具有磨损指示器的梯形螺纹结构和包括该梯形螺纹结构的高压连接件

摘要

本发明提供了一种具有磨损指示器的梯形螺纹结构和包括该梯形螺纹结构的高压连接件。该梯形螺纹结构包括：具有梯形横截面形状的螺纹，该螺纹包括顶表面、两个侧表面和低谷；以及在该顶表面和其中一个侧表面中的一个中形成的螺纹磨损指示器。该螺纹磨损指示器可以包括在该顶表面和其中一个侧表面中的一个中形成的V型通道，或者该螺纹磨损指示器可以包括一系列材料层，每个层具有与相邻材料层不同的物理特征。当该V型通道与该顶表面或该侧表面不可区分时，或者当第一层磨损足以显示第二层时，该螺纹磨损指示器指示过度或不安全的螺纹磨损。

权利要求

1.一种梯形螺纹结构，包括：

具有梯形横截面形状的螺纹，所述螺纹包括顶表面、两个侧表面和低谷；以及在所述顶表面和其中一个侧表面之中的一个中形成的螺纹磨损指示器。

2.如权利要求1所述的梯形螺纹结构，其中所述螺纹磨损指示器是V型通道。

3.如权利要求2所述的梯形螺纹结构，其中在其中一个侧表面中形成所述V型通道。

4.如权利要求3所述的梯形螺纹结构，其中所述V型通道基本上与在所述顶表面与一个侧表面的交叉处形成的顶边缘平行。

5.如权利要求3所述的梯形螺纹结构，其中所述V型通道从所述低谷放射状向外延伸。

6.如权利要求2所述的梯形螺纹结构，其中所述V型通道的深度在所述梯形螺纹结构的厚度或高度的5％到25％之间，优选地在10％到20％之间。

7.如权利要求1所述的梯形螺纹结构，其中所述侧表面彼此放射状地向外呈角度。

8.如权利要求7所述的梯形螺纹结构，其中所述侧表面呈15°到45°之间的角度，优选地在20°到40°之间，并且更优选地在25°到35°之间。

9.如权利要求1所述的梯形螺纹结构，其中所述螺纹磨损指示器是分层表面。

10.如权利要求9所述的梯形螺纹结构，其中所述螺纹磨损指示器包括三层。

11.如权利要求10所述的梯形螺纹结构，其中每个层具有不同的物理特征。

12.如权利要求11所述的梯形螺纹结构，其中所述物理特征是颜色。

13.如权利要求11所述的梯形螺纹结构，其中所述物理特征是纹理。

14.如权利要求11所述的梯形螺纹结构，其中所述物理特征是导电性。

15.一种螺纹连接，包括：

具有外螺纹结构的公部分；

具有内螺纹结构的母部分；以及

布置在所述外螺纹结构和所述内螺纹结构中的至少一个上的螺纹磨损指示器，所述螺纹磨损指示器提供过度螺纹磨损的可视指示。

16.如权利要求15所述的螺纹连接，其中所述外螺纹结构和所述内螺纹结构中的一个是梯形螺纹结构。

17.如权利要求15所述的螺纹连接，其中所述螺纹磨损指示器是V型通道。

18.如权利要求17所述的螺纹连接，其中所述V型通道放射状向外延伸。

19.如权利要求15所述的螺纹连接，其中所述螺纹磨损指示器是多介材料层。

20.如权利要求19所述的螺纹连接，其中所述多个层中的每个层具有不同的物理特征。

说明书

具有磨损指示器的梯形螺纹结构和包括该梯形螺纹结构的

高压连接件

技术领域

[0001] 本发明概括而言涉及梯形螺纹结构并且更具体而言涉及具有磨损指示器的梯形螺纹结构和包括该梯形螺纹结构的压力连接件。

背景技术

[0002] 螺纹连接通常用于将两个元件互相接合。例如，可以由螺纹连接接合螺母和螺栓。类似地，可以由螺纹连接接合两节管道。螺纹连接通常包括公部分和母部分。公部分包括形成在外表面上的螺纹，母部分包括形成在内表面上的螺纹。螺纹包括在任一侧上由凹进部分或低谷围绕的凸起部分或脊背。该凸起部分和凹进部分通常在形状上是螺旋状的。当连接时，公螺纹的凸起部分通常容纳在母螺纹的凹进部分中。通过相对彼此拧动或转动公部分和母部分，随着公部分和母部分彼此纵向前进，该凸起部分可以前进经过该凹进部分。

[0003] 螺纹自身可以采取多种不同的横截面形状。例如，普通的扣件(如螺母和螺栓)可以具有V型螺纹，其中凹进部分具有看起来像“V”的横截面形状而凸起部分具有看起来像倒“V”的横截面形状。虽然V型螺纹可以可靠地将公部分紧固到母部分，但是V型将材料应力集中在尖锐的边缘处，这可能导致故障。此外，V型意味着该凸起部分的被最深地容纳在该凹进部分的部分也是该螺纹的最薄的或者最脆弱的部分，这也可能导致故障。另外，该凸起部分的尖峰更容易被碰撞损坏，这可能显著地毁坏该凸起部分的尖端，足以使其不能容纳在该凹进部分中。

[0004] 另一种类型的螺纹是正方形螺纹。这些螺纹具有正方形横截面。正方形螺纹通常比V型螺纹更强，因为该凸起部分靠近末端的横截面更厚。虽然正方形螺纹比V型螺纹更强，但是正方形螺纹更难以制造并且具有相对短的寿命。

[0005] 梯形螺纹是对于正方形螺纹的改进。梯形螺纹具有梯形横截面。梯形螺纹具有高的强度，通常易于制造，并且可以补偿磨损，这使得寿命更长。梯形螺纹通常用在传力螺钉上或者需要强的并且准确的连接的其他应用上。

[0006] 一种类型的梯形螺纹被称为英制梯形(Acme)螺纹。英制梯形螺纹包括29°的螺纹角度和螺距(pitch)一半的螺纹高度。英制梯形螺纹的脊背和低谷相对平坦，这使得制造该螺纹更容易。该螺纹还具有更宽的底部，这增加了连接的强度。英制梯形螺纹还允许使用对开螺母，这可以补偿一些螺纹磨损。由于更厚的底部和更宽的通道，所以英制梯形螺纹在螺纹之间可能落入污染物，如灰尘的环境中也工作良好。通常在软管末端连接、进油阀、阀杆和需要快速连接和断开和/或可能遇到较大的力的其他普通位置上存在英制梯形螺纹。这些螺纹相对持久耐用，但是如同任意其他类型的螺纹接合一样，它易受到磨损。

[0007] 任意类型的螺纹在使用期间易受到磨损。磨损的螺纹可能显著地降低螺纹连接的强度。由于螺纹连接的本性，通常难以或者不可能检测磨损。结果，过度磨损的螺纹可能直到出故障才被检测到。

发明内容

[0008] 根据本发明的一个示例性方面，一种梯形螺纹结构包括：具有梯形横截面形状的螺纹，该螺纹包括顶表面、两个侧表面和低谷；以及在该顶表面和其中一个侧表面之中的一个中形成的螺纹磨损指示器。

[0009] 根据本发明的另一个示例性方面，一种螺纹连接包括具有外螺纹结构的公部分、具有内螺纹结构的母部分以及布置在该外螺纹结构和该内螺纹结构中的至少一个上的螺纹磨损指示器，该螺纹磨损指示器提供过度螺纹磨损的可视指示。

[0010] 进一步根据前文的方面的任意一个或多个，一种梯形螺纹结构(或螺纹连接)可以进一步包括一个或多个以下优选结构。

[0011] 在一些优选结构中，该梯形螺纹结构或该螺纹连接可以包括在该顶表面和其中一个侧表面中的一个中形成的V型通道，当该V型通道与该顶表面或该侧表面不可区分时，该螺纹磨损指示器指示过度或不安全的螺纹磨损。在其他优选结构中，该V型通道可以基本上与该螺纹结构的顶边缘或该螺纹结构的侧表面平行。在其他优选结构中，该V型通道可以从该螺纹结构中的低谷放射状地向外延伸。在其他优选结构中，该V型通道的深度在该螺纹结构的厚度或高度的5％到25％之间，优选地在10％到20％之间。在其他优选结构中，该螺纹结构可以具有彼此放射状地向外呈角度的侧表面。在其他优选结构中，该侧表面可以呈在15°到45°之间的角度，优选地在20°到40°之间，更优选地在25°到35°之间。在其他优选结构中，螺纹磨损指示器可以包括一系列材料层，每个层具有与相邻材料层不同的物理特征，当第一层磨损足以显示第二层时该螺纹磨损指示器指示过度或不安全的螺纹磨损。在其他优选实施方式中，该物理特征是颜色、纹理和导电性中的至少一个。

附图说明

[0012] 图1是公部分和母部分之间的螺纹连接的透视图；

[0013] 图2是图1的螺纹连接的横截面图；

[0014] 图3是图1的螺纹连接的闭合横截面图，其中公部分与母部分接合；

[0015] 图4是图1的螺纹连接中的螺纹的截面的闭合横截面图；

[0016] 图5是包括螺纹磨损指示器的公螺纹的闭合横截面图；

[0017] 图6是包括螺纹磨损指示器的母螺纹的闭合横截面图；

[0018] 图7-9是包括螺纹磨损指示器的另一个实施方式的螺纹的闭合横截面图；以及[0019] 图10是包括螺纹磨损指示器的又一个实施方式的螺纹的平面图。

具体实施方式

[0020] 本文描述了多种类型的包括螺纹磨损指示器的梯形螺纹。然而，在其他实施方式中，本文所描述的螺纹磨损指示器可以应用于其他螺纹连接，如正方形和V型螺纹。

[0021] 螺纹连接中的螺纹磨损可能是重要的安全问题。过度使用、滥用以及缺乏足够的检查和检查技术已经导致这样一种事故，梯形螺纹轮廓(例如英制梯形螺纹轮廓)的过早磨损已经导致不期望的配件分离，该配件分离导致事故、财产损坏和死亡。梯形螺纹在用于燃料传递的液化丙烷(LP)气体工业中相当普通并且最近正处于详细审查中。为了降低故障的可能性，一些精炼厂需要燃料传递耦合件使用由该精炼厂周期性地检查的精炼厂软管。然而，检查方法通常受制于自然条件，依赖于检查员的经验和视觉敏锐度来确定螺纹连接是否磨损。当前不存在用于客观地测量螺纹磨损的过程或产品。

[0022] 本发明人发现可以向梯形螺纹结构增加螺纹磨损指示器，以允许检查员通过将螺纹侧翼和/或螺纹顶峰(即顶点或脊背)上的物理凹槽与该螺纹的其他部分进行比较，来客观地确定螺纹磨损。在其他实施方式中，可以将螺纹镀层到某个厚度，使得一旦被侵蚀就能够可视地指示过度螺纹磨损。

[0023] 现在转到图1，其示出了螺纹连接10。螺纹连接10包括公部分12和母部分14。公部分12包括外螺纹部分16，母部分14包括内螺纹部分18。当连接公部分12和母部分
14时，外螺纹部分16与内螺纹部分18接合以将公部分12紧固到母部分14。

[0024] 如图2中所示，外螺纹部分16包括一系列螺纹20，螺纹20包括外顶点或脊背22和外凹进部分或低谷24。内螺纹部分18类似地包括一系列螺纹26，螺纹26包括内顶点或脊背28和内凹进部分或低谷30。当连接时，外脊背22容纳在内低谷30中。类似地，当连接时，内脊背28容纳在外低谷24中，这使得公部分12和母部分14彼此紧固，如图3中所示。

[0025] 外脊背22和内脊背28具有梯形形状。在如图4中所示的一个实施方式中，当公部分12和母部分14连接时，脊背22、28可以容纳在低谷24、30的两个侧表面32、34之间。侧表面32、34可以沿径向方向彼此远离(即远离低谷24、30)角度A。在图4的实施方式中，角度A可以近似29°。在其他实施方式中，角度A可以近似30°。在其他实施方式中，角度A可以优选地处于在大约15°到大约45°之间，更优选地在大约20°到大约40°之间，并且甚至更优选地在大约25°到大约35°之间的范围中。螺纹可以具有纵向地测量并且囊括一个完整的波形(即一个侧表面32，一个低谷24、30，一个脊背22、28以及另一侧表面34)的厚度T。当在横截面中观察时，厚度T大致类似于螺纹结构的波形周期。呈角度的侧表面32、34导致螺纹结构的底部40在纵向中比螺纹结构的顶表面42更宽。

[0026] 图5和图6示出了包括螺纹磨损指示器50的梯形螺纹的一个实施方式。在图5中示出了公梯形螺纹并且在图6中示出了母梯形螺纹。螺纹磨损指示器50可以沿顶表面42或沿螺纹的侧表面32、34放置。在图5的实施方式中，螺纹磨损指示器包括V型通道52，V型通道52具有第一侧面54和第二侧面56。第一侧面54和第二侧面56在交叉58处相接。交叉58位于离开顶表面42或侧表面32、34的深度或距离d处。距离d被设置为对应于给定用途可容忍的螺纹磨损的最大量。例如，距离d可以对应于螺纹的总厚度或高度h的5％到25％之间，该高度可以是从底部40到顶表面42测量的。距离d也可以对应于螺纹的宽度w的5％到25％之间，该宽度可以是在螺纹磨损指示器50的位置处从侧表面32、34到螺纹的中心测量的。优选地，距离d可以分别对应于高度h或宽度w的10％到20％之间。在其他实施方式中，螺纹磨损指示器50可以具有其他横截面形状，如U型、半圆形、正方形或实质上从侧表面或顶表面向内延伸到形成螺纹的材料中的任意其他的形状。

[0027] 在图5和图6的实施方式中，将螺纹磨损指示器50示为在磨损通常发生于的、螺纹的顶表面42上和前侧面或侧表面32上的螺旋槽。该螺旋槽通常与顶边缘59平行，顶边缘59形成在顶表面42与一个侧壁32、34的交叉处。当任意一个螺纹磨损指示器50变得与在其上形成螺纹磨损指示器50的表面(例如顶表面42或侧表面32、34)不可区分时，可以指示不可接受的磨损状况。换句话说，当螺纹磨损指示器50变得不可区分(例如表面看起来是平的，如同螺纹磨损指示器50已经消失或者变得几乎不能察觉)时，过度磨损已经发生并且该螺纹连接的使用不再安全。

[0028] 图7-9示出了螺纹磨损指示器的另一个实施方式。在图7-9的实施方式中，可以镀上用于形成螺纹的材料以形成多个层。更具体地，该材料可以包括第一层60、第二层70以及在一些实施方式中还包括第三层80(图7)。如果希望还可以增加更多层。在一些实施方式中可能仅需要两个层(图8和图9)。层60、70、80一般可以被形成为与顶表面42平行(图7)，与侧表面32、34平行(图8)或与顶表面42和侧表面32、34都平行(图9)。可以由一些物理特征将层60、70、80彼此区分。例如，层60、70、80可以具有不同的颜色或纹理。随着上层磨损，内层将逐渐变得暴露，这将通过该内层的不同的物理特征来显示。当足够多的内层被暴露时，该螺纹连接被视为不安全。图7-9的螺纹磨损指示器的附加优点在于具有最多磨损的位置将首先被暴露并且容易被识别。例如，仅被暴露有限的面积的内层可以指示其他问题，如在螺纹连接中应力或负载分布不均匀。结果，所公开的螺纹磨损指示器可以有助于对有问题的螺纹连接进行问题发现解决和错误分析。

[0029] 多种镀层技术可以用来形成图7-9中所示的螺纹磨损指示器。例如，绿色镀层可以形成最外层，黄色镀层形成中间层以指示警告，并且最终红色内层指示过度磨损和不安全条件。该配置允许用户有时间替换该配件或判断该配件是否被滥用。在其他实施方式中，可以将导电性或导电性缺乏结合到配件镀层中，其中当过度磨损发生时将产生或中断信号。

[0030] 图10示出了螺纹磨损指示器的另一个实施方式。在图10的实施方式中，在螺纹的侧表面32、34中形成螺纹磨损指示器。该螺纹磨损指示器从低谷24、30朝向顶表面42放射状地延伸。随着侧表面32、34磨损，最终螺纹磨损指示器50将变得与侧表面32、34不可区分，如图5和图6的实施方式中那样。然而，随着顶表面42磨损，螺纹磨损指示器50将变得越来越大。可以由螺纹磨损指示器超过某个测量值来定义顶表面42中的过度磨损。在其他实施方式中，螺纹磨损指示器50可以隔开一个距离，该距离使得当达到最大磨损时一个螺纹磨损指示器50合并到相邻的螺纹磨损指示器50。

[0031] 本文所述的螺纹磨损指示器提供了一种用于在故障之前检测过度螺纹磨损的方式。所公开的螺纹磨损指示器还助于磨损螺纹的及时替换。其他益处包括发现并解决有问题的螺纹连接。

[0032] 虽然已经根据本文公开的教导描述了特定梯形螺纹结构和具有梯形螺纹结构的高压连接件，但是本发明的范围不限于此。相反，权利要求覆盖清楚地落入可允许的等同形式的范围中的本文公开的教导的全部实施方式。