JP5991787B2 - 伸縮継手 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、米国仮特許出願第６１／５２５，９８７号（２０１１年８月２２日出願）、米国仮特許出願第６１／５４０，６７６号（２０１１年９月２９日出願）、および米国仮特許出願第６１／５８８，４２９号（２０１２年１月１９日出願）の優先権を主張し、これらの仮特許出願のすべてはその全体が参照することによって援用される。

（発明の分野）
本発明は、熱的に誘発された膨張および収縮を受ける長いパイプラインにおいて使用される伸縮継手に関する。

（背景）
石油抽出等の産業において使用されるパイプラインは、長いものであって、加熱および冷却の交互サイクルに曝され得る。これは、地下ラインより大きな温度変動を受ける地上パイプラインの場合、特に懸念される。加熱および冷却は、パイプラインが曝される、一日および季節の両方の周囲温度における大きな変動の結果であり、さらにパイプラインを通して圧送される流体中に含有される熱によるものであり得る。流体自体もまた、高温であり得るか、または圧送作用によって加熱され得る。流体とパイプラインとの間の摩擦もまた、加熱および伸縮に寄与し得る。

公知のように、パイプラインが、多くの場合、構築される多くの材料、特に、鋼鉄等の金属は、加熱および冷却に応答して膨張および収縮する。材料の線形膨張係数は、パイプ要素等の細長アイテムが加熱および冷却に応答して、どのように挙動するかを定量的に説明する特性である。英語の測定単位で規定される線形膨張係数の単位は、温度変化（°Ｆ）あたりのパイプ１インチあたりの膨張についてのインチである。したがって、パイプラインの膨張または収縮は、温度変化ならびにパイプラインの長さの両方に正比例するであろうことが明白である。

小周囲または内部温度変動を受ける長いパイプラインの場合でも、熱的に誘発された長さ変化に対応し、そうでなければ生じ得るパイプラインへの損傷を防止するために、パイプラインの長さに沿って、間隔を空けて、伸縮継手を提供することが有利である。例えば、パイプラインは、温度上昇に応答した膨張による圧縮を受けると、曲がり得るか、または継手は、温度降下に応答したパイプライン収縮に起因した張力負荷を受けると、壊れ得る。

（概要）
本発明は、パイプ要素を接続するための伸縮継手に関する。一実施形態では、伸縮継手は、外側表面と、対向するように配置される第１および第２の端部とを有する管を備える。スリーブが、対向するように配置される第１および第２の端部を有し、スリーブは、管の少なくとも一部分を包囲して設置される。その一部分は、管の第２の端部を含む。スリーブから分離しており、その第１の端部に取外し可能に取着可能であるリングは、管を包囲し、管の外側表面に面する内側表面を有する。連結器は、スリーブのリングと第１の端部との間に設置される。連結器は、スリーブのリングに取外し可能に取着する。シールは、リングの内側表面上に搭載され、管の外側表面に密閉して係合する。リングおよびスリーブは、管に対して軸方向に摺動可能に移動可能である。

特定の例示的実施形態では、管の第１の端部は、その中に円周方向溝を伴う、外側に面する表面を有する。連結器は、管を包囲する端部間が接合された複数の弓状セグメントを有してもよい。本実施例では、セグメントはそれぞれ、離間した関係で設置される第１および第２の半径方向内向きに突出するキーを有し、リングは、その中に円周方向溝を伴う、外側に面する表面を有する。スリーブは、その中に円周方向溝を伴う、その第１の端部に設置される外側に面する表面を有する。第１のキーは、リング内の円周方向溝に係合し、第２のキーは、スリーブ内の円周方向溝に係合する。

さらなる例示的実施形態では、スリーブは、その中に円周方向溝を伴うその第２の端部に設置される外側に面する表面を有する。

特定の実施形態では、シールは、少なくとも１つの溝内に設置される、密閉要素を伴う、リングの内側表面内に設置される、少なくとも１つの内側に面する円周方向溝を備える。例えば、密閉要素は、Ｏリングを備えてもよい。加えて、押出防止リングが、少なくとも１つの溝内に設置される。別の実施例では、シールは、リングの内側表面内に設置される、複数の内側に面する円周方向溝と、それぞれ、溝のそれぞれの１つ内に設置される、複数の密閉要素とを備える。本実施例では、密閉要素は、Ｏリングを備えてもよい。加えて、複数の押出防止リングはそれぞれ、溝のそれぞれの１つ内に設置されてもよい。

別の例示的実施形態では、伸縮継手は、リングの内側表面内に設置される、少なくとも１つの内側に面する円周方向溝と、少なくとも１つの溝内に設置される、少なくとも１つのベアリング要素とを備えてもよい。加えて、伸縮継手はまた、リングの内側表面内に設置される、少なくとも１つの内側に面する円周方向溝と、少なくとも１つの溝内に設置される、少なくとも１つのワイパー要素とを含んでもよい。

別の例示的実施形態では、シールは、リングの内側表面から半径方向内向きに突出する肩部を備える。パッキン材料は、管を包囲し、リングの内側表面と管の外側表面との間の肩部に隣接して設置される。フープは、リングに取着され、管を包囲する。フープは、パッキン材料に隣接して設置され、パッキン材料は、フープと肩部との間に捕捉される。本実施例では、フープは、パッキン材料を肩部に対して圧縮するために、リングに対して軸方向に移動可能である。フープの移動をもたらすために、伸縮継手は、複数の調節可能締結具を備える。各締結具は、フープとリングとの間に延在し、締結具の緊締は、パッキン材料を圧縮するために、フープをリングに向かって移動させる。

伸縮継手の例示的実施形態はさらに、複数のバネを備えてもよい。バネのそれぞれ１つは、締結具のうちの１つ上に搭載され、フープをリングに向かって偏向し、それによって、パッキン材料を圧縮するために、フープに係合する。

別の例示的実施形態では、伸縮継手はさらに、管の第１の端部に設置される、入口セグメントを備える。入口セグメントは、円錐形内側表面を有する。円錐形内側表面は、直線テーパおよび凹状内側表面と凸状内側表面との間の遷移を示す屈曲点を有するｓ形状テーパから構成される群から選択されてもよい。本例示的実施形態では、入口セグメントは、管の第１の端部から分離しており、そこに取外し可能に取着されてもよい。入口セグメントは、対向するように配置される第１および第２の端部を有する。第２の連結器は、管の第１の端部と入口セグメントの第１の端部との間に設置されてもよく、第２の連結器は、入口セグメントを管に取外し可能に取着する。一例として、第２の連結器は、管を包囲する、端部間が接合された複数の弓状セグメントを有する。セグメントはそれぞれ、離間関係で設置される、第１および第２の半径方向内向きに突出するキーを有する。管の第１の端部は、その中に円周方向溝を伴う、外側に面する表面を有する。入口セグメントの第１の端部は、その中に円周方向溝を伴う、外側に面する表面を有する。第１のキーは、管内の円周方向溝に係合し、第２のキーは、入口セグメント内の円周方向溝に係合する。

別の例示的実施形態では、伸縮継手は、管の外側表面から外向きに突出する、第１の突起と、リングの外側表面から外向きに突出する、第２の突起とを備える。ロッドは、突起の一方に取着され、突起の他方内の開口部を通して延在する。ロッドは、管とリングとの間の相対的移動を誘導し、そのインジケータである。特定の実施例では、ロッドは、第１の突起に取着される。ロッドは、そこから半径方向外向きに延在する突出を備えてもよい。突出は、第２の突起と係合可能であって、管とリングとの間の相対的移動を制限する。アクチュエータは、第１の突起と第２の突起との間に設置されてもよい。アクチュエータは、力を突起に印加し、リングおよび管を相互に対して移動させる。例えば、アクチュエータは、油圧アクチュエータを備えてもよい。

パイプ要素を接続するための伸縮継手の別の例示的実施形態では、伸縮継手は、外側表面と、対向するように配置される第１および第２の端部とを有する管を備える。スリーブは、管の少なくとも一部分を包囲して設置される。スリーブは、管の外側表面に面する内側表面を有する。スリーブおよび管は、長手方向に相互に対して摺動可能に移動可能である。シールは、管の外側表面とスリーブの内側表面との間に設置される。第１の表面は、管の外側表面から横方向に突出し、第１の表面は、管の第１の端部とシールとの間に設置される。第２の表面は、スリーブの内側表面から、管に向かって、横方向に突出し、第１の表面と係合可能であって、第１および第２の表面が、相互に接触すると、管とスリーブとの間の相対的摺動移動を制限する。特定の例示的実施形態では、スリーブは、管の長さ未満の長さを有する。加えて、管の第２の端部は、スリーブから軸方向外向きに突出してもよい。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
パイプ要素を接続するための伸縮継手であって、該伸縮継手は、
外側表面を有する管であって、該管は、対向するように配置される第１の端部および第２の端部を有する、管と、
対向するように配置される第１の端部および第２の端部を有するスリーブであって、該スリーブは、該管の少なくとも一部分を包囲して設置され、該一部分は、該管の第２の端部を含む、スリーブと、
該スリーブから分離しており、その第１の端部に取外し可能に取着可能であるリングであって、該リングは、該管を包囲し、該管の外側表面に面する内側表面を有する、リングと、
該リングと該スリーブの該第１の端部との間に設置される連結器であって、該連結器は、該リングを該スリーブに取外し可能に取着する、連結器と、
該リングの内側表面の上に搭載され、該管の外側表面に密閉するように係合するシールであって、該リングおよび該スリーブは、該管に対して軸方向に摺動可能に移動可能である、シールと
を備える、伸縮継手。
（項目２）
前記管の第１の端部は、円周方向溝を中に伴う、外側に面する表面を有する、項目１に記載の伸縮継手。
（項目３）
前記連結器は、前記管を包囲する端部間が接合される複数の弓状セグメントを有し、該セグメントの各々は、離間した関係で設置される第１および第２の半径方向内向きに突出するキーを有し、
前記リングは、円周方向溝を中に伴う、外側に面する表面を有し、
前記スリーブは、円周方向溝を中に伴う、その第１の端部に設置される外側に面する表面を有し、該第１のキーは、該リングの円周方向溝に係合し、該第２のキーは、該スリーブの円周方向溝に係合する、項目１に記載の伸縮継手。
（項目４）
前記スリーブは、円周方向溝を中に伴う、前記第２の端部に設置される外側に面する表面を有する、項目１に記載の伸縮継手。
（項目５）
前記シールは、
前記リングの内側表面に設置される、少なくとも１つの内側に面する円周方向溝と、
該少なくとも１つの溝内に設置される密閉要素と
を備える、項目１に記載の伸縮継手。
（項目６）
前記密閉要素は、Ｏリングを備える、項目５に記載の伸縮継手。
（項目７）
前記少なくとも１つの溝内に設置される押出防止リングをさらに備える、項目５に記載の伸縮継手。
（項目８）
前記押出防止リングは、エラストマーから形成される、項目７に記載の伸縮継手。
（項目９）
前記シールは、
前記リングの内側表面に設置される複数の内側に面する円周方向溝と、
複数の密閉要素であって、該密閉要素は各々、該溝のそれぞれの１つ内に設置される、複数の密閉要素と
を備える、項目１に記載の伸縮継手。
（項目１０）
前記密閉要素は、Ｏリングを備える、項目９に記載の伸縮継手。
（項目１１）
複数の押出防止リングをさらに備え、該複数の押出防止リングは、各々、前記溝のそれぞれの１つ内に設置される、項目９に記載の伸縮継手。
（項目１２）
前記押出防止リングは、エラストマーから形成される、項目１１に記載の伸縮継手。
（項目１３）
前記リングの内側表面に設置される、少なくとも１つの内側に面する円周方向溝と、
該少なくとも１つの溝内に設置される少なくとも１つのベアリング要素と
をさらに備える、項目１に記載の伸縮継手。
（項目１４）
前記リングの内側表面の中に設置される、少なくとも１つの内側に面する円周方向溝と、
該少なくとも１つの溝内に設置される少なくとも１つのワイパー要素と
をさらに備える、項目１に記載の伸縮継手。
（項目１５）
前記シールは、
前記リングの内側表面から半径方向内向きに突出する肩部と、
前記管を包囲するパッキン材料であって、該パッキン材料は、該リングの内側表面と該管の外側表面との間の該肩部に隣接して設置される、パッキン材料と、
該リングに取着され、該管を包囲するフープであって、該フープは、該パッキン材料に隣接して設置され、該パッキン材料は、該フープと該肩部との間に捕捉される、フープと
を備える、項目１に記載の伸縮継手。
（項目１６）
前記フープは、前記パッキン材料を前記肩部に対して圧縮するために、前記リングに対して軸方向に移動可能である、項目１５に記載の伸縮継手。
（項目１７）
複数の調節可能な締結具をさらに備え、該締結具は各々、前記フープと前記リングとの間に延在し、
該締結具の緊締は、前記パッキン材料を圧縮するために、該フープを該リングに向かって移動させる、項目１６に記載の伸縮継手。
（項目１８）
複数のバネをさらに備え、該バネの各１つが、前記締結具のうちの１つの上に搭載され、前記フープを前記リングに向かって偏向させるために、該フープに係合する、項目１７に記載の伸縮継手。
（項目１９）
入口セグメントをさらに備え、該入口セグメントは、前記管の第１の端部に設置される、項目１に記載の伸縮継手。
（項目２０）
前記入口セグメントは、内側表面を有し、該内側表面は、直線円錐形テーパおよびｓ形状から構成される群から選択される形状を有し、該ｓ形状は、凹状内側表面部分と凸状内側表面部分との間の遷移を示す屈曲点を有する、項目１９に記載の伸縮継手。
（項目２１）
ライナをさらに備え、該ライナは、前記入口セグメント内に設置される、項目１９に記載の伸縮継手。
（項目２２）
前記ライナは、その端部から外向きに延在するフランジを備え、該フランジは、前記入口セグメントの端部にボルト締めされ、それにより、該ライナをそこに取外し可能に取着する、項目２１に記載の伸縮継手。
（項目２３）
前記ライナは、内側表面を有し、該内側表面は、直線円錐形テーパおよびｓ形状から構成される群から選択される形状を有し、該ｓ形状は、凹状内側表面部分と凸状内側表面部分との間の遷移を示す屈曲点を有する、項目２１に記載の伸縮継手。
（項目２４）
前記入口セグメントは、前記管の第１の端部から分離しており、そこに取外し可能に取着され、該入口セグメントは、対向するように配置される第１および第２の端部を有する、項目１９に記載の伸縮継手。
（項目２５）
第２の連結器をさらに備え、該第２の連結器は、前記管の第１の端部と前記入口セグメントの端部のうちの１つとの間に設置され、該第２の連結器は、該入口セグメントを該管に取外し可能に取着する、項目２４に記載の伸縮継手。
（項目２６）
前記第２の連結器は、前記管を包囲する、端部間が接合された複数の弓状セグメントを有し、該セグメントの各々は、離間した関係で設置される第１および第２の半径方向内向きに突出するキーを有し、
該管の第１の端部は、円周方向溝を中に伴う、外側に面する表面を有し、
前記入口セグメントの第１の端部は、円周方向溝を中に伴う、外側に面する表面を有し、該第１のキーは、該管の円周方向溝に係合し、該第２のキーは、該入口セグメントの円周方向溝に係合する、項目２５に記載の伸縮継手。
（項目２７）
前記管の外側表面から外向きに突出する第１の突起と、
前記リングの外側表面から外向きに突出する第２の突起と、
該突起のうちの一方に取着され、該突起のうちの他方の開口部を通って延在するロッドであって、該ロッドは、該管と該リングとの間の相対的移動を誘導し、そのインジケータである、ロッドと、
をさらに備える、項目１に記載の伸縮継手。
（項目２８）
前記ロッドは、前記第１の突起に取着される、項目２７に記載の伸縮継手。
（項目２９）
前記ロッドは、そこから半径方向外向きに延在する突出を備え、該突出は、前記第２の突起と係合可能であり、それにより、前記管と前記リングとの間の相対的移動を制限する、項目２７に記載の伸縮継手。
（項目３０）
前記第１の突起と第２の突起との間に設置されるアクチュエータをさらに備え、該アクチュエータは、力を該突起に印加し、それにより、前記リングと前記管とを相互に対して移動させる、項目２７に記載の伸縮継手。
（項目３１）
前記アクチュエータは、油圧アクチュエータを備える、項目３０に記載の伸縮継手。
（項目３２）
パイプ要素を接続するための伸縮継手であって、該伸縮継手は、
外側表面を有する管であって、該管は、対向するように配置される第１および第２の端部を有する、管と、
該管の少なくとも一部分を包囲して設置されるスリーブであって、該スリーブは、該管の外側表面に面する内側表面を有し、該スリーブと該管とは、相互に対して長手方向に摺動可能に移動可能である、スリーブと、
該管の外側表面と該スリーブの内側表面との間に設置されるシールと、
該管の外側表面から横方向に突出する第１の表面であって、該第１の表面は、該管の第１の端部と該シールとの間に設置される、第１の表面と、
該スリーブの内側表面から該管に向かって横方向に突出し、該第１の表面と係合可能である第２の表面であって、それにより、該第２の表面は、該第１の表面と第２の表面とが相互に接触すると、該管と該スリーブとの間の相対的摺動移動を制限する、第２の表面と
を備える、伸縮継手。
（項目３３）
前記スリーブは、前記管の長さ未満の長さを有する、項目３２に記載の伸縮継手。
（項目３４）
前記管の第２の端部は、前記スリーブから軸方向外向きに突出する、項目３２に記載の伸縮継手。
（項目３５）
前記管の第１の端部は、円周方向溝を中に伴う、外側に面する表面を有する、項目３４に記載の伸縮継手。
（項目３６）
前記管の第１の端部の遠位の前記スリーブの端部は、円周方向溝を中に伴う、外側に面する表面を有する、項目３５に記載の伸縮継手。
（項目３７）
前記第２の表面は、フランジを備え、該フランジは、前記管の第１の端部に面する前記スリーブの端部に取着される、項目３２に記載の伸縮継手。
（項目３８）
前記フランジは、複数のセグメントから形成される、項目３７に記載の伸縮継手。
（項目３９）
前記シールは、
少なくとも１つの外側に面する円周方向溝であって、該円周方向溝は、前記管の第１の端部と第２の端部との間の該管の外側表面に設置される、少なくとも１つの外側に面する円周方向溝と、
該少なくとも１つの溝内に設置されるＯリングと
を備える、項目３２に記載の伸縮継手。
（項目４０）
押出防止リングをさらに備え、該押出防止リングは、前記少なくとも１つの溝内に設置される、項目３９に記載の伸縮継手。
（項目４１）
前記シールは、
複数の外側に面する円周方向溝であって、該円周方向溝は、前記管の第１の端部と第２の端部との間の該管の外側表面に設置される、複数の外側に面する円周方向溝と、
複数のＯリングであって、該複数のＯリングは各々、該溝のそれぞれの１つ内に設置される、複数のＯリングと
を備える、項目３２に記載の伸縮継手。
（項目４２）
複数の押出防止リングをさらに備え、該複数の押出防止リングは各々、前記溝のそれぞれの１つ内に設置される、項目４１に記載の伸縮継手。
（項目４３）
前記管の外側表面から外向きに突出する第１の突起と、
前記スリーブの外側表面から外向きに突出する第２の突起と、
該突起のうちの一方に取着され、該突起のうちの他方の開口部を通って延在するロッドであって、該ロッドは、該管と該スリーブとの間の相対的移動を誘導し、そのインジケータである、ロッドと
をさらに備える、項目３２に記載の伸縮継手。
（項目４４）
前記ロッドは、前記第１の突起に取着される、項目４３に記載の伸縮継手。
（項目４５）
前記ロッドは、そこから半径方向外向きに延在する突出を備え、該突出は、前記第２の突起と係合可能であり、前記管と前記スリーブとの間の相対的移動を制限する、項目４４に記載の伸縮継手。

図１は、例示的伸縮継手の部分的断面等角図である。 図２は、例示的機械的連結器の分解等角図である。 図３は、図１の伸縮継手の一部分の断面図である。 図４は、伸縮継手の例示的実施形態の一部分の断面図である。 図５は、例示的伸縮継手実施形態の等角図である。 図６は、パイプライン内の例示的伸縮継手の部分的断面図である。 図７は、例示的伸縮継手実施形態の部分的断面図である。 図８は、例示的伸縮継手実施形態の部分的断面等角図である。 図９、９Ａ、９Ｂおよび９Ｃは、伸縮継手と併用可能な例示的入口セグメントの部分的断面図である。 図９、９Ａ、９Ｂおよび９Ｃは、伸縮継手と併用可能な例示的入口セグメントの部分的断面図である。 図９、９Ａ、９Ｂおよび９Ｃは、伸縮継手と併用可能な例示的入口セグメントの部分的断面図である。 図９、９Ａ、９Ｂおよび９Ｃは、伸縮継手と併用可能な例示的入口セグメントの部分的断面図である。 図１０は、例示的伸縮継手実施形態の部分的断面等角図である。 図１１は、図１０の伸縮継手の一部分の断面図である。 図１２は、組み立て中の図１０の伸縮継手の部分的断面等角図である。 図１３は、パイプライン内の例示的伸縮継手の部分的断面図である。 図１４は、例示的伸縮継手実施形態の等角図である。

図１は、本発明による、例示的な伸縮継手１０を図示する。伸縮継手１０は、外側表面１４と、対向するように配置される第１および第２の端部１６および１８とを有する管１２を備える。耐摩耗ライナ１５を管１２内に設置することは、有利となり得る。ライナ１５は、例えば、硬化鋼を備えるか、または炭化クロム上張りを有するか、または耐研磨性であるセラミックを備えてもよい。ライナ１５は、犠牲表面（管１２の摩耗を防止する）を提供するので、ライナ１５は、管から容易に取外し可能であり、使用済みライナの容易な交換を可能にすることがさらに有利である。取外し可能性を促進するために、ライナ１５は、管１２の端部１６にボルト締めされるフランジ１７を有してもよい。

スリーブ２０は、第２の端部１８を含む管１２の少なくとも一部分を包囲する。スリーブ２０は、対向するように配置される、それぞれの第１および第２の端部２２および２４を有する。リング２６は、スリーブ２０に取着される。リング２６は、スリーブ２０と分離しており、スリーブの第１の端部２２に取外し可能に取着される。本実施例では、リングおよびスリーブの取着は、セグメント化された機械的連結器２８を使用してもたらされる。図２は、一対のキー３２を有する弓状セグメント３０を離間した関係で含む、連結器２８の分解図を示す。ガスケットシール３４は、セグメント３０が、端部の間にボルト締めされ、リング２６を包囲し、それをスリーブ２０に接合すると、キー３２の間に設置される。図１に示されるように、キー３２は、リングの外側表面２６内の円周方向溝３６およびスリーブ２０の第１の端部２２の外側表面内の溝３８に係合する。キー３２と溝３６および３８との間の係合は、リング２６とスリーブ２０との間のポジティブな機械係合を提供し、ガスケット３４は、継手における液密シールを保証する。他のタイプの機械的連結器、例えば、リング２６およびスリーブ２０上に設置される、界面接触するボルト締めされたフランジもまた、実行可能である。

リング２６は、管１２を包囲し、管の第１および第２の端部１６と１８との間に設置される。リング２６は、管１２の外側表面１４に面する内側表面４０を有する。シール４２は、リング２６の内側表面４０上に搭載される。シール４２は、管１２の外側表面１４に密閉係合する。リング２６およびスリーブ２０は、管１２に対して軸方向に摺動可能に移動可能であって、軸方向は、両矢印４４によって示される。管１２の外側表面１４は、平滑であって、シール４２と管１２との間の液密シールの形成を促進する。平滑表面はまた、管１２およびリング２６（スリーブ２０とともに）が、シールを維持しながら、相互に対して軸方向に摺動することを可能にする。

本実施例では、図３に示されるように、シール４２は、リング２６の内側表面４０内に設置される複数の円周方向溝４６を備える。溝４６のうちの１つ以上は、Ｏリング等の密閉要素４８を受容する。クアッドリングおよび工学的リップシール等の他のタイプの密閉要素もまた、実行可能である。密閉要素に加え、押出防止リング５０もまた、各密閉要素４８に隣接して、溝４６内に設置されてもよい。押出防止リング５０は、密閉要素４８の低圧力側の溝４６内に設置され、リング２６と管１２との間の間隙内への密閉要素の押出を防止するのに役立つ。密閉要素および押出防止リングは、ＥＰＤＭ、ニトリル、ならびに他の天然および合成ゴム化合物等の柔軟材料、ならびにＰＴＦＥ、ナイロン、ポリウレタン、およびＰＥＥＫ等の他のポリマーから作製されてもよい。熱効果による管１２の有意な直径変化に対応し得るように、エラストマーを使用して、それから押出防止リングを形成することは、有利である。

他の機能要素を溝４６内に設置されることは、さらに有利である。例えば、例えば、ＰＴＦＥ等のプラスチックから形成されるクアッドリングを備える、１つ以上のワイパー要素５２が、溝４６のうちの１つ以上内に定置されてもよい。ワイパー要素は、そうでなければ密閉要素４８に損傷を及ぼし得る異物を、管１２の外側表面１４から取り除く役割を果たす。これは、伸縮継手が、リング２６が取着される管１２とスリーブ２０との間の間隙の中に入り込み、それによって、管外側表面１４を汚染し得る、研磨性スラリーを担持するとき、特に有用である。加えて、ベアリング要素５４、例えば、ＰＴＦＥ等のプラスチックから形成されるリング、または黒鉛から形成される繊維補強複合材もまた、溝４６内に設置され、２つの構成要素の間の相対的移動中、リング２６および管１２を支持ならびに誘導してもよい。

図３に示される例示的実施形態では、肩部５８は、シール４２に隣接して設置され、リング２６の内側表面４０から、管１２の外側表面１４に向かって、内向きに突出する。肩部５８をリング２６の内側表面４０と一体型にし、密閉要素４８、ワイパー５２、ベアリング５４、およびリング２６と管１２との間の他の界面構成要素を受容する、隆起溝表面６０の一部分にすることは、実践的である。肩部５８は、別のシール６２をリング２６の一部分にする。シール６２は、リング２６と管１２との間の一次シールとして、単独で使用されてもよく、またはシール４２に対するバックアップシールと見なされてもよい。シール６２は、管１２を包囲して設置されるパッキン材料６４によって形成され、パッキン材料は、肩部５８に隣接して、リング２６の内側表面４０の一部分と管１２の外側表面１４との間に設置される。パッキン材料６４は、例えば、ＰＴＦＥフィルタの有無にかかわらず、編組黒鉛から形成されてもよい。パッキン６４は、最初は、液密シールをもたらすように圧縮される。パッキン摩耗および圧力変動に関して、液密シールを保証するために、パッキンは、さらに圧縮されてもよい。圧縮フープ６６は、この機能のために提供される。圧縮フープ６６は、パッキン材料６４に隣接してリング２６に取着され、管１２を包囲する。フープ６６は、角部断面を有し、角部の一方の脚部６８は、パッキン材料６４に接触するように、管１２の外側表面１４とリング２６の内側表面４０との間に設置される。圧縮フープ６６の他方の脚部７０は、脚部６８から半径方向外向きに延在する。フープ６６は、パッキン圧縮によって生じる膨隆を調節するように、パッキン材料６４に向かって、およびそこから離れるように軸方向に移動可能であって、したがって、シールをもたらす。圧縮フープ６６の移動は、脚部７０を通過し、リング２６の端部と螺着係合される、螺着されたスタッドおよびナット７２等の複数の調節可能な締結具によってもたらされる。スタッドおよびナット７２は、好ましくは、非常に密接して離間された等間隔において、フープ６６の周囲に円周方向に分布される。これは、ナット７２を緊締することによって、パッキンに均一圧縮が印加されることを可能にする。付加的ワイパー要素５２および／またはベアリング要素５４は、フープ６６の脚部６８内に搭載され、管１２の表面１４とのその可動界面上にリング２６を支持してもよいことに留意されたい。シール６２等の圧縮性バックアップシールを有する利点は、明白であって、例えば、シール４２が漏出し始めるときである。シール６２と異なり、シール４２は、調節可能ではなく、修理されなければならない。しかしながら、シール６２が、漏出し始める場合、前述のようにさらに圧縮され、いかなる漏出も停止し、シール４２の交換のための時間を得ることができる。

図４に示されるように、バネ要素７４を使用して、フープ６６をパッキン材料６４との係合に偏向させることは、有利である。バネ要素は、調節可能締結具上に設置され、本実施例では、フープ６６をリング２６に接続するネジ山付きシャフト７６を備える。バネ要素７４は、圧縮ナット７８とフープ脚部７０との間に設置される。この構成では、ナット７８の緊締は、バネ要素７４をフープ６６に対して圧縮し、それによって、フープをパッキン材料６４に対して圧縮し、また、パッキン材料６４が退廃し、フープ６６がリング２６に向かって移動するにつれて、実質的に一定圧縮力に圧縮を維持する。偏向バネ要素７４の使用は、ナット７８の周期的緊締の潜在的必要性を低下させる。図５は、リング２６と係合されたバネ偏向フープ６６の等角図を示す。

図６は、パイプライン内に搭載された例示的伸縮継手１０を示す。パイプラインの一部分の第１のパイプ要素８０は、管１２の第１の端部１６に接続され、第２のパイプ要素８２は、スリーブ２０の第２の端部２４に接続される。管１２の第２の端部１８は、リング２６内およびスリーブ２０内に同軸方向に受容される。管１２は、リング２６のシール４２および６２と摺動密閉係合にあって、スリーブ２０と伸縮自在係合にある。本実施例では、スリーブ２０へのリング２６の取着は、機械的パイプ連結器２８（図２に詳細に図示および前述される）によってもたらされる。パイプ要素８０および８２の取着も、同様にもたらされるが、また、ボルト締めされたフランジ継手によっても達成され得る。図６に示されるように、管１２の第１の端部１６は、その中に円周方向溝８６を伴う、外側に面する表面８４を有する。同様に、スリーブ２０の第２の端部２４は、その中に円周方向溝９０を伴う、外側に面する表面８８を有する。キー３２を伴うセグメント３０を有する、別の連結器２８は、管１２の第１の端部１６内の溝８６および第１のパイプ要素８０の端部内の溝９２に係合する。第２のパイプ要素８２は、同様に、スリーブ２０の第２の端部２４に取着される。このように、連結器２８は、スリーブ２０をリング２６に、第１のパイプ要素８０を管１２に、および第２のパイプ要素８２をスリーブ２０に機械的に係止し、キーおよび溝の界面接触は、ポジティブな機械係合をもたらす。さらに図６に示されるように、リングガスケット３４は、リング２６とスリーブ２０、管１２とパイプ要素８０、およびスリーブ２０とパイプ要素８２との間の各界面の周囲に円周方向に延在する。リングガスケット３４は、セグメント３０によって、リング２６、スリーブ２０、およびパイプ要素８０および８２上の外側に面する密閉表面に対して圧縮され、各連結器２８において、液密接続をもたらす。管１２をパイプ要素８０に、リング２６をスリーブ２０に、およびスリーブ２０をパイプ要素８２に接合するための機械的連結器の使用は、伸縮継手１０が、継手を分解せずに、その長手軸の周りに回転されることを可能にするという付加的利点をもたらす。単に、端部間の関係にセグメント３０を保持する締結具を弛緩させ、それによって、連結器２８の圧着力を緩和することが必要である。伸縮継手１０は、次いで、パイプ要素８０および８２に対して回転され、締結具が、伸縮継手をパイプ要素に固着させるように再緊締されてもよい。伸縮継手を回転させる能力は、研磨性スラリーが、継手を通して圧送されるときに遭遇し得る、研磨性摩耗に直面する、継手の寿命を延長させるために有用である。研磨性摩耗は、伸縮継手の内部表面にわたって、均等に分布されず、最下表面に集中する傾向がある。これは、研磨性物質が、流動流内に沈降する傾向があり、伸縮継手の最下表面近傍に集中するためである。伸縮継手１０が、周期的に、その長手軸の周りに回転される場合、流動内の研磨性粒子の不均等分散の結果として、伸縮継手の内部表面にわたって、より均等に摩耗を分散させる。継手の回転もまた、ライナ（図１に示されるように）が管１２内に存在するとき、継手の寿命の延長に有効である。

管１２とリング２６およびスリーブ２０との間の相対的軸方向移動は、パイプラインを構成するパイプ要素の熱的に誘発された膨張および収縮によって生じる。ほとんどの材料の場合、パイプラインの加熱は、その長さおよび温度上昇に比例して、その長さを長くさせるであろう。これは、リング２６を、取着されるスリーブ２０とともに、管１２の第１の端部１６に向かって移動させ、管１２の第２の端部１８をスリーブ２０内のより深くまで移動させるであろう。逆に言えば、温度降下は、リング２６および取着されるスリーブ２０を管１２の第１の端部１６から離れるように移動させ、管１２の第２の端部１８をスリーブ２０とのより深い係合から外れるように移動させるであろう。

代替として、パイプ要素８０および８２と伸縮継手１１との間の接続は、パイプ要素および伸縮継手の端部において、半径方向外向きに延在するフランジを界面接触させることによってもたらされ得、フランジは、ネジ山付き締結具を使用して、ともにボルト締めされる。溶接もまた、接続のための選択肢であるが、機械的連結方法（すなわち、セグメント連結およびフランジ連結）は、設置および除去の容易性の利点を有し、パイプラインを構築するとき、および摩耗するにつれて、伸縮継手を交換するために後に、有用となり得る。

伸縮継手１０を通る流動の好ましい方向が存在し、それは、管端部１６から管端部１８への方向である。この好ましい流動方向は、断面積の突然の変化を流動に呈し、乱流およびその関連付けられた増加摩耗率を生じさせ得る、管１２の端部１８にわたって反対方向に通過する流動に生じるであろう、流動への妨害を回避する。好ましい流動方向の使用は、油を含むタールサンドまたは採鉱くず等の高粒子含有量を有するスラリーが、配管網を通して輸送されているとき、管１２の研磨性摩耗を低減させる。

伸縮継手１０の動作は、図６を使用して、容易に可視化されることができる。例えば、周囲温度の上昇は、パイプラインに沿った８０および８２等のパイプ要素の長さを増加させる。その結果、伸縮継手１０は、それぞれ、管１２およびスリーブ２０に接続されたパイプの長さが、より長くなるにつれて、圧縮力を受ける。圧縮力は、管１２の端部１６およびスリーブ２０の端部２４において、伸縮継手１０に印加される。これは、この移動に関する有意な制約が、シール４２および６２（リング２６に固定される）と管１２の外側表面１４との間の摩擦であって、印加された軸方向力に抵抗することができないため、管１２とリング２６およびスリーブ２０を相互に向かって軸方向に反対方向に移動させる。同様に、周囲温度の降下に伴って、パイプラインは、冷却し、パイプ要素は、圧縮し、張力を伸縮継手１０にかける。パイプラインの軸方向収縮は、管１２およびスリーブ２０を反対方向に引っ張り、再び、軸方向移動に対する有意な制約は、シール４２および６２と管１２の外側表面１４との間の界面における摩擦であるが、それに屈し、相対的移動をもたらす。実践的用途では、鋼鉄パイプラインの場合、鋼鉄の線形膨張係数は、１００°Ｆの温度変化毎に、パイプラインの１００フィート毎に、１インチの3/4の長さ変化をもたらす。周囲温度変動および伸縮継手間のパイプラインの長さの範囲に応じて、伸縮継手１０は、最大約４０インチの進行に対応する必要があり得る。

広範囲の軸方向進行のための伸縮継手１０を設計可能であるが、時として、計算によって、単一伸縮継手によって対応することができるものより多くの進行が、特定の設置のために要求されるであろうことが予測されるとき、同一の軸方向進行範囲を伴う伸縮継手を製造し、複合伸縮継手としてそれらを直列に配列することが、経済的であることが見出される。直列に配列された２つの伸縮継手の配列は、同一のタイプの単一伸縮継手の使用と比較して、潜在的軸方向進行の長さを２倍にすることが、理解され得る。特定の用途に対する膨張容量を調整するために端部の間で使用可能な伸縮継手の数は、２つに制限されず、実践的制限は、設計に幅広い多用途性をもたらすであろうことが予想される。

外部から可視のインジケータ／停止部を伸縮継手１０上に採用し、管１２とスリーブ２０との間の係合の程度を示すことは、有利である。図７に示される実施例では、インジケータ／停止部９６は、管１２の外側表面１４から外向きに突出する、第１の突起９８と、リング２６の外側に面する表面から外向きに突出する、第２の突起１００とを備える。ロッド１０２は、突起９８および１００のいずれか一方に取着され、他方の突起内の孔を通過されてもよい。ロッドは、例えば、長さスケールを用いて、較正され、管１２とリング２６およびスリーブ２０との間の相対的移動および位置を測定する役割を果たしてもよい。インジケータ／停止部９６は、膨張および収縮の両方における有意な移動長さが存在し、予期されたパイプライン長さ可動域に対応するように、伸縮継手１０がパイプライン内に設置されるとき、最初に、管１２をスリーブ２０に対して設置するために使用されてもよい。インジケータ／停止部９６の停止機能を実現させるために、ロッド１０２は、半径方向外向きに延在する突出を有し、それを通して通過する突起に係合し、スリーブ２０、リング２６、および管１２間の相対的移動を制限してもよい。示される実施例では、突出は、ロッド１０２の端部に螺着されたナット１０４を備えるが、しかしながら、また、他の形態の突出が使用され、ロッドに沿った任意の点において調節可能に設置可能であって、管１２とリング２６との間の移動のための停止点を設定してもよいことが想定される。複数のインジケータ／停止部９６も、当然ながら、停止部として使用され、膨張または収縮からの負荷を分散させてもよく、複数の突出、例えば、突起の両側に１つずつ使用され、継手の膨張および収縮の両方の制限がもたらされることを可能にしてもよい。インジケータ／停止部９６の使用は、複数の伸縮継手１０が直列に使用され、伸縮継手の全てを付勢し、パイプライン移動に対応するように動作するとき、有利である。一方の伸縮継手が、その管とリングとの間に、直列の他方の伸縮継手より小さい摩擦力を有し得ることも想定される。インジケータ／停止部９６がなかったら、この一方の伸縮継手が、したがって、移動の全てを担い得、パイプライン圧縮の場合、管１２とスリーブ２０との間の係脱をもたらし得る。

管１２とリングとスリーブ２６および２０との間の軸方向移動に抵抗する、シール４２および６２と管１２の外側表面１４との間の摩擦力は、伸縮継手１０内の内部圧力に対して液密性を保証するために必要なシールと表面１４との間の高半径方向前負荷により、大きくなるであろうことが予期される。したがって、電動アクチュエータ、例えば、突起９８と１００との間に一時的に設置される、油圧アクチュエータ１０５を使用して、軸方向に指向された力を管およびリングに印加し、伸縮継手１０を組立および分解し、管１２とスリーブ２０との間に所望の程度の係合を確立することが有利である。

前述のように、その長手軸の周りに、伸縮継手を周期的に回転させ、継手を通過するスラリー内の研磨性粒子の不均等分散によって生じる研磨性摩耗をより均等に分散させることが有利である。研磨性粒子は、伸縮継手の最下表面近傍に沈降および集中する傾向にあり、それによって、上側表面に沿ってよりも、継手のこれらの下側部分に沿って、加速された摩耗率を生じさせる。しかしながら、また、伸縮継手の入口は、継手の他の部分より高い局在研磨性摩耗を受けることも観察されている。伸縮継手の寿命をさらに延長させ、摩擦部分の修理を促進するために、伸縮継手の入口部分を別個の取外し可能構成要素から形成することが有利である。そのような伸縮継手１０４の例示的実施形態は、図８に示される。伸縮継手１０４は、機械的連結器２８によって管１２に連結される、入口セグメント１０６を備える。連結器２８は、入口セグメントの端部１０６および管１２を包囲して、端部間にともにボルト締めされるセグメント３０を備える。この例示的伸縮継手では、入口セグメント１０６および管１２は両方とも、図８に示されるように、連結器セグメント３０上にキー３２を受容する、円周方向溝８４および１０８をそのそれぞれの端部に有する。キー３２と溝８４および１０８との間の係合は、連結器２８とそれが接合する構成要素部分との間のポジティブな機械係合をもたらす。連結器セグメント３０と、入口セグメント１０６と、管１２の端部との間に捕捉されるガスケット３４は、入口セグメントと管との間の液密継手を保証する。他のタイプの機械的連結器、例えば、入口セグメント１０６および管１２上に設置される界面接触するボルト締めされたフランジもまた、管からの入口セグメントの容易な除去を可能にする入口セグメントと管との間に接続をもたらすために実行可能である。

図９、９Ａ、９Ｂ、および９Ｃは、例示的入口セグメント１０６の詳細な断面図を提供する。パイプ要素（図示せず）と管１２（図８も参照）との間の流動遷移中の乱流を低減させるために、パイプ要素と管との間に設置される、入口セグメント１０６の内側表面１１０は、テーパ状にされてもよい。テーパは、図９に描写されるように、直線円錐形テーパ１１１であってもよい。代替として、図９Ａに示されるように、内側表面１１０は、凹状表面部分１１４と凸状表面部分１１６との間の遷移を示す、入口セグメントの端部間に屈曲点１１２を伴う、「Ｓ」形状を有してもよい。加えて、入口セグメント１０６の各端部近傍の内側表面１１０は、入口セグメントの長手軸に平行な基準線１１８に対して、角度を付けて配向されてもよい。約３°の配向角度１２０が、有利であって、１０°の高い角度または２°の低い角度は、実践的である。

伸縮継手１０４の入口部分を別個の構成要素１０６に作製することによって、伸縮継手の保守および修理は、簡略化される。例えば、継手寿命を延長させるために、入口セグメント１０６単独が、その長手軸の周りに回転され、研磨性摩耗を均等にしてもよい。回転の周期は、供給の時間ならびに研磨性物質の流速および濃度等の供給条件に基づく。これは、伸縮継手１０４全体を回転させるより単純である。さらに、入口セグメント１０６の回転が、容認可能厚のセグメントを提供するために十分ではなくなると、伸縮継手１０４全体ではなく、入口セグメント１０６のみを交換する必要がある。交換は、連結器セグメントの単純なボルト締めおよびボルト締めの解除を可能にし、入口セグメント１０６の交換をもたらす、機械的連結器２８（図２および８参照）の使用によってさらに促進される。

保守および修理は、図９Ｂに示されるように、入口セグメント１０６内に設置される耐摩耗ライナ１１５の使用によって、経済的にさらに改善され得る。ライナ１１５は、例えば、硬化鋼を備えるか、または炭化クロム上張りを有するか、または耐摩耗性であるセラミックを備えてもよい。ライナ１１５は、犠牲表面（入口セグメント１０６の摩耗を防止する）を提供するため、ライナ１１５が、入口セグメントから容易に取外し可能であって、使用済みライナの容易な交換を可能にすることがさらに有利である。取外し可能性を促進するために、ライナ１１５は、入口セグメントの端部にボルト締めされる、フランジ１１７を有してもよい。入口セグメント内側表面１１０と同様に、ライナ１１５の内側表面１１９は、乱流を低減するように成形されてもよい。ライナ内側表面１１９は、図９Ｂに描写されるように、直線円錐形テーパ１２１を有してもよく、または図９Ｃに示されるように、ライナ１１５の内側表面１１９は、凹状表面部分１１４と凸状表面部分１１６との間の遷移を示す、入口セグメントの端部間に屈曲点１１２を伴う、「Ｓ」形状を有してもよい。

図１０は、パイプラインの熱的に誘発された軸方向の膨張および収縮に対応しながら、パイプライン内のパイプ要素を相互に接続するための別の例示的伸縮継手１２２の部分的断面等角図である。伸縮継手１２２は、管１２４を備える。管１２４は、その上にシール１２８が搭載される、外側表面１２６を有する。本実施例では、シール１２８は、管１２４の外側表面１２６内に設置される、複数の円周方向溝１３０を備える。

図１１に示されるように、溝１３０のうちの１つ以上は、Ｏリング等の密閉要素１３２を受容する。クアッドリングおよび工学的リップシール等の他のタイプの密閉要素もまた、実行可能である。密閉要素に加え、押出防止リング１３４もまた、各密閉要素１３２に隣接して、溝１３０内に設置されてもよい。押出防止リング１３４は、密閉要素１３２の低圧力側の溝１３０内に設置され、管１２４が接合される、管１２４とスリーブ１３６との間の間隙内への密閉要素の押出を防止するのに役立つ（以下に説明される）。密閉要素および押出防止リングは、ＥＰＤＭ、ニトリル、ならびに他の天然および合成ゴム化合物等の柔軟材料、ならびにＰＴＦＥ、ナイロン、ポリウレタン、およびＰＥＥＫ等の他のポリマーから作製されてもよい。

図１０に示されるように、前述のスリーブ１３６は、管１２４の一部分を包囲する。スリーブ１３６は、外側表面１３８および内側に面する内側表面１４０を有する。内側に面する内側表面１４０は、平滑であって、シール１２８に係合するように定寸される。本実施例では、密閉要素１３２は、そのそれぞれの溝１３０内に捕捉され、管１２４の外側表面１２６とスリーブ１３６の内側表面１４０との間に圧縮され、スリーブと管との間に液密シールをもたらす。スリーブ１３６の平滑内側表面１４０は、液密シールを促進し、スリーブ１３６および管１２４が、相互に対して軸方向に摺動することを可能にする。溝１３０内に他の機能的要素を設置することは、さらに有利である。例えば、図１１に示されるように、例えば、ＰＴＦＥ等のプラスチックから形成されるクアッドリングを備える、１つ以上のワイパー要素１４２が、溝１３０のうちの１つ以上内に定置されてもよい。ワイパー要素は、そうでなければ密閉要素１３２に損傷を及ぼし得る異物を、管１２４の外側表面１２６から取り除く役割を果たす。これは、伸縮継手が、管１２４とスリーブ１３６との間の間隙に入り込み、それによって、管外側表面１２６を汚染し得る、研磨性スラリーを担持するとき、特に有用である。加えて、ベアリング要素１４４、例えば、ＰＴＦＥ等のプラスチックから形成されるリング、または黒鉛から形成される繊維補強複合材もまた、溝１３０内に設置され、２つの構成要素間の相対的移動の間、管１２４およびスリーブ１３６を支持ならびに誘導してもよい。

再び、図１０を参照すると、表面１４６は、スリーブ１３６の一端部１４８に設置される。表面１４６は、スリーブ１３６の内側表面１４０から、管１２４に向かって、横方向に突出する。別の表面１５０は、管１２４の外側表面１２６から横方向外向きに突出し、表面１５０は、シール１２８と管１２４の端部１５２との間に設置される。スリーブ１３６上の表面１４６は、管１２４上の表面１５０と係合可能であって、接触すると、表面は、管とスリーブとの間の相対的軸方向摺動移動を制限するための停止部として作用する。表面１５０を管１２４の外側表面１２６と一体型にし、シール１２８を備える隆起溝表面１５４の一部分にすることは、実践的である。さらに、スリーブ１３６上の表面１４６が、締結具１５８を使用して、スリーブ１３６にボルト締めされ、スリーブ１３６の端部１４８に取着されるフランジ１５７を形成する、複数の湾曲セグメント１５６から形成されることも実践的である。これらのスリーブ構造は、図１２に示されるように、伸縮継手１２２の組立を促進する。管１２４は、最初に、密閉要素１３２、押出防止リング１３４、ワイパー要素１４２、およびベアリング要素１４４を管１２４の外側表面１２６の溝１３０内に設置することによって、調製される。密閉要素、ワイパー、およびベアリングは、潤滑化されてもよく、管１２４の端部１５１は、その端部１４８からスリーブ１３６内に同軸方向に挿入される。スリーブ内への管の挿入は、端部１４８におけるスリーブ１３６の内側の面取部１６０によって可能となる。面取部１６０は、管１２４を誘導するための引き込みとして作用し、密閉要素１３２、ワイパー要素１４２、およびベアリング要素１４４の圧縮を開始する。スリーブ１３６の内側表面１４０はまた、管とスリーブとの間の摺動移動を促進するように潤滑化されてもよい。スリーブ１３６上の表面１４６（図１０参照）は、スリーブに、管１２４上の表面１５０を画定する、隆起溝表面１５４を通過させるように未だ設置されていないことに留意されたい。密閉要素が、スリーブの平滑内側表面１４０に係合するように、管１２４をスリーブ１３６内に挿入するために、相当な力がかかるため、突起１６２を管およびスリーブのそれぞれの外側表面１２６および１３８に取着し、突起間にネジ山付きロッド１６４を延設することが有利である。ロッド１６４上のナット１６６を緊締することによって、管とスリーブとの間の相当な圧縮の下において、密閉要素を曲げたり、それに損傷を及ぼしたりしないように、管１２４をスリーブ１３６内に均等に付勢することが可能となる。スリーブ１３６の端部１４８が、管１２４上の表面１５０を通過すると、セグメント１５６は、スリーブ１３６の端部１４８にボルト締めされ、フランジ１５７を形成し、表面１４６をもたらしてもよい（図１０参照）。ネジ山付きロッド１６４は、除去されることができ、図１０に示されるように、伸縮継手１２２の組立を完了する。

図１３は、パイプライン内に搭載される例示的伸縮継手１２２を示す。パイプラインの一部分の第１のパイプ要素１６８は、管１２４の端部１５２に接続され、第２のパイプ要素１７０は、スリーブ１３６の端部１５３に接続される。本実施例では、伸縮継手１２２とパイプ要素１６８および１７０の接続は、ともにボルト締めされ、パイプ要素および伸縮継手の端部を包囲する、個々のセグメント３０を備える、機械的パイプ連結器２８（図２も参照）によってもたらされる。管端部１５２およびスリーブ端部１５３ならびにパイプ要素１６８および１７０の端部は、セグメント３０から延在する、半径方向内向きに突出するキー３２を受容する、円周方向溝１７２を有する。それぞれのセグメント３０のキー３２は、パイプ要素１６８および１７０ならびに伸縮継手構成要素（管１２４およびスリーブ１３６）の両方内の溝１７２に係合し、端部間の関係にそれらを機械的に係止し、キーおよび溝の界面接触は、ポジティブな機械係合をもたらす。ガスケット３４は、パイプ要素と伸縮継手との間の各界面の周囲に円周方向に延在し、セグメントによって、パイプ要素および伸縮継手上の密閉表面に対して圧縮され、液密接続をもたらす。代替として、パイプ要素１６８および１７０と伸縮継手１２２との間の接続は、パイプ要素および伸縮継手の端部において半径方向外向きに延在する、界面接触フランジによってもたらされ得、フランジは、ともにボルト締めされる。溶接もまた、接続のための選択肢であるが、機械的連結方法（すなわち、セグメントおよびフランジ連結）は、設置および除去の容易性の利点を有し、パイプラインを構築するとき、および摩耗するにつれて、伸縮継手を交換するために後に、有用となり得る。

管１２４より短いスリーブ１３６を有する利点が、管１２４の端部１５１を下流パイプ要素１７０内に延在させる、図１３に図示される。伸縮継手１２２を通る流動の好ましい方向が存在し、それは、管端部１５２から管端部１５１への方向であることに留意されたい。管１２４は、端部１５２から端部１５１への漸次的内部テーパを有し、スリーブ１３６およびパイプ要素１７０内に挿入されることを可能にする一方、また、乱流を生じさせ得る、流動への妨害を回避する、ボア１７４とともに設計される。この設計は、油を含むタールサンドまたは採鉱くず等の高粒子含有量を有するスラリーが、配管網を通して輸送されているとき、管１２４の研磨性摩耗を低減させる。下流パイプ要素１７０内への管端部１５１の挿入は、流動するスラリーが、スリーブ１３６の平滑内側表面１４０に接触しないように防止し、それによって、この表面を伸縮継手を通る流動による研磨から保護する。

伸縮継手１２２の動作は、図１３を使用して、容易に可視化されることができる。例えば、周囲温度の上昇は、パイプラインに沿ったパイプ要素の長さの増加を増加させる。その結果、伸縮継手１２２は、継手の各端部に接続されたパイプの長さがより長くなるにつれて、圧縮力を受ける。圧縮力は、管１２４の端部１５２およびスリーブ１３６の端部１５３において、伸縮継手１２２に印加される。これは、この移動に関する有意な制約が、密閉要素１３２（および、管１２４上に固定された他の構成要素）とスリーブ１３６の内側表面１４０との間の摩擦であって、印加された軸方向力に抵抗することができないため、スリーブおよび管を相互に向かって軸方向に反対方向に移動させる。同様に、周囲温度の降下に伴って、パイプラインは、冷却および圧縮し、張力を伸縮継手１２２にかける。パイプラインの軸方向収縮は、管およびスリーブを反対方向に引張り、再び、軸方向移動に対する有意な制約は、単に、密閉要素１３２（および、管１２４上に固定された他の構成要素）とスリーブ１３６の内側表面１４０との間の界面における摩擦であるが、それを克服し、相対的移動をもたらす。実践的用途では、鋼鉄パイプラインの場合、鋼鉄の線形膨張係数は、１００°Ｆの温度変化毎に、パイプラインの１００フィート毎に、１インチの3/4の長さ変化をもたらす。周囲温度変動および伸縮継手間のパイプラインの長さの範囲に応じて、伸縮継手１２２は、最大約４０インチの進行に対応する必要があり得る。

広範囲の軸方向進行のための伸縮継手１２２を設計可能であるが、時として、計算によって、単一伸縮継手によって対応することができるものより多くの進行が、特定の設置のために要求されるであろうことが予測されるとき、同一の軸方向進行範囲を伴う伸縮継手を製造し、複合伸縮継手としてそれらを直列に配列することが、経済的であることが見出される。

図１４に示されるように、外部から可視のインジケータ／停止部１９４を伸縮継手１２２上に採用し、管１２４とスリーブ１３６との間の係合の程度を示すことは、有利である。本実施例ではインジケータ／停止部１９４は、管１２４の外側表面１２６に取着される第１の突起１９６と、スリーブ１３６の外側表面１３８に取着される第２の突起１９８とを備える。ロッド２００は、突起のいずれか一方、本実施例では、管１２４上の突起１９６に取着され、スリーブ１３６上の他方の突起１９８内の孔２０２を通過されてもよい。ロッド２００は、例えば、長さスケールを用いて較正され、管１２４とスリーブ１３６との間の相対的移動および位置を測定する役割を果たしてもよい。インジケータ／停止部１９４は、膨張および収縮の両方における有意な移動長さが存在し、予期されたパイプライン長さの可動域に対応するように、伸縮継手１２２がパイプライン内に設置されるとき、最初に、スリーブを管に対して設置するために使用されてもよい。インジケータ／停止部１９４の停止機能を実現させるために、ロッド２００は、半径方向外向きに延在する突出２０４を有し、突起１９８に係合し、スリーブと管との間の相対的移動を制限してもよい。本実施例では、突出は、ロッド２００の端部にボルト締めされたワッシャであるが、しかしながら、また、他の形態の突出が使用され、ロッド２００に沿った任意の点において調節可能に設置する可能であって、スリーブと管との間の移動のための停止点を設定してもよいことが想定される。複数のインジケータ／停止部１９４も、当然ながら、停止部として使用され、膨張または収縮からの負荷を分散させてもよく、複数の突出、例えば、突起１９８の両側に１つずつ使用され、継手の膨張および収縮の両方の制限がもたらされることを可能にしてもよい。インジケータ／停止部１９４の使用は、複数の伸縮継手１２２が直列に使用され、伸縮継手の全てを付勢し、パイプライン移動に対応するように動作するとき、有利である。一方の伸縮継手が、その管とスリーブとの間に、直列の他方の伸縮継手よりも小さい摩擦力を有し得ることも想定される。インジケータ／停止部１９４がなかったら、この一方の伸縮継手が、したがって、移動の全てを担い得、パイプライン圧縮の場合、管とスリーブとの間の係脱をもたらし得る。

Claims (31)

1. パイプ要素を接続するための伸縮継手であって、該伸縮継手は、
   外側表面を有する管であって、該管は、対向するように配置される第１の端部および第２の端部を有する、管と、
   対向するように配置される第１の端部および第２の端部を有するスリーブであって、該スリーブは、該管の少なくとも一部分を包囲して設置され、該一部分は、該管の第２の端部を含む、スリーブと、
   該スリーブから分離しており、その第１の端部に取外し可能に取着可能であるリングであって、該リングは、該管を包囲し、該管の外側表面に面する内側表面を有する、リングと、
   該リングと該スリーブの第１の端部との間に設置される連結器であって、該連結器は、該スリーブと該リングとの間の継手で該リングを該スリーブに取外し可能に取着する、連結器と、
   該リングの内側表面の上に搭載され、該管の外側表面に密閉するように係合するシールであって、該リングおよび該スリーブは、該管に対して軸方向に摺動可能に移動可能である、シールと、
   該連結器の内側表面の上に搭載されて該スリーブと該リングとの間の該継手における液密シールを提供するガスケットシールと
   を備える、伸縮継手。
2. 前記管の第１の端部は、円周方向溝を中に伴う、外側に面する表面を有する、請求項１に記載の伸縮継手。
3. 前記連結器は、前記管を包囲する端部間が接合される複数の弓状セグメントを有し、該セグメントの各々は、離間した関係で設置される第１および第２の半径方向内向きに突出するキーを有し、
   前記リングは、円周方向溝を中に伴う、外側に面する表面を有し、
   前記スリーブは、円周方向溝を中に伴う、その第１の端部に設置される外側に面する表面を有し、該第１のキーは、該リングの円周方向溝に係合し、該第２のキーは、該スリーブの円周方向溝に係合する、請求項１に記載の伸縮継手。
4. 前記スリーブは、円周方向溝を中に伴う、その第２の端部に設置される外側に面する表面を有する、請求項１に記載の伸縮継手。
5. 前記シールは、
   前記リングの内側表面に設置される、少なくとも１つの内側に面する円周方向溝と、
   該少なくとも１つの溝内に設置される密閉要素と
   を備える、請求項１に記載の伸縮継手。
6. 前記密閉要素は、Ｏリングを備える、請求項５に記載の伸縮継手。
7. 前記少なくとも１つの溝内に設置される押出防止リングをさらに備える、請求項５に記載の伸縮継手。
8. 前記押出防止リングは、エラストマーから形成される、請求項７に記載の伸縮継手。
9. 前記シールは、
   前記リングの内側表面に設置される複数の内側に面する円周方向溝と、
   複数の密閉要素であって、該密閉要素は各々、該溝のそれぞれの１つ内に設置される、複数の密閉要素と
   を備える、請求項１に記載の伸縮継手。
10. 前記密閉要素は、Ｏリングを備える、請求項９に記載の伸縮継手。
11. 複数の押出防止リングをさらに備え、該複数の押出防止リングは、各々、前記溝のそれぞれの１つ内に設置される、請求項９に記載の伸縮継手。
12. 前記押出防止リングは、エラストマーから形成される、請求項１１に記載の伸縮継手。
13. 前記リングの内側表面に設置される、少なくとも１つの内側に面する円周方向溝と、
    該少なくとも１つの溝内に設置される少なくとも１つのベアリング要素と
    をさらに備える、請求項１に記載の伸縮継手。
14. 前記リングの内側表面の中に設置される、少なくとも１つの内側に面する円周方向溝と、
    該少なくとも１つの溝内に設置される少なくとも１つのワイパー要素と
    をさらに備える、請求項１に記載の伸縮継手。
15. 前記シールは、
    前記リングの内側表面から半径方向内向きに突出する肩部と、
    前記管を包囲するパッキン材料であって、該パッキン材料は、該リングの内側表面と該管の外側表面との間の該肩部に隣接して設置される、パッキン材料と、
    該リングに取着され、該管を包囲するフープであって、該フープは、該パッキン材料に隣接して設置され、該パッキン材料は、該フープと該肩部との間に捕捉される、フープと
    を備える、請求項１に記載の伸縮継手。
16. 前記フープは、前記パッキン材料を前記肩部に対して圧縮するために、前記リングに対して軸方向に移動可能である、請求項１５に記載の伸縮継手。
17. 複数の調節可能な締結具をさらに備え、該締結具は各々、前記フープと前記リングとの間に延在し、
    該締結具の緊締は、前記パッキン材料を圧縮するために、該フープを該リングに向かって移動させる、請求項１６に記載の伸縮継手。
18. 複数のバネをさらに備え、該バネの各１つが、前記締結具のうちの１つの上に搭載され、前記フープを前記リングに向かって偏向させるために、該フープに係合する、請求項１７に記載の伸縮継手。
19. 入口セグメントをさらに備え、該入口セグメントは、前記管の第１の端部に設置される、請求項１に記載の伸縮継手。
20. 前記入口セグメントは、内側表面を有し、該内側表面は、直線円錐形テーパおよびｓ形状から構成される群から選択される形状を有し、該ｓ形状は、凹状内側表面部分と凸状内側表面部分との間の遷移を示す屈曲点を有する、請求項１９に記載の伸縮継手。
21. ライナをさらに備え、該ライナは、前記入口セグメント内に設置される、請求項１９に記載の伸縮継手。
22. 前記ライナは、その端部から外向きに延在するフランジを備え、該フランジは、前記入口セグメントの端部にボルト締めされ、それにより、該ライナをそこに取外し可能に取着する、請求項２１に記載の伸縮継手。
23. 前記ライナは、内側表面を有し、該内側表面は、直線円錐形テーパおよびｓ形状から構成される群から選択される形状を有し、該ｓ形状は、凹状内側表面部分と凸状内側表面部分との間の遷移を示す屈曲点を有する、請求項２１に記載の伸縮継手。
24. 前記入口セグメントは、前記管の第１の端部から分離しており、そこに取外し可能に取着され、該入口セグメントは、対向するように配置される第１および第２の端部を有する、請求項１９に記載の伸縮継手。
25. 第２の連結器をさらに備え、該第２の連結器は、前記管の第１の端部と前記入口セグメントの端部のうちの１つとの間に設置され、該第２の連結器は、該入口セグメントを該管に取外し可能に取着する、請求項２４に記載の伸縮継手。
26. 前記第２の連結器は、前記管を包囲する、端部間が接合された複数の弓状セグメントを有し、該セグメントの各々は、離間した関係で設置される第１および第２の半径方向内向きに突出するキーを有し、
    該管の第１の端部は、円周方向溝を中に伴う、外側に面する表面を有し、
    前記入口セグメントの第１の端部は、円周方向溝を中に伴う、外側に面する表面を有し、該第１のキーは、該管の円周方向溝に係合し、該第２のキーは、該入口セグメントの円周方向溝に係合する、請求項２５に記載の伸縮継手。
27. 前記管の外側表面から外向きに突出する第１の突起と、
    前記リングの外側表面から外向きに突出する第２の突起と、
    該突起のうちの一方に取着され、該突起のうちの他方の開口部を通って延在するロッドであって、該ロッドは、該管と該リングとの間の相対的移動を誘導し、該相対的移動のインジケータである、ロッドと、
    をさらに備える、請求項１に記載の伸縮継手。
28. 前記ロッドは、前記第１の突起に取着される、請求項２７に記載の伸縮継手。
29. 前記ロッドは、そこから半径方向外向きに延在する突出を備え、該突出は、前記第２の突起と係合可能であり、それにより、前記管と前記リングとの間の相対的移動を制限する、請求項２７に記載の伸縮継手。
30. 前記第１の突起と第２の突起との間に設置されるアクチュエータをさらに備え、該アクチュエータは、力を該突起に印加し、前記リングと前記管とを相互に対して移動させる、請求項２７に記載の伸縮継手。
31. 前記アクチュエータは、油圧アクチュエータを備える、請求項３０に記載の伸縮継手。
    

Images