螺栓张紧组件、螺栓张紧装置和用于张紧螺栓的方法

本申请是申请日为2017年9月1日、申请号为201780054289.7、名称为“螺栓张紧组件和用于张紧螺栓的方法”的发明申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于张紧螺栓的螺栓张紧组件，该螺栓张紧组件可用于固定连接件(诸如凸缘连接件)，其中螺栓张紧组件包括螺栓和螺栓张紧装置。此外，本发明涉及张紧所述螺栓以向其提供用于固定所述连接件的最佳张力的方法。

背景技术

必须注意的是，本文中的术语“螺栓”用作通用术语，包括任何螺栓、杆、螺柱或适于固定结构性构件(比如在机械件上的一对相对的凸缘)之间的机械连接的其他细长紧固构件。

借助于至少一个螺栓连接的两个或更多个部件的机械连接件对于它们是其中一部分的安装而言通常是关键的，并且因此连接件的适当固定是非常重要的。这种关键的机械连接件例如可以是管道法兰和其他水下设施，但是也可以连接到例如管道连接件、压力容器、风车和一长列其他设施。它们所有的共同之处在于，连接件需要被固定，并且优选地，所使用的螺栓可以以可预测的方式拧紧，使得在拧紧之后螺栓中的张力处于期望的水平。

为了实现这一点，已知提供一种用于张紧螺栓的液压螺栓张紧装置。然后，螺栓首先被放置在要被固定的连接件中，并且在连接件的一侧用例如螺母紧固。当螺栓像这样放置时，它从连接件的另一侧伸出。然后一锁定螺母设置在该另一侧上，并抵靠连接件的表面被紧固。此后，张紧装置被布置为包围锁定螺母和螺栓的延伸到锁定螺母的外侧的部分。张紧装置固定到螺栓，然后提供张力，以便将螺栓张紧到预定的张力水平。张力由张紧装置保持，直到锁定螺母被再次拧紧以锁定螺栓连接中的张力。为了提供对锁定螺栓的必要接近，以执行锁定螺母的拧紧，现有技术的张紧装置设置有窗口或孔，或所谓的桥接件。在水下设施中，螺栓的最后拧紧通常由配备有合适工具的潜水员完成，或者由远程操作的或ROV辅助的专用工具完成。

专利公布GB 2492140A公开了一种螺栓张紧器，尤其是上述类型的液压螺栓张紧器，用于螺纹连接到待张紧的螺栓上，以及用于在拧紧锁定螺母之后从螺栓移除。

专利公布US2016069373 A1公开了一种液压杆张紧系统，其中张紧系统布置有围绕螺栓和锁定螺母的反作用支脚。

现有技术的解决方案的缺点之一是，需要在螺栓张紧之后紧固的锁定螺母由于其部分地被螺栓张紧装置包围而难以接近。问题在于，螺栓张紧装置的桥接件或壳体需要具有承受与张紧螺栓相同的载荷的能力，并且因此，只能允许以窗口/孔的形式的受限的进入。通常，当张紧装置仍在适当位置时，用于锁定螺母的旋转所需的工具被留下。在潜水员水下辅助作业中，旋转锁定螺母对潜水员来说也很耗时。特别是，当张紧装置仍在适当位置时，难以使用ROV辅助工具使锁定螺母旋转。

专利公开US2007/0166121 A1公开了一种自锁定张紧器，其中通过根本不使用锁定螺母来避免上述问题。相反，可用于将活塞或螺柱置于张紧状态的自锁定张紧器包括滑动楔，所述滑动楔定位在活塞/螺柱与容纳活塞和滑动楔的本体之间。所述本体具有带有锥形部分的中心通道。螺柱/活塞原则上同时被张紧和锁定，因为液压系统的启用迫使楔形件进一步进入到中心通道的锥形部分中，使得它们被锁定在本体与螺柱/活塞之间。这种自锁定张紧器的一个缺点在于，通过使用楔形件，楔形件之间将存在相当大的摩擦，使得螺栓的张紧比使用锁定螺母的现有技术解决方案中的情况效率低，即，在施加的液压力与产生的螺柱/活塞的张紧之间不存在直接关系。另一个缺点是，本领域已知锥形锁定系统具有大的且部分无法验证的锁定损失。

发明内容

本发明的目的是弥补或减少现有技术的至少一个缺点，或者至少提供现有技术的有用替代方案。

通过在下面的描述和随后的权利要求中指定的特征来实现该目的。

本发明由独立的专利权利要求限定。从属权利要求限定了本发明的有利实施例。

在第一方面，本发明涉及一种螺栓张紧组件，包括:

螺栓，其包括第一端部和位于所述螺栓的相对侧的第二端部，其中所述第一端部设置有扩大的直径，以形成面向所述第二端部的抗压表面；并且其中，所述第一端部进一步设置有外螺纹以接收锁定螺母；

用于张紧所述螺栓的液压螺栓张紧装置，所述液压螺栓张紧装置布置成用于包围所述螺栓的一部分，使得其与所述抗压表面对接；以及

锁定螺母，其布置在螺栓的第一端部上；

其中，所述液压螺栓张紧装置和所述锁定螺母的尺寸设定成使得在拧紧所述锁定螺母时，所述锁定螺母将抵靠所述液压螺栓张紧装置的一部分拧紧。

当具有螺栓张紧组件的螺栓连接到两个结构构件(诸如凸缘构件(所述凸缘构件被牢固地连接))时，液压螺栓张紧装置相对于锁定螺母起到厚盘的作用，并且将来自螺栓的张紧的载荷经由锁定螺母传递到布置成与连接件的结构构件接触的液压螺栓张紧装置的接触表面。

提供如上所述的螺栓张紧组件有很大的优点。首先，组件可以在安装在需要它的装置中之前完全组装在螺栓的第一端部处。这解决了现有技术的对于水下设施特别重要的一个问题，即可以在螺栓的张紧开始之前，在螺栓已经就位时，现有技术的螺栓张紧安装件需要将许多部件安装在螺栓上。其次，通过在第一端部的自由端处将锁定螺母放置在液压螺栓张紧装置的外侧，可以更容易地接近，拧紧和检查锁定螺母，并且在发现不规则性的情况下也更容易更换锁定螺母。

这里还进一步详细地描述了用于螺栓张紧组件的螺栓，该螺栓包括第一端部和位于螺栓的相对侧的第二端部，其中：

所述第一端部设置有扩大的直径，以形成面向所述第二端部的抗压表面；以及

第一端部进一步设置有外螺纹以接收锁定螺母。

螺栓是细长连接装置的示例，其具有带有两个端部的螺栓本体。根据本发明的螺栓是适于被张紧的螺栓，以及适于例如用于连接两个凸缘(也用于水下)，以及在需要张紧螺栓以获得牢固连接的任何其他设施中的螺栓。

根据本发明的螺栓的第一端部设置有扩大的直径。这意味着在第一端部中，螺栓设置有扩展部分，使得螺栓在该区域中较厚。通过扩大直径，螺栓设置有肩部或台阶，比如形成面向螺栓的第二端部的表面。这个表面被称为抗压表面，因为它适合于对着任何张紧工具或张紧装置提供抗压，所述张紧工具或张紧装置可以被设置成包围螺栓的邻近第一端部的部分。在将螺栓的第二端部固定到螺栓将要连接的两个物体之后执行螺栓的张紧，如前所述，所述物体可以是凸缘连接件的两个凸缘。然后，张紧装置可以布置在螺栓的第一端部和待连接的凸缘之间的区域中。

相比于螺栓张紧装置将要布置在其周围的螺栓部分而言，提供具有较大直径的螺栓部分的效果是，螺栓张紧装置可以使用由直径的这种延伸形成的表面作为抗压表面。因此，在螺栓张紧之后，螺栓张紧装置将完全锁定在待固定的连接件的表面与螺栓的第一端部之间。这允许锁定螺母固定到第一端部的外螺纹，从而将张力锁定在螺栓中。螺栓张紧装置将留在螺栓上。当锁定螺母被放置在张紧装置的外侧时，在张紧之后，锁定螺母将易于接近以便紧固。

该解决方案还导致螺栓张紧装置的更简单的制造，其现在不需要桥接件、压力脚或窗口/狭槽。

利用根据本发明的螺栓，进一步解决了现有技术的另一个缺点，即螺栓和锁定螺母在张紧区域中的可能的偏转的挑战。如果存在偏转，则在张紧之后锁定螺母可能不会令人满意地固定到螺栓，并且锁定螺母的拧紧可能无法完全将张力锁定在螺栓内。锁定螺母也可能在其到达正确位置之前过早地锁定。发生这种情况时，必须中止安装，以便修理工具和设备。这显然非常昂贵，尤其是当设施是水下设施时。通过将锁定螺母移动到未被张紧的但与张紧区域邻近的螺栓的第一端部，这种挑战被完全移除。

本文公开的一个螺栓还可被描述为用于连接两个结构构件的螺栓，该螺栓包括第一端部、第二端部和在两个端部之间的中间部分，其中

所述第一端部设置有相对于所述中间部分的直径的扩大的直径，以形成面向所述第二端部的抗压表面，所述第一端部设置有用于接收锁定螺母的外螺纹；

所述第二端部适于延伸穿过所述结构构件中的合适的螺栓孔，使得所述第二端部的自由端从所述结构构件延伸出以借助于紧固装置被牢固地紧固；

中间部分被布置成接收用于张紧螺栓的张紧装置，其中所述张紧装置被布置成设置在第一端部的抗压表面与结构构件之间。

螺栓在其中间部分布置成接收螺栓张紧装置，所述螺栓张紧装置在一侧可以抵靠待紧固的连接件，比如凸缘连接件，并且在另一侧可以抵靠具有扩大的直径的第一端部的抗压表面。具有扩大的直径的第一端部在本文中被限定为螺栓上的具有比邻近的中间螺栓部分的直径更大的直径的部分。

第一端部的扩大的直径可以借助于布置在螺栓上的螺母来提供，所述螺母设置有用于接收锁定螺母的外螺纹。

由于可以使用不同尺寸的螺母，因此借助于增加单独的螺母来扩大直径具有增加关于扩大的直径的区域的位置和尺寸的灵活性的效果。该螺母可以设置有用于将其锁定到螺栓上的机构，所述锁定机构可以是螺纹。如上所述，螺母设置有用于接收锁定螺母的外螺纹。根据用于将螺母锁定到螺栓的锁定机构，螺母的外部可以仅部分地具有螺纹。

螺栓的第一端部以及因此扩大的直径的区域可以是螺栓的一体部分。

这是提供抗压表面的一种替代方式。将第一端部作为螺栓的一体部分的一个优点是，存在的可能的薄弱点越少，在使用这种类型的螺栓的连接中存在的部分就越少。

本文也描述了一种用于扩大本文中所描述的螺栓的直径的螺母，其中所述螺母设置有内螺纹并且具有用于接收其它螺母的外螺纹。

根据本发明的第一方面，用于扩大螺栓的直径的螺母解决了在螺栓的第一端部中提供扩大的直径的问题。这种螺母可以设置有不同的直径，以配合不同的对应的设备的工件，即锁定螺母、螺栓和用于张紧螺栓的可用张紧装置。

液压螺栓张紧装置可以包括液压缸，该液压缸包括缸壳体、活塞和活塞杆。在该实施例中，缸壳体相对于锁定螺母起到厚盘的作用，并且将来自螺栓张紧的载荷经由锁定螺母传递到缸壳体与连接件的结构构件的接触表面。

在本发明的优选实施例中，活塞杆可以是待张紧的螺栓的一部分。将待张紧的螺栓设置为液压缸的一体部分简化了螺栓张紧组件的结构，因为需要更少的部分。

在第二方面，本发明更具体地涉及根据本发明第一方面的螺栓张紧组件中的液压螺栓张紧装置，其中，螺栓张紧装置被布置成锁定在锁定螺母与螺栓的第二端部已经连接到其的结构元件之间。螺栓张紧装置布置成设置在两个抗压表面之间，以便向待张紧的螺栓施加张力。

在现有技术中，液压螺栓张紧装置本身包括例如以螺母形式的抗压表面，该螺母与液压螺栓张紧装置的其余部分一起安装在螺栓上，并且在螺栓张紧之后再次移除。此外，在现有技术中，描述了待张紧的螺栓首先布置成穿过两个结构构件，所述两个结构构件通过结构构件的每侧上的螺母连接和固定，然后安装螺栓张紧装置。根据本发明的液压螺栓张紧装置可以在使螺栓固定在结构构件的一侧之后安装在螺栓上。这仅在螺栓的第一端部的扩大的直径借助于根据本发明第二方面的螺母提供的情况下有效，使得扩大的直径可以在安装液压螺栓张紧装置之后布置在螺栓上。在螺栓的第一端部的扩大的直径以及由此的抗压表面与螺栓一体成型的情况下，液压螺栓张紧装置在将螺栓连接到它要连接的结构构件之前被布置在螺栓上。然后，液压螺栓张紧装置将围绕螺栓的在连接件的结构构件中的一个的表面与螺栓的抗压表面之间延伸的部分布置。

在第三方面，本发明更具体地涉及用于张紧螺栓的方法，该方法包括以下步骤:

提供根据本发明第一方面的螺栓张紧组件；

将螺栓的第二端部牢固地连接到待连接的结构元件；

向螺栓张紧装置提供液压，使得螺栓被张紧；

拧紧锁定螺母；以及

移除液压。

在将螺栓的第二端部牢固地连接到待连接的结构元件的步骤中，必须理解，螺栓穿过延伸穿过结构元件的孔。然后，螺栓的第二端部可以借助于螺母被牢固地紧固，即防止返回。

当锁定螺母已经被拧紧时，液压缸留在适当位置以在移除液压之后还保持螺栓中的张力。

概括地，在本发明的优选实施例中，提供了一种用于张紧螺栓的系统，其中螺栓设置为液压缸的一体部分。螺栓借助于液压被张紧到预定的张紧。此外，上述称为锁定螺母的外部螺母用于锁定螺栓内的期望张紧，使得可以在获得螺栓的期望张紧之后释放液压。因此，螺栓可以在不暴露于液压的情况下保持张紧。螺栓张紧组件的所有部分可以在安装之后留下。

在该组件中，不需要在锁定螺母移动到液压缸外部的位置(即，移动到螺栓的第一端部)时提供用于锁定螺母的自由移动和接近锁定螺母的桥接件，所述部分相比于由液压缸包围的螺栓部分具有扩大的直径。

上述螺栓张紧组件可以远程操作，或者它可以通过ROV操作，或者它可以被手动操作。在水下设施中，手动操作由潜水员执行。所述螺栓张紧组件可以与具有管凸缘、夹具、支架的装置以及需要借助于预张紧螺栓进行紧固或固定的其它装置结合使用。

利用根据本发明的螺栓张紧组件，留在安装位置的设备被最大程度地减小，即，仅留下缸壳体和将液压传递到螺栓所需的部分。

还公开了以下项:

1)螺栓1，其包括第一端部和位于螺栓的相对侧的第二端部，其中:

所述第一端部设置有扩大的直径，以形成面向所述第二端部的抗压表面；以及

所述第一端部进一步设置有外螺纹以接收锁定螺母。

2)根据项1)所述的螺栓，其中，第一端部的扩大的直径借助于布置在螺栓上的螺母提供，所述螺母设置有用于接收锁定螺母的外螺纹。

3)根据项1)的螺栓，其中，第一端部是螺栓的一体部分。

4)根据项2)所述的用于扩大螺栓的直径的螺母，其中所述螺母设置有用于与螺栓接触的内螺纹和用于接收其它螺母的外螺纹。

5)根据项1)-3)中任一项所述的用于张紧螺栓的液压螺栓张紧装置，所述液压螺栓张紧装置被布置成包围所述螺栓的一部分，使得其与所述抗压表面对接。

6)根据项5)所述的液压螺栓张紧装置，其中，所述液压螺栓张紧装置包括缸壳体、活塞和活塞杆。

7)螺栓张紧组件，包括:

根据项1)-3)中任一项所述的螺栓；

根据项5)-6)中任一项所述的液压螺栓张紧装置；以及

锁定螺母，其布置在螺栓的第一端部上；

其中，所述液压螺栓张紧装置和所述锁定螺母的尺寸设定成使得在拧紧所述锁定螺母时，所述锁定螺母将抵靠所述液压螺栓张紧装置的一部分拧紧。

8)根据项7)所述的螺栓张紧组件，其中，活塞杆是待张紧的螺栓的一部分。

9)用于张紧用于连接两个结构元件的螺栓的方法，该方法包括以下步骤:

提供根据项5)的螺栓张紧组件；

将螺栓的第二端部牢固地连接到结构元件；

向螺栓张紧装置提供液压，使得螺栓被张紧；

拧紧锁定螺母；以及

移除液压。

附图说明

下面描述附图中所示的优选实施例的示例，其中:

图1示出了如本文所述的螺栓的立体图；

图2以与图1相同的比例示出了根据本发明的螺栓张紧组件的立体图；

图3以不同的比例示出了图2的螺栓张紧组件的横截面；

图4示出了安装在凸缘连接件中的螺栓张紧组件的横截面；

图5示出了安装在凸缘连接件中的多个螺栓张紧组件的立体图；以及

图6是图5的安装的侧视图。

具体实施方式

在附图中，为了使附图更加清晰，并非所有附图中的所有部分都编号。

图1示出了如本文所述的螺栓1。螺栓1具有第一端部11和相对的第二端部12。在第一端部11处，螺栓1被示出为具有扩大的直径，使得螺栓1能够被称为具有头部。然而，必须注意的是，该扩大的直径的区域也可以在具有较小直径的两个螺栓部分(未示出)之间。在从一个直径到另一个直径的过渡中形成抗压表面13或肩部。螺栓1的具有扩大的直径的区域设置有外螺纹14(参见图3)，且所述外螺纹必要地用于与布置在其上的锁定螺母2(图2和图3所示)的内螺纹配合。

图2示出了包括螺栓1、锁定螺母2和螺栓张紧装置3的螺栓张紧组件4的立体图。这里示出了在安装之前的第二端部12。所述第二端部12被布置成牢固地连接到螺栓1将在其中使用的连接件的结构构件5(图4-图6)。当安装时，螺栓1的第二端部12将被放入待连接的结构构件5(图4-图6)的对应的通孔中，使得螺栓1延伸穿过结构构件5并在结构构件5的另一侧上离开，以便借助于紧固装置6(例如螺母)(图4-6)紧固。在将螺栓1插入到结构构件中的螺栓孔中之后，螺栓张紧装置3与结构构件的接触表面(未示出)对接。锁定螺母2在附图中显示为具有多个销21，用于连接到用于拧紧锁定螺母2的旋转工具。这不是锁定螺母2的必要特征，因为锁定螺母2可以通过其它方式拧紧。

图3示出了螺栓张紧组件4的横截面，其中螺栓张紧装置3示出为具有缸壳体31(也可以称为压力本体)、活塞32和活塞杆33。在该实施例中，示出了活塞杆33可以是螺栓1。张紧装置3可通过首先提供螺栓1(即活塞杆33)来组装。活塞32可以从第二端部12在活塞杆33上滑动。此后，缸壳体31可以在活塞杆33和活塞32上滑动。附图进一步示出了如上所述的锁定螺母2和销21，以及布置在锁定螺母2和缸壳体31之间以防止缸壳体31相对于活塞杆33(即，螺栓1)旋转的杆锁定件22。还示出了液压系统所需的不同密封环34，以及用于液压流体的入口36。此外，示出了用于防止活塞32和缸壳体31之间或缸壳体31和活塞杆33之间的金属-金属接触的导向环35。这些特征被认为是本领域技术人员已知的，并且将不在本文中进一步讨论。

图4示出了螺栓张紧组件4的横截面，其中螺栓1已经穿过两个结构构件5的开口并且借助于螺母6被牢固地固定。螺栓1已经被张紧，并且锁定螺母2已经被拧紧，以使得螺栓张紧装置3夹置在结构构件5中的一个与锁定螺母2之间。液压已经被移除，并且张力保持在螺栓1中。

图5和图6示出了包括两个结构构件5的凸缘连接件7，这两个结构构件5借助于多个螺栓张紧组件4相互连接，所述螺栓张紧组件4包括螺栓1、螺栓张紧装置3和锁定螺母2。

应注意的是，上述实施例是说明而非限制本发明，且所属领域的技术人员将能够在不脱离所附权利要求书的范围的情况下设计许多替代实施例。在权利要求中，置于括号之间的任何附图标记不应被解释为限制权利要求。动词“包括”及其词形变化的使用不排除除了在权利要求中陈述的元件或步骤之外的元件或步骤的存在。元件之前的冠词“一”或“一种”不排除多个这种元件的存在。

在相互不同的从属权利要求中列举的某些措施的单纯事实并不表明这些措施的组合不能被有利地使用。