可在壁开口内膨胀的管状金属配件及其安装方法

摘要

将一个配件插入到一个壁内的开口中。该配件包括一个环状部分，配件在环状部分处延伸穿过开口。该配件还包括一个或两个从所述环状部分轴向向外延伸的端部。所述环状部分的内直径比一个或两个端部的内直径小。所述配件置于壁开口内。然后，将一个膨胀工具穿过配件的内部，以膨胀所述环状部分。所述环状部分被膨胀到与所述开口紧密配合的程度。而且，该膨胀程度可使包围开口的壁材料冷作。所述膨胀加工仅使环状部分膨胀，而不会对端部施加一个实质性的膨胀力。

说明书

技术背景

技术领域

本发明涉及一种安放在壁开口内的配件，它可被膨胀以使其被固定到壁开口周围的壁材料上，本发明还涉及包括所述配件的装置，配件的安装方法以及制作该装置的方法。

背景技术

有时需要使导管(如流体导管、电导管)穿过壁，例如飞机的舱壁。有必要使导管与壁稳固连接，且有时在导管和壁之间进行密封以防泄漏。本发明的一个目的就是提供一种简单但有效的导管装置，其包括安装在壁中的单个开口中的配件以及在壁的一侧或两侧上连接到该配件的导管段，而从导管或在导管与壁之间无泄漏。

1992年3月17日授权给Michael A.Landry，Roger T.Bolstad，Charles M.Copple，Darryle Quincey，Eric T.Easterbrook，Leonard F.Reid和Louis A.Champoux的美国专利No.5,096,349公开了一种装置，其中，导管穿过壁或舱壁并与连接在壁上的配件相连。该专利所公开的系统包括一个具有管状杆和头的配件，其管状杆安装在壁开口内，以及其头位于杆的末端并与壁接触。管状杆被膨胀至开口内。导管穿过配件内的中心开口并与配件的头连接。该装置的一个优点是在壁上仅需一个开口。本发明的目的是利用该优点以及将此特点与其它可得到一个改进的装置的特征相结合。

发明内容

本发明包括提供一种管状金属配件，其可插入到壁开口内且可在开口内膨胀以使其与壁连接。该配件包括一个环状部分，其宽度大体与壁厚度相等，其外直径紧密配合在壁开口中，且其内直径与外直径由半径维数(radius dimension)而分开。该配件包括至少一个从壁及环状部分向外轴向凸出的延伸端部。该端部的内直径比环状部分的内直径大。该端部具有与环状部分轴向向外间隔的外端。环状部分由金属制成，当环状部分置于壁开口内时该金属可径向膨胀。环状部分被膨胀足以使环状部分的外直径与壁开口之间形成紧密过盈配合的量。该膨胀的量足以使管状配件连接到壁。

在优选形式中，该配件具有第一端部和第二端部，第一端部从壁的一侧轴向向外延伸，而第二端部则从壁的相反一侧或第二侧轴向向外延伸。该配件的端部适用于连接到导管段的端部上。第一导管段在壁的第一侧并连接到配件的第一端部。第二导管段在壁的第二侧或相反侧并连接到配件的第二端部。

在一个优选实施例中，配件的端部包括径向向外开口的周向凹槽，所述凹槽与壁和配件的环状部分轴向向外间隔。在每个周向凹槽内安放一个环状密封(如O形密封圈)。导管段滑动到配件的端部上且密封圈与导管段的内表面接触。该配件可适用于容纳电力导管。

依据本发明的方法方面，一个膨胀工具轴向移动穿过配件内部。该膨胀工具对配件的环状部分施加一个径向向外的力，使其膨胀并保持膨胀的状态以使得其与壁开口中的侧壁之间产生紧密的过盈配合。这种配合的作用是使配件紧固到壁上，同时在配件与开口的侧壁之间提供一种流体致密密封。配件环状部分的内直径比配件管状端部的内直径明显要小。膨胀工具穿过配件环状部分的运动使配件环状部分的内直径增大，但决不会使其增大到配件的端部的内直径被膨胀加工所膨胀的程度。这样，就可以使配件端部的尺寸合适以保持导管段与它们的适当连接，且配件端部的这种尺寸不会受到用于将配件连接到壁的膨胀的干扰。

通过下述的最佳形式描述、附图、权利要求以及通过体现于图示和描述的特定结构的原理，可以显而易见得出本发明的其它目的，优点和特征。

附图说明

在图中，整个图中类似的附图标记代表类似的部件，且：

图1是在壁内开口中的现有技术的配件的轴向截面图，示出一个穿过配件的导管以及将导管与该配件连接的连接件；

图2是类似图1的又一个现有技术配件的截面图，示出另一种类型将导管与配件连接的连接件；

图3是穿过一个工件一部分所取的纵剖面图，示出本发明的一个实施例，该实施例可固定在所述工件的开口中，该纵剖面图示出所述配件与工件内的开口轴向间隔；

图4是类似图3的视图，但示出的是所述配件内部的芯子以及穿过工件内开口的芯子的底端；

图5是类似图4的视图，但进一步示出的是放置在工件的开口内的所述配件，以及一个包围所述配件和芯子的拔出装置的机头件部分，其外端靠着所述工件放置；

图6是类似图3的视图，但示出的是放置在工件的开口内的所述配件；

图7是类似图6的视图，示出的是与所述配件相反的端部轴向向外间隔放置的两个导管的端部；

图8是类似图7的视图，但示出的是周向凹槽内的O形密封圈和使所述配件的端部夹紧到相邻导管段的端部的夹紧结构；

图9是类似图6的视图，但示出的是所述配件端部的一个改进结构；

图10是类似图9的视图，但示出的是所述配件的一个改进结构；

图11是类似图6、图9、图10的视图，但示出的是所述配件的另一个改进的结构；且

图12是类似图6、图9～图11的视图，但示出的是所述配件的又一个结构。

现有技术的装置

附图中的图1和图2与前述美国专利No.5,096,349中的图30和图31是基本相同的。图1示出一个在壁14的开口12内的套管10。套管10通过美国专利No.5,096,349中已详细描述的径向膨胀方式安装。套管10包括一个扩大的头16，其肩18靠着壁表面20并在该处直接围绕开口12。在头16的外周22有螺纹。这些螺纹可接收止动螺母24的内部螺纹。图1中，示出了止动螺母，其与一定长度管道26一同使用，而管道26装在所述套管的中心开口28内。螺母24上的径向壁部分30支承在形成于管道26上的径向凸缘32上。

图2显示了一个类似装置。然而，在这个装置中，头34包括许多有内螺纹的轴向开口36。所示的夹紧垫圈38置靠着管道26上的径向凸缘32。夹紧垫圈38内设置了开口40。这些开口40的数量及间隔与螺纹开口36的相同。螺钉紧固件42被穿过开口40并被拧入开口36，以将夹紧垫圈38紧固到头34上。

另一个现有技术实施例包括径向穿过头16的螺纹开口。这些开口接纳从帽24的侧壁径向向内延伸的定位螺钉。这些定位螺钉和开口被用于代替图1所示的螺纹22。

本发明的详细描述

图3-5示出一个壁或舱壁50，其包括第一侧52、第二侧54以及在两侧52、54之间穿过壁50的轴向开口56。图3中，示出标记为58的本发明的第一配件实施例，其与开口56轴向隔开。图6示出配件58安装在开口56内部并被紧固到壁50上。图7是类似图6的视图，但进一步包括第一导管和第二导管60，62的端部。第一导管60在壁50的第一侧。第二导管62在壁50的相反侧或第二侧。

在优选形式中，配件58包括轴向安放在第一端部和第二端部66，68之间的环状部分64。环状部分64包括第一端70和第二端72。径向凸缘75紧邻于环状部分64第二端72从配件58上径向向外延伸。环状部分64包括外直径74和内直径76。端部66、68分别包括基本相等的内直径78，80，但该内直径78，80比环状部分64的内直径76要大。

由图4和图5所示，配件58被插入到开口58中，其第一端部66最先被插入。第一端部66与开口56对齐，然后第一端部66朝开口56运动并穿过开口56。最终，环状部分64的第一端70进入并穿过开口56。

环状部分64外直径74的尺寸使得其紧密配合在开口56内。配件58轴向移动直至凸缘75与壁表面54接触。图5和图6中显示了靠于壁表面54上的凸缘75的位置。当凸缘75靠于表面54上时，环状部分64在开口56内。端部66从包括表面52的侧壁50上的环状部分64轴向向外凸出。端部68从包括表面54的壁50一侧上的环状部分64轴向向外凸出。一个分离式(split)套筒和芯子或单是一个芯子，以下文叙述的方式，轴向穿过配件58以在开口56内将环状部分64撑大。当仅使用芯子时，芯子可以是整体芯子，也可以是分离式的芯子。当使用分离式套筒时，分离式套筒与环状部分64的内表面76接触。当仅使用芯子时(整体式或分离式)，芯子的外表面与内表面76接触。芯子穿过分离式套筒的轴向运动，或单是芯子的轴向运动，使得环状部分64径向膨胀，从而导致环状部分64的内直径和外直径增大，并与开口56的壁形成紧密过盈配合。这种膨胀足以将环状部分64紧固在开口56内，以及将配件58紧固于壁50上。优选的，所施加的膨胀量足以冷作围绕于开口56的壁50中的材料，以使材料疲劳强化。环状部分64的膨胀将同时增大其内直径和外直径。然而，其内直径决不会膨胀到这样的程度，即配件58的端部66，68的内表面78，80被膨胀加工所膨胀。即，仅有配件58的环状部分64及其连接到端部的那部分被径向膨胀。端部66，68的尺寸被加工到适于执行连接件功能的大小，且其原始尺寸不会由于穿过配件58进行膨胀加工的运动而发生有损所述功能的改变。

1993年9月21日授权给Michael A.Landy，Roger T.Bolstad，Charles A.Copple，Darryl E.Quincey，Eric T.Easterbrook，Leonard F.Reid和Louis A.Champoux的美国专利No.5,245,743公开了在壁开口内安装一个配件时使用分离式套筒和芯子。该专利同时公开了整体芯子(图22和图23)和分离式芯子(第八栏，第51-第55行)的使用。1987年5月19日授权给Franciscus Hogenhout，并转让给WestCoast Industries，Inc的美国专利No.4,665,732对于仅采用芯子且使用分离式芯子的方法进行了公开。这些专利所有的公开内容在此结合作为参照。

图4和图5显示一个位于配件内的芯子M。芯子M包括一个底端82，一个锥形鼻部分84，一个最大直径区86，一个缩径部分88以及一个过渡段90。在过渡段90，其直径从缩径部分88的直径增大到最大直径86。由图4和图5所示，芯子的小直径部分88的尺寸被加工到适合并可穿过配件58内的中心开口。在缩径区88，环状部分64的内直径76比芯子的直径稍大。

以图4和图5所示的方式，将芯子M移入配件58内。然后，将芯子M的底端82紧固于拔出装置内的可移动部件上。拔出装置包括一个机头件(nose piece)92(图5)，该机头件有一个适用于与工件50接触的末端94。拔出装置未在图中示出，但它与1993年6月15日授权给Richard Z.Jarzebowicz，Joy S.Ransom，Eric T.Easterbrook，Charles M.Copple和Leonard F.Reid的美国专利No.5,218,854中公开的拔出装置类似。由该专利所公开的可知，芯子M的底端82适用于与一个轴向可移动的推-拉部件的外端部相连接，该推-拉部件是液压驱动向前向后移动的。

参照图5，机头件92包括一个有中心开口98的后端部96。中心开口98的尺寸被加工成可容纳芯子M的最大直径区86。操作拔出装置(未示出)以拉拔芯子M的底端82，以拉动芯子M穿过配件58。开始，芯子的部分88可自由的穿过配件58的内部。这种情况直到过渡段90接近环状部分64的内直径76为止。过渡段90在穿过环状部分64时逐渐的对环状部分64施加一个径向向外的力。该径向力使环状部分64的直径增大，并使其外表面74靠在开口56的内表面上。环状部分64对直接包围开口56的壁50的材料施加一个径向向外的力。通过芯子M，环状部分64被膨胀足以使环状部分64塑性膨胀的量，这使得表面74和开口56的壁之间紧密过盈配合。优选的，膨胀的程度足够大以使直接包围开口56的壁材料50塑性膨胀。造成过盈配合的初次膨胀将配件58紧固于开口56内。包围开口56的壁材料的附加膨胀使得壁材料疲劳增强。当将芯子M从配件58拔出时，过渡段90与环状部分64的内表面76的接触所产生的摩擦力将凸缘75紧紧拉靠在壁54上。移动的芯子M还可对机头件92产生一个反作用力，使末端表面94在与凸缘75相反的一侧52靠紧壁50。

径向凸缘75并非必需部件。机头件96包括一个径向表面97。如果省略凸缘75，该表面97即可延展到与配件58的端面99接触的位置。这种接触可防止在将芯子M从配件58拔出时配件58发生轴向运动。

当过渡段90和最大直径区86穿过环状部分64的内直径76时，芯子的部分88穿过开口98。拉拔芯子M直至最大直径部分86通过开口76。此时，可将拔出器/芯子组件从壁50拔离，而配件58安装在壁内，如图6所示。在芯子M从配件58穿过的运动过程中，芯子M过渡段和最大直径区90，86任何时候都不会使配件58的端部66，68的内表面78，80膨胀实质的量。仅有与芯子部分90，86接触的环状部分64被膨胀实质的量。除了与环状部分64衔接的部分，端部66，68的内直径和外直径的尺寸或形状不会改变。因此，可对它们进行合理设计以实现如下功能：将配件58与壁50两侧的导管段60，62相连接。

如图3-8所示，端部66，68包括径向向外开口的周向凹槽或沟槽91，93，周向凹槽或沟槽91，93与环状部分64轴向向外隔开。导管段60，62同样包括径向向外开口的周向凹槽或沟槽100，102。沟槽91，93，100，102均被构造成可接纳O形密封圈104，如图8所示。设置恰当的夹紧结构106，108以将配件的端部与导管段的端部相连接。通过典型但非限定性的例子，这种连接方式类似于1981年2月10日授权给George A.Mahoff并转让给Hydro-Flow Supply，Inc.的美国专利No.4,249,786中公开的连接方式。详细情况见该专利的图4。由于专利No.4,249,786已将该连接方式及及其部件充分公开，在此就不再详细复述其内容了。但是，专利No.4,249,786的内容在此被结合作为具体参照。

图9-12显示了壁配件的改进结构。配件110(图9)显示了一个与图3-8所示结构非常相似的结构。不同的是，将径向向外的周向凹槽替换成适用于接纳和连接位于导管段末端的不同类型的部件(未示出)的径向向内的周向凹槽112，114。

图10显示了一配件116，其包括一个位于壁开口56内的环状部分118以及单端部120。端部120包括径向凸缘122和螺纹端部124。该螺纹可与图1所示的端部16上的螺纹相似。在该实施例中，类似其它实施例，基于前述的与其它实施例相同的原因，环状部分118的内直径比环状部分的外直径小。

图11显示的配件126有两个端部128，130，这两个端部从环状部分64轴向向外延伸。端部128，130显示了一种径向向外开口的周向环132，134的结构改进形式。

图12显示一个环状部分64以及两个端部136，138。在该实施例中，基于前述的原因，环状部分64的内直径比端部136，138的内直径小。在该实施例中，端部136，138带有外螺纹140，142以用于将它们连接于导管段。凸缘75外部可呈六边形状，即，象六角螺母。这使得当把配件拧到端螺纹140，142上时，可用扳手将凸缘75夹住。

所述实施例仅是本发明的几个例子，因此并非是限定性的。应了解，在未脱离本发明的精髓和范围的情况下，可对本发明的特定结构，材料和特征进行改进。因此，申请人的本意是其专利权并不局限在本文已示出和叙述的具体实施例上，而是由以下的权利要求决定，这些权利要求是依据已接受的专利权利要求解释的原则来解释，包括运用等同物原则和部件变换原则。