專利名稱：一種管接頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種接頭，并涉及將某一元件比如管子連接到接頭上的方法。
已經(jīng)知道有許多接頭設(shè)計方案，它們設(shè)法在接頭和插入接頭中的某一元件比如管子之間實(shí)現(xiàn)牢固的密封連接。許多已知的接頭依靠接頭套管和管道外表面之間的如可變形金屬環(huán)的機(jī)械壓縮。其它已知的接頭利用熱固性中間組分來實(shí)現(xiàn)管道與接頭之間的密封。本發(fā)明涉及依靠接頭部件機(jī)械變形的接頭。
機(jī)械接頭通常使用在負(fù)責(zé)安裝的人員難以用系統(tǒng)的方法來完成所有必要的工藝程序的情況下。例如，要相互連接的管道相對較易變形，比如在供水和供氣工業(yè)中廣泛使用的高密度聚乙烯管道，必須將一個襯管塞入接頭所要連接的管道的端部，以防止當(dāng)裝配接頭時管道徑向向內(nèi)過度變形，而且對于許多接頭還必須將另外的部件安置在管道周圍，最后裝配完成時這些部件是看不見的。對已裝配完的接頭的外部檢查并不能使檢查員查出襯管和其它任何部件是否都已經(jīng)適當(dāng)?shù)卦O(shè)置。并且也難以確保插入接頭中的管道端部沒有被臟物污染至?xí)茐慕宇^完整性的程度。這在使用的機(jī)械接頭只依靠管道外表面和徑向壓縮接頭部件之間的有限軸向接合的情況下確實(shí)是一個問題。而且也不可能通過外觀檢查來核實(shí)是否已有足夠的力量施加到接頭部件上以實(shí)現(xiàn)牢固的相互連接。例如，依靠壓接工具或接頭殼體的相對轉(zhuǎn)動和螺紋壓縮件來施加預(yù)定力量的接頭，即使裝配人員沒有施加所要求的力量，也可能在外觀檢查時表現(xiàn)出已經(jīng)正確裝配。
某些已知接頭的另一個問題是需要用復(fù)雜及笨重的工具如液壓機(jī)來裝配接頭。對于大直徑的接頭情況更是如此。這樣的工具很難在現(xiàn)場使用，例如在為接近埋藏的管道而挖開的壕溝中。
本發(fā)明的目的是要提供一種能夠避免或減輕上述問題的接頭。
根據(jù)本發(fā)明所提供的接頭包括一個管形的內(nèi)部構(gòu)件，形成一個管套用于容納接頭所要連接的元件；一個環(huán)繞管形內(nèi)部構(gòu)件的外部構(gòu)件，與管形內(nèi)部構(gòu)件形成一個環(huán)形腔；一個與環(huán)形腔連通的注入孔，通過注入孔將流體輸入環(huán)形腔中來加壓，環(huán)形腔中的高壓使內(nèi)部構(gòu)件徑向壓縮以夾住管套中的元件。
本發(fā)明還提供了一種將一個元件連接到接頭上的方法，接頭包括一個構(gòu)成管套的可徑向壓縮的管形構(gòu)件，將元件插入里面，其中管形構(gòu)件周圍形成一個密封腔，然后將加壓流體注入密封腔中，注入流體的壓力足以使管形構(gòu)件徑向向內(nèi)變形而夾住元件。
根據(jù)本發(fā)明的接頭和方法，所設(shè)計出的接頭使用戶知道倘若有足夠的壓力傳遞到接頭上，接頭套管中的管形內(nèi)部構(gòu)件就會變形至足夠的程度以確保牢固連接。如果該接頭用于容易變形的元件比如高密度聚乙烯管道，而事先又沒有將襯管放入管道里面，那么管道在相對較低的外加壓力下就會發(fā)生十分明顯的塌陷。沒有部件會被偶然遺漏。因此可以很容易地發(fā)現(xiàn)不正確的接頭裝配。壓力可以施加至預(yù)定的極限，此時由接頭的設(shè)計知道已經(jīng)發(fā)生適當(dāng)?shù)墓艿雷冃?。另一種方法是，可以施加壓力直至流體從密封腔的密封圈中泄漏，在這樣情況下可以將密封失效認(rèn)為是對已經(jīng)施加要求壓力的確認(rèn)。例如可以裝有一個防爆膜，當(dāng)已經(jīng)達(dá)到預(yù)定的壓力極限時會破裂。比如，該預(yù)定的壓力極限可以為3000磅/平方英寸(211公斤/平方厘米)。加壓流體可以在環(huán)形腔里面凝固，結(jié)果在外加壓力釋放之后還能保持對管形內(nèi)部構(gòu)件的支撐?？梢杂煤唵蔚囊簤罕孟到y(tǒng)來輸送加壓流體。
雖然該接頭在將空心管道連接到一起時具有特別的實(shí)用性，但它也可用于連接任何可以插入管套中的元件，元件的大小應(yīng)在內(nèi)部構(gòu)件壓縮之后能被夾住。
兩個密封可以位于內(nèi)部和外部構(gòu)件之間，沿管形內(nèi)部構(gòu)件的長度方向間隔一段距離并位于注入孔的兩側(cè)，密封封閉環(huán)形腔的末端。例如，密封可以包括位于內(nèi)部和外部構(gòu)件之間的O型圈、爆炸焊接接頭、釬焊或黃銅焊接接頭?？梢栽O(shè)有兩對密封，每一對密封分別構(gòu)成與各自加壓流體注入孔相通的密封腔。
如果設(shè)有當(dāng)密封腔中的壓力超過預(yù)定極限時將加壓流體從密封腔中釋放的裝置，該加壓流體釋放裝置可以包括設(shè)置在外部構(gòu)件中的一個防爆膜，或者由內(nèi)部和外部構(gòu)件之間的一個密封圈組成，該密封圈在內(nèi)部構(gòu)件達(dá)到預(yù)定的徑向壓縮之后失效。
管形內(nèi)部構(gòu)件中可以設(shè)有一徑向向內(nèi)擴(kuò)展部分以限制元件插入管套的深度。
外部構(gòu)件可以是具有足夠強(qiáng)度的管子以阻止因密封腔加壓而產(chǎn)生的膨脹。另一種方法是，外部構(gòu)件可以變形而注入孔包括與支撐夾具中開孔接合的裝置，接頭可以容納在支撐夾具里面，支撐夾具阻止外部構(gòu)件因密封腔中的加壓引起的徑向向外膨脹，其中密封腔與注入孔是相通的。注入孔可以包括一徑向向外貫穿可變形外部構(gòu)件的管子，該管子適合于插入夾具開孔中。夾具開孔可以支承一個密封圈，注入管與其接合以防止加壓流體從夾具和可變形外部構(gòu)件之間滲出。
可以設(shè)有用來防止加壓流體從密封腔漏失的裝置。這樣的配置在密封腔中充有加壓之后會凝固的流體時特別適宜。該失壓防止裝置可以由注入孔中的一個止回閥組成。
管形內(nèi)部構(gòu)件可以是一段銅管。
當(dāng)該接頭用于可變形的元件比如高密度聚乙烯管道時，可以將一個襯管插入管道的端部，該襯管用來限制管道的徑向向內(nèi)變形。襯管最好具有表面構(gòu)造，例如沿圓周延伸的齒、或是沿圓周延伸的凹槽、或是徑向穿透襯管的開孔，以夾住徑向向內(nèi)變形之后的管道。襯管可以連在一個法蘭上。首先塞入管道中的襯管末端可以向外張開，且襯管的長度小于管套的長度，因此管道徑向向內(nèi)變形的部分在襯管的張開末端兩側(cè)軸向延伸。
在使用時，襯管的一端可以插入接頭要連接的兩根管道中某一根的端部，而另一端插入兩根管道中另一根的端部。襯管上可以設(shè)有突肋以形成膨脹接頭，使管形襯管可以軸向伸縮。襯管上可以設(shè)有突出部以限制襯管插入管道的深度。
管形內(nèi)部構(gòu)件中可以放入一個加強(qiáng)件，使加強(qiáng)件由于密封腔中的加壓而徑向壓緊在元件上。加強(qiáng)元件可以是一個金屬線圈。
在密封腔的加壓過程中，元件里面可以放置一個加強(qiáng)件以防止元件的塌陷。加強(qiáng)件可以包括一個在接頭加壓之后還保留在接頭里面的襯管，以及一個在接頭加壓之后被移去的活動支撐件?；顒又渭梢园▋蓚€可相互接合的楔形件。
現(xiàn)在將參考附圖并通過實(shí)例來介紹本發(fā)明的實(shí)施例，其中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的接頭和在插入接頭之前的兩個管道端部的剖視圖；圖2與圖1類似，是在管道端部插入接頭之后的視圖；圖3與圖2類似，是在接頭部件變形以牢固地夾住插入的管道端部后的視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一個接頭的部件和準(zhǔn)備插入該接頭的兩個管道端部的剖視圖；圖5與圖4類似，是管道端部插入接頭之后的視圖。
圖6與圖5類似，是在接頭部件變形以夾住管道端部后的視圖；圖7是可以按圖6中所示方法使接頭部件變形的裝置的示意性局部剖視圖；圖8與圖7類似，是在該裝置推進(jìn)到與接頭接合之后的視圖；圖9示出了將加壓流體注入圖7和8的接頭中；圖10是根據(jù)本發(fā)明的另一種接頭的部件和插入接頭之前的兩個管道端部的剖視圖；圖11、12和13示出了圖10中所示部件的順序的裝配過程；圖14示出了使用可凝固的樹脂后圖13中的裝配組件；
圖15示出了施加相當(dāng)大的端部荷載后圖14中的組件；圖16是根據(jù)本發(fā)明的另一種接頭的裝配組件的剖視圖；圖17、18、19和20示出了圖16中所示接頭的順序的裝配過程；圖21和22示出了用于圖16中接頭的另一種可供選擇的管道襯管；圖23和24示出了利用一個金屬線圈來提高軸向強(qiáng)度；圖25是與圖16類似的接頭的剖視圖，示出了一個防爆膜壓力釋放裝置；圖26是類似于圖16的接頭的剖視圖，但是加入了一個注入孔閥門；圖27是圖26中注入孔閥門的詳圖；圖28示出了用接頭將兩根軟管連接在一起的順序的裝配過程；圖29是將塑料管連接到裝有法蘭的插口上的接頭的剖視圖；圖30是將鋼管連接到法蘭上的接頭的剖視圖；圖31示出了用兩個接頭和一段塑料管來修理損壞的鋼管的順序的裝配過程；圖32、33、34、35、36、和37是根據(jù)本發(fā)明另一種接頭的順序的裝配過程的橫斷面視圖和縱向剖視圖；圖38是圖33中右側(cè)部分的放大視圖；和圖39、40和41示出了將加強(qiáng)裝置插入本發(fā)明接頭的襯管。
參見圖1，所示接頭包括一個通常為管狀的外殼體1，有穿透殼體的兩個注入孔2，3以及一個排出孔4的管壁。四個O型圈5、6、7和8容納在環(huán)繞接頭殼體內(nèi)壁的凹槽中。單個可變形的管子9插入在接頭殼體中，管子的端部10和11向外翻折以扣合接頭殼體，從而使管子保持在殼體內(nèi)。使管子的中部12變形以構(gòu)成向內(nèi)擴(kuò)展的突出部，從而限定要用接頭相互連接的兩根管道13和14的插入深度。
圖2示出了管道13和14插入由管子9構(gòu)成的兩個管套之后圖1中的部件。確定密封環(huán)5和6與注入孔2的相對位置，以及密封環(huán)7和8與注入孔3的相對位置，管子9的外壁與殼體1之間就構(gòu)成了兩個密封腔。
參見圖3，通過兩個注入孔2和3注入加壓流體后，接頭就完成了。隨著注入孔2和3中壓力的增加，管子9逐漸向內(nèi)變形直至其中一個密封環(huán)因流體擠出而失效。管子9的向內(nèi)變形導(dǎo)致管道端部13和14的向內(nèi)變形，管子9以及管道端部13和14的變形程度隨施加的壓力而變。當(dāng)管子9的變形擴(kuò)展到足夠程度以至管子9和其中一個密封圈之間出現(xiàn)縫隙時，就發(fā)生了密封失效。此時注入的加壓流體開始通過接頭端部或排出孔4泄漏。這樣的滲漏很容易用肉眼發(fā)現(xiàn)，此時就可切斷加壓流體的供應(yīng)。變形程度以及管子9在管道端部的夾持穩(wěn)固程度隨施加的壓力而變，而所施加的壓力又隨管子9和密封環(huán)的性能而變。假定接頭部件是恰當(dāng)制造的，因此接頭安裝人員可以確信一旦滲漏發(fā)生就形成牢固的連接。
在圖1至3所示的本發(fā)明實(shí)施例中，假定相互連接的管道是用可變形至某個程度的材料制造，使得管子9也可以變形，但相互連接的管道在長期使用過程中仍保持所變形的形狀。但很多時候情況并非如此，例如所要相互連接的管道是用一種塑性材料比如高密度聚乙烯制造時。在圖4至6中所示的本發(fā)明實(shí)施例能夠可靠地用于這樣的管子材料。
參見圖4，所示接頭包括裝有一對密封圈16和17并設(shè)有單個注入孔18的殼體15。單個管子19安裝在接頭殼體里面，管子中設(shè)有向內(nèi)擴(kuò)展的突出部20以限定管道的插入深度。將插入接頭的管道端部21和22中先裝入襯管23和24。如襯管23所示，先插入管道端部中的襯管末端向外張開，另一個末端形成凸緣以限制襯管可以塞入管道的深度。
圖5示出了將管道端部插入接頭之后的圖4中的部件?？梢宰⒁獾揭r管比管道端部的插入深度短很多，因此襯管張開的那端與最鄰近的密封圈是有段距離的。
圖6示出了將壓力施加到注入孔18后的圖5中的部件。加壓流體充滿在接頭殼體、管子19以及密封圖16和17之間形成的密封腔。由于襯管的存在，在徑向上位于襯管外面的管子部分的徑向向內(nèi)變形受到限制，但是管道在管子19和襯管之間被緊緊地夾住，且襯管的張開末端咬入管道的內(nèi)表面。在襯管張開末端與密封圈16和17之間的管子19的兩個部分和管道端部，其變形程度比位于襯管徑向外面的部分更大。因此如果有端部荷載施加到管道上，只有當(dāng)所施加的力量大到可將管道拉過其中一個襯管的張開末端，或大到足以拖動襯管經(jīng)過襯管張開末端和密封圈之間相對狹窄的頸部時，管道才可以被拔出。因此，這樣的布置能提供很好的抗拔出性能，即使是用于管道材料，如高密度聚乙烯，高密度聚乙烯采用已知接頭會在長期使用過程中產(chǎn)生“蠕變變形”傾向。
參見圖7、8和9，示出了可以用來將加壓流體注入如圖3或圖6所示接頭的裝置。在圖7、8和9中，所示接頭假定為在圖4至6中示出的接頭。因此圖7至9示出了接頭殼體15、管子19、管道22和襯管24。
所示裝置包括用來支承接頭殼體15的角形托架25，因此注入孔18對準(zhǔn)注入器26的注入嘴。如圖7所示，注入器處于內(nèi)縮位置使該裝置能調(diào)整到將注入器26對準(zhǔn)注入孔18的位置。
注入器接著被推進(jìn)到圖8中所示的位置，于是注入器的圓錐形注入嘴與注入孔18的埋頭孔外端形成密封。接著如圖9的陰暗區(qū)域所示注入加壓流體，結(jié)果使管子19根據(jù)圖4至6所述發(fā)生變形。
可以用任何適當(dāng)?shù)难b置，例如手動或電動泵，來注入流體。注入流體可以是如礦物油，雖然在某些應(yīng)用中比如在供水工業(yè)中，適合使用在任何情況下都不會引起不可接受的污染的不同流體。比如可以使用水或植物油作為注入流體。注入流體中可以加入比如染料，于是一旦密封失效后注入流體從接頭中逸出，在隨后的檢查中會很明顯。為了幫助檢查裝配好的接頭，應(yīng)當(dāng)最好使因流體擠出而失效的密封可以在接頭殼體外面看見。
所述接頭可以用任何適當(dāng)?shù)牟牧现圃臁＠缃宇^殼體可以用低碳鋼制造，可變形管子可以用退火的銅制造，而圖4至6中實(shí)施例的襯管可以用不銹鋼制造。
現(xiàn)在參見圖10至15，將介紹本發(fā)明的另一個實(shí)施例。圖10示出了里面裝有一根管子28的殼體27，管子在穿過殼體27管壁而形成的入口孔30附近設(shè)有向內(nèi)擴(kuò)展的突出部29。管子和殼體的軸向末端焊接在一起，因此在管子28和殼體27之間形成一個密封腔，通過開孔30可以注入加壓流體。
所提供的襯管31上設(shè)有兩個向外擴(kuò)展的突肋32和向外張開的末端33。末端33的尺寸做成可在管道端部34中形成輕滑動配合。殼體27可以是鋼制的，管子28可以是銅制的，而襯管31可以是不銹鋼制的。
為了裝配如圖10所示的接頭，先將襯管31塞入其中一個管道端部，如11所示。接著將該管道端部和襯管塞入接頭殼體中，直至管道端部靠在管子28形成的突出部29上，如圖12所示。接著將另一根管道塞入殼體中，使其從相鄰的襯管31末端上滑過，直至靠在相鄰的突肋32上，如圖13所示。于是可以將加壓流體通過開孔30注入組件中。
圖14示出了通過開孔30注入樹脂后的圖13中的組件。注入的材料是由兩種成分組成的，當(dāng)混合后凝固成抗壓縮的固體。樹脂以足夠大的壓力注入，使管道端部壓緊在襯管31上，并使位于襯管的張開末端與殼體27和管子28的焊接封口之間的管道部分進(jìn)一步徑向向內(nèi)擴(kuò)展。
如果有非常大的端部荷載施加到管道34上，可能會將管道端部從接頭殼體中拔出一小段距離至圖15中所示的位置。突肋32的存在使其得以實(shí)現(xiàn)，并實(shí)際上成為伸縮接頭。當(dāng)襯管的兩個末端被拉開時，張開的襯管末端33移動到樹脂徑向相對較厚部分里面的位置，其中較厚的樹脂是一開始在襯管末端和焊接封口之間形成的。這樣管道上的夾持力就增加了，因?yàn)橹挥羞M(jìn)一步將管道側(cè)壁從直接相鄰的襯管張開末端33擠過去，才能將襯管末端33從接頭殼體中拔出更遠(yuǎn)。因此就可以達(dá)到很高的抗端部荷載性能。此外，如果端部荷載隨后被釋放或改變方向，使襯管末端聚在一起而又呈現(xiàn)圖14中所示的位置，管道端部34外表面的任何損壞并不會引起滲漏，因?yàn)楣艿蓝瞬亢鸵r管31之間沒有發(fā)生相對運(yùn)動。因此即使在施加了相當(dāng)大的和變化的端部荷載的情況下，所示接頭也是極其牢固的。
通過開孔30從泵中注入可凝固的樹脂，樹脂的兩種成分在對著開孔30的噴嘴中混合?？梢杂靡粋€簡單的壓力指示儀來指示所加壓力的大小，因此安裝人員能夠確信有適當(dāng)?shù)膲毫κ┘拥阶⑷氲臉渲?。另一種方法是，使接頭提供已施加了適當(dāng)壓力的實(shí)際信號，例如由于密封失效等等。
可以注意到在圖10至15所示的布置中可以使用壁相對較薄的部件。這在接頭的外徑不允許比相互連接的管道的外徑大很多的情況下是非常有利的，例如在接頭必須穿過要替換的膨脹的管道的情況下。
現(xiàn)在參見圖16，介紹本發(fā)明的另一個實(shí)施例。管接頭35由一根用銅或其它適當(dāng)材料制成的內(nèi)管36和一個鋼制的外殼體37組成。管子和殼體的軸向末端焊在一起以形成一個密封腔38。直徑縮小的管子36中央?yún)^(qū)域構(gòu)成了指向內(nèi)部的凸緣39。外殼體37中設(shè)有密封腔38的注入孔40，從那里可以注入加壓流體。
單件的鋼制管道襯管41上帶有一個中央突出部42，構(gòu)成兩個凸肩43、44。襯管41的階梯形外表面構(gòu)成具有鋸齒形狀的齒45。另一種方法是可以將襯管41做成兩段，在裝配好的接頭里對接。這兩段襯管可以帶有平面凸緣，當(dāng)內(nèi)管36塌陷時將它們結(jié)合在一起，而且在凸緣之間可以裝有一個適當(dāng)?shù)拿芊鈮|圈。另一種方法是凸緣的相對表面可以是圓錐形的、同心的或剛性連接的布置。兩段之間還可以通過卡口類型的配合、帶有O型圈或密封墊圈的公母螺紋連接、公螺旋式連接器和母卡圈、或其它任何適當(dāng)?shù)倪B接方法相互連接起來。通過內(nèi)管36在塌陷的時候接合平面凸緣而將襯管結(jié)合在一起的好處是機(jī)械方式簡單，而通過螺紋或別的方式相互接合的襯管則能承受更大的端部載荷。在襯管之間最好裝有密封圈以包藏管道中的物質(zhì)，而不是依靠管子36來包藏管道中的物質(zhì)。
圖17至20示出了圖16中接頭的裝配順序。先使第一根管道46準(zhǔn)備好連接，比如將其一端47弄平。接著將襯管41的一端塞入管道46直至末端47緊靠在凸肩43上。接著將接頭35套在管道46的端部和襯管41上，使突出部39緊靠在管道的末端47上。然后將第二根管道49的一端48從襯管41和內(nèi)管36之間插入接頭35的另一端，直至末端48緊靠在凸肩44和凸緣39上。
接著用連接到注入孔40的泵將加壓流體注入到密封腔38中，致使內(nèi)管36塌陷，從而將管道端部密封在襯管41上。加壓流體可以是油脂(可以用來防止水的侵入)、水、植物油(如果接頭用于供水管時優(yōu)先使用)、可硬化的樹脂、或任何其它適當(dāng)?shù)牧黧w。樹脂特別適用于承受高壓的管道，因?yàn)樗莸膬?nèi)管36由于硬化樹脂而從外管37獲得一些支撐。注入孔40中可以裝有一個單向閥比如滑脂嘴使油脂或其它流體保持在密封腔38中。通過注入流體在密封腔38中產(chǎn)生的壓力為3000磅/平方英寸(211公斤/平方厘米)，內(nèi)管36的塌陷使設(shè)在襯管41上的齒45夾住管道表面。
在圖16所示類型接頭的實(shí)施例中，外面鋼制殼體37的全長可以為100毫米，除了錐形端部以外的外徑為71.9毫米，錐形端部的內(nèi)徑為66.8毫米，壁厚為1.5毫米。內(nèi)管36可以是由C106半硬銅制成的壁厚為16標(biāo)準(zhǔn)線規(guī)(SWG)的銅管。銅管的末端用銅焊接到外殼體37的錐形端部上。銅管的全長為100毫米，外徑為66.7毫米。襯管41的外徑可以為49.8毫米，最大齒深為0.5毫米。襯管可以是鋼制的，厚度為10標(biāo)準(zhǔn)線規(guī)。
可以使用其它形式的管道襯管41。圖21示出了帶有矩形凹槽的襯管50，其中凹槽位于襯管外表面上用以代替齒45的突臺51之間，而圖22示出了帶有圓孔53的襯管52，被夾持的管道可以向孔內(nèi)變形。對于圖21和22中的實(shí)施例，銅管以不規(guī)則的方式發(fā)生變形，即管道對著矩形凹槽或圓孔的區(qū)域變形更大。銅管中的這些不規(guī)則性有助于提高抗端部荷載性能(軸向強(qiáng)度)。此外，這種襯管形式的連接用相對較小的壓力就可以形成。
圖23和24示出了使用一個可放在管道外表面和內(nèi)管36之間的金屬線圈54。線圈54有助于防止因內(nèi)管36塌陷而產(chǎn)生的壓力使管道端部的襯管也向內(nèi)塌陷。這樣就可以使用相對較薄的管道襯管41。
注入流體時施加到密封腔的壓力可以用如圖25中所示的防爆膜55或簡單的壓力計或連接到液壓泵的泄壓閥來控制，當(dāng)密封腔中已達(dá)到正常壓力時可指示操作人員。
現(xiàn)在參見圖26和27，注入孔40可以包括一個閥門，通過位于凸緣39里面的彈簧57使閥門中的浮球56偏移到注入孔40中的位置。彈簧使浮球56偏移以封閉注入孔40，當(dāng)注入裝置或泵加到注入孔40上時，浮球56克服彈簧57的偏移力被推回，于是流體在壓力作用下被送入注入孔中。
圖28示出了類似于圖16的接頭的裝配順序的過程，但其中的管道襯管做成兩段58、59。這在管道已經(jīng)在現(xiàn)場上而相互之間不能軸向相對運(yùn)動時特別合適。管道46、49的端部各自側(cè)向偏移開，因此可以接近管道的末端。將襯管58、59放入每一管道的端部，并將接頭35放在其中一根管道的端部上。接著將管道端部靠攏并使接頭35沿管道滑動以搭接兩根管道的端部。在這種情況下，接頭35上不能設(shè)有凸緣39。接著如前面所介紹的，將加壓流體注入密封腔38中。
圖29和30示出了用本發(fā)明的管接頭將法蘭連接到一根管道上。圖29的配置用于連接法蘭的鋼插口和高密度聚乙烯或其它塑料管道的接頭，而圖30的配置用于連接法蘭和鋼制或其它金屬管道之間的接頭。參見圖29，法蘭60支承插口61。將接頭35放在管道62的端部，接著將插口61裝入管道端部中，然后就如前面所介紹的，將加壓流體注入密封腔38中。法蘭60可用來將管道62連接到另一個法蘭上。參見圖30，接頭35焊接在法蘭60的環(huán)形開口中。將一小段塑料管63套到刻有鋸齒形的齒或凹槽64的金屬管道上。接著將接頭套在管子63上，這樣齒64就位于塑料管63和接頭35的里面。將加壓流體注入接頭35中，內(nèi)管36的塌陷使塑料管63向內(nèi)變形而與齒64接合在一起。塑料管63可以是熱縮或冷縮塑料管，在將接頭35放在管子63周圍之前，就已收縮而與金屬管道牢固接合。
圖31示出了當(dāng)修理不能側(cè)向彎曲的管道時所遵循的步驟，比如假設(shè)管道是由鐵制成的。將管道的損壞部分切除，使兩個管道末端之間留出一段空隙。將兩個接頭65、66套在鐵管的端部上，這兩個接頭類似于圖30中所示的接頭，但省去了法蘭。接著將一段塑料管67套在其中一根鐵管上，其深度足以使自由端可以套到另一根管道上。接著將塑料管67定位使其覆蓋鐵管之間的空隙。然后將接頭65和66套在塑料管67的端部上，并如前面所介紹的用壓力將其固定。用這種方法可以很容易地修理破裂的管道，而不必使用與破裂管道相同材料的管子。
現(xiàn)在參見圖32至38，介紹本發(fā)明的另一個實(shí)施例。接頭68由橡膠外管69和銅內(nèi)管70組成。管子70最初沿整個長度都與管子69接觸，因此這兩個管子在圖32和33中并未分開示出。在外管69中設(shè)有注入管71，并將管子69和70的末端密封在一起，比如用粘合劑，這樣注入管71與管子69和70之間形成的密封腔是相通的。
為了將接頭和管子裝配起來，先將如圖16中所示的管道襯管41插入第一根管道的一端，再將接頭68套到第一根管道上，然后將第二根管道套在襯管41上。接著用上下兩件的夾具72圍住接頭68，并用跨過中心的鎖扣將其卡緊。夾具72中設(shè)有對準(zhǔn)管子69中注入管71的注入孔74。夾具72不必與管道完全配合，但必須有足夠好的配合以防止橡皮管69軸向脫出。如圖38所示，在每一半夾具72的內(nèi)表面上設(shè)有嵌入膠管69的突肋75，這有助于將管子69保持在原位。
加壓流體是通過注入孔74和71注入到內(nèi)管70和膠管69之間的空隙里的。這導(dǎo)致內(nèi)管70向內(nèi)塌陷，而夾具72可限制膠管69向外膨脹。夾具72上的密封圈76與注入管71接合以防止加壓流體進(jìn)入膠管69和夾具72之間的空隙。因此注入的流體進(jìn)入管子70和69之間的密封腔，管子70徑向向內(nèi)塌陷，使管道的內(nèi)表面與襯管41接合。
接著將夾具72從管道上拆除，并可以切掉膠管69，只剩下管子70在管道的適當(dāng)位置上。結(jié)果接頭的突起很小，如圖37所示。
應(yīng)當(dāng)知道在本發(fā)明的所有實(shí)施例中，將管道密封起來的內(nèi)管并不是如介紹的那樣必須用銅制成，而是可以用任何適當(dāng)?shù)牟牧?比如鋁)制成，只要能按照需要變形，并能保持所變形的形狀。
為了使本發(fā)明的實(shí)施例能有效工作，必須保證要連接的管道在接頭中注入加壓流體時，能抵抗所施加的徑向向內(nèi)壓力。就塑料管而言，由接頭施加的壓縮負(fù)荷必須由塞入塑料管端部的襯管來承受。對于大直徑的管道，要求有厚壁的襯管在加壓過程中向塑料管提供必要的支撐，而有時也許并不想要使用具有規(guī)定壁厚的襯管。然而，通過在接頭的加壓過程中給相對薄壁的襯管提供加強(qiáng)物，可以防止所使用的襯管不夠要求的壁厚，加強(qiáng)物隨后可以移去。在圖39至41中示出了可提供襯管加強(qiáng)物的一種布置。
參見圖39至41，接頭包括外殼體77、銅內(nèi)管78、在外殼體中用來限制施加到外殼體和銅內(nèi)管之間壓力的防爆膜79、和設(shè)有凸緣81的襯管80。如圖39所示，將襯管80塞入管道82的端部直至凸緣81靠在管道82的自由端上。接著將接頭77、78套在管道82的端部上。然后將包含兩個可相對滑動的楔形支撐件83和84的加強(qiáng)裝置塞入襯管中。支撐件83和84具有斜坡狀的相對表面，因此如果支撐件處于圖39中所示的位置，加強(qiáng)裝置的外徑達(dá)到最大，此時加強(qiáng)裝置在襯管80里面是緊貼滑動配合。通過杠桿85和86將支撐件83和84連接到纜繩87上。如圖39所示加強(qiáng)裝置在襯管80定位后，將另一根管道88套到襯管80上，繩索87也如圖39所示貫穿管道88。
接著開始加壓直至防爆膜79指示已經(jīng)施加了適當(dāng)?shù)膲毫?。雖然未在圖39至41中示出，這樣會使管道82和88的端部壓入襯管80的凹槽中。襯管80由加強(qiáng)裝置支撐，襯管的徑向壓縮導(dǎo)致襯管80與加強(qiáng)裝置的緊密配合。
在施加的壓力釋放之后，通過拉緊繩索87可以將緊密配合在襯管中的加強(qiáng)裝置拉出來，杠桿85和86使施加到繩索87上的軸向力最初拉著加強(qiáng)支撐件83相對于支撐件84運(yùn)動到如圖40中所示的位置。于是可以將加強(qiáng)件從襯管80中拉出，如圖41所示，然后從整個管道88中拉過。
權(quán)利要求
1.一種接頭，包括一個管形的內(nèi)部構(gòu)件，形成一個管套用于容納所述接頭所要連接的元件；一個環(huán)繞所述管形內(nèi)部構(gòu)件的外部構(gòu)件，與所述管形內(nèi)部構(gòu)件形成一個環(huán)形腔；一個與所述環(huán)形腔連通的注入孔，通過所述注入孔將流體輸入所述環(huán)形腔中來加壓，所述環(huán)形腔中的高壓使所述內(nèi)部構(gòu)件徑向壓縮以夾住所述管套中的元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接頭，其特征在于，有兩個密封位于所述內(nèi)部和外部構(gòu)件之間，沿所述管形內(nèi)部構(gòu)件的長度方向間隔一段距離并位于所述注入孔的兩側(cè)，所述密封封閉所述環(huán)形腔的末端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的接頭，其特征在于，所述密封包括位于所述內(nèi)部和外部構(gòu)件之間的O型圈。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的接頭，其特征在于，所述密封是通過爆炸焊接形成的。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的接頭，其特征在于，所述密封是通過釬焊或黃銅焊接形成的。
6.根據(jù)權(quán)利要求2、3、4或5所述的接頭，其特征在于，所述接頭包括至少兩對密封，所述每一對密封分別構(gòu)成與各自加壓流體注入孔相通的密封腔。
7.根據(jù)前面任何一項權(quán)利要求所述的接頭，其特征在于，所述接頭包括所述密封腔中的壓力超過預(yù)定極限時將加壓流體從所述密封腔中釋放的裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的接頭，其特征在于，所述加壓流體釋放裝置由設(shè)置在所述外部構(gòu)件中的防爆膜構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的接頭，其特征在于，所述加壓流體釋放裝置包括位于所述內(nèi)部和外部構(gòu)件之間的密封，所述密封在所述內(nèi)部構(gòu)件達(dá)到預(yù)定的徑向壓縮之后失效。
10.根據(jù)前面任何一項權(quán)利要求所述的接頭，其特征在于，所述內(nèi)部構(gòu)件中設(shè)有徑向向內(nèi)擴(kuò)展部分以限制元件插入所述管套的深度。
11.根據(jù)前面任何一項權(quán)利要求所述的接頭，其特征在于，所述外部構(gòu)件可以變形且所述注入孔包括與支撐夾具中開孔接合的裝置，所述接頭可以容納在支撐夾具里面，所述支撐夾具阻止所述外部構(gòu)件因所述密封腔中的加壓引起的徑向向外膨脹，其中所述密封腔與所述注入孔是相通的。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的接頭，其特征在于，所述注入孔包括一徑向向外貫穿所述可變形外部構(gòu)件的管子，所述管子適合于插入所述夾具開孔中。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的接頭，其特征在于，所述夾具開孔中支承著一個密封，所述注入管與其接合以防止加壓流體從所述夾具和所述可變形外部構(gòu)件之間滲透。
14.根據(jù)前面任何一項權(quán)利要求所述的接頭，其特征在于，所述密封腔中填充了在所述密封腔加壓之后會凝固的流體。
15.根據(jù)前面任何一項權(quán)利要求所述的接頭，其特征在于，所述接頭包括防止加壓流體從所述密封腔中漏失的裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的接頭，其特征在于，所述防止裝置包括所述注入孔中的一個止回閥。
17.根據(jù)前面任何一項權(quán)利要求所述的接頭，其特征在于，所述內(nèi)部構(gòu)件是一根銅管。
18.根據(jù)前面任何一項權(quán)利要求所述的接頭，其特征在于，所述接頭包括一個使用時插在所述接頭要連接的可變形管形元件端部的襯管，所述襯管用來限制所述元件的徑向向內(nèi)變形。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的接頭，其特征在于，所述襯管具有表面構(gòu)造可以夾住徑向向內(nèi)變形之后的所述元件。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的接頭，其特征在于，所述表面構(gòu)造是沿圓周延伸的齒。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的接頭，其特征在于，所述表面構(gòu)造是沿圓周延伸的矩形凹槽。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的接頭，其特征在于，所述表面構(gòu)造是徑向穿透所述襯管的孔。
23.根據(jù)權(quán)利要求18、19、20或21所述的接頭，其特征在于，所述襯管連在一個法蘭上。
24.根據(jù)權(quán)利要求18至23中任何一項所述的管接頭，其特征在于，首先塞入所述元件中的所述襯管的末端向外張開，且所述襯管的長度小于所述管套的長度，因此所述元件徑向向內(nèi)變形的部分在所述襯管的所述張開末端兩側(cè)軸向延伸。
25.根據(jù)權(quán)利要求18至24中任何一項所述的管接頭，包括一個襯管，使用時將其一端插入所述接頭要相互連接的兩個管形元件中某一個的端部，并將另一端插入所述兩個元件中另一個的端部。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的管接頭，其特征在于，所述襯管上設(shè)有突肋以形成膨脹接頭，使所述襯管可以軸向膨脹和收縮。
27.根據(jù)權(quán)利要求25或26所述的管接頭，其特征在于，所述襯管上設(shè)有突出部以限制所述襯管插入所述管形元件中的深度。
28.根據(jù)前面任何一項權(quán)利要求所述的接頭，其特征在于，所述管形內(nèi)部構(gòu)件中放入一個加強(qiáng)件，因此，所述加強(qiáng)件由于所述密封腔中的加壓而徑向壓緊在所述元件上。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的管接頭，其特征在于，所述加強(qiáng)件是一個金屬線圈。
30.用來將一個元件連接到接頭上的方法，所述接頭包括一個構(gòu)成管套的可徑向壓縮的管形構(gòu)件，所述元件插入其中，其特征在于，所述管形構(gòu)件周圍形成一個密封腔，并將加壓流體注入所述密封腔中，注入流體的壓力足以使所述管形構(gòu)件徑向向內(nèi)變形而夾住所述元件。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，所述密封腔是通過將所述管形構(gòu)件安裝在一個外部構(gòu)件中而形成的，因此所述密封腔限定在所述管形構(gòu)件和所述外部構(gòu)件之間，這樣，所述外部構(gòu)件基本上不會由于所述加壓流體注入所述密封腔中而膨脹。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，所述密封腔是通過將所述管形構(gòu)件安裝在一個外部構(gòu)件中而形成的，因此所述密封腔限定在所述管形構(gòu)件和所述外部構(gòu)件之間，這樣，所述外部構(gòu)件如果沒有支撐就會由于所述加壓流體注入所述密封腔中而膨脹，于是將所述接頭支承在圍繞所述外部構(gòu)件的夾具中，這樣在所述加壓流體注入所述密封腔之后，所述外部構(gòu)件的膨脹就會由于接觸所述夾具而受到限制。
33.根據(jù)權(quán)利要求30、31或32所述的方法，其特征在于，所述元件里面放置一個加強(qiáng)件，在密封腔的加壓過程中，可以防止所述元件的塌陷。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，所述加強(qiáng)件包括一個在所述接頭加壓之后可以移去的活動支撐件。
35.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，所述活動支撐件包括兩個可相互接合的楔形件。
全文摘要
一種包括管形內(nèi)部構(gòu)件(9)的接頭,該內(nèi)部構(gòu)件構(gòu)成一個管套,其大小正好可以容納接頭所要連接的管道。內(nèi)部構(gòu)件(9)放置在管狀殼體(1)里面以構(gòu)成一封閉的環(huán)形腔,而且設(shè)有一個穿過殼體的注入孔(2)以便與密封腔連通。使用時,加壓流體比如可凝固樹脂通過注入孔(2)注入密封腔中。注入流體的壓力足以使管形內(nèi)部構(gòu)件(9)發(fā)生徑向向內(nèi)的變形,從而夾住裝在管套里面的管子(13、14)。可以施加壓力達(dá)到預(yù)定的極限,或直至密封失效。
文檔編號F16L13/14GK1342254SQ9981628
公開日2002年3月27日 申請日期1999年12月21日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月24日
發(fā)明者M·雷德曼 申請人:特萊科恩集團(tuán)有限公司