CN102245956A - 管联接装置 - Google Patents

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CN102245956A CN2009801500083A CN200980150008A CN102245956A CN 102245956 A CN102245956 A CN 102245956A CN 2009801500083 A CN2009801500083 A CN 2009801500083A CN 200980150008 A CN200980150008 A CN 200980150008A CN 102245956 A CN102245956 A CN 102245956A
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Abstract

用于连接两个管元件(11、13)的联接装置，包括在第一管元件(13)上的外螺纹(17)。第二管元件(11)承载具有外锁定轮廓(33)的可径向地运动的锁定元件。具有内螺纹(19)的连接套筒(15)螺纹连接到所述外螺纹(17)上，而内锁定轮廓(35)与所述外锁定轮廓(33)接合。通过在所述外螺纹(17)上旋转，所述连接套筒(15)在第一轴向方向上朝着所述第一管元件(13)运动，同时其内轮廓(35)与所述外轮廓(33)形成中间接合，直到当可能的轴向间隙由于所述第一轴向运动而已经闭合时，所述运动通过所述内和外轮廓(33、35)的邻接面(33a、35a)而被限制。所述邻接面(33a、35a)具有一倾斜度，当所述外锁定轮廓(33)从所述中间接合沿径向向外运动到内锁定轮廓(35)的进一步接合的位置时，该倾斜度导致朝着与所述第一方向相反的轴向方向拉所述连接套筒(15)。

Description

管联接装置
技术领域
本发明涉及用于在两个管元件之间提供预载连接的联接装置和方法。具体地，本发明涉及用于两个竖管的预载互连的装置和方法。
背景技术
如本领域技术人员已知的，竖管连接或管连接的预载限制了联接中的张力改变，这延长了装置的寿命。
专利申请公开US2008/0149390描述了预载竖管联接***。在该***中，锁定轮廓和可径向运动的锁定元件的面对接合轮廓之间的不对准使两个管元件相对彼此施加力，从而导致预载。
专利公开US4708513描述了用于管状元件的联接装置，其在连接中提供预载。通过采用工具，两个管状元件的箱和销端在预载下保持在一起。然后，当预载时，螺纹锁定环在螺纹上旋转到位，直到其接合销元件的环面，将销和箱端锁定在一起。然后移除该预载。
用于在竖管或其他管状元件之间提供预载连接的几种方法能够在现有技术中找到。然而，许多方案展现出关于磨损、材料疲劳、尺寸公差、互连方法等方面的缺点。这样，本发明的目的在于提供联接装置，其避免了现有技术中的缺点。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供用于连接两个管元件的相面对的端部的联接装置，包括承载在第一管元件上的外螺纹。该螺纹装置还包括：
-第二管元件，其承载具有外锁定轮廓的可径向地运动的锁定元件；
-连接套筒，其包括适于螺纹连接到所述外螺纹上的内螺纹和适于接合所述外锁定轮廓的内锁定轮廓；
-其中，通过在所述外螺纹上旋转，所述连接套筒适于在第一轴向方向上朝着所述第一管元件运动，同时其内轮廓与所述外轮廓形成中间接合，直到当可能的轴向间隙由于所述第一轴向运动而已经闭合时，所述运动通过所述内和外轮廓的邻接面而被限制；
-其中至少一个所述邻接面具有倾斜度，当所述外锁定轮廓从所述中间接合径向向外地运动到内锁定轮廓的进一步接合的位置时，该倾斜度导致朝着与所述第一方向相反的轴向方向拉所述连接套筒。
通过根据本发明的第一方面的该联接装置，由于生产公差导致的任何间隙能够通过连接套筒在外螺纹上旋转时的轴向运动而抵消。也即，由于不同管元件的端部之间的尺寸变化，可能出现轴向间隙。通过使管端随着连接套筒的旋转朝着彼此运动，这些间隙被消除。这样，当使外锁定轮廓运动预定的径向距离而从中间接合进入进一步的接合时，轮廓的倾斜面将导致拉连接套筒，以提供连接套筒的预定预载。由于所述预定的径向距离是已知的，预载的量也将已知或预定。
通过调节所述径向距离、连接套筒的所述倾斜和/或尺寸(长度和横截面积)，预载能够相应地调节。
在中间接合的位置，外轮廓和内轮廓的相互位置使得它们径向地延伸的突起在径向方向上重叠。在该中间接合位置，一些窜动可以出现在轴向方向上。
为便于外轮廓的向外径向运动，联接装置可以包括楔形元件，其适于通过沿着锁定元件的内部面的轴向运动而径向向外地迫压锁定元件。该楔形元件能够有利地迫压到在锁定元件和管元件的管状本体之间的间隙中。
在优选实施方式中，所述楔形元件具有向外面向的表面，该表面分为多个平行于第二管元件的纵向轴线的轴向表面，其中所述轴向表面位于距离所述轴线不同距离处。在这样的实施方式中，过渡表面设置在所述轴向表面之间。所述过渡表面优选将具有相对于所述纵向轴线的角度。锁定元件向内面向的表面能够相应地设置。当楔形元件沿轴向运动时，其由此能够在过渡表面相对彼此滑动时沿径向向外迫压锁定元件，而在轴向表面相对彼此滑动时不使其沿径向运动。由于轴向表面平行于管元件的纵向轴线，楔形元件将不会从锁定元件和管元件之间的空间中滑出。
轴向表面可以例如绕着管元件的纵向轴线是严格地平面的或具有弧度。然而，在任何情形下，轴向表面基本上平行于管元件的纵向轴线，锁定元件承载在该管元件上。
而且，在该所述优选实施方式中，从中间接合的位置到进一步接合的位置的径向向外的运动的距离可以基本上等于两个相邻的轴向表面距离承载锁定元件的管元件的纵向轴线的径向距离的差。优选地，这两个相邻轴向表面是到所述纵向轴线具有最大距离的那两个。
优选地，管的两个所述相面对的端部分别包括销部和箱部，其中所述销部和箱部通过热形成而成形。特别地，根据本发明第一方面的联接装置有利地可以采用在它们的端部只具有小的直径增长的管元件。与现有技术中许多已知方案不同的是，由此能够制造和适用不具有焊接的管元件的端部。由于小的直径增长，端部的形成能够优选地采用在管状元件或管件中已知的材料完成。
在本发明第一方面的又一个实施方式中，承载在第一管元件上的外螺纹设置在通过所述第一管元件承载的螺纹元件的外部面上，该螺纹元件适于可释放地锁定在第一管元件上的固定位置中。
根据本发明的第二方面，公开了一种方法，其用于在同轴地相面对的管元件的两个端部之间提供预载互连的方法，其中第一管元件承载有外螺纹。该方法包括如下步骤：
(a)将连接套筒螺纹连接到所述外螺纹上，并将所述端部设置成使得连接套筒的内锁定轮廓与锁定元件的外锁定轮廓对准的相互位置中，该锁定元件承载在第二管元件上；
(b)使所述外锁定轮廓沿径向向外运动，以与内锁定轮廓形成中间接合；
(c)通过使连接套筒在所述外螺纹上旋转，使所述连接套筒在第一轴向方向上朝着第一管元件运动，直到当可能的轴向间隙已经由于所述第一轴向运动而闭合时，所述轴向运动受到所述内轮廓和外轮廓的邻接面的限制；
(d)使所述外锁定轮廓进一步沿径向向外运动，直到进一步接合的位置被提供在所述外锁定轮廓和内锁定轮廓之间，从而由于至少一个所述邻接面的倾斜而沿着与第一轴向方向相反的第二轴向方向在连接套筒的内锁定轮廓上施加力。
上面公开的方法还意味着包括将连接套筒螺纹连接到外螺纹上，然后将外螺纹附接到第一管元件上。
根据本发明的第二方面的方法的步骤(d)能够通过沿着锁定元件的内部面沿轴向迫压楔形元件而完成。
根据合适的实施方式或根据本发明的装置或方法的使用，锁定元件可以是任何合适的组件，其适于使向外面向的外轮廓运动成与内轮廓接合。这样的组件的例子是***环、套筒、卡爪等。
另外，还可以想象，内轮廓例如通过成为附接到连接套筒上的分立元件的一部分而间接地联接到连接套筒上。
为了获得预载的有利效果或功能，连接套筒优选相对较长且薄。这样的特征使其相对于管元件的端部相对能够延伸。然而，当然必须设计其尺寸以维持出现在预载连接中相当大的力。而且，与连接套筒相比，螺纹和轮廓之间的管元件的结构应当相对较硬。
参见本发明的这两个方面，术语进一步的接合能够在那些实施方式中替代成术语预定的进一步接合，其中从中间接合到进一步的接合的运动在预定距离上完成或适于在预定距离上发生。
附图说明
在下文中将给出实施方式的详细例子，以更彻底地示例本发明的功能、组件和优点。该例子参考附图给出，其中：
图1表示设置有根据本发明的联接装置的竖管元件的两个可互连的相对的端部的截面图；
图2表示图1中的竖管元件的端部，其中所述端部已经运动到一起，但是未被互连；
图3表示图1中的竖管元件的端部，其中已经进行连接过程的另外步骤；
图4表示图1中的竖管元件的端部，其中所述端部已经以预载连接；
图5是联接装置的细节，在预载之前；
图6是与图5相同的详细视图，在预载之后；和
图7表示导致图1中所示的方案的早前提议的截面图。
具体实施方式
在实施方式的该示例中，将描述过程，其中两个竖管元件11、13通过根据本发明的联接装置互连。图1表示上竖管元件11的下部和下竖管元件13的上部。下竖管元件13具有适于刺穿到上竖管元件11的面对箱部11a内的销部13a。然而，在将箱部和销部引导在一起之前，连接套筒15螺纹连接到下竖管元件13上。下竖管元件13具有外螺纹17，而连接套筒15相应地具有适于螺纹连接到外螺纹17上的内螺纹19。
现在还参考图2，示出了上竖管元件11和下竖管元件13被设置在一起。在该位置，上竖管元件11的一个或两个向下面向的第一和第二表面21、23将分别邻接抵靠在下竖管元件13的向上面向的第一和/或第二表面25、27上。在该位置，设置在销部13a上的密封件29将密封在箱部11a的内部面上。
***环31形式的可径向运动的锁定元件设置在上竖管元件11的周围。该***环31具有向外面向的锁定轮廓33，其适于接合连接套筒15的向内面向的锁定轮廓35。然而，在图2所示的位置，轮廓33和35没有接合。相反，连接套筒15能够在***环31上自由地在轴向上运动。轮廓33、35还可以是螺纹形式。然而，没有螺纹节距的轮廓在本实施方式中是优选的。
现在参考图3，楔形环37形式的楔形元件运动一个轴向距离到在上竖管元件11的外表面和***环31的内面之间的空间上。该运动迫使***环31沿径向向外到一定程度，其中***环的锁定轮廓33的突起延伸到连接套筒15的相面对的锁定轮廓35的凹槽内。然而没有获得紧密的接合。在该情形下，***环31的外轮廓33运动到与连接套筒15的内轮廓35而形成中间接合。
在该步骤之后，连接套筒15现在在下竖管元件13的外螺纹17上旋转。旋转方向使得连接套筒15沿轴向运动抵靠在下竖管元件13上(或者图3中的向下)。该旋转进行到的程度使得在上和下竖管元件11、13之间没有窜动，并且使得***环31合适地运动成使其向下邻接抵靠在上竖管元件11上的向上面向的肩部39上。这样，连接套筒15的该旋转运动排除了任何间隙。在该旋转步骤之后，连接套筒15的锁定轮廓35将在***环31的锁定轮廓33上施加向下方向的力。图5更加详细地表示它们的相互位置。将理解的是，在轮廓33、35之间仍然存在一些横向或径向间隙。另外看到的是，***环31的锁定轮廓33的向上面向的表面邻接抵靠在连接套筒15的锁定轮廓35的向下面向的表面上。
为完成上和下竖管元件11、13之间的预载互连，楔形环37形式的楔形元件进一步向下运动到其端部位置，参见图4。楔形环37的该运动使***环31沿径向向外运动额外的距离。这在图6中更加详细地表示出。此外，***环31和连接套筒15的锁定轮廓33、35分别运动成进一步的接合。
如在图5和图6中显现的那样，邻接抵靠在连接套筒15的锁定轮廓35的所述向下面向的表面上的***环31的锁定轮廓33的向上面向的表面具有一倾斜度。当运动成进一步的接合时，随着***环31被径向向外地迫压，该倾斜度导致连接套筒15暴露于通过***环31的锁定轮廓33产生的沿轴向向上指向的力。因此，螺纹连接到下竖管元件13上的该连接套筒15通过楔形环37的最后的向下运动而被预载。从而提供在两个竖管元件11、13之间的预载连接。
当然，外轮廓33和内轮廓35从中间接合到进一步的接合的运动也能够在楔形元件或楔形环37最后可能的楔入运动之前发生。人们可以这样想象例如保留一个可能的额外的楔入运动，使得进一步的预载该连接变得可能，或者在两个预载步骤中。
如同在图5和图6中能够最好地看到的那样，楔形环37和***环31(锁定元件)的邻接表面分成具有不同直径的四个轴向表面41和在轴向表面41之间的三个锥形表面43形式的过渡表面。简单起见，只有楔形环的表面41、43用数字表示出。然而，如同能够在图5和图6中观察到的，所述邻接表面都具有轴向表面和锥形表面。楔形环37的最下面的锥形表面43’形成楔形环37的薄的下边缘，这使得其能够将楔形环37引导到在***环31和上竖管元件11之间的空间内。
随着楔形环37步进地运动到在***环31和上竖管元件11之间的空间内，每个接续的轴向表面41之间的直径的增加对应于***环31步进的径向向外的运动。这样，连接套筒15的预载依赖于锁定轮廓33、35的上述邻接表面的直径和倾斜度的增加。参见图5和图6，这些倾斜的表面数字表示为33a和35a。两个相邻的轴向表面41之间可能的直径差值可以是1mm。其也可以更大或更小，这依赖于联接装置和竖管元件自身需要的预载和尺寸以及特征。
还可以想象的是，采用只具有一个轴向表面41的楔形元件，在这种情形下，楔形元件的楔入运动将使外锁定轮廓33从中间接合运动到进一步的接合。然而，如在参考附图所述的实施方式中那样，采用两个或更多个轴向表面41被认为使得运动到中间接合更加容易。
而且，还可以想象的是，过渡表面只设置在锁定元件上。
轴向表面41和过渡表面43不是必须是环形或环段形式。例如，楔形元件37可以是绕着上竖管元件11的外表面分布的多个分开的楔块。通常的要求是其使锁定元件31实现沿径向向外运动的功能。还可以想象向外迫压锁定元件的其他方式。
采用楔形元件37的有利的结果在于，作为在楔形元件37上的相对小的轴向力的结果，可以获得大的径向指向的力。这样，执行楔入运动的工具不必不合适地大。在一些情形下，甚至可能的是，采用人工力量获得预载。
锁定元件也可以是其他形状，例如具有锁定轮廓的多个卡爪。这样的卡爪能够在预定位置接合该连接套筒。这样，连接套筒的锁定轮廓不必沿着它们的整个外周接合。
还可以想象这样的方案，其中楔形元件37没有例如是锥形的轴向表面。然而，这样将出现楔形元件37滑出在锁定元件31和竖管元件11之间的空间的风险。而且，外锁定轮廓33的径向运动量将依赖于楔形元件37的轴向运动距离。这样，如图5和图6中示出的方案具有很大的优点。
根据本发明的联接装置的优点在于(例如如在附图中示例的那样)装置的最大外径比其他已知的装置的要小。另外，当考虑下竖管元件的螺纹17和上竖管元件11的箱部11a时，将看到所述螺纹17和箱部11a只具有比竖管元件11、13的主要部分略微更大的直径。该特征有利地使得通过热形成制造竖管元件11、13的端部成为可能。这样可以避免焊接，从而获得许多优点。首先是避免焊接接头发生故障的风险。其次是更便宜的制造过程变得可能。
当然，一个竖管元件，其为下或上竖管元件11、13，通常将包括在其一个端部中的箱部11a和在其另一个端部中的销部13a和螺纹17。
根据本发明的联接装置的另一个优点在于，因为生产变化或尺寸公差的作用由于联接装置的构造而抵消，能够以较低的生产公差要求生产竖管元件或管。这样，竖管元件或管能够更加便宜地生产。
还有一个优点在于，在建立连接之前无需通过将它们相对彼此迫压而预载竖管元件(或管)。这样的连接过程将要求沉重的和需要空间的装置，这在根据本发明的联接装置中得以避免。
暴露于大多数磨损和撕裂的联接装置的组件是在很大的力下运动的组件。在上述结合附图的联接装置中，这样的部件将是楔形元件或楔形环37、和锁定元件或***环31、以及连接套筒15。本发明的有利的特征在于所有这些部件能够容易地替换。这样能够长时间保持使用竖管元件11、13而无需替换它们。相反，磨损部件如上述磨损部件那样能够快速地低成本地替换。
优选地，工具将用于建立连接。这将在当连接套筒15在螺纹17上旋转时提供旋转力的控制。在楔形元件或楔形环37的上端设置有用于接合工具的凹槽45，该工具用于沿着竖管元件11的轴线向上或向下迫压楔形环37，参见图1。
楔形元件37还可以具有其他构造，例如如同卡爪或***为两个或更多个部分的环。
图7表示用于联接装置的早前的提议，其导致根据本发明的装置。这里，锁定元件31′设置在具有销部13a′的竖管元件13′上。
代替图1-4中所示方案的螺纹17，该竖管元件11′承载有具有外轮廓17′的轮廓元件17a′。该轮廓元件17a′不是竖管元件11′的整体部分，但是能够通过第二楔形元件37a′固定到竖管元件11′上。这样，对于图7所示的实施方式，外锁定轮廓33′和17′都能够在损坏或过度磨损的情形下容易地替换。
图7所示的方案具有与图1-4所示方案非常类似的构造。然而，对于替代螺纹17的轮廓17′，在施加预载之前不能够将竖管元件11′、13′上紧在一起。其结果为，尺寸的变化将导致不同的预载，因为公差没有得到补偿。
而且，在图7所示的实施方式中，两个竖管元件11′、13′的相面对的第二表面23′、27′是锥形的。
在未示出的实施方式中，在图7的轮廓元件17a′上的轮廓17′代替以螺纹。在这样的构造中，螺纹将通过替换轮廓元件17a′而可容易地替换。

Claims (6)

1.一种用于连接两个管元件(11、13)的相面对的端部的联接装置，该联接装置包括承载在第一管元件(13)上的外螺纹(17)，
其特征在于，该联接装置还包括：
-第二管元件(11)，所述第二管元件承载具有外锁定轮廓(33)的能够沿径向运动的锁定元件(31)；
-连接套筒(15)，所述连接套筒包括适于螺纹连接到所述外螺纹(17)上的内螺纹(19)和适于与所述外锁定轮廓(33)接合的内锁定轮廓(35)；
-其中，所述连接套筒(15)通过在所述外螺纹(17)上旋转而适于在第一轴向方向上朝着所述第一管元件(13)运动，同时所述连接套筒的内锁定轮廓(35)与所述外锁定轮廓(33)形成中间接合，直到当可能的轴向间隙由于所述第一轴向运动而已经闭合时，所述运动通过所述内锁定轮廓和外锁定轮廓(33、35)的邻接面(33a、35a)而被限制；
-其中，所述邻接面(33a、35a)中的至少一个邻接面具有一倾斜度，当所述外锁定轮廓(33)从所述中间接合沿径向向外运动到所述内锁定轮廓(35)的进一步接合的位置时，该倾斜度导致朝着与所述第一方向相反的轴向方向拉所述连接套筒(15)；并且
-其中，所述外锁定轮廓(33)的所述径向向外运动通过在所述第二管元件(11)的外部面和所述锁定元件(31)之间的楔形元件(37)的轴向运动而提供。
2.根据权利要求1所述的联接装置，其特征在于：所述楔形元件(37)具有向外面向的表面，该表面被分为平行于所述第二管元件(11)的纵向轴线的多个轴向表面(41)，所述轴向表面(41)位于距离所述纵向轴线不同距离处，并且在所述轴向表面(41)之间设有过渡表面(43)。
3.根据权利要求2所述的联接装置，其特征在于：从中间接合的位置到进一步接合的位置的径向向外运动的距离基本上等于两个相邻的轴向表面(41)距离承载所述锁定元件(31)的所述第二管元件(11)的纵向轴线的径向距离的差。
4.根据在前任一权利要求所述的联接装置，其特征在于：所述管的所述相面对的端部分别包括销部和箱部，并且所述销部和箱部通过热形成而成形。
5.根据在前任一权利要求所述的联接装置，其特征在于：承载在所述第一管元件(13)上的外螺纹(17)设置在由所述第一管元件(13)承载的螺纹元件的外面上，该螺纹元件适于可释放地锁定在所述第一管元件(13)上的固定位置中。
6.一种用于在同轴地相面对的管元件(11、13)的两个端部之间提供预载互连的方法，其中第一管元件(13)承载有外螺纹(17)，其特征在于：
a)将连接套筒(15)螺纹连接到所述外螺纹(17)上，并将所述两个端部设置在使得所述连接套筒(15)的内锁定轮廓(35)与锁定元件(31)的外锁定轮廓(33)对准的相互位置中，所述锁定元件(31)承载在第二管元件(11)上；
b)使所述外锁定轮廓(33)沿径向向外运动，以与所述内锁定轮廓(35)形成中间接合；
c)通过使所述连接套筒(15)在所述外螺纹(17)上旋转而使所述连接套筒在第一轴向方向上朝着所述第一管元件(13)运动，直到当可能的轴向间隙已经由于所述第一轴向运动而闭合时，所述轴向运动受到所述内锁定轮廓和外锁定轮廓(33、35)的邻接面(33a、35a)的限制；
d)使所述外锁定轮廓(33)进一步沿径向向外运动，直到进一步接合的位置被提供在所述外锁定轮廓和内锁定轮廓(33、35)之间，从而由于所述邻接面(33a、35)中的至少一个邻接面的倾斜而沿着与所述第一轴向方向相反的第二轴向方向在所述连接套筒(15)的内锁定轮廓(35)上施加力；
其中，所述外锁定轮廓(33)的所述径向向外运动通过在所述第二管元件(11)的外部面和所述锁定元件(31)之间的楔形元件(37)的轴向运动而提供。
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