一种张紧装置制造方法

一种张紧装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于螺栓连接中张紧螺柱至所需预载荷的装置和套件，所述装置包含锁定工具、可移动桥构件、可移动致动件。所述锁定工具适于与所述螺柱接合，所述可移动桥构件布置成至少部分包围所述锁定工具并接收所述螺柱穿过其中，可移动致动件可操作促动所述锁定工具通过所述桥构件，可移动张紧装置被配置以施用张力于所述桥构件的承载表面，以致转移张力于所述螺柱，如此使得所述致动件在所述螺柱中达到所需预载荷时，可操作锁定所述锁定工具。本发明在许多行业具有应用，包括水力发电、风能、燃气轮机和蒸汽轮机、核能、金属制造、采矿、造船和石油石化。
【专利说明】一种张紧装置

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种张紧装置，特别是涉及在螺栓连接中张紧螺柱和螺栓的装置和套 件。

【背景技术】
[0002] 众所周知，如果螺栓连接没有正确地张紧或用合适的压缩力或负载固定在一起， 这些连接有可能最终会失效或以其他方式经历某种形式的机械疲劳。因此，如果螺栓连接 没有正确地张紧，而因此可能潜在导致许多机械问题。
[0003] 许多螺栓连接是通过螺柱、螺栓、螺纹杆或在任一端具有两个常规螺母的轴，然后 被紧固一起以达到连接中所需的预载荷的方式固定在一起的。然而，与传统的螺栓紧固技 术相关的主要问题之一是随着螺柱的直径增大时，紧固其所需的扭力将依照直径的三次方 的指数方式增加。结果，通常地用手能紧固的螺柱或螺栓的最大尺寸约为3厘米。
[0004] 为了解决这个问题，现有技术提供了许多不需要过多扭力去紧固螺柱或螺栓的螺 柱或螺栓紧固方法。一种流行的装置是所谓的"多定位螺栓张紧器"，其直接替换了传统的 螺母。该装置能简单穿在新的或现有的螺柱、螺栓、杆或轴上，通过使用穿过螺母本体或螺 栓头的多种定位螺栓或螺钉进行工作。螺栓连接的张紧是通过施用扭力到每一个定位螺栓 上而完成的，这些定位螺栓小到足以通过简单的手工工具而紧固。这些定位螺栓压在硬化 垫圈上，此硬化垫圈可均匀地转移预载荷至螺柱或螺栓上，因而也到螺栓连接上。
[0005] 以这种方式，为多达约KKMN和更大的集体负载可以通过仅使用手工工具来实 现，如扭矩扳手或气动工具。因此，显而易见的是，使用多定位螺栓张紧器的比其他紧固技 术提供了许多益处，尤其是螺栓连接在纯张力下（即无扭转变形）被紧固，而紧固所需的只 是简单的工具；同时，它们也可以无显著停机时间而安装在密闭空间（因为它们是直接替 换螺母）。
[0006] 然而，尽管多定位螺栓张紧器对压紧螺栓连接至所需负载为可靠又安全的装置， 它们也存在缺点。它们是昂贵的组件（由于具有多个部件，并在制造过程中要求准确地加 工），因为每个被紧固的螺柱或螺栓是永久需要一个张紧器的。因此，如果一个机械结构包 含大量的螺栓连接，紧固每一个的成本可能被抑制，因为一个张紧器在没被从螺栓连接中 移除时，无法对随后的螺柱或螺栓重复使用。
[0007] 因此，这是本发明的目标，通过提供一个可重复使用的张紧装置和套件用来紧固 多种螺栓连接，而无需每个连接都需一个永久的张紧器，以此来解决现有技术中的上述一 些问题。


【发明内容】

[0008] 根据本发明的第一方面，这里提供了一种用于张紧螺栓连接中螺柱至所需预载荷 的装置，所述装置包含：
[0009] 锁定工具，所述锁定工具适于与所述螺柱接合；
[0010] 可移动桥构件，所述可移动桥构件布置成至少部分包围所述锁定工具，并接收所 述螺柱穿过其中；
[0011] 可移动致动件，所述可移动致动件可操作以促动所述锁定工具穿过所述桥构件； [0012] 可移动张紧装置被配置以施用张力于所述桥构件的承载表面，以致转移张力于所 述螺柱，如此使得所述致动件在所述螺柱中达到所需预载荷时，可操作锁定所述锁定工具。
[0013] 所提供的张紧装置包含至少一些在达到螺柱所需预载荷后可移动的组件，这被发 现是格外有益的，因为张紧多种螺柱只需一个张紧器（如多定位螺栓张紧器等等）。相比之 下，传统技术对所有每一个螺柱都需要一个必须保持在原位的永久的张紧器，即使螺柱被 张紧至所需预载荷。
[0014] 因此，本发明允许对同一个张紧器重复使用，这样避免了不得不获得多种张紧器 的花费。
[0015] 应当理解的是，本文使用的"螺柱"一词旨在涵盖所有种类的螺柱、螺栓、螺纹杆和 轴，且本发明的装置确实可以使用所有种类的紧固装置，这些紧固装置代表性地用于压紧 螺栓连接至所需张力，例如其中的多定位螺栓类型的张紧器，通常是用于对连接施用张力。
[0016] 对于"螺栓连接"，是指在两个或更多组件或机械配件之间的任意的机械连接、耦 合联结或连结而可不受限制地被紧固或压紧在一起。
[0017] 在特别优选的实施例中，所述锁定工具可以是一个螺纹螺母。所述螺母优选地带 有螺纹以相互接合所述螺柱螺纹。以这种方式，所述锁定工具然后可简单地拧紧在螺柱上。
[0018] 所述螺母可具有圆形或六边形的横截面。然而，任何合适的横截面都可以使用。
[0019] 优选地，在示范的实施例中，所述螺母具有圆形横截面，并且包含至少一个径向孔 洞穿过所述螺母的本体，并且最优选地，包含多个径向孔洞。对于"径向孔洞"是指通过所述 螺母本体的优选为圆形的通道，这样所述通道具有大致垂直于所述螺母纵轴的轴线。所述 孔洞可延伸完全通过所述螺母的本体（即在两端开口）或者仅部分延伸穿过所述本体（即 在一端封闭一最接近于所述螺母的内表面的那端）。
[0020] 所述孔洞的功能为，接收所述可移动致动件，在此所述致动件可释放地与所述孔 洞接合以能够所述螺母在螺柱上能被转动（即拧紧），如此所述螺母能被紧固。以这种方 式，所述锁定工具当螺柱中达到所需预载荷时可被锁定，下面将会进行更详细地讨论。
[0021] 在优选实施例中，所述可移动桥构件在形式上为大体的圆柱形（如管状形），且优 选包含一个开口端和一个封闭端。所述开口端的圆周"唇"优选地充当"表面"，为接合被张 紧的螺栓连接的平面；所述封闭端优选地包括一开口孔（如圆孔），为接收所述螺柱。换言 之，所述桥构件可被布置于所述螺柱之上，以便所述螺柱沿着所述桥构件的纵轴穿过。
[0022] 当所述桥构件被布置于所述螺柱之上时，其此时至少部分包围（或覆盖）所述锁 定工具。在优选实施例中，所述桥构件包含至少一个孔或窗口，所述致动件可从其通过，释 放地与所述锁定工具接合。该孔优选地设于所述桥构件的侧壁中，并代表性地采取切开或 切除所述桥构件部分的形式。事实上，在特别优选的实施方案中，所述孔可以是大体上"U 形"开孔，其具有延伸到桥构件开口端的圆周唇部的"开放边缘"。
[0023] 然而，应当理解的是，任何形状或形式的孔可以被使用，倘若其允许所述致动件接 近所述锁定工具。此外，两个或更多的孔可被使用，以使能够更大地接近所述锁定工具，这 取决于本装置的特别应用和实施。
[0024] 在特别优选的实施例中，所述可移动致动件包含适于接合至少一个所述径向孔洞 的延长杆。所述延长杆优选地由硬化钢制造，最优选传统的"撬棒"。所述致动件可因此插 入穿过所述桥构件的孔，与孔洞接合，使所述锁定工具（如螺母）能够被转动。所述致动件 可而后被拆卸，并（再）插入到已被旋转朝向孔的下一个孔洞。以这种方式，通过对螺母反 复施用撬棒，所述螺母可被转动和紧固。
[0025] 撬棒和圆形螺母的使用是特别有利的，因为它允许所述螺母和桥构件具有各自的 尺寸，以便在它们之间只有一个小的内部（圆周）空隙存在。其结果是，所述桥构件中的 "足迹"（即直径）可保持相对较小，这允许本装置在有限的空间或难以安装的地方中使用。 相比之下，如果所述螺母为传统的六边形螺母，所述致动件为扳手或扳钳，所述螺母与所述 桥构件之间的空间需要相当得大以能够扳手通过孔与螺母接合。尽管如此布置未被本发明 排除，但此为非优选的。但是这种布置在一些应用和/或实施中也可能被使用。
[0026] 所述可移动张紧装置优选地包含支撑螺母或由多个定位螺栓或螺钉组成的多定 位螺栓张紧器。实际上，在示范的实施例中，张紧器理想为现有技术所知的具有螺钉节圆直 径的螺母型多定位螺栓张紧器。
[0027] 使用多定位螺栓张紧器是有利的，因为它允许这种类型张紧器的许多优点在本申 请中被利用。因此，通过对每个螺钉仅施用相对较低的扭力就可使所述螺柱被张紧到相对 较大的预紧张力。其结果是，仅需要使用简单的手动工具或气动装置使所述螺栓连接加载 至所需张力。此外，因为多定位螺栓张紧器以纯张力紧固螺柱，所以没有扭转变形。
[0028] 所述装置还可包含可移动地设置在所述张紧装置和所述桥构件之间的垫圈，如此 使得所述垫圈抵靠所述桥构件的封闭端。所述垫圈优选由硬化钢制成，并用于防止当张紧 器中螺钉被紧固时对所述桥构件封闭端表面的损坏。
[0029] 在使用中，本装置通过对每个螺钉施用扭力以张紧螺柱至所需预载荷。所述桥构 件优选地位于螺栓连接的顶部，并覆盖已接合螺柱（如螺母已螺旋至螺柱上）和紧固于螺 栓连接表面的锁定工具。所述硬化垫圈优选地位于所述桥构件和所述张紧装置（如多定位 螺栓张紧器）之间，所述张紧装置也被螺旋至螺柱上并在桥构件顶部靠着所述垫圈。
[0030] 当所述螺柱被放置在负载下时，发现它在它弹性限度内根据胡克定律弹性延伸或 伸展（即沿其长度方向经历弹性形变）。螺柱中所需预载荷可在张紧器中一定数目的螺钉 之间分担，这些螺钉上的单个负载的总合形成螺柱上的总负载。通过了解每个螺钉的单个 负载，于是一个简单的手动工具（例如转矩扳手）可被用于对每个螺钉施以所需要的扭力， 扭力设定可来自负荷值的确定表。
[0031] 为确保螺栓连接可靠张紧，帽螺钉优选地以细致的顺序紧固以避免任何帽螺钉的 非对称负载。因此，紧固帽螺钉的"星星"顺序是优选采用的，帽螺钉按优选相似星星图像 上点的一定顺序被紧固。例如，一个接着一个紧固直径上相对的帽螺钉，以便达到连接的对 称负载。
[0032] 初始加载之后，可以发现，由于螺柱已经延伸，螺母不再对螺栓连接的表面抵接。 事实上，实践中由于螺柱中的张力，在螺母和螺栓连接的表面之间实际上形成气隙。致动件 然后可以再插入螺母去优选地进一步紧固螺母以消除气隙，并使螺母能够往下抵靠螺栓连 接的表面。帽螺钉而后可完成附加的紧固，如必要时通过反复上述程序必要的次数，直到达 到螺柱中所需预载荷。
[0033] 一旦达到预载荷，螺钉然后可被释放而螺柱中张力（因为锁定工具的作用）保持 螺栓连接的压缩或负载。张紧器、桥构件和致动件然后可全部从螺栓连接中移除，留下锁定 工具在位置上保持连接在一起。
[0034] 因此，可移动组件然后可有利地重新用于紧固另一螺栓连接，而无需另一个张紧 器。唯一无法重新使用的组件是锁定工具，但是这不比替换另一个张紧器复杂（或昂贵）。 当然，如果不再有必要保持螺栓连接处于压缩，锁定工具可接着重新使用。
[0035] 锁定工具的使用不仅意味着节约成本，而且也允许螺栓连接的简单维护。因为如 果有必要释放连接压缩，只有一个组件需要松开（即不紧固），其自身能很快释放--相对 于传统张紧器的多个螺钉来说。因此，本发明与现有技术相比提供了显著优点，并且能最小 化维护和修理等的停机时间。
[0036] 根据本发明的第二方面，这里提供了一种张紧套件，所述张紧套件供一种类型的 张紧器使用，如多定位螺栓张紧器，所述套件包含：
[0037] 锁定工具，所述锁定工具在螺栓连接中接合螺柱；
[0038] 桥构件，所述桥构件布置至少部分包围所述锁定工具，并接收所述螺柱穿过其中， 所述桥构件在张紧器作用下可操作以转移张力至所述螺柱；
[0039] 致动件，所述致动件可操作以促动所述锁定工具穿过所述桥构件，并在螺柱中达 到所需预载荷时锁定所述锁定工具。
[0040] 所述套件最优选使用具有多个独立定位螺栓或螺钉之类的传统的螺母型多定位 螺栓张紧器。然而，可以理解的是，任何合适的张紧器可与本发明的套件一起使用。
[0041] 应当理解的是，没有有关本发明所描述的方面或实施例是互斥的，因此，一个方面 和/或实施例的特征和功能可以互换地或另外地使用在任意的但不限于其它实施例特征 和功能下。

【专利附图】

【附图说明】
[0042] 现在以样例的方式并参考附图详细描述本发明的实施例，其中：
[0043] 图1-示出了根据本发明特别优选实施例的张紧装置的侧剖视图；
[0044] 图2-示出了图1的实施例中使用的作为样例的张紧器的俯视图；
[0045] 图3-图1的装置的部分的顶视横截面图；
[0046] 图4-示出在螺柱张紧至所需预载荷之后图1的张紧装置的不可移动部分的侧视 横截面图。

【具体实施方式】
[0047] 参照图1，根据本发明示出了张紧装置10的一个特别优选实施例。应当知道的是， 图1所示的装置没有按比例绘制，因此此图仅意在说明性的目的，但是这可以代表任何样 例的螺栓连接。
[0048] 张紧装置10包含适于与螺柱14接合的锁定工具12、被布置成包围或覆盖锁定工 具14的可移动桥构件16和可操作以穿过桥构件16致动锁定工具14的可移动致动件18。
[0049] 此外，张紧装置10也包含可移动张紧工具20,在此例中为具有帽螺钉22的节圆直 径的螺母型多定位螺栓张紧器（尽管在图1中只示出两个帽螺钉）。
[0050] 如图1所示，张紧装置10被配置为在使用中抵靠样例螺栓连接24,样例螺栓连接 24具有各自邻接的法兰24a和24b。螺柱14穿过法兰24a，24b并终止在传统螺母26中。 螺栓连接24可为任何机械连接、联结件或机械装配件，其旨在被压紧至所需负载或张力。
[0051] 应当理解的是，尽管图1示出螺柱14和螺母26,这可被任何形式的机械紧固件替 代，如螺栓、有头紧固件或螺钉等。
[0052] 在示例所示中，锁定工具12为螺纹螺母，其与螺柱14的螺纹相互接合。如此，螺 母12可以简单地拧紧在螺柱14上直至它与法兰24a表面接合。
[0053] 螺母12具有圆形横截面，并包含多个穿过螺母本体的径向孔洞12a(如在图3中 最佳所示）。可以使用任何数量的孔洞，但是于此所讨论的示例中螺母12具有八个孔洞 12a〇
[0054] 每个孔洞12限定了穿过螺母12本体的圆形通道，因此所述通道具有与螺母纵轴 大致垂直的轴线。每个孔洞12a完全延伸通过螺母本体（如图1和3所示），但是也可选地 仅部分延伸通过本体（即在一端封闭--最接近螺母的内表面的那端）。
[0055] 孔洞12a的功能为接收可移动的致动件18,因为致动件18可释放地与孔洞12a接 合（如图1&3所示）以使得螺母12在螺柱14上能被转动（即拧紧），以便螺母可被紧固。 如此，当在螺柱14中达到所需预载荷时螺母12可被锁定（即充分紧固），这会在下面更详 细地讨论。
[0056] 可移动桥构件16在形式上为圆柱形（如管状形），并包含开口端16a和封闭端 16b。开口端16a的圆周"唇"充当为接合法兰24a表面的"表面"；而封闭端16b包括用于 接收螺柱14(如图1所示）的开口孔（如圆形孔）。换言之，桥构件16被放置于螺柱14之 上以便螺柱沿着桥构件的纵轴方向穿过。
[0057] 参照图1，当桥构件16被放置于螺柱14之上时，其覆盖螺母12。然而，桥构件16 包含孔或窗口 17,致动件18能从其穿过，可释放地与螺母12接合。孔17位于桥构件16的 侧壁，并表现为桥构件的切开部分的形式。
[0058] 如示例中所示，致动件18是以延长杆的形式，比如"撬棒"，由硬化钢制成。撬棒 18可因此通过桥构件16的孔17插入以与孔洞12a(如图1和图3所示）接合，使螺母12 能够被转动。撬棒18可随后被移除，并（再）插入到下一个已旋转朝向孔17的孔洞12a。 如此，通过撬棒18对螺母的反复施用，螺母12可被转动和紧固。
[0059] 再次参照图1，张紧装置10还包含可移动地安置在多定位螺栓张紧器20和桥构 件16之间的垫圈13,这样垫圈13邻接桥构件的封闭端16b。垫圈13由硬化刚制成，用来 防止当帽螺钉22在张紧器20中紧固时对桥构件16的封闭端表面的损害。
[0060] 使用多定位螺栓张紧器20是有利的，因为它允许这种类型张紧器的许多优点在 本申请中利用。因此，螺柱14通过对每个帽螺钉22仅施用相对较低的扭力就可使螺柱被 紧固到相对较大的预载荷。其结果是，仅需要使用简单的手动工具或气动装置使螺栓连接 加载至所需张力。这为安装者提供了安全，也因无需重型机械（如大型和/或高液压或电 力压缩机）而有益于环境，节约电力和开销。
[0061] 此外，因为多定位螺栓张紧器以纯张力紧固螺柱，所以没有扭转变形，消除了在直 接扭转方法中常发生的螺纹磨损的可能。
[0062] 参照图1至3在此对张紧装置10的示例操作进行讨论。使用中，装置10通过对 每个螺钉22施以扭力，张紧螺柱14至所需的预载荷。桥构件16位于螺栓连接的法兰24a 顶部并覆盖螺母12,其螺旋至螺柱14上并相对法兰24a的表面紧固。硬化垫圈13位于桥 构件16和多定位螺栓张紧器20之间，多定位螺栓张紧器20也螺旋至螺柱14上并抵靠桥 构件16的顶部上的垫圈13。当螺柱14被放置在负载下时，发现它在它的弹性限度内根据 胡克定律弹性延伸或伸展（即它沿其长度方向发生弹性形变）。螺柱14中所需的预载荷可 在张紧器20中一定数目的螺钉22之间分担，这些螺钉22上单个负载的总合形成螺柱14 上的总负载。通过了解每个螺钉22的单个负载，扭力设定可从建立的负载值表推导出来， 依照负载值表使用一个简单的手动工具（例如转矩扳手）可对每个螺钉22施以所需要的 扭力。
[0063] 在图2示例中，帽螺钉22为简单的六角螺母，它可被艾伦内六角扳手或类似工具 紧固。
[0064] 为确保螺栓连接可靠张紧，帽螺钉22以细致的顺序紧固以避免任何帽螺钉的非 对称负载。因此，紧固帽螺钉的"星星"或"天鹅"顺序是优选采用的，帽螺钉按优选类似星 星图像上点的一定顺序被紧固。例如，一个接着一个紧固直径上相对的帽螺钉，以便达到连 接的对称负载（比照图2)。
[0065] 初始加载之后，可以发现，由于螺柱14已经延伸，螺母12不再对法兰24a的表面 抵接。事实上，实践中由于螺柱14中的张力，在螺母12和法兰24a的表面之间实际上形成 气隙。撬棒18然后可以再插入螺母12去进一步紧固螺母以消除气隙，并使螺母能够往下 抵接法兰24a的表面。帽螺钉22而后可完成附加的紧固，如必要时通过反复上述程序必要 的次数，直到达到螺柱14中所需预载荷。
[0066] 一旦达到预载荷，螺钉22然后可被释放而螺柱14中张力（由于其内部弹性恢复 力）保持螺栓接合的压缩或负载，因为它实质上是向着螺母26拉着螺母12。如图4所示， 张紧器20、桥构件16和撬棒18然后可全部从螺栓连接中移除，留下螺母12在位置上保持 法兰24a和24b连接在一起。
[0067] 为了使用安全和寿命，本装置和套件的所有组件由高强度钢材制成，并每个组件 可被保护涂层覆盖以提高耐锈蚀能力。应当理解的是，为使用本装置无需特别培训，因此即 使半熟练的操作者或那些低工程经验者也能够实施本发明。
[0068] 此外，本装置可用于与负载指示装置结合，特别是在待审申请No.PCT/ GB2012/052114中公开的，由英国克拉克伍德工程（Clarkwood Engineering)公司制造的负 载指示垫圈。
[0069] 正如从上述各实施例理解的那样，本发明能够提供一种简单、易于安装/翻新改 造的、具有成本效益的解决方案以可靠地张紧机械连接至所需的预载荷。因此，尽管张紧 装置和套件特别适合于确保螺柱、螺栓、螺纹杆和轴等精确并一致地张紧，但将认识到本发 明的一个或多个原理可以扩展到其他的张紧应用中，尤其是因为本装置和套件的固有延展 性。
[0070] 上述实施例是仅作为示例的方式来描述。可以有许多变化而并不脱离本发明的范 畴。
【权利要求】
1. 一种用于张紧螺栓连接中的螺柱至所需预载荷的装置，所述装置包含： 锁定工具，所述锁定工具适于与所述螺柱接合； 可移动桥构件，所述可移动桥构件布置为至少部分包围所述锁定工具，并接收所述螺 柱穿过其中； 可移动致动件，所述可移动致动件可操作以促动所述锁定工具穿过所述桥构件；及 可移动张紧装置，所述可移动张紧装置被配置以施用张力于所述桥构件的承载面，以 便转移张力至所述螺柱； 其中当所述螺柱中达到所需预载荷时，所述致动件可操作以锁定所述锁定工具。
2. 如权利要求1中所述的装置，其中所述锁定工具为螺纹螺母。
3. 如权利要求1或2所述的装置，其中所述螺母包含至少一个穿过所述螺母本体的径 向孔洞。
4. 如权利要求3所述的装置，其中所述螺母包含多个径向孔洞。
5. 如前述权利要求中任一权利要求所述的装置，其中所述桥构件包含至少一个孔，所 述致动件通过所述至少一个孔，可释放地与所述锁定工具接合。
6. 如权利要求5所述的装置，当从属于权利要求3或4时，其中所述致动件包含延长 杆，所述延长杆适于接合至少一个所述径向孔洞。
7. 如前述权利要求中任一权利要求所述的装置，其中所述张紧装置包含支撑螺母或多 定位螺栓张紧器，所述多定位螺栓张紧器由多个定位螺栓或帽螺钉组成。
8. 如前述权利要求中任一权利要求所述的装置，还包含垫圈，所述垫圈可移动地设置 在所述张紧装置和所述桥构件之间。
9. 如前述权利要求中任一权利要求所述的装置，其中所述桥构件具有与所述螺栓连接 接合的第二表面。
10. 如前述权利要求中任一权利要求所述的装置，其中所述桥构件中所述张紧装置的 作用使所述螺柱沿着其长度方向引起弹性形变。
11. 一种用于与例如多定位螺栓张紧器类型的张紧器一起使用的张紧套件，所述套件 包含： 锁定工具，所述锁定工具用于接合螺栓连接中的螺柱； 桥构件，所述桥构件布置成至少部分包围所述锁定工具，并接收所述螺柱穿过其中，所 述桥构件在所述张紧器的作用下可操作以使转移张力至所述螺柱； 致动件，所述致动件可操作以促动所述锁定工具穿过所述桥构件，并当所述螺柱中达 到所需预载荷时锁定所述锁定工具。
【文档编号】B25B29/02GK104066555SQ201280066235
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2012年12月18日 优先权日:2011年12月20日
【发明者】斯坦·西尼 申请人:紧固件方案有限公司