專利名稱：可在壁開口內膨脹的管狀金屬配件及其安裝方法
技術
背景技術：
領域本發明涉及一種安放在壁開口內的配件，它可被膨脹以使其被固定到壁開口周圍的壁材料上，本發明還涉及包括所述配件的裝置，配件的安裝方法以及制作該裝置的方法。
背景技術：
有時需要使導管(如流體導管、電導管)穿過壁，例如飛機的艙壁。有必要使導管與壁穩固連接，且有時在導管和壁之間進行密封以防泄漏。本發明的一個目的就是提供一種簡單但有效的導管裝置，其包括安裝在壁中的單個開口中的配件以及在壁的一側或兩側上連接到該配件的導管段，而從導管或在導管與壁之間無泄漏。
1992年3月17日授權給Michael A.Landry，Roger T.Bolstad，Charles M.Copple，Darryle Quincey，Eric T.Easterbrook，Leonard F.Reid和Louis A.Champoux的美國專利No.5,096,349公開了一種裝置，其中，導管穿過壁或艙壁并與連接在壁上的配件相連。該專利所公開的系統包括一個具有管狀桿和頭的配件，其管狀桿安裝在壁開口內，以及其頭位于桿的末端并與壁接觸。管狀桿被膨脹至開口內。導管穿過配件內的中心開口并與配件的頭連接。該裝置的一個優點是在壁上僅需一個開口。本發明的目的是利用該優點以及將此特點與其它可得到一個改進的裝置的特征相結合。
發明內容
本發明包括提供一種管狀金屬配件，其可插入到壁開口內且可在開口內膨脹以使其與壁連接。該配件包括一個環狀部分，其寬度大體與壁厚度相等，其外直徑緊密配合在壁開口中，且其內直徑與外直徑由半徑維數(radius dimension)而分開。該配件包括至少一個從壁及環狀部分向外軸向凸出的延伸端部。該端部的內直徑比環狀部分的內直徑大。該端部具有與環狀部分軸向向外間隔的外端。環狀部分由金屬制成，當環狀部分置于壁開口內時該金屬可徑向膨脹。環狀部分被膨脹足以使環狀部分的外直徑與壁開口之間形成緊密過盈配合的量。該膨脹的量足以使管狀配件連接到壁。
在優選形式中，該配件具有第一端部和第二端部，第一端部從壁的一側軸向向外延伸，而第二端部則從壁的相反一側或第二側軸向向外延伸。該配件的端部適用于連接到導管段的端部上。第一導管段在壁的第一側并連接到配件的第一端部。第二導管段在壁的第二側或相反側并連接到配件的第二端部。
在一個優選實施例中，配件的端部包括徑向向外開口的周向凹槽，所述凹槽與壁和配件的環狀部分軸向向外間隔。在每個周向凹槽內安放一個環狀密封(如O形密封圈)。導管段滑動到配件的端部上且密封圈與導管段的內表面接觸。該配件可適用于容納電力導管。
依據本發明的方法方面，一個膨脹工具軸向移動穿過配件內部。該膨脹工具對配件的環狀部分施加一個徑向向外的力，使其膨脹并保持膨脹的狀態以使得其與壁開口中的側壁之間產生緊密的過盈配合。這種配合的作用是使配件緊固到壁上，同時在配件與開口的側壁之間提供一種流體致密密封。配件環狀部分的內直徑比配件管狀端部的內直徑明顯要小。膨脹工具穿過配件環狀部分的運動使配件環狀部分的內直徑增大，但決不會使其增大到配件的端部的內直徑被膨脹加工所膨脹的程度。這樣，就可以使配件端部的尺寸合適以保持導管段與它們的適當連接，且配件端部的這種尺寸不會受到用于將配件連接到壁的膨脹的干擾。
通過下述的最佳形式描述、附圖、權利要求以及通過體現于圖示和描述的特定結構的原理，可以顯而易見得出本發明的其它目的，優點和特征。
在圖中，整個圖中類似的附圖標記代表類似的部件，且圖1是在壁內開口中的現有技術的配件的軸向截面圖，示出一個穿過配件的導管以及將導管與該配件連接的連接件；圖2是類似圖1的又一個現有技術配件的截面圖，示出另一種類型將導管與配件連接的連接件；圖3是穿過一個工件一部分所取的縱剖面圖，示出本發明的一個實施例，該實施例可固定在所述工件的開口中，該縱剖面圖示出所述配件與工件內的開口軸向間隔；圖4是類似圖3的視圖，但示出的是所述配件內部的芯子以及穿過工件內開口的芯子的底端；圖5是類似圖4的視圖，但進一步示出的是放置在工件的開口內的所述配件，以及一個包圍所述配件和芯子的拔出裝置的機頭件部分，其外端靠著所述工件放置；圖6是類似圖3的視圖，但示出的是放置在工件的開口內的所述配件；圖7是類似圖6的視圖，示出的是與所述配件相反的端部軸向向外間隔放置的兩個導管的端部；圖8是類似圖7的視圖，但示出的是周向凹槽內的O形密封圈和使所述配件的端部夾緊到相鄰導管段的端部的夾緊結構；圖9是類似圖6的視圖，但示出的是所述配件端部的一個改進結構；圖10是類似圖9的視圖，但示出的是所述配件的一個改進結構；圖11是類似圖6、圖9、圖10的視圖，但示出的是所述配件的另一個改進的結構；且圖12是類似圖6、圖9～圖11的視圖，但示出的是所述配件的又一個結構。
現有技術的裝置附圖中的圖1和圖2與前述美國專利No.5,096,349中的圖30和圖31是基本相同的。圖1示出一個在壁14的開口12內的套管10。套管10通過美國專利No.5,096,349中已詳細描述的徑向膨脹方式安裝。套管10包括一個擴大的頭16，其肩18靠著壁表面20并在該處直接圍繞開口12。在頭16的外周22有螺紋。這些螺紋可接收止動螺母24的內部螺紋。圖1中，示出了止動螺母，其與一定長度管道26一同使用，而管道26裝在所述套管的中心開口28內。螺母24上的徑向壁部分30支承在形成于管道26上的徑向凸緣32上。
圖2顯示了一個類似裝置。然而，在這個裝置中，頭34包括許多有內螺紋的軸向開口36。所示的夾緊墊圈38置靠著管道26上的徑向凸緣32。夾緊墊圈38內設置了開口40。這些開口40的數量及間隔與螺紋開口36的相同。螺釘緊固件42被穿過開口40并被擰入開口36，以將夾緊墊圈38緊固到頭34上。
另一個現有技術實施例包括徑向穿過頭16的螺紋開口。這些開口接納從帽24的側壁徑向向內延伸的定位螺釘。這些定位螺釘和開口被用于代替圖1所示的螺紋22。
本發明的詳細描述圖3-5示出一個壁或艙壁50，其包括第一側52、第二側54以及在兩側52、54之間穿過壁50的軸向開口56。圖3中，示出標記為58的本發明的第一配件實施例，其與開口56軸向隔開。圖6示出配件58安裝在開口56內部并被緊固到壁50上。圖7是類似圖6的視圖，但進一步包括第一導管和第二導管60，62的端部。第一導管60在壁50的第一側。第二導管62在壁50的相反側或第二側。
在優選形式中，配件58包括軸向安放在第一端部和第二端部66，68之間的環狀部分64。環狀部分64包括第一端70和第二端72。徑向凸緣75緊鄰于環狀部分64第二端72從配件58上徑向向外延伸。環狀部分64包括外直徑74和內直徑76。端部66、68分別包括基本相等的內直徑78，80，但該內直徑78，80比環狀部分64的內直徑76要大。
由圖4和圖5所示，配件58被插入到開口58中，其第一端部66最先被插入。第一端部66與開口56對齊，然后第一端部66朝開口56運動并穿過開口56。最終，環狀部分64的第一端70進入并穿過開口56。
環狀部分64外直徑74的尺寸使得其緊密配合在開口56內。配件58軸向移動直至凸緣75與壁表面54接觸。圖5和圖6中顯示了靠于壁表面54上的凸緣75的位置。當凸緣75靠于表面54上時，環狀部分64在開口56內。端部66從包括表面52的側壁50上的環狀部分64軸向向外凸出。端部68從包括表面54的壁50一側上的環狀部分64軸向向外凸出。一個分離式(split)套筒和芯子或單是一個芯子，以下文敘述的方式，軸向穿過配件58以在開口56內將環狀部分64撐大。當僅使用芯子時，芯子可以是整體芯子，也可以是分離式的芯子。當使用分離式套筒時，分離式套筒與環狀部分64的內表面76接觸。當僅使用芯子時(整體式或分離式)，芯子的外表面與內表面76接觸。芯子穿過分離式套筒的軸向運動，或單是芯子的軸向運動，使得環狀部分64徑向膨脹，從而導致環狀部分64的內直徑和外直徑增大，并與開口56的壁形成緊密過盈配合。這種膨脹足以將環狀部分64緊固在開口56內，以及將配件58緊固于壁50上。優選的，所施加的膨脹量足以冷作圍繞于開口56的壁50中的材料，以使材料疲勞強化。環狀部分64的膨脹將同時增大其內直徑和外直徑。然而，其內直徑決不會膨脹到這樣的程度，即配件58的端部66，68的內表面78，80被膨脹加工所膨脹。即，僅有配件58的環狀部分64及其連接到端部的那部分被徑向膨脹。端部66，68的尺寸被加工到適于執行連接件功能的大小，且其原始尺寸不會由于穿過配件58進行膨脹加工的運動而發生有損所述功能的改變。
1993年9月21日授權給Michael A.Landy，Roger T.Bolstad，Charles A.Copple，Darryl E.Quincey，Eric T.Easterbrook，Leonard F.Reid和Louis A.Champoux的美國專利No.5,245,743公開了在壁開口內安裝一個配件時使用分離式套筒和芯子。該專利同時公開了整體芯子(圖22和圖23)和分離式芯子(第八欄，第51-第55行)的使用。1987年5月19日授權給Franciscus Hogenhout，并轉讓給WestCoast Industries，Inc的美國專利No.4,665,732對于僅采用芯子且使用分離式芯子的方法進行了公開。這些專利所有的公開內容在此結合作為參照。
圖4和圖5顯示一個位于配件內的芯子M。芯子M包括一個底端82，一個錐形鼻部分84，一個最大直徑區86，一個縮徑部分88以及一個過渡段90。在過渡段90，其直徑從縮徑部分88的直徑增大到最大直徑86。由圖4和圖5所示，芯子的小直徑部分88的尺寸被加工到適合并可穿過配件58內的中心開口。在縮徑區88，環狀部分64的內直徑76比芯子的直徑稍大。
以圖4和圖5所示的方式，將芯子M移入配件58內。然后，將芯子M的底端82緊固于拔出裝置內的可移動部件上。拔出裝置包括一個機頭件(nose piece)92(圖5)，該機頭件有一個適用于與工件50接觸的末端94。拔出裝置未在圖中示出，但它與1993年6月15日授權給Richard Z.Jarzebowicz，Joy S.Ransom，Eric T.Easterbrook，Charles M.Copple和Leonard F.Reid的美國專利No.5,218,854中公開的拔出裝置類似。由該專利所公開的可知，芯子M的底端82適用于與一個軸向可移動的推-拉部件的外端部相連接，該推-拉部件是液壓驅動向前向后移動的。
參照圖5，機頭件92包括一個有中心開口98的后端部96。中心開口98的尺寸被加工成可容納芯子M的最大直徑區86。操作拔出裝置(未示出)以拉拔芯子M的底端82，以拉動芯子M穿過配件58。開始，芯子的部分88可自由的穿過配件58的內部。這種情況直到過渡段90接近環狀部分64的內直徑76為止。過渡段90在穿過環狀部分64時逐漸的對環狀部分64施加一個徑向向外的力。該徑向力使環狀部分64的直徑增大，并使其外表面74靠在開口56的內表面上。環狀部分64對直接包圍開口56的壁50的材料施加一個徑向向外的力。通過芯子M，環狀部分64被膨脹足以使環狀部分64塑性膨脹的量，這使得表面74和開口56的壁之間緊密過盈配合。優選的，膨脹的程度足夠大以使直接包圍開口56的壁材料50塑性膨脹。造成過盈配合的初次膨脹將配件58緊固于開口56內。包圍開口56的壁材料的附加膨脹使得壁材料疲勞增強。當將芯子M從配件58拔出時，過渡段90與環狀部分64的內表面76的接觸所產生的摩擦力將凸緣75緊緊拉靠在壁54上。移動的芯子M還可對機頭件92產生一個反作用力，使末端表面94在與凸緣75相反的一側52靠緊壁50。
徑向凸緣75并非必需部件。機頭件96包括一個徑向表面97。如果省略凸緣75，該表面97即可延展到與配件58的端面99接觸的位置。這種接觸可防止在將芯子M從配件58拔出時配件58發生軸向運動。
當過渡段90和最大直徑區86穿過環狀部分64的內直徑76時，芯子的部分88穿過開口98。拉拔芯子M直至最大直徑部分86通過開口76。此時，可將拔出器/芯子組件從壁50拔離，而配件58安裝在壁內，如圖6所示。在芯子M從配件58穿過的運動過程中，芯子M過渡段和最大直徑區90，86任何時候都不會使配件58的端部66，68的內表面78，80膨脹實質的量。僅有與芯子部分90，86接觸的環狀部分64被膨脹實質的量。除了與環狀部分64銜接的部分，端部66，68的內直徑和外直徑的尺寸或形狀不會改變。因此，可對它們進行合理設計以實現如下功能將配件58與壁50兩側的導管段60，62相連接。
如圖3-8所示，端部66，68包括徑向向外開口的周向凹槽或溝槽91，93，周向凹槽或溝槽91，93與環狀部分64軸向向外隔開。導管段60，62同樣包括徑向向外開口的周向凹槽或溝槽100，102。溝槽91，93，100，102均被構造成可接納O形密封圈104，如圖8所示。設置恰當的夾緊結構106，108以將配件的端部與導管段的端部相連接。通過典型但非限定性的例子，這種連接方式類似于1981年2月10日授權給George A.Mahoff并轉讓給Hydro-Flow Supply，Inc.的美國專利No.4,249,786中公開的連接方式。詳細情況見該專利的圖4。由于專利No.4,249,786已將該連接方式及及其部件充分公開，在此就不再詳細復述其內容了。但是，專利No.4,249,786的內容在此被結合作為具體參照。
圖9-12顯示了壁配件的改進結構。配件110(圖9)顯示了一個與圖3-8所示結構非常相似的結構。不同的是，將徑向向外的周向凹槽替換成適用于接納和連接位于導管段末端的不同類型的部件(未示出)的徑向向內的周向凹槽112，114。
圖10顯示了一配件116，其包括一個位于壁開口56內的環狀部分118以及單端部120。端部120包括徑向凸緣122和螺紋端部124。該螺紋可與圖1所示的端部16上的螺紋相似。在該實施例中，類似其它實施例，基于前述的與其它實施例相同的原因，環狀部分118的內直徑比環狀部分的外直徑小。
圖11顯示的配件126有兩個端部128，130，這兩個端部從環狀部分64軸向向外延伸。端部128，130顯示了一種徑向向外開口的周向環132，134的結構改進形式。
圖12顯示一個環狀部分64以及兩個端部136，138。在該實施例中，基于前述的原因，環狀部分64的內直徑比端部136，138的內直徑小。在該實施例中，端部136，138帶有外螺紋140，142以用于將它們連接于導管段。凸緣75外部可呈六邊形狀，即，象六角螺母。這使得當把配件擰到端螺紋140，142上時，可用扳手將凸緣75夾住。
所述實施例僅是本發明的幾個例子，因此并非是限定性的。應了解，在未脫離本發明的精髓和范圍的情況下，可對本發明的特定結構，材料和特征進行改進。因此，申請人的本意是其專利權并不局限在本文已示出和敘述的具體實施例上，而是由以下的權利要求決定，這些權利要求是依據已接受的專利權利要求解釋的原則來解釋，包括運用等同物原則和部件變換原則。
權利要求
1.一種可由工件內開口接納的管狀配件，包括具有外圓周和內圓周的環狀部分，其外圓周由工件內的開口緊密接納；至少一個第一連接部件，其至少具有一個最小內圓周，一個外套以及一個端部，該連接部件從所述環狀部分軸向延伸，其最小內圓周比所述環狀部分的內圓周要大，其外套的尺寸可使其移動穿過工件內開口，并且其端部被構造成可使其與其它裝置相接合；且所述環狀部分可徑向膨脹，膨脹的量足以使環狀部分的外圓周與工件內的開口之間建立牢靠的過盈配合。
2.如權利要求1中所述的管狀配件，其特征在于，所述環狀部分包括徑向凸緣，當環狀部分的外圓周在工件內開口內時，該徑向凸緣與工件相鄰。
3.如權利要求1中所述的管狀配件，包括鄰近于所述連接部件端部的徑向開口的周向凹槽。
4.如權利要求1中所述的管狀配件，包括從所述環狀部分軸向凸出的第二連接部件，該第二連接部件被置于工件上第一連接部件的相反側。
5.如權利要求4中所述的管狀配件，其特征在于，每個連接部件都具有徑向開口的周向凹槽。
6.一種牢固地導引導管穿過工件開口的配件，該配件包括具有外圓周和內圓周的環狀部分，其外圓周可由工件內的開口緊密接納，其內圓周的加工尺寸可使其接納導管段，環狀部分可徑向膨脹，膨脹的量足以使環狀部分的外圓周與工件內開口之間建立牢固的過盈配合；且至少一個連接部件，其至少具有一個最小內圓周，一個外套以及一個端部，該連接部件從環狀部分軸向延伸，其最小內圓周比環狀部分的內圓周要大，其外套的加工尺寸可使其穿過工件內開口，其端部設置為可使其與至少一個其它裝置相連接。
7.依據權利要求16中所述的配件，其特征在于，所述另一裝置是與所述連接部件端部連接的帽。
8.依據權利要求16中所述的配件，其特征在于，所述另一裝置是與所述連接部件端部連接的一段導管。
9.一種用以橋接工件內的開口的配件組件，該組件包括外直徑可適于使其被緊密接納在所述工件內開口中的襯套，該襯套具有一個內通道以使流體流過，從而流過工件內的開口；該襯套具有足夠的延展性，使其可徑向且塑性膨脹以與工件形成過盈配合；且至少一個連接部件，其具有第一端，第二端以及可使襯套流通流體的內通道，連接部件從所述襯套上軸向延伸，連接部件的第一端的位置緊鄰所述襯套，連接部件的第二端可被操作以與至少一段導管相連接。
10.一種用于導引導管穿過工件內開口的方法，該方法包括將配件的第一部分插入到所述工件內的開口中，該配件的第一部分具有一個尺寸足可被開口容納的外套，該配件還具有一個置于所述工件內的開口中的環狀部分，該環狀部分與配件的第一部分在第一部分從環狀部分軸向延伸的位置相連接，該環狀部分具有一個外圓周，其加工尺寸使其可緊密配合在所述工件內的開口中；將一個芯子插入并穿過置于工件內的配件，配件的環狀部分具有一個內圓周，該內圓周的尺寸適于可通過芯子的增大圓周部分而被徑向膨脹，配件的第一部分具有一個內圓周，其尺寸比所述芯子的增大圓周部分稍大；且在芯子被驅使穿過所述環狀部分的內圓周時，使配件的環狀部分在徑向向外的方向膨脹。
11.如權利要求20中所述的方法，還包括對緊鄰于所述配件的環狀部分的外圓周的工件內材料的冷作。
12.依據權利要求20中所述的方法，還包括將第二裝置與配件的第一部分連接，該第二裝置附在導管上，這樣，當所述第二裝置被連上時，導管被導引穿過緊固的配件。
全文摘要
將一個配件插入到一個壁內的開口中。該配件包括一個環狀部分，配件在環狀部分處延伸穿過開口。該配件還包括一個或兩個從所述環狀部分軸向向外延伸的端部。所述環狀部分的內直徑比一個或兩個端部的內直徑小。所述配件置于壁開口內。然后，將一個膨脹工具穿過配件的內部，以膨脹所述環狀部分。所述環狀部分被膨脹到與所述開口緊密配合的程度。而且，該膨脹程度可使包圍開口的壁材料冷作。所述膨脹加工僅使環狀部分膨脹，而不會對端部施加一個實質性的膨脹力。
文檔編號B64C1/00GK1846092SQ200480025603
公開日2006年10月11日 申請日期2004年7月27日 優先權日2003年7月31日
發明者湯姆·G·波斯特, 迪安·C·馬登, 馬克·R·韋斯 申請人:疲勞技術公司