以在所述第一凸轮状表面与所述沟槽接合时，提供机械上的好处。
3.按照权利要求2所述的连接件，其特征在于，所述第一凸轮状表面相对于所述轴线的取向角度高达大约10度。
4.按照权利要求2所述的连接件，其特征在于，所述第一凸轮状表面相对于所述轴线的取向角度为大约5度。
5.按照权利要求2所述的连接件，其特征在于，所述凸轮状表面面对离开所述键之间的所述空间。
6.按照权利要求1所述的连接件，其特征在于，所述段中的每一段在每一端具有凸耳，所述凸耳彼此对准，并且所述凸耳适宜于容纳用来将所述段端部对端部地彼此连接起来的紧固件。
7.按照权利要求1所述的连接件，其特征在于，其还包括用来将所述段端部对端部地彼此装接起来的装置。
8.按照权利要求1所述的连接件，其特征在于，其还包括在邻近所述段的另一端的所述一个键上的第二凸轮状表面，所述第二凸轮状表面可与所述一个沟槽接合，以当迫使所述段周向上围绕所述管道实现接合时，迫使所述一个管道在所述轴向上与所述另一个管道离开一个预先确定的距离。
9.按照权利要求8所述的连接件，其特征在于，其还包括第三和第四凸轮状表面，它们设置在所述一段上的所述键中的另一个键上，所述第三和第四凸轮状表面中的每个表面邻近所述一段的一端设置，所述第三和第四凸轮状表面可与所述沟槽中的另一个沟槽接合，以当迫使所述段周向上围绕所述管道实现接合时，迫使所述管道中的另一个管道在轴向上与所述一个管道离开一个预先确定的距离。
10.按照权利要求9所述的连接件，其特征在于，其还包括第五和第六凸轮状表面，它们设置在所述段中的另一段上的其中一个所述键上，所述第五和第六凸轮状表面中的每个表面邻近所述另一段的相应的端部设置，所述第五和第六凸轮状表面可与所述一个沟槽接合，以当迫使所述段周向上围绕所述管道实现接合时，迫使所述一个管道在轴向上与所述管道中的另一个管道离开一个预先确定的距离。
11.按照权利要求10所述的连接件，其特征在于，其还包括第七和第八凸轮状表面，它们设置在所述另一段上的所述键中另一个键上，所述第七和第八凸轮状表面中的每个表面邻近所述另一段的相应的端部设置，所述第七和第八凸轮状表面可与所述沟槽中的另一个沟槽接合，以当迫使所述段周向上围绕所述管道实现接合时，迫使所述管道中的另一个管道在轴向上与所述一个管道离开一个预先确定的距离。
12.按照权利要求11所述的连接件，其特征在于，所述凸轮状表面中的每个表面相对于基本上与其上设置所述凸轮状表面的所述键相切取向的轴线的成一定角度取向，从而形成楔形部分，以当所述凸轮状表面与所述管道中的所述沟槽接合时，提供机械上的好处。
13.按照权利要求12所述的连接件，其特征在于，所述凸轮状表面的每个表面相对于所述轴线的取向角度高达大约10度。
14.按照权利要求12所述的连接件，其特征在于，所述凸轮状表面的每个表面相对于所述轴线的取向角度为大约5度。
15.按照权利要求11所述的连接件，其特征在于，所述凸轮状表面面对离开所述键之间的所述空间。
16.按照权利要求2所述的连接件，其特征在于，其具有纵向轴线，所述纵向轴线基本上与所述管道同轴取向，所述第一凸轮状表面相对于所述纵向轴线的径向角度取向高达大约70度。
17.按照权利要求2所述的连接件，其特征在于，其具有纵向轴线，所述纵向轴线基本上与所述管道同轴取向，所述第一凸轮状表面相对于所述纵向轴线的径向角度取向为大约50度。
18.按照权利要求1所述的连接件，其特征在于，其还包括密封件，所述密封件可设置在所述键之间的所述空间中，所述密封件周向上围绕所述管道伸展，以在所述管道之间实现流体严密的密封。
19.一种用来将两个管道端部对端部地连接在一起的连接件，每个所述管道靠近它们的端部具有周向沟槽，所述连接件包括：
可端部对端部地周向上围绕所述管道设置的第一和第二弧形段；
在每个所述段的每一端的凸耳，所述第一段上的所述凸耳可以与所述第二段上的所述凸耳面对的关系设置；
一对紧固件，每个所述紧固件在所述凸耳中的两个凸耳之间延伸，用来将所述凸耳以相互面对的关系装接到彼此之上；
一对沿着每一段的长度方向延伸并且径向上向内突伸出的键，在每一段上的所述键彼此处于间隔开的关系，每个所述键可与其中一个所述管道上的沟槽接合，用来将所述管道保持在所述段上；以及
一对设置在每个所述键上邻近每个所述凸耳的凸轮状表面，所述凸轮状表面相对于基本上与所述键相切取向的轴线成一定角度取向，从而在所述键的每一端形成楔形部分，所述楔形部分可以与所述沟槽接合，用于当迫使所述段周向上围绕所述管道实现接合时，迫使所述管道进入彼此间隔开的关系。
20.按照权利要求19所述的连接件，其特征在于，所述凸轮状表面的每个表面相对于所述轴线的取向角度高达大约10度。
21.按照权利要求19所述的连接件，其特征在于，所述凸轮状表面的每个表面相对于所述轴线的取向角度为大约5度。
22.按照权利要求19所述的连接件，其特征在于，所述凸轮状表面由所述段面向外面。
23.按照权利要求19所述的连接件，其特征在于，其具有纵向轴线，所述纵向轴线基本上与所述管道同轴取向，所述凸轮状表面相对于所述纵向轴线的径向角度取向高达大约70度。
24.按照权利要求19所述的连接件，其特征在于，其具有纵向轴线，所述纵向轴线基本上与所述管道同轴取向，所述凸轮状表面相对于所述纵向轴线的径向角度取向为大约50度。
25.一种可装接到相同的连接部分上的连接部分，用来形成将管道端部对端部地连接在一起的连接件，每个所述管道靠近它们的端部具有周向沟槽，所述连接部分包括：
可周向上设置的与所述管道接合的弧形段；
设置在所述段的每一端且由此向外突伸出的凸耳，所述凸耳使得将所述连接部分彼此装接起来变得容易；
一对沿着所述段的长度方向延伸并且径向上向内突伸出的键，在所述段上的所述键彼此处于间隔开的关系，每个所述键可与其中一个管道上的沟槽接合，用来将所述管道保持在所述段上；以及
一对设置于每个所述键上的邻近每个所述凸耳的凸轮状表面，所述凸轮状表面可与所述沟槽接合，以当迫使所述段周向上围绕所述管道实现接合时，迫使所述管道在轴向上彼此离开一个预先确定的距离。
26.按照权利要求19所述的连接部分，其特征在于，所述凸轮状表面相对于基本上与所述键相切取向的轴线的成一定角度取向，从而在所述键的每一端形成楔形部分，所述楔形部分可与所述沟槽接合，用于当迫使所述段周向上围绕所述管道实现接合时，迫使所述管道进入彼此间隔开的关系。
27.按照权利要求26所述的连接部分，其特征在于，所述凸轮状表面的每个表面相对于所述轴线的取向角度高达大约10度。
28.按照权利要求26所述的连接部分，其特征在于，所述凸轮状表面的每个表面相对于所述轴线的取向角度为大约5度。
29.按照权利要求25所述的连接部分，其特征在于，所述凸轮状表面由所述段面向外面。
30.按照权利要求25所述的连接部分，其特征在于，其具有纵向轴线，所述纵向轴线基本上与所述管道同轴取向，所述凸轮状表面相对于所述纵向轴线的径向角度取向高达大约70度。
31.按照权利要求25所述的连接部分，其特征在于，其具有纵向轴线，所述纵向轴线基本上与所述管道同轴取向，所述凸轮状表面相对于所述纵向轴线的径向角度取向为大约50度。
32.一种用来将两个管道端部对端部地连接在一起的连接件，所述管道中的至少一个靠近它的每一端具有周向沟槽，所述连接件包括多个可端部对端部地周向上围绕所述管道设置的段，所述段中的每一段具有径向上向内突伸出的键，用来与所述一个管道的所述周向沟槽接合，所述键具有凸轮状表面，所述凸轮状表面邻近所述段的一端设置，当迫使所述段周向上围绕所述管道实现接合时，所述凸轮状表面可与所述沟槽接合。
33.按照权利要求32所述的连接件，其特征在于，所述凸轮状表面相对于基本上与所述键相切取向的轴线成一定角度取向，从而形成楔形部分，以当所述凸轮状表面与所述沟槽接合时，提供机械上的好处。
34.按照权利要求33所述的连接件，其特征在于，所述凸轮状表面相对于所述轴线的取向角度高达大约10度。
35.按照权利要求33所述的连接件，其特征在于，所述第一凸轮状表面相对于所述轴线的取向角度为大约5度。
36.按照权利要求32所述的连接件，其特征在于，其还包括安装在其中一个所述段上的凸缘，所述凸缘径向上向外伸展且与所述键相对设置，所述凸缘可与配合凸缘接合，用于将所述连接件连接到带凸缘的管道上。
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