專利名稱：用于壓力管連接的改進的約束件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于球墨鑄鐵壓力管的連接。
在許多場合下，管子以套接的關(guān)系連接在一起。一根管子的平端或插端被插入另一管子的承插端。承插端的管口大的足以容納被圍管的插端。一密封墊被插在外圍管的承插端內(nèi)，以便通過在兩根管之間形成一密封來防止流體從接頭泄漏。
在流體處于高壓之下的場合中，例如流體是消防管線中的水或居民區(qū)的自來水，要采用各種裝置以防兩根管脫開。
在某些情況下，采用法蘭盤安裝管子，用螺釘將法蘭盤固定在一起以防脫開。由于插入和擰緊螺釘?shù)念~外步驟，所以此方法成本高且費時間。
防止管子脫開的另一方法是采用墊塊或外部的約束裝置。這種方法也很昂貴并需要仔細地放置墊塊。
美國專利NOS.3，963，298和4，229，026示出了另一種方法，其中也用作流體密封的一橡膠密封墊帶有帶齒的金屬片，此等金屬片繞其內(nèi)圓周均勻地隔開。帶齒的金屬片咬入被插管之插端的外表面，并防止被插管撤出。金屬片繞一凸緣轉(zhuǎn)動以允許一根管的插端被插入另一管的承插端，同時在高流體壓力的條件下防止被插管撤出。
然而，此方案的缺陷是當(dāng)金屬片的齒過深地咬入被插管的外表面時，被插管的插入部分會破裂成破碎。當(dāng)金屬片繞凸緣過度轉(zhuǎn)動時就能注意到這種破裂。
共同未決申請系列號07/971，110公開了一種具有金屬片的約束件，金屬片繞約束件的外露表面等距隔開，其中每個金屬片都帶有一個帶一排齒的第一外露表面和單獨一個齒，它徑向延伸超出金屬片之相對于所述第一外露表面的表面。在該申請中，最佳實施例顯示金屬片在一個外表表面上有三個齒。共同未決申請中的約束件這樣工作，即在承插端口和插端外徑之間有一預(yù)定容差的條件下金屬片的其中兩個齒將咬住被圍管的插端。但在實際中，一管子的承插端之喉部下邊緣與被圍管插端的外表面之間的距離差可在一很寬的范圍內(nèi)變化，并且共同未決申請的發(fā)明可能不能完全并充分地補償這類差。
本發(fā)明的一個目的是提供一個帶有金屬片的密封墊，金屬片帶有與一管子的插端嚙合的齒，每個所述金屬片在所述金屬片上與所述齒相對之側(cè)還帶有一個齒，以防止所述金屬片過度轉(zhuǎn)動。
本發(fā)明的另一目的是提供一種帶齒金屬片，用以防止管子脫開，并同時防止其中一根管子的插端破碎。
本發(fā)明還一個目的是提供一種帶齒金屬片，它帶有設(shè)置在一個圓弧上的四個齒，以有選擇地咬住一管子的插端并在較大的容差下有效地增加連接強度以防脫開。
本發(fā)明進一步的目的是提供一種能抵抗較高壓力的高強度接頭，這是由于本發(fā)明的結(jié)構(gòu)使得分離力由徑向力轉(zhuǎn)變成沿管子縱軸線作用的軸向力。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種彈性體密封墊，帶有周向隔開的金屬片，每個金屬片帶有至少四個位于一圓弧內(nèi)的齒，形成金屬片的內(nèi)部外露表面，還帶有一個從金屬片的相對之側(cè)向外延伸的齒。從金屬片的相對之側(cè)向外延伸的齒可咬入外圍管承插端的一個壁。金屬片外側(cè)上的單一齒之目的是當(dāng)管子處于脫開狀態(tài)時控制金屬片的轉(zhuǎn)動量并防止朝向內(nèi)部的齒壓碎被插管的插端。通過帶有四個齒，金屬片任何時候都將有兩個齒同時咬住被圍管之插端的外表面。這樣將大大增加接頭在分離前可承受的壓力。
所用詞“金屬片的內(nèi)側(cè)和外側(cè)”系相對于當(dāng)彈性體墊圈位于被連接管之插端和承插端之間時金屬片的構(gòu)形而言。
參照附圖，從以下對本發(fā)明的描述中本領(lǐng)域技術(shù)人員可更明顯看出本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點，在附圖中類似的數(shù)字表示類似的元件，其中

圖1是一局部剖視圖，示出了一個采用母申請發(fā)明之密封墊的管子承插端和進入承插端之另一管子的插端或平端。
圖2是一局部剖視圖，示出了一個采用母申請發(fā)明之密封墊的管子承插端和完全插進第一管承插端的另一管子的插端或平端。
圖3是一密封墊的頂視圖，示出了繞其圓周金屬片的分布。
圖4是本發(fā)明一金屬片的剖視圖。
圖5是密封墊的剖視圖，示出了圖4所示的金屬片。
圖6是一接頭的剖視圖，該接頭采用了本發(fā)明的其中一個金屬片。
圖7是一接頭的剖視圖，該接頭在不同于圖6所示的條件下采用了本發(fā)明的其中一個金屬片，和圖8是一接頭的剖視圖，該接頭在不同于圖6、7所示的條件下采用了本發(fā)明的其中一個金屬片。
多年來，均是通過利用一橡膠或彈性體密封墊來連接一端帶有承插端另一端帶有平端或坡端的鑄鐵壓力管，在一系列套接的管中，該密封墊在承插端的內(nèi)壁和相鄰管的平端或坡端的外壁之間被壓縮。這類系統(tǒng)的最成功處是在承插端提供了一帶有密封墊密封壁的細長保持槽以及當(dāng)平端穿過承插端時為其導(dǎo)向并限制其運動的喉部和壁部，和一橡膠密封墊。1960年9月20日發(fā)布的美國專利2，953，398和1982年8月22日發(fā)布的美國專利4，108，481描述了這樣一種管接頭。這類密封墊通常具有三個重要特征一密封球狀增大部分，一跟部和一內(nèi)錐形壁。
由于管承插端和平端可不用切削方法加工，就會面臨鑄造出的直徑尺寸變化頗大的問題，隨之，密封墊的密封球狀增大部分就要承受較寬范圍(其原始厚度的約2%-45%)內(nèi)的壓縮。為了在面臨大范圍直徑尺寸的情況下幫助平端進入已裝密封墊的承插端，密封墊的內(nèi)壁通常被加工成錐形，從承插端的相配喉部直徑到密封墊的內(nèi)部密封球狀增大部分的直徑逐漸變細。為進一步輔助裝配，密封墊的球狀增大部分具有一較軟的肖氏A硬度計讀數(shù)，其范圍在40和60之間。
密封墊的約束跟部一般由一較高硬度的化合物制成，其硬度高于密封球狀增大部分，以便在接頭裝配期間約束密封墊，并當(dāng)裝配后的接頭承受高壓時防止較軟的球狀增大部分擠出。典型密封墊的約束跟部的肖氏A硬度計讀數(shù)在約75到90之間。約束跟部通常被設(shè)計成裝入外圍管承插端的保持槽內(nèi)。在剖視圖上，具有這些特征的已知密封墊是對稱的。
具有類似對稱剖面的密封墊也可由同種硬度的橡膠化合物制成。如果整個密封墊為較硬的化合物，就需要極高的裝配力。如果整個密封墊為較軟的化合物，裝配時密封墊就會移動，而且只能維持較低的內(nèi)部壓力。所以，單種硬度的密封墊其肖氏A硬度計讀數(shù)一般都在中間范圍內(nèi)，約60-75之間。通常，采用這種單種硬度的密封墊，就會失去雙種硬度密封墊的一或多種特征。
在圖1所示的共同未決申請的實施例中，示出了一個形成在一管子2的承插端1和第二根管子4的平端成插端3之間的接頭。第二根管子4待被推入外圍管2的承插端1內(nèi)。密封墊6被示出位于管2的承插端1內(nèi)的位置。
管承插端1的內(nèi)表面帶有一個由一前壁10和保持壁12界定的保持槽8，及一個從一密封壁16徑向向內(nèi)延伸的擠壓肋14。此外，承插端帶有一個徑向向內(nèi)延伸并連接前壁10的喉部13。當(dāng)裝配接頭時，喉部18為平端3導(dǎo)向直到坡端20接觸到密封墊6的錐形內(nèi)表面(未示出)。坡端20和錐形表面之間的楔入作用就在平端3和擠壓肋14以及密封壁16之間擠壓密封墊的密封球狀增大部分24。承插端內(nèi)表面的保持壁12與密封墊的保持肩部26嚙合以防止在裝配接頭時密封墊移位。
在緊密連接的情況下，密封壁16和平端3之間的密封墊間隔G較小，并且密封墊擠壓力和接頭裝配力較高。采用由硬度較軟的彈性體制成的密封墊6之密封球狀增大部分24，以減小緊密裝配接頭時所需的力。硬度較硬的彈性體被用于保持跟部30，以防止緊密裝配接頭時密封墊移位。
盡管是就兩種彈性體制成的密封墊來描述本發(fā)明的接頭的，但密封墊也可由一種彈性體制成。
在松動連接的情況下，喉部18和平端3之間的喉部間隙T較大。當(dāng)管接頭被加壓時，密封墊被迫朝前壁10移動，并充填管承插端的保持槽8。密封墊的較軟的密封球狀增大部分24會試圖擠過喉部間隙T。墊圈的較硬的保持跟部30將阻止墊圈的較軟球狀增大部分24擠過喉部間隙T。
盡管是參照這種管接頭描述了共同未決申請的發(fā)明，即外圍管的承插端帶有一擠壓肋14，但采用諸如美國專利NO.2，953，398中所公開的承插端結(jié)構(gòu)(沒有擠壓肋)，密封墊也可實現(xiàn)其密封功能。
插入密封6的是一系列金屬片34。沿圓周方向使金屬片繞密封墊6的周邊等距隔開。金屬片34被牢固地硫化進密封墊6內(nèi)。插入密封墊內(nèi)的金屬片數(shù)量隨接頭處的預(yù)期流體壓力和所涉及之管子的尺寸而定。例如，對于插端外徑為25.80″的管子并且預(yù)期流體壓力為700P.S.i，將42個金屬片以等距的間隔繞密封墊的周邊設(shè)置。
共同未決專利申請的金屬片34有三個齒36、38和40，它們朝密封墊的內(nèi)部延伸超出密封墊6的跟部30。齒36、38和40被設(shè)計來當(dāng)管4被插入管2的承插端1內(nèi)時咬入插端3的外表面。在設(shè)計上金屬片34類似于美國專利NO.3，963，298中所示的金屬片，不同之處是金屬片34帶有三個切入插端3外表面的露出的齒和一個穿過密封墊的相對側(cè)向外延伸的第四齒44。齒44在密封墊6的相對或外表面向外延伸。
密封墊6的后或外表面有一個槽48，它位于密封墊6的跟部30和密封部分24之間。槽48容納承插端1的一凸緣50。當(dāng)插端3被移入或移出承插端1時，密封墊6可繞凸緣50稍微轉(zhuǎn)動。
現(xiàn)在參照圖2，其中示出了一個通過將管4的插端3完全插入管2的承插端1而完成的一接頭。隨著管4的插端3移入管2的承插端1(朝圖2所示的右側(cè))，插端3抵靠在金屬片34的齒40上并擠壓密封墊6的密封球狀增大部分24，從而在管2的內(nèi)表面和管4的外表面之間形成一個不漏流體的密封。插端3也推壓金屬片之間的密封墊6的彈性體部分。隨著插端3推壓齒40，金屬片34繞凸緣50逆時針轉(zhuǎn)動。此時，凸出于密封墊6的外側(cè)部分的齒44沿前壁10的內(nèi)表面移動。
現(xiàn)在接頭已被密封，管系統(tǒng)可以運送加壓流體。
隨著流體壓力升高，管4有朝左側(cè)移動的趨勢，這可導(dǎo)致接頭斷開。然而，隨著管4朝左側(cè)移動，由于金屬片34趨向于朝左側(cè)移動并繞凸緣50順時針轉(zhuǎn)動，所以密封墊6的齒40即咬入插端3的外表面。如果金屬片34繞凸緣50過度地轉(zhuǎn)動，齒40將以足夠的力量咬入插端3的周邊使管4破裂。
為防止金屬片34過度地轉(zhuǎn)動，伸出密封墊6的后或外表面的齒44將咬入前壁10的內(nèi)表面。防止金屬片34的過分轉(zhuǎn)動，就避免了管4的破裂。
由于后齒44咬入前壁10的內(nèi)表面，可達到更高的使接頭分離的內(nèi)壓力，這是因為分離力由徑向力轉(zhuǎn)變?yōu)檠毓艿目v軸線作用的軸向力。
圖3示出了一密封墊6，帶有沿密封墊的周邊以相等距離相互隔開的金屬片34。應(yīng)當(dāng)知道繞密封墊6的周邊隔開的所有金屬片34的工作方式，與參照上述金屬片所描述的工作方式相同。
現(xiàn)在可以參照圖4，5，6，7和8描述構(gòu)成本發(fā)明的改進之處。
圖4示出了一個類似于圖1所示之金屬片34的金屬片34a，不同之處是金屬片34a帶有一個第四齒42。所有齒36，38，40和42位于一共同的弧線56內(nèi)。本發(fā)明中該弧線是一個半徑為0.939英寸的圓的一部分。然而，該具體的尺寸不應(yīng)被認作本發(fā)明的一限制性因素。
圖5是密封墊6的一橫剖視圖，該密封墊帶有嵌在密封墊6之橡膠圈內(nèi)的圖4所示金屬片34a。
在說明圖4所示之金屬片34a的作用之前，應(yīng)當(dāng)討論一下公差。
在制造球墨鑄鐵管時，盡管作了許多努力以制造標準一致的管子，但被圍管的插端外徑在尺寸上仍將有所變化。同理，外圍管的承插端在尺寸上也會有所變化。
極端的情況是最小直徑的插端被插入具有最大直徑之管子的承插端，或者最大直徑的插端被插入具有最小直徑之管子的承插端，正是在這類極端情況下帶有三個齒的現(xiàn)有技術(shù)金屬片34就會存在問題。采用三個齒，當(dāng)管子在高壓下趨向于分離時，金屬片只會存在兩種狀態(tài)。
為使更高的壓力有更少的破壞機會，采用了在一圓弧上帶四個齒的新金屬片34a。
圖6示出了使用新金屬片34a的一個例子，其中管子之間的公差為極端情況，即被圍管3的插端有一最小直徑，外圍管1的承插端有一最大直徑。在此例中隨著管趨向于分離，金屬片34a繞凸緣50轉(zhuǎn)動，并且金屬片34a的齒40和42與管3的插端嚙合。
如圖7所示，其中管3之間的公差處于另一極端情況，即被圍管3的插端有一最大直徑，并且外圍管1的承插端有一最小直徑，金屬片34a的齒36和38與管3的插端嚙合以防管子脫開。
如圖8所示，它是較為普遍的情況，管3的插端和管1的承插端之間的公差大約是兩種極端情況的中間狀態(tài)，當(dāng)管子在流體高壓下趨向于脫開時金屬片34a的中間齒38和40將與管3的插端嚙合。
這樣，與其它帶金屬片的密封墊相比，本發(fā)明在范圍上更為廣泛。
總之，通過采用在其后表面有一個齒在其相對表面的一圓弧上有四個齒的金屬片，本發(fā)明對于防止被圍管之插端的破裂有更大的靈活性。
盡管參照具體實施例描述了本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)理解由于可作出許多改變，本發(fā)明不應(yīng)受此限制。所以意在以本申請覆蓋任何和所有落入附屬權(quán)利要求書之范圍內(nèi)的這類改變。
權(quán)利要求
1.一種防止套接的管子脫開的密封墊，所述套接的管子包括一根帶有一密封墊容納槽的第一管，所述槽帶有一前壁，和一根第二管，所述第二管帶有一插入所述第一管的插端，包括一帶有跟部和密封部分的可壓縮體，所述跟部帶有周向隔開的并嵌在所述可壓縮體外露表面上的金屬片，每個所述金屬片帶有一排從所述金屬片的-第一表面徑向向內(nèi)延伸的齒，并日每個所述金屬片帶有單獨一個從所述金屬片上與所述第一表面相對之側(cè)面徑向向外延伸的齒，使所述徑向向外延伸的齒成銳角并設(shè)置成咬入所述槽內(nèi)之所述前壁的內(nèi)表面，從而防止金屬片的過度轉(zhuǎn)動以防被插入管之插端破裂。
2.如權(quán)利要求1所述的密封墊，其中所述一排齒包括至少兩個齒。
3.如權(quán)利要求1所述的密封墊，其中所述密封墊帶有一個具有預(yù)選肖氏硬度的跟部，并且所述密封部分的肖氏硬度值小于所述跟部的所述預(yù)選肖氏硬度值。
4.一種防止套接的管子脫開的密封墊，包括一個帶有一跟部和一密封部分的可壓縮體，所述跟部帶有周向隔開的并嵌在所述可壓縮體外露表面上的金屬片，每個所述金屬片帶有一排從所述金屬片的第一表面徑向向內(nèi)延伸的至少四個齒，并且至少一些所述金屬片帶有單獨一個從所述金屬片之相對于所述第一表面的側(cè)面徑向向外延伸的齒。
5.如權(quán)利要求4所述的密封墊，其中所述一排齒包括至少四個位于一圓弧內(nèi)的齒。
6.如權(quán)利要求4所述的密封墊，其中所述密封墊帶有一個具有預(yù)選肖氏硬度的跟部，所述密封部分的肖氏硬度值小于所述跟部的所述預(yù)選肖氏硬度值。
7.如權(quán)利要求4所述的密封墊，其中所述跟部和所述密封部分具有相同的肖氏硬度。
8.如權(quán)利要求4所述的密封墊，其中每個所述金屬片帶有單獨一個從所述金屬片之相對于所述第一表面的側(cè)面徑向向外延伸的齒。
全文摘要
一種防止套接的管子脫開的約束件，包括一個彈性材料制成的可壓縮體，所述可壓縮體帶有繞其外露表面等距隔開的金屬片，每個金屬片帶有一個具有一排齒的第一外露表面，所述一排齒的至少四個齒位于一圓弧內(nèi)，并且至少一些所述金屬片帶有單獨一個徑向向外延伸超出所述金屬片之相對于所述第一外露表面的表面的齒。
文檔編號F16J15/12GK1090383SQ9311426
公開日1994年8月3日 申請日期1993年11月2日 優(yōu)先權(quán)日1992年11月4日
發(fā)明者J·偉伯, L·S·瓊斯 申請人:美國管及鑄造公司