專利名稱：用于管的機(jī)械接頭的賦能限制襯墊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及管長度之間或管和配件之間的連接。更具體地，本發(fā)明涉及一種連接兩個(gè)管長度的裝置和方法，使受限推動式接頭以及機(jī)械接頭的優(yōu)點(diǎn)最大化，這些優(yōu)點(diǎn)是本領(lǐng)域眾所周知的。本發(fā)明能應(yīng)用于長期運(yùn)行的管長度以及配件、附件和接頭。
背景技術(shù)：
由于推力、地殼運(yùn)動和施加在管上的外部機(jī)械力，本行業(yè)已經(jīng)將注意力基本上集中到安裝之后相鄰管長度之間連接的維護(hù)問題。這種關(guān)注意的結(jié)果是產(chǎn)生了本領(lǐng)域公知的不同方案和方法庫。這些方案大部分能分類成“推動式”接頭或“機(jī)械接頭”。發(fā)明人關(guān)于本發(fā)明的應(yīng)用或使用而對“管”進(jìn)行的引用應(yīng)該理解成包括配件、接頭和任何其他管附件。
本領(lǐng)域中用于連接直線敷設(shè)的管長度的最普通連接設(shè)備是“推動式”管/鐘形件結(jié)構(gòu)。美國專利US2953398例證了這些推動式方案，并且說明了大部分直線敷設(shè)的管連接件。在典型的結(jié)構(gòu)中，管的管塞端穿過緊密配合的襯墊滑入另一根管的鐘形件端。典型地，在推動式接頭內(nèi)沒有隨動環(huán)、填料箱或其他外部壓縮設(shè)備出現(xiàn)。另外，典型的推動式接頭不包括限制設(shè)備，如系桿、混凝土止推座、螺釘和附加環(huán)附件，來實(shí)現(xiàn)對接頭的限制，盡管在某些情況下已經(jīng)使用這樣的設(shè)備。本領(lǐng)域的發(fā)展已經(jīng)促使推動式接頭進(jìn)行革新和改進(jìn)以便包括限制設(shè)備。這樣的受限推動式接頭的實(shí)例包括美國專利US5295697、US5464228和US5067751。通過位于襯墊內(nèi)且嚙合管塞的鎖定片或楔可以實(shí)現(xiàn)這種改進(jìn)的連接固定。鎖定片以這樣的方式進(jìn)行定向以便允許管塞進(jìn)入鐘形件，但在反作用力下易于實(shí)現(xiàn)管塞的拆卸，該鎖定片朝著與管塞的咬住式嚙合來進(jìn)行樞轉(zhuǎn)，進(jìn)一步阻止拆卸。這種作用更像兒童的“指鎖”玩具，拆卸管的企圖越強(qiáng)烈，插件施加的鎖定作用就越大。這些推動式接頭具有較高的靈活性和對軸向及近軸分離力的抵抗性。在本行業(yè)中已經(jīng)經(jīng)歷了富有意義的困難，然而，將這些連接應(yīng)用于配件時(shí)，在這樣的結(jié)構(gòu)中，充分地固定配件以便施加最初所需的高安裝壓力來把管塞推入鐘形件可能是不可行的。
“機(jī)械接頭”是在管工業(yè)中廣泛使用的公知標(biāo)準(zhǔn)的連接設(shè)備。這樣的接頭通過在交接點(diǎn)將襯墊壓縮在管塞周圍和鐘形件內(nèi)而把兩個(gè)管長度液封在一起。機(jī)械接頭的特征在于接收管的外凸鐘形件，第二根管的管塞插入這個(gè)鐘形件內(nèi)。鐘形件適合于安裝襯墊，襯墊隱蔽地環(huán)繞裝配在第二根管的管塞的周圍，并且還適合于接收支撐壓縮環(huán)或壓蓋。在裝配時(shí)，管塞完全進(jìn)入鐘形件，并且襯墊穩(wěn)固地安裝在鐘形件內(nèi)和管塞周圍。然后，在相對高的扭矩下，通過這樣的設(shè)備如固定螺栓，將壓蓋牢固地固定到鐘形件凸緣，使壓蓋壓緊襯墊。典型地，這種結(jié)構(gòu)在壓蓋內(nèi)徑周圍包括唇緣，在固定之后，唇緣沿軸向伸入鐘形件內(nèi)。壓蓋的結(jié)構(gòu)是這樣的，即隨著唇緣壓緊襯墊，在足以使襯墊變形的壓力下對襯墊進(jìn)行壓縮。由于襯墊壓縮在鐘形件和壓蓋之間，因此，向內(nèi)擠壓襯墊，以便與插管部分的外部和鐘形件的內(nèi)部密封接觸。這種變形增強(qiáng)了襯墊的密封效果，此外，在沒有壓縮或高插入力的情況下能容易獲得這種密封效果。
機(jī)械接頭在本行業(yè)中享有廣泛的認(rèn)可，并且是國內(nèi)和國際標(biāo)準(zhǔn)的主題，例如ANSI/AWWA C111/A21.11-95。已給出了用于這種接頭的工業(yè)共用性和將這些標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于各種規(guī)格的性質(zhì)，任何機(jī)械接頭都應(yīng)該符合這些規(guī)格以得到最佳認(rèn)可。已經(jīng)進(jìn)行了無數(shù)次努力來改進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械接頭。這些努力的特征幾乎一律都是包括附加機(jī)構(gòu)或附件，建立抑制管分離的機(jī)械連接。Howe的美國專利US784400和McWane的美國專利US1818493中例證了需要修改鐘形件或壓蓋(或兩者)的這些努力，美國專利US784400使用隱藏在壓蓋內(nèi)的鎖定插件；美國專利US1818493公開了一種改進(jìn)壓蓋，壓蓋依賴于具有帶齒凸輪的專門改進(jìn)螺栓，隨著螺栓鉤在鐘形件的改進(jìn)唇緣下并擠入壓蓋內(nèi)的凹槽中，帶齒凸輪在管塞上樞轉(zhuǎn)并且咬入管塞。
另外的方案使用插在襯墊和壓蓋之間的附加限制設(shè)備或齒，隨著壓蓋變緊使這些附加限制設(shè)備或齒進(jìn)入管塞。Ueki的美國專利US4664426和Percebois的美國專利US5297826中包含這些設(shè)備之一，除了標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接頭的簡單鐘形件-襯墊-壓蓋結(jié)構(gòu)之外，這兩個(gè)美國專利各自還需要使用多個(gè)附加鎖定設(shè)備。Gilchrist的美國專利US4878698、Dent等人的美國專利US5335946、以及Hunter等人的美國專利US5398946在壓蓋完全密封之前容易出現(xiàn)可能過早嚙合咬入齒的情況。Richardson的美國專利US5803513以及其他專利試圖通過使用犧牲滑墊來解決這個(gè)潛在問題，以防齒過早嚙合。
另外的方案使用連接到(插入)鐘形件的螺栓連接組件，這種組件定位成在某些專門配置的螺栓擰緊之后，螺栓或設(shè)備啟動，從而被驅(qū)動進(jìn)入管塞的外表面。通過由EBAAIron出售的商標(biāo)為MEGALUG(注冊號為1383971)的本領(lǐng)域公知設(shè)備來例證這些螺栓連接方案。這種類型方案的另外實(shí)例包括Hashimoto的美國專利US4647083，其改進(jìn)了標(biāo)準(zhǔn)壓蓋以便包括螺栓，當(dāng)螺栓擰緊時(shí)作用在鎖定楔上。當(dāng)在地下埋設(shè)環(huán)境中安裝管時(shí)，鋪設(shè)時(shí)在管底側(cè)通常不方便滿足多個(gè)附加螺栓連接的條件。這樣的底側(cè)螺栓連接增加了安裝成本和時(shí)間。然而，如果螺栓式鎖定方案只使用幾個(gè)螺栓位置，螺栓的向內(nèi)壓力在某些情況下可能易于使管塞橫截面輪廓變形。例如，在某些情況下只使用三個(gè)螺栓位置可能呈現(xiàn)出不希望的可能性，即，使管塞變形為稍微呈三角形形狀。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將要注意，這些結(jié)構(gòu)各自也面臨著實(shí)際問題，例如附加部件的制造費(fèi)用以及這樣的事實(shí)，即附加部件增加了出現(xiàn)不能接受的故障的潛在可能性。
而且，這些方案各自都可以認(rèn)為是“靜態(tài)”連接。盡管傳統(tǒng)上認(rèn)為管線是剛性的而且為固定結(jié)構(gòu)，但持久連接必須在接頭上允許一定量的柔性和“游隙”。這種對運(yùn)動的適應(yīng)是必需的，因?yàn)楣芫€鋪設(shè)的環(huán)境實(shí)際上不是靜態(tài)的。推力可以產(chǎn)生非縱向或近軸負(fù)荷，這些負(fù)荷易于朝某一角度將管長度從長度的縱軸驅(qū)動到這個(gè)軸的任一側(cè)。隨著傳遞到管內(nèi)的材料壓力變化，這些力將類似地變化。另外，管敷設(shè)的地方很少是像通常認(rèn)為的那樣穩(wěn)定。實(shí)際上，管可以在地上運(yùn)行，在這些情況下，這樣的管不具有任何穩(wěn)定性的益處，增加了埋地或挖溝安裝的因素。最后，甚至典型的埋地管都必須忍耐由于沉降、腐蝕、壓制、機(jī)械力(例如附近建筑)和地殼運(yùn)動(例如地震)而引起的移位。
Miller的美國專利US2201372證實(shí)了推動式接頭的變型，其使用裝配在鐘形件專用唇緣內(nèi)的壓縮扣環(huán)，以便將壓力施加在鎖定片上，從而將它們驅(qū)入管塞。Miller的替代方案類似地在安裝之后將鎖定片驅(qū)入管塞。Barr的美國專利US3445120同樣使用帶有加強(qiáng)片的襯墊，這些加強(qiáng)片完全裝入襯墊內(nèi)，通常布置成截頭圓錐體排列。規(guī)定這些片沿著包含片兩端的平面給襯墊提供壓縮阻力。當(dāng)管塞遭受到拉力時(shí)，襯墊隨著管運(yùn)動而滾動。隨著襯墊滾動，它旨在最后遇到某一位置，在該位置變硬平面需要壓縮以便進(jìn)一步滾動。在最佳的條件下，由于變硬，襯墊不能壓縮，從而不能進(jìn)一步滾動。當(dāng)滾動停止時(shí)，襯墊變成管塞和鐘形件之間基于靜態(tài)摩擦的鎖定。特別是，除了別的區(qū)別之外，Barr教導(dǎo)的布置保持橡膠對管的摩擦連接。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的下述目的只是選擇性和示例性目的，一個(gè)或任何一個(gè)都不應(yīng)該看成本發(fā)明實(shí)施的條件，或者要實(shí)現(xiàn)的目的的窮舉。
如上述所建議的，本發(fā)明的示例性和非唯一選擇的目的是提供一種能與標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接頭襯墊互換的襯墊，這種襯墊允許接頭轉(zhuǎn)換成受限接頭，而無需對有關(guān)機(jī)械接頭的鐘形件、管塞或壓蓋進(jìn)行任何重新配置或修正。
本發(fā)明的另外示例性和非唯一選擇目的是提供一種動態(tài)管連接，其不需要很高的插入壓力。
本發(fā)明的另外示例性和非唯一選擇目的是提供一種節(jié)省成本的方法和裝置，用于限制典型配置的管接頭。
上述目的和優(yōu)點(diǎn)既不是對發(fā)明精神實(shí)質(zhì)和實(shí)施的窮舉，也不是對它們的各自的限制，除非按照公布的權(quán)利要求所述。根據(jù)本發(fā)明的下列描述，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。
本發(fā)明可以基本上被描述成一種用于將標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接頭轉(zhuǎn)換成受限機(jī)械接頭的襯墊，而無需改變接頭的鐘形件、管塞或壓蓋的結(jié)構(gòu)，并且無需附加配件或設(shè)備。在本發(fā)明的實(shí)施中，能使用標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接頭的鐘形件和壓蓋結(jié)構(gòu)，按照限制關(guān)系(限制定義為抵抗成對的鐘形件和管塞的軸向分離)把一個(gè)管長的管塞端連接到另一個(gè)管長的鐘形件端，其中限制是基于超過橡膠對管摩擦的力。在某些教導(dǎo)實(shí)施例的更具體論述中，本發(fā)明包括形成襯墊來按這樣的方式裝配在鐘形件內(nèi)，以便在靜止期間存在空隙，在這個(gè)空隙內(nèi)襯墊變形，這樣依次影響片的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。按照這種方式，在將壓蓋固定到鐘形件的過程期間，襯墊的結(jié)構(gòu)影響旋轉(zhuǎn)定時(shí)和旋轉(zhuǎn)程度?？梢员苊膺^穿透，而同時(shí)確保在適當(dāng)時(shí)刻及時(shí)充分地穿透?？刂奇i定片旋轉(zhuǎn)定時(shí)和旋轉(zhuǎn)程度影響襯墊性能，并且由本發(fā)明描述的實(shí)施例提出。片旋轉(zhuǎn)的程度影響限制的應(yīng)用。一旦限制出現(xiàn)，就典型地是在片已經(jīng)旋轉(zhuǎn)進(jìn)入鐘形件和管塞之間的干擾位置時(shí)，進(jìn)一步有意義地有助于襯墊壓縮典型地不再出現(xiàn)。為了適當(dāng)密封而太早旋轉(zhuǎn)片產(chǎn)生不充分的襯墊壓縮。太晚旋轉(zhuǎn)片不能充分地限制接頭。


圖1表示典型機(jī)械接頭的圖解，具有位于適當(dāng)位置的襯墊。
圖2描繪處于初始階段的本發(fā)明未受力的襯墊在某一位置時(shí)的橫剖視圖，在所述位置上能觀察到鎖定片的位置和橫截面。
圖3圖解襯墊實(shí)施例的橫剖視圖。
圖4是在過渡階段時(shí)裝配動作期間接頭內(nèi)的襯墊和片(segment)的描繪圖。
圖5表示可用于本發(fā)明的鎖定片結(jié)構(gòu)的實(shí)施例。
圖6表示在壓縮之后且處于鎖定狀態(tài)時(shí)的本發(fā)明的接頭，限制了接頭。
圖7表示可用于本發(fā)明襯墊的鎖定片的替代實(shí)施例。
圖8是用于本發(fā)明的襯墊的橫剖視圖，表示處于適當(dāng)位置的鎖定片的替代實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
下面是對本發(fā)明的詳細(xì)描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員將能理解，本文中提供的特征試圖用于針對發(fā)明人的最優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行例證的目的，而不是解釋為限定本發(fā)明的范圍。本文中對“管”的引用將同等地理解成指的是任何長度的管、附件、配件或任何其他連接設(shè)備或元件，而不管制造方法或材料。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖，圖1表示典型機(jī)械接頭的圖解。按照本領(lǐng)域公知技術(shù)來實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的接頭的裝配。具體地說，但不是對將能同等地應(yīng)用于本發(fā)明的公知變型的限制，就像它們是公知技術(shù)一樣，接頭包含滿足下列關(guān)系的下列元件。將壓縮環(huán)或壓蓋11放置在管塞10上，在這之后，將襯墊2放置在管塞10的外部周圍。然后，在鐘形件12內(nèi)推進(jìn)管塞10，直到鐘形件12內(nèi)的環(huán)形凸肩42擋住管塞10的端部41。如圖所示，使襯墊2推入鐘形件12內(nèi)，直到它位于環(huán)形凹座43內(nèi)。然后，使壓蓋11緊靠襯墊2，并且由固定設(shè)備44固定到鐘形件12，這里為了圖解的目的，固定設(shè)備44表示成穿過鉆孔46并由螺母嚙合的螺栓45。這很顯然，在螺母47的拉拔或拉緊時(shí)，壓蓋11擠壓襯墊2，使它壓縮。對于本產(chǎn)業(yè)的技術(shù)人員來說替代固定設(shè)備將是顯而易見的，例如外突夾、凸輪鎖、傾斜楔、傾斜環(huán)形環(huán)、以及鉚釘，并且能包括可以用來減少壓蓋11和鐘形件12之間的軸向間距的任何機(jī)構(gòu)。由于凹座43和壓蓋11的限制存在，襯墊2的變形可以定向成主要沿徑向向內(nèi)，并與管塞10進(jìn)行密封嚙合。本文公開的發(fā)明是在這種相互關(guān)系上產(chǎn)生的，并且不需要改變管塞、鐘形件或壓蓋，盡管如果這些改變是另外想要的，則這些改變可以包含在本發(fā)明的精神內(nèi)。
如本領(lǐng)域眾所周知，傳統(tǒng)理解建議，襯墊2在靜止?fàn)顟B(tài)下的輪廓基本上與鐘形件12某一位置上的內(nèi)輪廓匹配，在所述位置上襯墊2確定為處于最后裝配。這種匹配輪廓的目的是允許襯墊2緊密配合在鐘形件12內(nèi)以便增強(qiáng)流體密封。在圖示的實(shí)施例中，這種傳統(tǒng)知識將建議，襯墊2的徑向向外輪廓大約具有與鐘形件12的凹座43相同的結(jié)構(gòu)。如圖1中所示，在靜止?fàn)顟B(tài)下，現(xiàn)有技術(shù)的襯墊的主配合表面將與鐘形件12的內(nèi)表面平滑配合。因此，在現(xiàn)有技術(shù)的襯墊中，裝配之后，襯墊在密封界面這些區(qū)域內(nèi)的輪廓基本上與襯墊在靜止?fàn)顟B(tài)下的輪廓相同。
如圖2和8中所示，本發(fā)明的鎖定片1可以構(gòu)造成裝配在襯墊2內(nèi)，襯墊2配置成裝配在任何標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接頭內(nèi)，而無需改變鐘形件、壓蓋或管塞的結(jié)構(gòu)。襯墊2是彈性體或者其他彈性或可變形材料，例如，在本領(lǐng)域?qū)⒗斫獬煽梢杂脕韺?shí)現(xiàn)機(jī)械接頭的材料。如圖3中所示，襯墊2的有用結(jié)構(gòu)是環(huán)形環(huán)，具有適合于接觸管塞10的徑向內(nèi)表面4、適合于由壓蓋或壓縮環(huán)11進(jìn)行壓縮的壓蓋面7、引入軸向插件內(nèi)的前面61、以及徑向外表面，如這些圖中所示，還具有在靜止?fàn)顟B(tài)下不能與凹座43平滑配合的結(jié)構(gòu)。特別是，在圖示的實(shí)施例中，襯墊2的徑向外表面在襯墊2接近前面61的前沿部分上具有壓縮座表面9，壓縮座表面9設(shè)計(jì)成與凹座43的區(qū)域配合并且靠著其進(jìn)行密封。同樣使圖示實(shí)施例特征化的是扭曲控制表面62，在襯墊2的輪廓再次徑向向外延伸以便在后部密封64的區(qū)域內(nèi)接合鐘形件12之前，扭曲控制表面62在靜止?fàn)顟B(tài)下離開凹座43以形成徑向凹槽63。盡管在這些圖中能容易區(qū)分這些表面，但如本文中所述，這些表面之間的過渡在解壓縮狀態(tài)下可能不是與圖示結(jié)構(gòu)一樣顯而易見。在圖示的實(shí)施例中，襯墊2符合ANSI/AWWA C111/A21.11-95的所有要求。特別是，對于任何給定的管塞10而言，襯墊2都傾向于具有比管塞10的外徑稍小的內(nèi)徑。因此，襯墊2在管塞10外部上的放置將通常需要施力來膨脹襯墊2以便裝配在管塞10周圍。
作為可供選擇的描述，要說明的是，作為環(huán)形凹陷(沿徑向而言)的槽63其特征在于這樣的事實(shí)，即，如果襯墊2在靜止?fàn)顟B(tài)下(例如在變形之前)盡可能完全地進(jìn)入鐘形件12，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)以便在凹座43的區(qū)域內(nèi)盡可能多地接觸鐘形件12而不變形，在襯墊2和凹座43之間留有空隙；這樣的凹陷或空隙是槽63。如圖2和4中所示，在此實(shí)施例中，即使在壓縮和裝配的一些后期階段期間，槽63的一部分仍保持沒有襯墊材料。要說明的是，在其他實(shí)施例中，槽63可以用橡膠膜進(jìn)行覆蓋，或者另外在襯墊2的徑向向外表面之下是空隙，而且在本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和保護(hù)范圍內(nèi)，仍然是并且操作為槽63。
在不限制本發(fā)明的結(jié)構(gòu)應(yīng)用、效果或保護(hù)范圍或者本發(fā)明實(shí)施的其他可能優(yōu)點(diǎn)的情況下，相信在圖示的實(shí)施例中具有這個(gè)空隙的操作方面產(chǎn)生了至少兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)，這兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)之一獨(dú)自都將是本領(lǐng)域的發(fā)展。(應(yīng)該注意，申請人不是通過這種論述將本發(fā)明只限定成擁有這些優(yōu)點(diǎn)之一或多個(gè)的實(shí)施例。)首先，認(rèn)為壓縮座表面9和扭曲控制表面62在不同位置上對凹座43的分別壓縮將建立兩個(gè)分開的密封區(qū)域，其中在最初接觸凹座43的這些點(diǎn)之間具有壓縮梯度，以便提高密封效率。同樣地，與襯墊脊面49壓縮接觸的后部密封64可以建立又一密封區(qū)域。這顯然對襯墊2區(qū)域內(nèi)的至少一點(diǎn)產(chǎn)生最大壓力，這一點(diǎn)用來抵抗高流體排泄壓力，同時(shí)仍然利用了柔性以及其他大表面積、低壓密封的優(yōu)點(diǎn)。
認(rèn)識到的第二優(yōu)點(diǎn)是對片1運(yùn)動的操作效果，在下文中對此進(jìn)行更詳細(xì)地描述。
襯墊2組合有至少一個(gè)鎖定片1，鎖定片1可以配置成如圖5中所示，也可以如圖8中所示嵌入襯墊2內(nèi)。在本發(fā)明的通常實(shí)施中，許多鎖定片1將沿圓周分散在襯墊2的周圍和內(nèi)部，盡管是優(yōu)選的，但這種放置不需要精確或甚至幾乎對稱?？梢愿鶕?jù)接頭碰到的預(yù)期分離力來選擇這些片1的數(shù)量，其中傾向于推薦的力越大，片1的數(shù)量就越多。發(fā)明人更喜歡使用不少于三個(gè)這種片1，但本發(fā)明并不是如此限定。例如，為了與規(guī)定在350p.s.i的壓強(qiáng)下傳送流體的8英寸直徑的管一起使用，片1的優(yōu)選結(jié)構(gòu)包括圍繞襯墊2面向管塞的圓周(例如徑向內(nèi)表面4)均勻間隔的8-10個(gè)片1。作為選擇將允許在從襯墊2圓周能看出的圓周上(至少為尺寸的一半)具有單個(gè)片1。
分離力(在圖1中概略地圖示成矢量50、50a和50b)傾向于從鐘形件12拔出管塞10。如方向箭頭50所示，一些分離力與裝配的管長度的公共軸一致。如矢量50a和50b所示，其他分離力都是近軸的，這可能是由于管塞10外圍周圍的襯墊移動或非均勻固定。片1用來緊夾管塞10并將分離力轉(zhuǎn)換成至少部分與鐘形件12相反的力。為此，片1擁有齒6，至少在壓蓋11壓縮襯墊2時(shí)，這些齒6適合于伸出襯墊2的內(nèi)表面4。齒6適合于接觸管塞10，并且最優(yōu)選地是由一種物質(zhì)構(gòu)成，這種物質(zhì)比構(gòu)成管塞10外部的材料更硬。在具體的實(shí)施例中，如圖8中所示，齒6在襯墊2的解壓縮狀態(tài)下已經(jīng)從內(nèi)表面4暴露。這種暴露可以是從內(nèi)表面4突出，或者在沒有襯墊材料覆蓋齒的情況下，稍微凹在內(nèi)表面4之下，這是圖3及后面圖中所示的實(shí)施例。如圖3和8中所示，襯墊2可以在齒6的周圍配置凹槽以防干擾這種齒6穿入管塞10內(nèi)?？晒┻x擇的優(yōu)選實(shí)施例呈現(xiàn)出稍微凹入襯墊2內(nèi)的齒6，并且由可壓縮或可穿透材料的膜或薄層覆蓋。發(fā)明人提出，至少齒6之間或緊鄰齒6的一些區(qū)域沒有橡膠以便允許管塞10穿透。初始隱藏的優(yōu)點(diǎn)是在齒6基本嚙合在管塞10內(nèi)之前，它允許壓蓋11推進(jìn)更大，從而使襯墊2壓縮更大。因此可以實(shí)現(xiàn)更大的密封效果。
優(yōu)選地，片1擁有多個(gè)齒6。在測試的結(jié)構(gòu)中，齒6的末端排列成弓形關(guān)系。弓形關(guān)系增強(qiáng)齒6侵入管塞10的能力，而不管管塞10的圓周或鐘形件12的內(nèi)部尺寸的任何變化。這是因?yàn)楣苋?0和鐘形件12內(nèi)部尺寸(特別是環(huán)形襯墊凹座43)之間的更大間隙(常常是由于加工公差)將使得片1在裝配時(shí)，與如圖2中所示的不受力結(jié)構(gòu)相比，在壓縮襯墊2時(shí)相對于管塞10旋轉(zhuǎn)到更陡的角度。假設(shè)齒6為弓形關(guān)系，一旦片1這樣旋轉(zhuǎn)，沿軸向最內(nèi)的齒就旋轉(zhuǎn)到接觸管塞10。弓形結(jié)構(gòu)進(jìn)一步壓迫至少兩個(gè)齒6接觸管塞10，而不管片1的旋轉(zhuǎn)。這是因?yàn)樵诠谓Y(jié)構(gòu)中，可以在任何兩個(gè)相鄰齒6之間畫出直線。有利地，在任何刺穿齒6的每一側(cè)上出現(xiàn)附加齒6傾向于幫助防止片1過度穿透管塞10，由于這個(gè)事實(shí)，即這些相鄰齒將以一定角度指向管塞10，從而它們不是最佳定位來進(jìn)行刺穿；相反地，與正刺穿入管塞10的那些齒6相比，相鄰齒6將傾向于以基本上更平行于管塞10的角度來接觸管塞10。因此，因?yàn)楦叫械慕嵌?，相鄰齒6用作進(jìn)一步穿透的止擋。
在圖5詳述的圖示結(jié)構(gòu)中，片1的橫截面中具有齒狀邊緣16和背面13，其中如上所述齒6以弓形模式從齒狀邊緣16伸出，而背面13沿著斜面徑向和軸向地朝突起17延伸。當(dāng)裝配機(jī)械接頭時(shí)，圖示的背面13適合于緊靠或甚至直接接觸壓蓋11。沿軸向內(nèi)方向帶有齒狀邊緣16的連接突起17是一個(gè)表面或一系列表面，表示成壓縮面15。在這個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)裝配機(jī)械接頭時(shí)，背面13幾乎緊近壓蓋11，上突起17，即片的徑向最外區(qū)域，緊靠鐘形件的襯墊脊面49。與背面13和壓蓋11之間出現(xiàn)的量相比，更大量的襯墊2的彈性材料存在于壓縮座表面9(特別是凸肩8)和片1之間。
管塞10插入襯墊2內(nèi)之后，由于管塞10的出現(xiàn)，可以沿徑向向外擠壓片1的齒狀邊緣16，并且可以使片1樞轉(zhuǎn)。出現(xiàn)在片的壓縮面15和凹座43之間的可壓縮材料量允許這樣的向外運(yùn)動或樞轉(zhuǎn)，而不損害襯墊2的完整性。假設(shè)齒6沿著齒狀邊緣16是弓形結(jié)構(gòu)，即使當(dāng)沿徑向向外旋轉(zhuǎn)時(shí)，一旦壓縮，至少一個(gè)齒6將保持與管塞10接觸(盡管發(fā)明人在本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)內(nèi)承認(rèn)，任何或所有齒6可以脫離與管塞10直接物理接觸，由于片1的齒6凹進(jìn)在襯墊2內(nèi)或者出現(xiàn)薄層的彈性材料或其他物質(zhì)，只要材料或物質(zhì)在襯墊2完全壓縮之后不足以干擾至少一個(gè)齒6進(jìn)入管塞10的有效緊夾，如下所述)。如在現(xiàn)有技術(shù)中，可以推進(jìn)管塞10直到被環(huán)形凸肩42擋住。
管塞10這樣插入鐘形件12之后，襯墊2將處于基本上如圖2中所示的位置上，并且襯墊2可能在某一點(diǎn)上已經(jīng)接觸凹座43。在任何情況下，如在足以實(shí)現(xiàn)密封和接頭固定的壓縮中那樣，襯墊2的基本壓縮在這點(diǎn)上不能實(shí)現(xiàn)。通過靠著襯墊2的壓蓋面7推進(jìn)壓蓋唇緣并且進(jìn)入鐘形件12來執(zhí)行進(jìn)一步的裝配。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將顯而易見，壓蓋11的這種推進(jìn)將通過與襯墊2接觸的力使襯墊2向內(nèi)接觸或更有力地接觸凹座43。如圖4中所示，襯墊2，在圖示的實(shí)施例中，特別是壓縮座表面9，開始靠著凹座43變形。在片1基本旋轉(zhuǎn)之前，襯墊2的變形，特別是在扭曲控制表面62的區(qū)域內(nèi)，開始出現(xiàn)在圖示的實(shí)施例中。認(rèn)為裝配操作的這個(gè)階段是初始階段，并且特征在于片的基本平移運(yùn)動。作用在片上的力主要在壓蓋11和壓縮能之間進(jìn)行平衡，壓蓋11作用在片1的背面13上，壓縮能儲存被在限制到片1、管塞10和鐘形件12之間的襯墊橡膠內(nèi)。這個(gè)壓縮能在稱為“壓力中心”的位置上作用到片1上，在圖示的實(shí)施例中認(rèn)為“壓力中心”與作用在片1的壓蓋11施加的力矢量一致。
隨著壓蓋11繼續(xù)進(jìn)入鐘形件12而超過圖4中所示的點(diǎn)，片1開始旋轉(zhuǎn)。裝配操作的這個(gè)階段是過渡階段，并且特征在于片1的平移運(yùn)動量相對減少，而片1的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動量相對增加。換句話說，對于壓蓋11的規(guī)定輸入而言，上突起17以比齒6更快的速度進(jìn)入鐘形件。出現(xiàn)這種情況是因?yàn)殡S著襯墊壓縮，儲存在襯墊內(nèi)的壓縮能的壓力中心移動得更靠近片1和遠(yuǎn)離上突起17。片1在這點(diǎn)上的旋轉(zhuǎn)受凹槽63影響，并且與襯墊壓力中心朝齒6的運(yùn)動有關(guān)。因?yàn)榘疾?3呈現(xiàn)出耐壓縮能力最小和從而耐變形能力最小的區(qū)域(本領(lǐng)域眾所周知，橡膠易于變形，但不易壓縮)，所以片1的上部(如圖中所示)朝凹槽63旋轉(zhuǎn)，隨著襯墊材料變形而進(jìn)入這個(gè)區(qū)域，減小凹槽63的尺寸。
隨著壓蓋11的前進(jìn)，片1的旋轉(zhuǎn)基本上以這種方式繼續(xù)，直到片1所處的點(diǎn)與管塞10和鐘形件12阻力接觸。裝配操作的這個(gè)階段將認(rèn)為是最后階段，并且在圖示的實(shí)施例中，特征在于片1的基本旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和凹槽63的基本倒塌。圖6描述了這個(gè)片和襯墊的定向。在圖示的實(shí)施例中，阻力接觸特別是在片1的齒6及突起17與管塞10及鐘形件12的相應(yīng)接頭表面之間。直到進(jìn)入裝配的最后階段為止，如果齒6與管塞10阻力接觸，或者突起17與鐘形件12阻力接觸，則將能理解這個(gè)接觸是滑動性質(zhì)的。一旦凹槽63的基本倒塌和開始裝配的最后階段，襯墊的進(jìn)一步變形極大地受到限制，這就有效地防止片1還沿軸向方向進(jìn)一步平移。施加到位于壓蓋11和鐘形件12之間的固定機(jī)構(gòu)(例如螺栓44)上的任何額外夾力都給片提供很大的轉(zhuǎn)動能，由于壓蓋11和片1接觸產(chǎn)生的力矢量與這是襯墊2壓力中心和片1間的矢量之間的不平衡?，F(xiàn)在片1的任何進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)經(jīng)由管塞10和鐘形件12的塑性變形，使得片1通過齒6穿透進(jìn)入管塞10并使得片1通過突起17穿透進(jìn)入鐘形件12。這種穿透經(jīng)由片1提供管塞10和鐘形件12之間的機(jī)械鎖定，從而獲得接頭限制。
安裝之后，根據(jù)前面的描述將顯而易見，至少一個(gè)齒6保持與管塞10抓緊接觸，而突起17保持與鐘形件12接觸。使管塞10從鐘形件12向外移動的任何企圖都至少推動這一個(gè)齒6與管塞10一起從鐘形件12沿軸向向外移動，但軸向移動不可能，這是由于壓蓋的背面13和唇緣71之間的阻力接觸以及鎖定片沿某一方向的旋轉(zhuǎn)，這種旋轉(zhuǎn)對片1、鐘形件12和管塞10施加軸向阻力以及徑向壓力。這種軸向阻力或限制是由片旋轉(zhuǎn)進(jìn)入某一方向而引起的，在這個(gè)方向上它的長度大于管塞10和鐘形件12之間的距離。施加到鐘形件和管塞的軸向負(fù)荷和徑向負(fù)荷之間的平衡影響本發(fā)明的性能，并且可能受片1的結(jié)構(gòu)影響。隨著企圖分離鐘形件12和管塞10的力增加，由片1施加到鐘形件12和管塞10的軸向阻力增加。也施加的徑向負(fù)荷保持片1的齒6和突起17分別與管塞10和鐘形件12嚙合。如果徑向分量太低，則片1將脫離管塞10或鐘形件12。如果徑向分量太高，則可能出現(xiàn)片1對管塞10的過度變形或穿透。
發(fā)明人注意到，這個(gè)特征類似于實(shí)施例中圖示的其他特征，可以表現(xiàn)出特定優(yōu)點(diǎn)，但本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)所要求的這些特征和優(yōu)點(diǎn)的存在或缺乏僅僅就象如每個(gè)具體權(quán)利要求所限定的那樣。除了清楚地包含在權(quán)利要求中的范圍之外，發(fā)明人并不認(rèn)為這些優(yōu)點(diǎn)、結(jié)構(gòu)或可能性是對本發(fā)明的限定。
管塞和鐘形件的制造公差不精確；因此，在一些安裝中，管塞10和鐘形件12之間的距離，包括鐘形件12的特征，例如凹座43，將大于或小于其他安裝中的這個(gè)距離。在上述片1的實(shí)施例下，其中管塞10和凹座43之間的間隙是按照規(guī)定或更小，一旦壓蓋11固定，就驅(qū)動片1的至少一個(gè)齒6進(jìn)入管塞10，并且驅(qū)動上突起17進(jìn)入鐘形件12。發(fā)明人認(rèn)為，由于襯墊材料的支持壓力，片1并不開始與管塞10咬住嚙合，直到鐘形件12、管塞10和襯墊2之中通常有效的密封已經(jīng)通過壓縮而實(shí)現(xiàn)。因此，齒6不能以某種方式過早地嚙合管塞10，這種方式可能不利地影響獲得襯墊2最佳壓縮的能力。通過上述討論的方式能操縱這種延遲嚙合；即，襯墊、特別是凹槽63、壓縮座表面9、扭曲控制表面62的結(jié)構(gòu)，襯墊2的彈性特征，片1的形狀，片1在襯墊2內(nèi)的位置以及這些特征的不同組合。由于除了壓蓋11之外還與鐘形件12接觸，不僅靠著壓蓋11而且靠著鐘形件12的片1傳遞分離力。這主要在于它減小了由螺栓45和壓蓋11承受且可能很大的力。在高負(fù)荷下，螺栓44和壓蓋11可以扭曲，降低襯墊2的密封效力；因此，本發(fā)明將分離矢量幅度的很大部分經(jīng)由片1直接傳遞給鐘形件12的能力提高了密封效力。
與前一段中的情形相比，其中管塞10和襯墊凹座43之間的距離相對小，當(dāng)間隙更大時(shí)，認(rèn)為夸大的樞轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)出現(xiàn)在片1內(nèi)，如下面所述在大間隙情形下存在的情況(例如，當(dāng)制造公差和裝配條件存在以便鐘形件12尺寸處于最大直徑情況下而且管塞10處于最小直徑情況下時(shí))是這樣，就是在初始裝配之后，襯墊2或片1都可以不與管塞10或鐘形件12之一或兩者接觸。在過渡階段期間，將出現(xiàn)襯墊變形，如上所述，由于管塞10、壓蓋11和鐘形件12作用在襯墊2上的壓縮力迫使襯墊2與管塞10和鐘形件12進(jìn)行接觸。然而，在此時(shí)，片1仍可以不與管塞10或鐘形件12進(jìn)行接觸。裝配的過渡階段接近結(jié)束時(shí)，隨著襯墊2的凹槽63關(guān)閉，這是由于襯墊2的壓縮而引起的襯墊2的彈性變形，將出現(xiàn)片1的顯著旋轉(zhuǎn)，這是由于前述壓縮襯墊的壓力中心的轉(zhuǎn)移和它與片1的關(guān)系。這種顯著旋轉(zhuǎn)允許片1渡過大間隙，另外將可能給大間隙提供限制。然后，如上所述進(jìn)行裝配的最后階段，其中齒6嵌入管塞10內(nèi)并且突起17嵌入鐘形件12內(nèi)。
在片1的實(shí)施例中，上突起17可以形成為角形結(jié)構(gòu)。當(dāng)在片1和鐘形件12之間施加足夠壓力時(shí)，這樣的角形結(jié)構(gòu)將使這樣的點(diǎn)侵入鐘形件12。盡管在適當(dāng)高的壓力下這樣的侵入可能出現(xiàn)在任何情況下，尤其是在上述小間隙情況下，通過調(diào)節(jié)角的銳度能控制侵入的傾向。發(fā)明人注意到，在每個(gè)規(guī)定點(diǎn)上角越尖銳，這點(diǎn)將可能沿著壓力曲線越早地侵入鐘形件12。因此，通過調(diào)節(jié)上突起17的角銳度，可能調(diào)節(jié)朝向片1最后旋轉(zhuǎn)理想點(diǎn)的傾向，這將依次調(diào)節(jié)上突起17最大可能的徑向向外運(yùn)動。應(yīng)該注意，在足以驅(qū)動上突起17進(jìn)入鐘形件12的壓力下，片1的旋轉(zhuǎn)將基本上得以阻止，并且在片1、管塞10或鐘形件12的塑性變形的條件下將出現(xiàn)。能使用這種機(jī)構(gòu)來平衡片1的旋轉(zhuǎn)和控制嚙合點(diǎn)。
類似地，如果以輻射方式構(gòu)造上突起17，則可以調(diào)節(jié)片1的運(yùn)動以允許片1沿軸向運(yùn)動，直到上突起17獲得與鐘形件12不能壓縮的鄰接，此時(shí)，在上突起17處作用到片1的軸向和徑向力使得樞軸點(diǎn)出現(xiàn)在它的附近。這個(gè)變化允許對片嚙合進(jìn)一步控制和對分配給本發(fā)明所有載荷部件的軸向和徑向負(fù)荷的平衡。
如圖7中所示，替代實(shí)施例可以將肘3組合在片1的背面內(nèi)。在過渡裝配階段的初始階段內(nèi)，固定限制設(shè)備44期間，肘3將接觸壓蓋11?？梢孕拚?的位置和結(jié)構(gòu)來進(jìn)一步改變片1在旋轉(zhuǎn)、嚙合和鎖定期間的性能?？梢酝ㄟ^提出肘3的幾個(gè)特征來進(jìn)一步解釋肘3的位置和結(jié)構(gòu)，可以修改這幾個(gè)特征來改變片性能。如果給定肘3尖的半徑，可以使肘3在接觸點(diǎn)上穿透壓蓋11。當(dāng)最后裝配階段完成時(shí)，這個(gè)穿透將給片1的進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)提供附加阻力，因此，當(dāng)平衡片的軸向和徑向載荷分布時(shí)，減輕對動作片1的直線角度的一些依靠與管塞10和鐘形件12有關(guān)。另外，肘3可以徑向向外或向內(nèi)定位在片1上。在裝配的過渡階段期間，把肘3徑向向外放在片上將增加片的旋轉(zhuǎn)傾向，使片1更早地嚙合和鎖定。把肘3徑向向內(nèi)放在片1上將具有對應(yīng)相反的作用。
如果肘3制造成使它穿透壓蓋11，同時(shí)上突起17穿透進(jìn)入鐘形件12，可能產(chǎn)生一種情況，其中傳遞到鐘形件12內(nèi)的軸向和徑向負(fù)荷可以在多個(gè)負(fù)荷路徑中進(jìn)行平衡。
根據(jù)改變肘3和上突起17的銳度的原理進(jìn)行構(gòu)建，與圖2中相比，這些點(diǎn)之間的過渡更不顯著。實(shí)際上，過渡可以是如此平滑以便產(chǎn)生用作肘3和上突起17的一般曲線。通過改變曲率半徑，或者通過包括凸點(diǎn)或其他點(diǎn)以操作成嚙合點(diǎn)(為了本發(fā)明的目的，可能認(rèn)為它們是肘3或上突起17)，曲線能適合于實(shí)現(xiàn)咬住嚙合。
由于對凹槽63或凹槽63周圍區(qū)域的前述或其他替換而可能包括的另外替代實(shí)施例包括第二或第三彈性材料的關(guān)鍵定位，第二或第三彈性材料具有與襯墊2其余部分不同的變形特性。這樣的關(guān)鍵定位可能最佳地包括片1的正面斜面15在上突起17附近的放置。這種放置將影響上突起17朝環(huán)形凹座43移動的潛能，從而使得上突起17在侵入鐘形件12之前停止基本旋轉(zhuǎn)。類似地，可以從肘3沿徑向向外放置這樣的第二或第三橡膠，以便影響肘3從管塞10沿徑向向外移動的最大能力。
盡管前述許多內(nèi)容都是根據(jù)機(jī)械接頭的初始安裝來進(jìn)行論述的，但發(fā)明人注意到使用本發(fā)明來“改進(jìn)”或修正現(xiàn)有機(jī)械接頭的價(jià)值和適用性。通過能簡單再加入地切斷襯墊2的環(huán)(優(yōu)選地是以相對半徑的角度)，襯墊2能裝配在現(xiàn)有管塞上，并且在拆除舊襯墊之后移入適當(dāng)位置。然后重新連接壓蓋11，完成標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接頭到襯墊限制機(jī)械接頭的改進(jìn)。
前述內(nèi)容表示了本發(fā)明的某些典型實(shí)施例，選擇這些實(shí)施例來通常向本領(lǐng)域技術(shù)人員教導(dǎo)本發(fā)明的原理和實(shí)施，以便他們可以根據(jù)工業(yè)技術(shù)，使用他們在本領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)來產(chǎn)生要求保護(hù)的本發(fā)明的這些實(shí)施例或其他和可變實(shí)施例，同時(shí)保持位于本發(fā)明的范圍和實(shí)施以及本公開的發(fā)明教導(dǎo)內(nèi)。發(fā)明人強(qiáng)調(diào)，本發(fā)明具有許多具體實(shí)施例，但將不是限制本發(fā)明的范圍，而是由公布的權(quán)利要求進(jìn)行限定。除非另外特別規(guī)定，申請人不是通過在結(jié)合例證性實(shí)施例的詳細(xì)描述中統(tǒng)一使用任何術(shù)語，來將該術(shù)語的含義限定成比該術(shù)語的通常理解更窄的特定含義。
權(quán)利要求
1.一種在將陽管部分連接到陰管部分時(shí)用于填料箱裝配的限制襯墊，所述限制襯墊包括a)可壓縮主體，具有管塞面對表面、徑向向外表面、壓蓋面對表面、以及定位在徑向向外表面上或從徑向向外表面沿徑向向內(nèi)的凹槽；b)鎖定部件，所述部件具有齒部分和嵌入的主體部分，其中至少一部分的齒部分定位成嚙合陽管部分。
2.如權(quán)利要求1所述的限制襯墊，其中所述凹槽定位在襯墊的前沿部分和鎖定部件的沿徑向最外區(qū)域之間。
3.如權(quán)利要求1所述的限制襯墊，其中所述凹槽形成徑向外表面的部分外部輪廓。
4.如權(quán)利要求3所述的限制襯墊，其中所述徑向外表面包括壓縮座表面和扭曲控制表面，所述扭曲控制表面引起凹槽并且關(guān)于襯墊中心軸線以5和20度之間的角度進(jìn)行布置。
5.如權(quán)利要求1所述的限制襯墊，其中所述凹槽是位于徑向外表面下面的空隙。
6.如權(quán)利要求1所述的限制襯墊，還包括多個(gè)密集區(qū)域，其中所述區(qū)域適合于影響所述鎖定部件的運(yùn)動。
7.一種裝配受限機(jī)械接頭的方法，包括下列步驟a)將推動部分襯墊形成鐘形件和管塞之間的密封關(guān)系，b)在步驟(a)之后，將襯墊壓縮成至少部分地倒塌襯墊內(nèi)的凹槽；c)在開始步驟(b)之后，將鎖定片旋轉(zhuǎn)成在鐘形件和管塞之間進(jìn)行阻力接觸。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述凹槽是位于襯墊的徑向外表面下面的空隙。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述凹槽是位于襯墊的徑向外表面內(nèi)的環(huán)形凹陷。
10.一種用于填料箱裝配的限制襯墊，適合于隨著它響應(yīng)壓縮而變形來改變它的壓力中心。
11.如權(quán)利要求10所述的襯墊，其中壓力中心的改變受可伸縮空隙或凹槽的影響。
12.如權(quán)利要求10所述的襯墊，包括鎖定片，該鎖定片為至少一個(gè)沿徑向向內(nèi)布置的齒。
13.如權(quán)利要求12所述的襯墊，其中所述鎖定片包括多個(gè)沿徑向向內(nèi)布置的齒，并且至少兩個(gè)所述齒之間的區(qū)域沒有襯墊材料。
全文摘要
本發(fā)明可以基本上被描述成一種用于將標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接頭轉(zhuǎn)換成受限機(jī)械接頭的襯墊，而無需改變接頭的鐘形件、管塞或壓蓋的結(jié)構(gòu)，并且無需附加配件或設(shè)備。在本發(fā)明的實(shí)施中，能使用標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接頭的鐘形件和壓蓋結(jié)構(gòu)，按照限制關(guān)系把一個(gè)管長的管塞端連接到另一個(gè)管長的鐘形件端，其中該限制超過勝過橡膠對管摩擦的力。在所教導(dǎo)實(shí)施例的更具體論述中，本發(fā)明包括形成襯墊來按這樣的方式裝配在鐘形件內(nèi)，以便在靜止期間存在空隙或凹槽，在這個(gè)空隙內(nèi)襯墊壓縮，這樣依次影響片的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。按照這種方式，在將壓蓋固定到鐘形件的整個(gè)過程中，襯墊的結(jié)構(gòu)影響旋轉(zhuǎn)定時(shí)和旋轉(zhuǎn)程度。
文檔編號F16L21/04GK1860321SQ200380110504
公開日2006年11月8日 申請日期2003年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月15日
發(fā)明者丹尼爾·艾伯特·科普蘭 申請人:美國管道及鑄造有限公司