專利名稱：衛(wèi)生的法蘭式管接頭的墊圈熱膨脹區(qū)域的制作方法
優(yōu)先權(quán)要求本申請(qǐng)要求題為“改進(jìn)的具有墊圈熱膨脹區(qū)域的衛(wèi)生裝置”的以下臨時(shí)申請(qǐng)的權(quán)益于1998年2月18日提出的序號(hào)為No.60/0383993的未轉(zhuǎn)讓臨時(shí)申請(qǐng)，其特快郵遞編號(hào)為No.EM178206756US，該申請(qǐng)的內(nèi)容已作為參考包含在本文中。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及管子工藝或管連接和管接頭工藝，具體涉及密封面和相關(guān)墊圈之間關(guān)系獲得改進(jìn)的法蘭式管接頭。
法蘭式管接頭具有柔性材料例如彈性材料、塑料等作的墊圈，該墊圈被夾壓在相對(duì)法蘭的用于密封端表面之間。這些管接頭經(jīng)常用于衛(wèi)生處理系統(tǒng)中，在這些系統(tǒng)中很不希望滯留流體。這些系統(tǒng)通常作成使管子配置成約2°角的小角度傾斜，應(yīng)用自流排放。因此，由于是小角度傾斜，所以必須限制由于流體集中在滯留發(fā)生區(qū)域而造成的流體停留可能性。例如，已知這樣設(shè)計(jì)墊圈和有關(guān)的法蘭，使得在完成接頭以后，墊圈的徑向內(nèi)表面基本上與被連接管的內(nèi)表面齊平或在其內(nèi)表面之間形成光滑的接續(xù)。例如在美國(guó)專利No.3 775 832、4 735 445和德國(guó)專利(German Patentschrifts)CH674764A5和947 043中例示了這種一般形式的接頭。
先有技術(shù)已提出了各種方法或設(shè)計(jì)來(lái)確保不發(fā)生墊圈的過(guò)壓或欠壓。盡管如此，還是發(fā)現(xiàn)存在這兩種狀況，造成各種工藝問(wèn)題，這些問(wèn)題很有影響，而且常常還未認(rèn)識(shí)到。當(dāng)墊圈過(guò)壓時(shí)，墊圈材料被擠壓到管子或管道系統(tǒng)的流路內(nèi)。在初次裝配管接頭期間或進(jìn)行高溫處理例如蒸氣消毒處理期間，當(dāng)墊圈的熱膨脹造成過(guò)分的擠壓以后，會(huì)發(fā)生這種情況。過(guò)分?jǐn)D壓造成若干主要問(wèn)題，包括流動(dòng)受阻、細(xì)胞剪變、系統(tǒng)污染和流體滯流。流動(dòng)受阻源于例如墊圈的內(nèi)周緣過(guò)分地伸入到流通中，因而形成節(jié)流效應(yīng)。要求特定清潔過(guò)程的衛(wèi)生系統(tǒng)得由FDA(美國(guó)食品藥物管理局)確認(rèn)，該過(guò)程包括需要產(chǎn)生進(jìn)行清潔處理所需渦流狀態(tài)的最小流速。處于限流狀態(tài)的墊圈可能造成系統(tǒng)不能滿足要求的流體速度，因而不能滿足行政法規(guī)。第二個(gè)問(wèn)題即細(xì)胞剪變是由于易損的微生物撞擊在擠壓出的墊圈上造成的，這造成作為生物過(guò)程目標(biāo)制品的細(xì)胞的破壞。第三個(gè)問(wèn)題即系統(tǒng)污染是由于長(zhǎng)時(shí)間受到過(guò)程條件特別是蒸氣的作用，擠壓的墊圈變脆、裂成碎片而造成的，這些碎片污染了系統(tǒng)。在使系統(tǒng)排放而回收制品時(shí)發(fā)生第四個(gè)問(wèn)題即流體滯流。在要求高度潔凈和/或易于沖洗和易于切換過(guò)程流體的系統(tǒng)中，這是一個(gè)很大的問(wèn)題。
在欠壓時(shí)將產(chǎn)生兩個(gè)主要問(wèn)題，即捕獲流體和滲漏。欠壓源于不正確的組裝或由于加熱周期的結(jié)果。當(dāng)墊圈在如上所述溫度下擠壓，并冷卻到正常溫度或環(huán)境處理溫度時(shí)，在常規(guī)衛(wèi)生裝置中的墊圈不會(huì)回到其原來(lái)的位置。在發(fā)生這種情況時(shí)，只有較小的壓縮力作用在仍留在裝置內(nèi)的墊圈材料上，這可能導(dǎo)致裝置松開(kāi)。在某些情況下，只需一次加熱周期便可以造成孔的邊界面的密封性降低，這使得過(guò)程流體容易進(jìn)入密封區(qū)并被捕獲?；×⒌牧黧w如不折卸開(kāi)便不能清除，并造成同一批或隨后幾批的污染。在某些情況下，過(guò)程流體逸到大氣，形成滲漏。
發(fā)明概要本發(fā)明提供上述類型的管接頭結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)于消除或大大減小對(duì)墊圈的擠壓，從而減小限流作用、減少污染、減小流體滯留和組裝期間提高準(zhǔn)直程度。
具體是，按照本發(fā)明的各個(gè)方面，上述一般類型的管接頭組件包括一對(duì)軸線對(duì)準(zhǔn)的處于鄰接關(guān)系的圓筒管端部。每個(gè)管的相同直徑的圓筒內(nèi)表面與相對(duì)管端部的圓筒內(nèi)表面準(zhǔn)直。連接法蘭在各個(gè)管端部的外面徑向延伸，其軸向相對(duì)表面形成環(huán)形的連續(xù)包封槽，該槽包括由軸向相對(duì)的密封表面確定的第一軸向窄部分。該第一軸向窄部分通向圓筒內(nèi)表面。槽的第二軸向較寬部分位于第一部分的徑向外側(cè)，具有位于第一軸向窄部分上面的并與該部分準(zhǔn)直的徑向外表面。柔性材料墊圈位于包封槽中。最好的墊圈結(jié)構(gòu)具有窄部分或肋片，其尺寸和體積作成可以完全充滿包封槽的第一軸向窄部分并以相當(dāng)?shù)拿芊鈮毫Ш陷S向相對(duì)的密封表面。
墊圈的整體形成的第二部分或冠部分其尺寸和體積被定為可伸入到包封槽的第二部分。第二部分具有內(nèi)側(cè)徑向尺寸和足夠大的質(zhì)量，前者與管端部形成干涉配合，以便于組裝，后者在組裝接頭期間可使管端部保持在理想的對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)。這些結(jié)構(gòu)特征有利于改進(jìn)組裝流體系統(tǒng)中部件的準(zhǔn)直性，便于組裝。
墊圈的第二部分也具有充分大的徑向尺寸，以便徑向越過(guò)包封槽的第二部分，并在組裝接頭時(shí)與該包封槽的徑向外表面形成壓力接合。該包封槽的軸向延伸部分是相當(dāng)大的，足以提供溫度增加時(shí)墊圈可以膨脹進(jìn)入的膨脹空間。提供膨脹空間可以避免墊圈的徑向向內(nèi)擠壓而超過(guò)管端部的圓筒內(nèi)表面。
按照本發(fā)明的附加的有限方面，最好利用連接法蘭的相對(duì)表面上所帶的表面部分限定剛性裝置，以防止法蘭彼此相向運(yùn)動(dòng)超過(guò)預(yù)定的最小限度。
如上所述，本發(fā)明起因于發(fā)現(xiàn)用于這種墊圈的材料受到擠壓，這些擠壓或者是在起初組裝管接時(shí)造成的，或者是由于溫度的增加而造成的。由于在墊圈的窄的內(nèi)密封部分的徑向外側(cè)的位置形成膨脹空間，因而顯著減小了墊圈向管端部流道中的膨脹。墊圈的窄的內(nèi)密封部分受到徑向壓力，因?yàn)閴|圈第二部分的尺寸被定為可以徑向伸過(guò)包封槽的第二部分，并與包封槽第二部分的徑向外表面形成壓力嚙合。這種壓力嚙合還構(gòu)成在主要密封區(qū)徑向外側(cè)的輔助密封區(qū)。
另外，在墊圈第二部分和包封槽徑向外表面之間的嚙合形成一種徑向壓縮力或環(huán)箍力，使得墊圈可以膨脹進(jìn)入膨脹空間，同時(shí)使墊圈的窄的內(nèi)密封部分不能從其靠近流道的要求位置發(fā)生不希望的徑向漂移。
從上述敘述可以看出，本發(fā)明的主要目的是提供一種管接頭和墊圈組件，其中，可以顯著減少墊圈受擠壓而進(jìn)入流道，同時(shí)可以保持被連接管子的內(nèi)壁表面的平滑接續(xù)，從而減小流體滯留、流動(dòng)受阻和系統(tǒng)污染。
本發(fā)明的再一目的在于改進(jìn)了管接頭組件的部件的準(zhǔn)直。
本發(fā)明的再一目的是提供一種可以形成輔助密封的管子和管接頭組件。
對(duì)于技術(shù)人員，閱讀和研究以下的詳細(xì)說(shuō)明后可以明顯看出本發(fā)明的另外一些優(yōu)點(diǎn)和有利之處。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明本發(fā)明研究某些部件和部件配置的實(shí)際形式，這些部件或配置的優(yōu)選實(shí)施例和方法詳細(xì)說(shuō)明于本說(shuō)明書(shū)中和例示于作為本發(fā)明一部分的附圖中，這些附圖是

圖1是按本發(fā)明構(gòu)造的管子或管接頭結(jié)構(gòu)的優(yōu)選形式的橫向橫截面圖；圖2是圖1所示組裝接頭的墊圈凹槽的放大圖，更詳細(xì)示出墊圈和墊圈凹槽之間的關(guān)系；圖3是墊圈的放大橫截面圖；圖4是復(fù)蓋在墊圈凹槽上處于未壓縮狀態(tài)的墊圈的橫截面圖，此圖可以更清楚地看出其間的相對(duì)關(guān)系；圖5是本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例的橫截面圖；圖6例示出管接頭組件中附加的出口，用于檢測(cè)或監(jiān)測(cè)該孔邊界面密封的完整性和可能的滲漏；圖7A-7E例示出本發(fā)明墊圈的可替代的圖示結(jié)構(gòu)和形狀。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明現(xiàn)在參考附圖，這些圖僅用于例示本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，沒(méi)有限制本發(fā)明之意，圖1示出一對(duì)軸向準(zhǔn)直的圓筒形管或管端部10、12，該管端部由法蘭式管接頭組件14以密封形式結(jié)合在一起。管端部10、12分別具有均勻的開(kāi)口內(nèi)直徑D1、D2，它們具有相同的內(nèi)直徑，彼此準(zhǔn)直地靠近配置。在各個(gè)管端部10、12上分別形成環(huán)形連續(xù)的徑向延伸的法蘭16、18。該法蘭使得兩個(gè)管端部可以由常規(guī)的夾具環(huán)15夾緊，達(dá)到組裝狀態(tài)，該夾具在附圖中僅示意示出。雖然法蘭16、18可以形成為單獨(dú)的部件并用適當(dāng)方法連接于管端部，但是在本實(shí)施例中，它們被表示為整體成形在各自的管端部10、12上。
各個(gè)法蘭16、18包括密封端表面，該表面最好位于垂直于中心軸線20的平面內(nèi)。法蘭16、18的各個(gè)端表面22、24相互配合而形成環(huán)形連續(xù)的密封安裝凹槽或槽口30。在本實(shí)施例中，密封件安裝凹槽配置成當(dāng)法蘭16、18被夾緊，形成圖1所示的狀態(tài)時(shí)，凹槽30具有第一徑向內(nèi)部分32(見(jiàn)圖2)，該部分相當(dāng)窄并通向中心通道的內(nèi)部。槽30還包括第二徑向較寬部分34，該部分位于第一部分32的徑向外側(cè)并且也是環(huán)形連續(xù)的。利用法蘭16、18徑向外邊緣上的各自的剛性延伸部分16a、18a可以控制包封槽30的寬度，從而限制法蘭軸向的相向運(yùn)動(dòng)。
在槽30內(nèi)，配置用適當(dāng)柔性材料作的墊圈38，該墊圈在壓縮時(shí)可以在法蘭之間形成有效的密封?？梢圆捎煤芏嗖煌膲|圈材料，包括乙丙橡膠、氟烴橡膠、硅橡膠、腈橡膠、氯丁橡膠、聚乙烯和四氟乙烯。在本實(shí)施例中，墊圈38具有如圖3所示的優(yōu)選橫截面。如下面將說(shuō)明，墊圈38的形狀可以具有不同的結(jié)構(gòu)和外觀而仍能達(dá)到本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和好處。墊圈的徑向內(nèi)部分40形成肋片，該肋片具有大體恒定的軸向厚度，在未壓縮狀態(tài)時(shí)，該厚度稍大于槽的徑向內(nèi)部分的軸向厚度(見(jiàn)圖4的疊置圖)。在組裝后，該徑向內(nèi)部分被壓縮在表面22、24之間，形成第一密封或主要密封，該徑向內(nèi)部分充滿槽的內(nèi)部窄部分形成的空隙。另外，在圖4例示的實(shí)施例中，墊圈的內(nèi)徑向直徑在未壓縮的狀態(tài)下銷大于流道的直徑。當(dāng)管接頭組裝完后，墊圈的內(nèi)徑發(fā)生變化，而與流道的直徑平齊，從而形成孔邊界面的密封，這種密封即使在系統(tǒng)的高溫處理?xiàng)l件下也能減小流體的滯留和制止流體的截?cái)r。然而在另外的實(shí)施例中，取決于有關(guān)的管接頭的結(jié)構(gòu)未壓縮肋片40的直徑可以小于、大于或等于流道的直徑，以便在組裝后形成一個(gè)平齊的或大體平齊的孔邊界面的密封。在某些實(shí)施例中，還需要使墊圈肋片40在裝配后稍許擠壓進(jìn)入流道中，如圖2以特別放大的方式示出的那樣。在這些情況下，特別是在衛(wèi)生學(xué)的應(yīng)用方面，很需要使伸入流道的肋片部分為拱形，以減少對(duì)流體的截?cái)r。本發(fā)明可以采用這種構(gòu)形，因?yàn)楸景l(fā)明具有在系統(tǒng)的高溫處理?xiàng)l件下可以減小格外擠壓的特征，這將在下面說(shuō)明。
墊圈的徑向外部分42相對(duì)于肋片42具有加大的軸向尺寸和徑向尺寸，該部分在圖3的實(shí)施例中形成蘑茹狀的帽或冠部42，該帽整個(gè)地從墊圈內(nèi)部分40伸出。再參考圖4，帽的軸向尺寸(在其最寬部分)在未壓縮狀態(tài)時(shí)大于組裝后槽的軸向尺寸。這樣，墊圈被壓縮而與槽的放大部分的徑向表面形成密封接觸(見(jiàn)圖1和2)。由于這種尺寸關(guān)系造成的壓縮還使得墊圈材料徑向向外移動(dòng)，使得它嚙合槽的徑向外壁的剛性延伸部分16a、18a。這種嚙合形成輔助密封，這種密封可以顯著增加組件的額定壓力。另外，該輔助密封在衛(wèi)生接頭的外側(cè)形成一層大氣阻隔層。例如輔助密封使得衛(wèi)生管接頭可以防噴濺。
這種嚙合還具有造成環(huán)箍應(yīng)力(即增加的環(huán)箍強(qiáng)度)的附加優(yōu)點(diǎn)，這種環(huán)箍應(yīng)力可以制止墊圈的肋片響應(yīng)流體系統(tǒng)的壓力徑向向外移動(dòng)。利用軸向壓縮的并在墊圈的外部徑向邊緣和槽壁(此處由剛性延伸部分形成)之間形成間隙的先有技術(shù)裝置在某些應(yīng)用中潛在地易于使墊圈響應(yīng)流體管道中的壓力而徑向移動(dòng)。因此在這些先有設(shè)計(jì)中的整個(gè)墊圈易于徑向移動(dòng)，從而導(dǎo)致有效的孔邊界面的密封度降低，并伴隨著發(fā)生流體滯留等問(wèn)題。在本發(fā)明中，在剛性延伸部分16a，18a和墊圈42的第二部分42之間的徑向嚙合使得可以在形成次級(jí)密封或阻擋層的同時(shí)防止這種不希望的移動(dòng)。
帽42的圓拱形錐體的外側(cè)徑向區(qū)域及內(nèi)部分40使墊圈形成獨(dú)特的蘑菇形狀。當(dāng)墊圈從管孔徑向向外延伸時(shí)，墊圈軸向尺寸的平滑的逐漸減少形成了膨脹空間44、46。槽30的第二軸向較寬部分34的尺寸被定為可以容納墊圈響應(yīng)溫度升高而引起的預(yù)計(jì)的膨脹，而且預(yù)定不會(huì)在環(huán)境溫下由墊圈完全充滿。因此，即使墊圈嚙合剛性延伸部分，形成上述輔助密封，也可以在槽壁和墊圈的厚度減小或錐形區(qū)域形成空間44、46。
由優(yōu)選結(jié)構(gòu)提供的加大質(zhì)量的帽42即使在存在膨脹空間和徑向壓縮時(shí)也具有提高準(zhǔn)直性的優(yōu)點(diǎn)。即，因?yàn)閴|圈的尺寸被定為可以與槽的第一和第二部分的界面形成干涉配合，所以在配置相對(duì)的法蘭，開(kāi)始組裝管接頭組件時(shí)，可先使墊圈就位于第一法蘭上，并且在完成管接頭組裝后，相對(duì)的法蘭便保持暫時(shí)的準(zhǔn)直。墊圈加大的質(zhì)量還提供了類似“配合”的可靠準(zhǔn)直參考物，當(dāng)兩個(gè)法蘭圍繞墊圈結(jié)合在一起時(shí)，這種配合是有觸感的，該加大的質(zhì)量還有助于在組裝過(guò)程期間保持法蘭和管的準(zhǔn)直。這樣便可以使使用人在完成管接頭組件的裝配后不必調(diào)節(jié)管端部的準(zhǔn)直。因?yàn)楣艿钠鹗冀M裝都是很精確的，并在組裝管接頭的始終均保持準(zhǔn)直，這也同樣提供了管的準(zhǔn)直性。
圖5示出包含本發(fā)明特征的另一優(yōu)選實(shí)施例的墊圈。從圖中可以特別明顯地看到，墊圈無(wú)需對(duì)徑向軸線形成對(duì)稱形狀。圖中，墊圈的右手表面具有如圖1-4所示實(shí)施例中所述的墊圈的大體蘑菇形表面。然而墊圈的徑向外部分預(yù)定不嚙合剛性延伸部分而形成輔助密封，因?yàn)樵趧傂匝由觳糠种g插入環(huán)形金屬環(huán)50。金屬環(huán)50和剛性延伸部分的表面之間的嚙合限制了可以加于墊圈上的軸上壓力。這仍然提供了本發(fā)明的其它特征例如(i)形成孔邊界面的有效密封和(ii)在組裝管接頭時(shí)形成用于高溫條件的膨脹空間。墊圈的相對(duì)表面或左手表面是常規(guī)構(gòu)形，因而不具有本發(fā)明的所有特征。盡管如此，此實(shí)施例的確例示出墊圈可以采用許多不同的構(gòu)形而不超越本發(fā)明總的范圍和意義。因此，組裝38和50呈適配裝置的形式，它允許將兩個(gè)不同構(gòu)形的法蘭結(jié)合在一起，而同時(shí)保持孔邊界面的有效密封和形成膨脹區(qū)域。
如圖5所示，墊圈38的薄層材料38a包封金屬環(huán)50。例如在模壓墊圈時(shí)可以形成這種薄層。不需要包封整個(gè)金屬環(huán)。
圖6是本發(fā)明的另一改型，它具有對(duì)管接頭組件進(jìn)行檢測(cè)或監(jiān)測(cè)的能力。具體是，當(dāng)用墊圈的帽或第二部分形成輔助密封時(shí)，法蘭可以改型而包括毛細(xì)管52a、52b，該毛細(xì)管與膨脹空間44、46連通。適當(dāng)?shù)膫鞲衅?未示出)與毛細(xì)孔連通而提供孔面密封的完整性指示。這樣便使系統(tǒng)操作者在孔邊界面密封失靈而輔助密封仍包含系統(tǒng)壓力時(shí)有能力通過(guò)膨脹空間44、46準(zhǔn)確檢測(cè)孔邊界面密封的完整性。另外，監(jiān)測(cè)裝置可以裝在墊圈的兩側(cè)，或者如果采用改型的墊圈(例如如圖5所示)可以放在恰當(dāng)?shù)囊粋?cè)。
圖2和圖3分別示出槽30和墊圈38的優(yōu)選的標(biāo)稱的尺寸關(guān)系。具體是，法蘭的密封表面具有如圖所示的管的尺寸，該管的標(biāo)稱外徑為1.00英寸，內(nèi)徑為0.87英寸。然而在管子尺寸能及的范圍內(nèi)這種一般關(guān)系是有效的。在考察這些尺寸和將凹槽尺寸與墊圈尺寸相比較時(shí)，應(yīng)當(dāng)看到，密封件的較窄的內(nèi)部分其軸向尺寸被壓縮20-30％，而其較寬的外部分則被壓縮15-20％。當(dāng)然，這會(huì)在肋片40和槽的徑向內(nèi)表面之間造成比較高的密封壓力。然而還應(yīng)當(dāng)看到，墊圈38的較寬部分被軸向壓縮，直到它運(yùn)動(dòng)到使墊圈的徑向外表面與槽的徑向外表面形成壓力接合并形成輔助密封。
本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)明白，膨脹空間44、46不限制于圖示的上述的構(gòu)形。可以應(yīng)用任何適當(dāng)尺寸的墊圈和允許墊圈進(jìn)行膨脹所需要的槽。另外，還應(yīng)當(dāng)預(yù)料到，墊圈在其第二部分內(nèi)可以包括作同樣用途的空隙區(qū)域。例如可以在墊圈第二部分的間隔開(kāi)的環(huán)形位置形成凹口、或者通過(guò)在墊圈第二部分上的開(kāi)口也可以達(dá)到同樣目的。
本領(lǐng)域技術(shù)人員還會(huì)預(yù)料到，墊圈38的材料將影響到墊圈的某些功能方面，例如，當(dāng)墊圈采用彈性材料(例如由舉出的兩個(gè)例子的)硅橡膠和氟烴橡膠制作時(shí)，在裝配組件14時(shí)，加大的帽42將被壓縮而發(fā)生徑向壓縮并在延伸部分16a和18a形成輔助密封。當(dāng)墊圈38用較硬的材料例如聚四氟乙烯(PTFE)制作時(shí)，加大的帽42將不會(huì)顯著地徑向伸長(zhǎng)而嚙合延伸部分16a和18a。因此，在例如PTFE的情況下，雖然仍可以在開(kāi)始裝配期間采用干涉配合和加大的質(zhì)量來(lái)保持準(zhǔn)直，但帽42的蘑菇形外觀只是一種裝飾。材料例如PTFE具有的環(huán)箍強(qiáng)度足以以預(yù)定的壓力保持孔邊界面的密封而不需徑向壓力的附加支承。
還應(yīng)當(dāng)注意到，在例如圖2所示的說(shuō)明的實(shí)施例中，構(gòu)成槽加大部分34的端表面22、24在嚙合肋片40之前便嚙合帽42的軸向外部分。這樣在裝配管接頭時(shí)便造成帽42的首先壓縮，這種壓縮可以支承和有助于控制肋片的徑向延伸。
現(xiàn)在參考圖7A-7E，其中以例示方式示出不同形狀和構(gòu)形的墊圈38，具體示出橫截面形狀(在圖7A-7E中僅示出各個(gè)墊圈38的橫截面的一半)。例如，在圖7A中，在墊圈軸向尺寸上的徑向錐體是錐體的，因而形成平側(cè)面38a(從截面上觀看)。圖7A-7E中例示的形狀可以包括如前所述的上包封槽30相對(duì)的干涉配合特征和加大的質(zhì)量特征。另外，當(dāng)圖7A-7E的墊圈采用彈性體制作并相對(duì)于槽30具有恰當(dāng)?shù)某叽鐣r(shí)，這些墊圈將被壓縮并徑向伸長(zhǎng)，從而在延伸部分16a、18a形成徑向壓縮。提供了這些不同實(shí)施例在于強(qiáng)調(diào)說(shuō)明，墊圈帽42的形外形結(jié)構(gòu)在外觀上很大程度是裝飾性的，而且可以利用任何數(shù)目的外形結(jié)構(gòu)達(dá)到本發(fā)明墊圈38的各種要求的功能。
按照本發(fā)明的另一方面，從上面說(shuō)明可以看到，墊圈38的內(nèi)環(huán)肋片在組裝組件14的不同步驟具有三個(gè)徑向尺寸。例如，當(dāng)墊圈放松擱著，沒(méi)有裝在法蘭上時(shí)，肋片40的內(nèi)徑例如是尺寸X，X大于管10、12的內(nèi)徑。在其它實(shí)施例中，尺寸X可以小于或等于管的內(nèi)徑。當(dāng)墊圈被壓到沉孔104上時(shí)，肋片內(nèi)徑因干涉配合而變成X+Y，該沉孔形成形成槽30的內(nèi)徑向部分32和外徑向部分34之間的界面。第三，裝配完組件14后，由于壓縮肋片40引起的肋40的徑向延伸將使肋片42的內(nèi)徑改變到基本上等于管10、12的內(nèi)徑，從而形成平齊的孔邊界面密封。另外，在某些應(yīng)用中，肋片40的壓縮被設(shè)計(jì)成形成稍許壓出的凸形，(見(jiàn)圖1)，進(jìn)入管的內(nèi)徑區(qū)域，從而避免形成難于在原位清洗的凹部。在本文的所有附圖中，有些相對(duì)尺寸例如在肋片和帽上的相對(duì)擠壓尺寸或例示擠壓進(jìn)入流道的量為清楚和例示目的已被過(guò)大地放大。
盡管已通過(guò)其特定的實(shí)施例示出和說(shuō)明本發(fā)明，但這僅僅是為了例示而無(wú)限制性，在所述權(quán)利要求書(shū)確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，技術(shù)人員可以明顯地看出本文所圖示和說(shuō)明的特定實(shí)施例的其它變化和改型。
權(quán)利要求
1.一種用于連接和密封管子或管子端的法蘭接頭和墊圈，該管子限定了貫穿它的軸向流道，包括第一環(huán)形法蘭和第二環(huán)形法蘭，各個(gè)上述法蘭位于管端部的相應(yīng)一個(gè)端部上；上述法蘭具有軸向相對(duì)的端表面和相鄰的徑向端壁，在組裝接頭時(shí)該端壁限定一個(gè)環(huán)形槽；上述環(huán)形槽具有通向管子流道的第一部分和從上述槽的第一部分徑向向外延伸的第二部分，上述槽的第二部分以上述徑向端壁作徑向邊界；用于密封已組裝接頭的墊圈，以防止流體從管子的流道中流出，上述墊圈具有墊圈第一部分和墊圈第二部分，前者密封上述槽的第一部分，而后者從所述墊圈第一部分延伸并進(jìn)入到上述槽的第二部分；在組裝接頭時(shí)，上述墊圈第二部分被軸向壓縮而與上述徑向端壁嚙合，由此產(chǎn)生上述墊圈的徑向壓縮；上述墊圈第二部分的體積小于上述槽的第二部分的體積，因而在組裝接頭時(shí)在上述槽的第二部分中提供膨脹空間。
2.如權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，上述徑向壓縮將反抗流道中流體的徑向壓力，從而防止上述墊圈的徑向移動(dòng)。
3.如權(quán)利要求2所述的組裝，其特征在于，上述徑向壓縮有效地增加了上述墊圈的環(huán)箍強(qiáng)度；
4.如權(quán)利要求3所述的組裝，其特征在于，嚙合上述徑向端壁的上述墊圈第二部分形成輔助密封，該輔助密封與上述墊圈第一部分形成的密封徑向準(zhǔn)直并與其隔開(kāi)。
5.如權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，上述墊圈第二部分具有與上述墊圈第一部分徑向準(zhǔn)直的外邊緣表面。
6.如權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，上述墊圈第二部分是關(guān)于一徑向軸線軸向?qū)ΨQ的，該徑向軸線對(duì)上述墊圈第一和第二部分是共用的。
7.如權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，上述墊圈第一部分包括肋片，在組裝接頭時(shí)該肋片被軸向壓縮，上述肋片在已組裝的接頭中被壓縮時(shí)徑向移動(dòng)，從而形成大體齊平的與管的內(nèi)表面鄰接的孔線密封。
8.如權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，在上述墊圈第二部分和上述徑向端壁之間的上述嚙合構(gòu)成阻擋層，從而防止組件外邊的物質(zhì)進(jìn)入上述槽。
9.如權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，上述墊圈第二部分的徑向遠(yuǎn)離部分包括冠部，在組裝接頭時(shí)，該冠部嚙合上述徑向端壁；上述膨脹空間靠近上述墊圈徑向遠(yuǎn)端部分，并關(guān)于該遠(yuǎn)端部分是軸對(duì)稱的；在上述墊圈受到高溫作用時(shí)，上述膨脹空間允許墊圈材料膨脹。
10.如權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，上述墊圈第二部分與上述墊圈第一部分是一體的，并且在軸向上寬于上述墊圈第一部分，具有在上述墊圈第一和第二部分界面處形成的肩部；上述肩部具有內(nèi)直徑，該內(nèi)徑在上述槽的第一部分和上述槽的第二部分之間的界面處產(chǎn)生干涉配合，上述槽的第二部分具有軸向尺寸，該尺寸大于上述槽的第一部分的軸向尺寸。
11.如權(quán)利要求10所述的組件，其特征在于，上述干涉配合使得上述墊圈可以定中，并在組裝接頭期間可以保持在上述法蘭中的一個(gè)法蘭上。
12.如權(quán)利要求11所述的組件，其特征在于，未壓縮時(shí)上述墊圈第二部分的軸向尺寸大于上述槽第二部分的上述軸向尺寸，并具有加大的質(zhì)量，從而可以在組裝接頭期間保持法蘭的理想準(zhǔn)直。
13.如權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，上述墊圈第二部分在軸向上寬于上述墊圈第一部分，其橫截面從上述墊圈第一部分徑向向外成錐形。
14.如權(quán)利要求13所述的組件，其特征在于，上述膨脹空間形成在上述軸向相對(duì)的端表、上述徑向端壁和上述墊圈錐形部分之間。
15.如權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，上述墊圈具有蘑菇狀的橫截面。
16.如權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，上述墊圈第一部分包括具有內(nèi)環(huán)形表面的肋片，上述肋片環(huán)形表面具有墊圈裝在其中一個(gè)上述法蘭上之前的第一直徑；在墊圈裝在其中一個(gè)上述法蘭上之后和墊圈被壓縮之前的大于上述第一直徑的第二直徑；組裝接頭之后墊圈受到壓縮時(shí)的第三直徑。
17.如權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，上述徑向端壁由上述法蘭的剛性徑向向外延伸部分構(gòu)成，在組裝接頭時(shí)，該端壁互相嚙合，從而限制加在上述墊圈上的壓縮力。
18.如權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，上述法蘭包括毛細(xì)孔，該孔的第一端部與上述膨脹空間流體相通，而其第二端部可通到接頭的外邊，從而允許檢測(cè)空間中存在物質(zhì)的特征例如壓力特征。
19.如權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，上述墊圈第一部分在組裝接頭時(shí)軸向壓縮的范圍在20％-30％，而上述墊圈第二部分的軸向壓縮范圍在15％-20％。
20.一種插入法蘭接頭上環(huán)形連續(xù)槽的密封墊圈，用于連接軸向準(zhǔn)直的管端部，這種法蘭接頭具有位于管端部上的軸向相對(duì)的法蘭，在組裝接頭時(shí)可在該法蘭之間形成一個(gè)槽，該槽由法蘭的軸向相對(duì)的密封表面和徑向端表面形成，該槽包括槽的第一部分和槽的第二部分前者通到上述管子的內(nèi)部流道，而后者從上述槽的第一部分徑向向外延伸，該墊圈包括墊圈第一部分，密封上述槽的第一部分和墊圈第二部分，后者從上述墊圈第一部分延伸并進(jìn)入上述槽的第二部分；在組裝接頭時(shí)上述墊圈第二部分被軸向壓縮，并與上述徑向端表面嚙合，從而造成上述墊圈的徑向壓縮；上述墊圈第二部分的體積小于上述槽的第二部分的體積，從而可以在組裝接頭時(shí)在上述槽的第二部分內(nèi)形成一膨脹空間。
21.如權(quán)利要求20所述的墊圈，其特征在于，上述墊圈的上述徑向壓縮形成輔助密封，該輔助密封與上述墊圈第一部分密封徑向準(zhǔn)直并與之徑向間隔開(kāi)。
22.如權(quán)利要求20所述的墊圈，其特征在于，上述徑向壓縮反抗流道中流體的徑向壓力，從而可制止上述墊圈的徑向移動(dòng)。
23.如權(quán)利要求20所述的組件，其特征在于，上述徑向壓縮有效地增加了上述墊圈的環(huán)箍強(qiáng)度。
24.如權(quán)利要求20所述的墊圈，其特征在于，上述墊圈第二部分的橫截面從上述墊圈第一部分沿徑向向外的方向在軸向上成錐形。
25.如權(quán)利要求24所述的墊圈，其特征在于，上述膨脹空間形成在相對(duì)的法蘭表面和上述墊圈的錐形的橫截面之間。
26.如權(quán)利要求20所述的墊圈，其特征在于，上述墊圈由彈性材料構(gòu)成。
27.如權(quán)利要求20所述的墊圈，其特征在于，上述墊圈具有對(duì)稱的橫截面形狀。
28.如權(quán)利要求20所述的墊圈，其特征在于，墊圈的上述徑向壓縮提供了一個(gè)對(duì)大氣的阻擋層。
29.如權(quán)利要求20所述的墊圈，其特征在于，槽的第一部分在軸向上比槽的第二部分窄，從而在其徑向界面處形成肩部，上述墊圈的尺寸被定為可與上述肩部形成干涉配合，從而在組裝接頭時(shí)可使墊圈保持就位。
30.如權(quán)利要求29所述的墊圈，其特征在于，未壓縮時(shí)上述墊圈第二部分的軸向尺寸大于上述槽的第二部分的軸向尺寸，并具有足夠大的質(zhì)量，從而使法蘭在組裝接頭期間保持理想的準(zhǔn)直。
31.一種用于密封法蘭接頭的方法，采用兩個(gè)法蘭來(lái)連接軸向準(zhǔn)直的管端部，在組裝接頭時(shí)在該法蘭之間形成一個(gè)槽，該槽由軸向相對(duì)的密封表面和徑向端表面限定，該方法包括以下步驟a.將墊圈定位在法蘭的軸向相對(duì)密封表面之間的槽內(nèi)；b.在組裝接頭時(shí)軸向壓縮墊圈，使徑向嚙合徑向端表面的一部分墊圈位移；c.充分地軸向壓縮墊圈，使得產(chǎn)生墊圈的徑向壓縮；d.限制墊圈壓縮，以保持墊圈的膨脹區(qū)域。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，上述徑向壓縮增加了墊圈的環(huán)箍強(qiáng)度，從而可以反抗管中流體壓力產(chǎn)生的徑向力。
33.如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，上述徑向壓縮形成輔助密封，該輔助密封與上述管端部的界面處的主要密封徑向準(zhǔn)直并隔開(kāi)。
34.如權(quán)利要求31所述的方法，包括在墊圈和法蘭之間應(yīng)用干涉配合的步驟，從而可使墊圈在組裝接頭期間保持在理想的居中位置。
35.如權(quán)利要求34所述的方法，包括為墊圈提供足夠質(zhì)量的步驟，以便在組裝接頭期間可以應(yīng)用墊圈保持法蘭的理想準(zhǔn)直。
36.如權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，上述墊圈由彈性材料構(gòu)成。
全文摘要
一種密封墊圈,插入法蘭接頭的環(huán)形連續(xù)槽中,用于連接軸向準(zhǔn)直的管端部,這種法蘭接頭具有位于管端部的軸向相對(duì)法蘭(16、18),從而在組裝接頭時(shí)在該法蘭之間形成一個(gè)槽(30),該槽由法蘭的軸向相對(duì)密封表面(22、24)和徑向端表面(16a,18a)構(gòu)成,該槽包括槽的第一部分(32)和槽的第二部分(34),前者通向管子的內(nèi)部流道,而后者從槽的第一部分徑向向外延伸,墊圈具有墊圈第一部分和墊圈第二部分,前者密封槽的第一部分,而后者從墊圈第一部分伸入到槽的第二部分;在組裝接頭期間,墊圈第二部分被軸向壓縮,而與徑向端表面嚙合,從而產(chǎn)生墊圈的徑向壓縮;墊圈第二部分的體積小于槽的第二部分的體積,從而在組裝接頭時(shí)在槽的第二部分中形成膨脹空間(44)。
文檔編號(hào)F16L23/024GK1252123SQ98804143
公開(kāi)日2000年5月3日 申請(qǐng)日期1998年2月19日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月24日
發(fā)明者R·L·庫(kù)恩斯, A·S·沙希, D·A·斯利菲 申請(qǐng)人:斯瓦戈洛克公司