[发明专利]用于装配、测量和监控机械管接头的完整性的装置和方法

说明书

用于机器加工以形成销端和箱端的制备管的方法和系统，该销端和箱端用于通过使用在制造和组装期间均完全测量和记录的机械压力配合的管接头组装成管道。安装的管道包括管道数据监控系统，其耦合到管道数据管理中心，用于接收、归档和分析数据记录，从而帮助管道的管理、操作以及故障排除。

技术领域

本发明涉及一种机械压力配合管接头，更具体地涉及一种用于在管段的制造和组装过程中测量和监控压力配合的机械管接头的参数的计算机实施系统和方法，管的构造，监控环境的条件和机械压力配合管接头经受的应力，并且利用由此产生的数据来为机械连接的管段制定标准。

背景技术

用于输送商品和其他物质(例如包括精炼的油和液体产品以及天然气、压缩气体和二氧化碳的典型的流体材料)的管道在长距离时易遭受多种条件和外力从而导致管道的失效，例如破裂、断裂或泄漏。这些失效可以由施加在接头上的拉伸力或压缩力，或者通过管的弯曲、扭转或振动等来表示，这通常是由于管道位置处存在的过量的内部压力或者地质或气象条件。管道通常由通过各种装置端对端的连接在一起的管段构成。在上述变化较大的条件下，管道的效用、完整性和寿命在很大程度上取决于接头的质量。各种方法被用于将管段连接在一起，包括但不限于焊接、螺纹接头、胶合接头以及机械接头。

虽然更常见的焊接、螺纹连接和胶接方法能够提供牢固、可靠和耐用的接头，但其在制备或准备过程中相对耗时，且为劳动密集型的操作，该准备过程例如焊接操作本身，加工管端部来切割螺纹，当用水泥或环氧树脂材料将管段连接在一起时需要对将要连接的表面进行珩磨和清洁。这些操作可能会延长管道的安装时间、增加施工成本，从而降低企业的生产率。另一方面，机械压力配合接头提供了在尽可能低的成本下快速施工的潜力，消除了将管段连接在一起的传统方法的很大一部分的劳动密集型工作。在机械接头中，一段管的末端稍稍扩大(称为“钟”端或“箱”端)被施压(即压力配合)在另一段管的相邻的端部上，其可以是稍微锥形的(称为“销”端)以在销端上容纳箱端的通道。通常，这种预成形的端部被对准并液压压在一起，直到在相邻管段的销端之上的第一管段的箱端的重叠部分达到规定量。如此形成的机械接头被迅速制成，导致管道的构造时间要少得多，通常涉及较少的工人。

然而，机械接头主要依赖于沿压力接合在一起的管端部之间的界面的均匀性和接触面积，一个接一个地，来提供并保持接头的防漏完整性。对于观察者在机械管接头的组装过程中，唯一感兴趣的参数似乎是两个管端部的重叠部分的量，其在组装过程中不容易被测量。但是，该参数不考虑工具的变化(例如，由于磨损或失效在公差范围内维持尺寸)，管段的销端或箱端的变形可能是加载或卸载过程中由于跌落管段在其端部而引起的，要连接的管段的接触区域的表面上的缺陷(例如划痕或腐蚀)、接头制造现场的环境温度、或者接头制造时的管段的温度。此外，典型的组装实例包括管端部的不明显的准备工作，如清洗，检查等，以确保管接头在其使用寿命内具有足够的强度和完整性。

因此，机械接头通常较少出现在设计用来输送易燃或有毒物质的管道中，例如，在这些管道中的失效可能是灾难性的，破坏环境，造成伤害，疾病或死亡等。此外，测量管段的箱对销端的正确组装的传统的方法是将一段管段的销端在与其端部几英寸处用油漆、蜡或粉笔标记，以指示将要连接的另一段管段的箱端与该管段的销端重叠到什么程度，因为仅依赖于单一的、手工标记和施加标记的操作者的手动协调，以及施加压力来连接管段，因此在重复性和一致性方面还需要做出很大的努力。虽然这种方法快速，但是潜在误差的余量是很大的，并且可能不足以保证在所有领域条件下接头的完整性，特别是如果管段的尺寸超出规格，由于腐蚀、变形(例如，偏离圆度)、刻痕等而具有缺陷或异常。更重要的是，没有接头的完整性的评估标准、接头或其组装的可追溯记录或数据，且在箱端部分到销部分上的标记的距离与由此形成的接头能够承受管道中的使用条件的能力之间没有直接的、可验证的关系。