管道接頭的以及相關的改進的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于連接多個管狀管道、尤其用于連接作為流體輸送系統的一部分的多段管道的接頭。
【背景技術】
[0002]用于運送材料(例如，液體和氣體)的流體輸送系統是已知的。該系統可以包括安裝在建筑物內用于運送例如水或油的市政管道工程系統。這些管道工程系統可以包括用于建筑物供暖系統、消防噴淋系統的管道以及上行干管管道和廢水管道。這些系統還可以包括用于將燃料運送幾千英里的油氣管線以及在開采應用中使用的管道系統。在燃料的流體輸送中所使用的管狀導管可以由不同金屬制成，包括鋼、鐵、銅、鋁、和塑料。
[0003]對較小直徑的管道而言，可以使用推裝式管道接頭。然而，對直徑大于5cm左右的管道而言，將管道末端推入此類推裝式接頭中所需要的力變得對于手動連接而言太高。此夕卜，通過推裝式接頭連接的多個管道能夠相對于彼此旋轉，這可能致使閥瓣(valve taps)移出最佳位置。
[0004]對較大直徑的管道而言，可以使用焊接接縫。然而，焊接接縫具有以下缺點:需要熟練技術工人并且對健康和安全以及環境具有負面影響。例如，由長度為12米長的多段鋼管制成的并且直徑為1米的氣體運送管線的構造常規地使用焊接接縫。當考慮到設備在接縫位置處的部署以及X射線設備對該接縫的檢查時，每條接縫可能花費熟練技術團隊7個小時來完成。并且在此類檢查之后必須修復此類焊接接縫中的大約10分之1。這使得管線的構造是非常昂貴并且耗時的。
[0005]在使用塑料管道時，可以使用熱熔接縫，其中這些管道的有待連接的末端被加熱并且接著被熔接在一起。
[0006]推裝式接頭、焊接接縫、和熔接接縫難以斷開，以便例如進行修復或維護，此類斷開通常對這些管道造成損壞。
[0007]維特利(Victaulic，也稱為victolic)管道接縫在本領域是已知的，其中有待連接的管道末端在其外表面中形成有環狀凹槽。圖1和圖2中示出了維特利型管道接縫的實例。圖1示出了沿著管道的此類管道接縫100的縱向視圖。圖2示出了接縫100的截面視圖。
[0008]具有C形縱向截面的環狀彈性墊圈150被放在管道140、142的有待連接的末端上，使得該墊圈跨這兩個管道。典型地，該墊圈略微伸展以便配合在這些管道末端上從而在該墊圈與這些管道之間形成密封。接著用剛性的維特利型外殼110、112來包裹該墊圈，該外殼與在這些管道末端中形成的凹槽146相接合。接合是經由在該外殼的兩個半件110、112的相應輪緣中形成的突起部136而形成的。一般，該外殼以形成有凸緣120、122的兩個半件110、112形成，并且這兩個半件通過穿過了這些凸緣的多個螺栓130連接在一起。該外殼壓縮該密封墊圈150以便進一步改善該墊圈與這些管道末端之間的密封。
[0009]此類維特利管道接縫存在已知的問題。首先是這些管道接縫不是很適合高壓管道系統。具體而言，在通過該接縫聯接在一起的這些管道元件之一包括管道端蓋的情況下，該接縫必須承受住起作用來拉動由該接縫所連接的這些管道末端的顯著力。當流體壓力在圖1和圖2的管道接縫內累積時，該壓力徑向向外地作用在該墊圈上，從而致使該墊圈膨脹并且對外殼半件110、112施加徑向向外的力。S卩，該壓力作用在圖1和圖2中的標有‘壓力’的雙箭頭的方向上。這個力起作用來將這些外殼半件拉開，并且因此管道接縫100內的高流體壓力被轉移至將這些外殼半件110、112保持在一起的這些螺栓130。維特利型管道接縫典型地額定在150ps1、300ps1、或500psi的流體壓力下工作并且額定在約5倍的該指定工作壓力下失效。
[0010]此外，通過維特利型(圖1和圖2所示類型的)管道接縫所連接的多個管道能夠相對于彼此并且相對于外殼110、112進行旋轉，這可能造成管道閥等移動到不可觸及位置的問題。如果這些螺栓由于該管道系統的振動而松開，則維特利型管道接縫也可能失效。
[0011]帶凹槽管道的另外一個問題是，在這些管道中形成凹槽本身是耗時的并且可能難以完成，尤其在可能存在單一適合機器并且需要處理大量管道的場所中。這可能在管道安裝過程中造成瓶頸。
[0012]用于輸送散裝液體(例如油或其他燃料)的管道的直徑通常為48英寸(約1.2米)，并且搬運此類管道的問題并非微不足道。并且，為了使管道節段可以容易地通過公路輸送到其安裝場所，它們典型地不能以大于約12米的節段來制造。這意味著對每千米的管道節段而言，需要在管道區段之間制作83個接縫。如果此類接縫是焊接的，則每個接縫可能花熟練技術焊工約7個小時來完成。甚至使用維特利型接縫也可能花若干個小時，直到凹槽已經在這些管道中形成。
[0013]維特利型接縫的另外一個問題是，不可能通過快速視覺檢查來辨別這些接縫是否已經恰當地安裝。已知的問題是，已經裝配但不是充分緊密的接縫可以通過視覺檢查并且甚至通過初始操作測試、而僅在一段時間之后失效。此類接縫在行業內被稱為“醞釀時間(brew time) ”或“咖啡短休(coffee break) ”接縫，因為它們可能經常在裝配工只將該接縫的這些螺栓部分地擰緊并且接著在短休喝咖啡之后忘了要回去完成其工作而破壞時出現。并且，此類接縫可能是由心懷不滿的員工故意裝配得較差。
【發明內容】
[0014]本發明的實施例的目標是解決現有技術管道接頭系統中的這些和其他缺點。
[0015]根據本發明的第一方面，提供了一種用于連接兩個管狀導管的末端的管道接頭，該管道接頭包括:一對外殼元件，該對外殼元件各自包括一個外部零件和一對內部零件，該內部零件和外部零件是相對于彼此可旋轉的，其中在第一構型中，該對外殼元件是分離的并且可定位為環繞這些管狀導管的末端，并且在第二構型中，它們被鎖定在一起，其中該鎖定在一起是通過相應的內部零件和外部零件相對旋轉而使得一個外殼元件的這些內部零件至少部分地接合另一個外殼元件的外部零件來實現的。
[0016]優選地，這些外部元件是殼體元件并且這些內部元件是管道接合元件。
[0017]優選地，這些管道接合元件中的至少一個具有被安排成用于接合管道中的凹槽的一個徑向地面向內的突起部。
[0018]優選地，該徑向地面向內的突起部具有被提供在一個表面上的多個尖頭以便在使用中接觸該凹槽的底部。這些尖頭可以按基本上相等的間距圍繞該突起部的表面提供。
[0019]優選地，這些管道接合元件中的至少一個具有多個徑向地面向內的齒以便部分地刺入管道的表面。這些齒可以由相對硬的材料(例如，不銹鋼或陶瓷)形成。
[0020]優選地，這些殼體元件和/或這些管道接合元件的端面設有對齊特征。優選地，這些對齊特征包括互補性凹陷和突起部。
[0021]優選地，該管道接頭包括鎖定機構，該鎖定機構在被接合時阻止該內部零件和外部零件的相對旋轉。
[0022]優選地，該鎖定機構包括相對長形的插入件，該插入件被安排成有待容納在該外部零件中的互補性孔口中并且與該內部零件中的互補性脊部相接合。
[0023]優選地，該鎖定機構進一步包括用于使該鎖定機構脫離接合的釋放機構。
[0024]優選地，該釋放機構是被安排成允許該鎖定機構脫離(leveled out)該鎖定位置的槽縫。
[0025]根據本發明的第二方面，提供了一種用于連接兩個管狀導管的末端的管道接頭，該管道接頭包括:環狀墊圈安排；外殼安排，該外殼安排包括第一和第二外殼元件，其中該第一外殼元件包括第一殼體元件和第一對管道接合元件，并且該第二外殼元件包括第二殼體元件和第二對管道接合元件，其中每對管道接合元件被固持在相應的殼體元件中并且是相對于其可旋轉的，并且