專利名稱：用于管接頭的墊片和包括墊片的管接頭的制作方法
與相關(guān)申請的交叉參考本申請涉及2003.4.25提交的共同待批美國臨時申請60/465,686，其公開內(nèi)容整個包括在本文中作為參考文獻(xiàn)。
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及用于機(jī)械管接頭型密封墊片，上述機(jī)械類型管接頭一般利用一對接頭分段，并接合一對管道間隔開的并置端部，上述接頭分段具有墊片安放于其中的配合螺栓墊，而上述一對管道間隔開的裝置并置端部打算用機(jī)械管接頭接合。機(jī)械管接頭采取各種不同形式，其中包括端部帶槽式管道或者端部光滑的管道，上述管道可以擴(kuò)口或者可以不擴(kuò)口。管接頭是示例性的，并且本發(fā)明打算供在任何常用墊片的地方使用。
相關(guān)技術(shù)說明包括一種供在各種不同類型管道(無論是金屬管道還是非金屬管道)之間產(chǎn)生并形成密封接合時使用的彈性墊片的管接頭，一般包括多部分管接頭分段或管道及配件或閥，常常是一對包括配合螺栓墊的管接頭分段。各分段用螺栓固定在一起，并且在接合管接頭部分的過程中，閉合作用幫助頂著管道端部牢牢地安裝墊片。當(dāng)使管接頭分段并置用于固定目的時，常常把徑向上向內(nèi)的周圍或圓周壓縮力施加到墊片上。結(jié)果，打算把墊片與管接頭分段之間及墊片與管道端部之間的相應(yīng)密封表面與產(chǎn)生流體緊密密封的對象以面對面關(guān)系接合。
許多這些機(jī)械接合應(yīng)用是用在溫度高達(dá)約230°F或更高，及壓力高達(dá)約1000psi的液體管路系統(tǒng)中運送液體。這種類型的管接頭也與所有類型的流體，包括有毒的和揮發(fā)性的化學(xué)藥品一起使用。
在過去，一般認(rèn)為，如果有更大量的彈性材料來充填各管接頭分段與管道之間的空間，則打算與多部分管接頭和帶槽的管道端部一起用的墊片將更有效地完成任務(wù)。然而，盡管與本文所述感覺相反，但業(yè)已發(fā)現(xiàn)，彈性體材料量太大降低了墊片和相應(yīng)管接頭分段的表面與管道表面之間密封的效率。例如，在帶槽管道連接中，墊片在它安置之前，盡管是一個部件，具有傳統(tǒng)上包括不同形狀的部分，所述不同形狀部分包括一個圓環(huán)形基底，所述圓環(huán)形基底安放到管接頭分段中；一對向下延伸的支腳，所述支腳沿著管接頭的內(nèi)側(cè)壁套起；及一對較寬的向內(nèi)延伸的唇邊，所述唇邊基本上延伸到兩個管道連接的端部。一般，每個唇邊的上表面都連接到支腳部分的內(nèi)壁上，以便與每個支腳形成一種拱弧形表面。這種加厚的唇邊部分可以認(rèn)為十分理想。在這些先有技術(shù)裝置中，當(dāng)管接頭分段在一起時，支腳與唇邊之間的距離減小，并且支腳和唇邊接合區(qū)尺寸減小。
在這種安排情況下，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，在極高溫度下，彈性體材料往往會沿著它的內(nèi)部彎曲表面脹大或隆起，并且熔化。一般與墊片一起用的彈性材料包括天然橡膠和合成橡膠及其組合，并且彈性體的膨脹一般超過管道的膨脹相當(dāng)大的倍數(shù)，常常高達(dá)15-20倍。尤其是，在如乙丙二烯共聚物(亦即“EPDM”)的彈性材料情況下，在高溫下墊片各種成分熔化很常見，而其結(jié)果是留下某些關(guān)鍵密封區(qū)沒有有效量的密封材料。
而且，即使在沒有足以熔化墊片材料的溫度和壓力時，發(fā)現(xiàn)向內(nèi)延伸的唇邊遠(yuǎn)端部分對管道表面施加較低的壓力，并且常常向上升起并熔化到向下隆起的支腳和內(nèi)部唇邊部分上。在這種狀態(tài)下，密封壓力也常常大為減小。
這些和類似先有技術(shù)的例子包括共同轉(zhuǎn)讓給Johnson的美國專利No.1,704,003，所述專利涉及包括一個墊片的管道接頭，上述墊片取一種整體撓性密封環(huán)形式，所述密封環(huán)跨過打算連接的管道之間的間隙。另外，共同轉(zhuǎn)讓給Hele-Shaw的美國專利No.1,808,262公開了一種管道接頭，所述管道接頭包括一個由撓性材料制的環(huán)，所述環(huán)具有不轉(zhuǎn)動的凸緣，該不轉(zhuǎn)動的凸緣適合于包圍管道端部。
Reynolds的美國專利No.1,867,891公開了一種管道接頭，所述管道接頭利用彈性材料來裝壓力下的流體，和提出用先有技術(shù)密封墊片類型作為適合這種類型的系統(tǒng)。
盡管許多先有專利提出對包括高壓下使用的那些墊片的形狀進(jìn)行修改，但所有墊片一般都包括一個支腳和一個唇邊連接區(qū)，所述支腳和唇邊連接區(qū)打算用于在裝入墊片和/或比較長的向內(nèi)延伸的唇邊時緊密并置。
共同轉(zhuǎn)讓給Johson的美國專利No.1,899,695公開了一種用撓性材料制的管道接頭密封環(huán)，所述密封環(huán)具有一個開口，該開口當(dāng)處于接頭中位置時從管道通向流體壓力，以便將其密封；Damsel等的美國專利No.1,931,922公開了一種層壓制品，所述層壓制品取一種填密環(huán)的形式，上述填密環(huán)用彈性材料制成，并涂裝一種不腐蝕和不是多孔的塑料材料；Damsel的美國專利No.1,967,466公開了一種用于管接頭的環(huán)，所述環(huán)在它的主體內(nèi)具有一個環(huán)形空腔；Damsel的美國專利No.2,013,267公開了一種管道接頭，其中一種槽形填密墊片包括一個裂開的無孔增強(qiáng)和保護(hù)環(huán)，所述環(huán)安裝在槽底部處的墊片中，并具有足夠的剛度，以防墊片向內(nèi)塌陷。
共同轉(zhuǎn)讓給Costanzo的美國專利No.2,766,518公開了一種用于將各塑料管部分接合在一起的方法，上述各塑料管部分包括一種內(nèi)壓敏感型墊片。
共同轉(zhuǎn)讓給Young的美國專利No.3,080,894公開了在不同直徑的管道與用于上述不同直徑管道的管接頭和墊片之間的接合。
共同轉(zhuǎn)讓給Kunsman的美國專利No.4,561,678公開了一種管接頭，所述管接頭具有一墊片安放槽，用于接收一種雙唇邊式密封墊片。密封墊片的唇邊幾乎延伸到打算通過管接頭接合的一對帶槽的管道相應(yīng)端部。
共同轉(zhuǎn)讓給DeRaymond的美國專利No.4,893,843公開了一種無潤滑劑的彈性墊圈，所述彈性墊圈如此構(gòu)造，以便位于預(yù)定管道的上方而不管道摩擦接合。
涉及各種類型管接頭的另一些技術(shù)包括共同轉(zhuǎn)讓給DeRaymond等的美國專利No.4,702,499，上述專利涉及可鉸接分段式管接頭。
共同轉(zhuǎn)讓給Dole等的美國專利No.5,758,907涉及一種管接頭，所述管接頭具有若干誤調(diào)限制分段，上述各誤調(diào)限制分段在它們相應(yīng)端部處具有制動件，所述制動件防止各管接頭分段在它們組裝期間未對準(zhǔn)到用于裝配的管道的相鄰端上。這種管接頭包括一個密封墊片，所述密封墊片放置成與待接合的管道相鄰端密封接合。
本發(fā)明針對各種墊片，所述墊片提供在相應(yīng)密封表面和管接頭部件與管道之間顯著改善的密封，而同時避免使用過多的彈性材料，上述過多的彈性材料當(dāng)在壓縮力影響下時干擾墊片其它部分的理想操作。通過提供抗向上彎曲的支承墊片密封唇邊，和在負(fù)載下基本上保持它們基本構(gòu)造的凸緣，及通過將墊片加工成一定形狀以便在管道端部和組裝好的管接頭之間更緊密的密封，可以完成改進(jìn)的密封，并將減少或消除熔化或其它不希望有的相互作用。
盡管所公開的墊片示出為與管接頭一起使用，所述管接頭適合于接合帶槽的管道，但墊片一般也可適用于在機(jī)械管接頭中使用，其中包括無槽式管道端部。
附圖簡介本發(fā)明的優(yōu)選實施例參照附圖進(jìn)行說明，其中

圖1是按照本發(fā)明一個實施例所述制成的一種墊片剖視圖，所述墊片示出處于松弛狀態(tài)，并包括一個周圍潤滑劑保持槽，所述潤滑劑保持槽在圓周上鄰近墊片唇邊的一部分延伸；圖1A是一種先有技術(shù)墊片的一部分處于未壓縮狀態(tài)下的剖視圖，同時示出將墊片支腳連接到基底上的拱弧形內(nèi)壁表面；圖1B是圖1A先有技術(shù)墊片一部分的剖視圖，同時示出墊片壓縮在管接頭內(nèi)時的構(gòu)造。
圖1C是按照本發(fā)明制成的一種墊片的一部分處于未壓縮狀態(tài)的剖視圖，同時示出一種示例性的比較堅固和支承的凸緣，所述凸緣具有一個基本上平的和延伸的環(huán)形內(nèi)壁，一個連接到凸緣上的較短唇邊，和一個鄰近點“C”和“D”之間唇邊的潤滑劑保持槽。
圖1D是圖1C這部分墊片的剖視圖，同時示出墊片當(dāng)位于一管接頭內(nèi)時采取的構(gòu)造；圖2是包括圖1中所示類型墊片的管接頭前視圖，所述管接頭組裝好以便保持一對帶槽的管道部分，所述帶槽的管道部分具有可滑動式接合的斜螺栓墊，同時示出本墊片處于壓縮狀態(tài)；圖3是圖1整個墊片的剖視圖；圖4是圖1和3所示類型的墊片一部分的右側(cè)透視圖和剖視圖，同時一個另外的特點是取包括在其上的滾花或橫割密封表面的形式；圖5是沿著圖2管接頭的線5-5所取的剖視圖，同時示出圖1的墊片處于壓縮狀態(tài)；圖6是按照本發(fā)明所述制造的墊片一部分的剖視圖，同時包括一個可供選擇的密封唇邊構(gòu)造；圖7是圖6墊片一種可供選擇的實施例一部分的剖視圖，同時包括一個鄰近一部分唇邊密封表面在圓周上延伸的周圍潤滑劑保持槽；
圖8是包括圖7墊片的管接頭剖視圖，示出處于壓縮狀態(tài)，同時圓周潤滑劑保持槽處于一基本上是變平的狀態(tài)下，并示出管接頭的各部分；圖9是本發(fā)明墊片可供選擇的實施例一部分的剖視圖，包括在密封表面上周圍潤滑劑保持槽一個可供選擇實施例，所述潤滑劑保持槽取一種倒“V”形缺口的形式；圖10是本發(fā)明墊片可供選擇的實施例一部分的剖視圖，包括在墊片密封表面上取一種周圍倒“U”形槽形式的另一種可供選擇的特點，槽預(yù)定保持潤滑劑，以便當(dāng)墊片與管接頭一起組裝時，潤滑墊片表面各部件密封；圖11是本發(fā)明墊片可供選擇的實施例一部分的剖視圖，其中周圍密封凸緣和唇邊由一個內(nèi)壁支承，所述內(nèi)壁用實心彈性材料的交替部分構(gòu)成，上述交替部分通過如圖12更詳細(xì)示出的交替空間相互分開；圖12是沿圖11的線12-12所取的剖視圖，并示出密封凸緣的內(nèi)部支承壁，所述內(nèi)部支承壁包括多個交替式實心彈性材料的梯形部分，上述交替式梯形部分通相應(yīng)互補(bǔ)的交替式梯形空間相互分開；圖13是圖11和12中墊片可供選擇的實施例剖視圖，其中密封凸緣的內(nèi)支承壁由交替幾乎是矩形的彈性部分組成，所述彈性部分通過支承壁中形成的互補(bǔ)式梯形空間相互分開；圖14是沿著圖13中線14-14所取的剖視圖；圖15示出圖1A先有技術(shù)墊片唇邊端部與支腳拐角之間密封表面的密封壓力分布的曲線；圖16是示出在不施加潤滑劑情況下在圖1C本發(fā)明墊片的唇邊尖頭與支承凸緣的拐角(亦即后跟)之間凸緣密封表面理論密封壓力分布曲線，上述凸緣密封表面包括如曲線上所示圖1C的點“C”和“D”之間的潤滑劑保持槽；及圖17是示出圖6本發(fā)明墊片的唇邊尖頭與支承凸緣的拐角之間凸緣密封表面理論密封壓力分布曲線，凸緣密封表面不包括的曲線上所示點“C”和“D”之間潤滑劑保持槽，并且對墊片不施加潤滑劑。
優(yōu)選實施例詳細(xì)說明參見附圖，尤其是參見圖1、1C、1D和3，所述圖1、1C、1D和3示出了一種按照本發(fā)明所述用于管接頭的墊片10。盡管對墊片考慮了各種類型的彈性材料，但發(fā)現(xiàn)很理想的一種具體材料是乙丙二烯共聚物，簡稱為“EPDM”。然而，如上所述，本發(fā)明考慮使用其它合成材料或天然橡膠材料及其組合。
在過去，改進(jìn)密封認(rèn)為是通過提供增加使用彈性材料未完成是最好。然而，本發(fā)明針對一些墊片，所述墊片以一種方式減少某些區(qū)域的彈性材料量，這樣能在墊片經(jīng)受增加的熱量和壓力作用時，更有效的分配機(jī)械壓縮密封力，并增加墊片的穩(wěn)定性，因而促進(jìn)與合適表面更好和更均勻的接觸。另外，墊片避免在相當(dāng)大的壓力和溫度下管接頭內(nèi)彈性材料的過度膨脹和“隆起”，并促進(jìn)許多墊片更均勻，上述許多墊片一般在管路系統(tǒng)中看到。
現(xiàn)在參見圖1、1C、1D和3，發(fā)現(xiàn)墊片10提供優(yōu)越的防漏泄密封表面。墊片10包括一個撓性環(huán)，在所述撓性環(huán)中一個圓環(huán)狀的基底件12具有一對與其整體形成的向內(nèi)延伸的凸緣14、16，如圖所示，同時每個凸緣在徑向上向內(nèi)延伸，并且在安裝到一個機(jī)械管接頭中之前一般與環(huán)狀基底件12或銳角向外取向，每個凸緣都具有一個在徑向上最里面的密封表面18、20，當(dāng)安裝在管接頭中時，其中每個表面18、20都包括一個軸向上面向內(nèi)的唇邊22、24，當(dāng)墊片未壓縮時，每個唇邊都與基底件12形成一個銳角。如在附圖中所見到的，凸緣14、16與環(huán)狀基底件12整體形成。
現(xiàn)在參見圖2和圖5，圖2和圖5示出一種完全組裝好的管接頭26，所述管接頭26用已知方式連接具有周圍槽32、34的管道端部28、30。各管接頭分段緊握和保持圖1中的墊片10。在圖5中，示出了墊片10當(dāng)經(jīng)受管接頭分段接合所產(chǎn)生的壓縮力時的情況。
如圖1中最佳示出的，在墊片10的未壓縮狀態(tài)下，它的唇邊22、24具有一長度“L”比常規(guī)墊片短?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，與降低各唇邊效率相反，縮短唇邊的長度提供增加的唇邊22、24對管道表面的壓力響應(yīng)性，最后改善了密封。
通常，墊片10的凸緣14、16具有一種構(gòu)造，所述構(gòu)造促進(jìn)和產(chǎn)生對管道表面的密封壓力，同時在管接外殼與管道表面之間對墊片提供結(jié)構(gòu)剛性。除了管接頭內(nèi)的流體壓力之外，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，如附圖中所示的凸緣構(gòu)造有利的是把力傳輸?shù)酱竭吷希员阍黾用芊鈮毫?。因而象一般先有墊片構(gòu)造成包括比較疏松連接的周圍支腳，所述圓周圍支腳實際上是通過每個支腳的拱弧形內(nèi)壁鉸接到環(huán)狀基底件上那樣，本發(fā)明在凸緣和一個敞開區(qū)域范圍上提供一個變厚的壁橫截面，上述敞開區(qū)域范圍在墊片基底件的內(nèi)表面一或后壁一與凸緣構(gòu)件的上面內(nèi)部區(qū)域之間具有一拱弧形連接部分?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，盡管這種形狀和尺寸改變，也使墊片與管道表面之間的密封壓力分布增加。
例如，在先有技術(shù)墊片中，假定各唇邊的整個范圍都起一種密封表面的作用，則從唇邊尖頭到它接合支腳處的尺寸“W”(圖1A)是這樣，以使尺寸“W”與尺寸“A”(圖5)的比值保持在約0.5或更大處。在本發(fā)明中，圖1C中凸緣的寬度“S”與尺寸“A”的比值優(yōu)選的是保持在約0.30和0.40之間，并且不僅象密封時那樣有效或更有效，而且對它遠(yuǎn)端部分的向上卷曲和故障相當(dāng)不敏感。實際上，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，作為整個凸緣構(gòu)造的一部分，較短的唇邊增加了在密封過程中唇邊的功能性，如在圖16和17中所證明的，上述較短的唇邊顯示在唇邊的各部分下方密封壓力增加高于零。在圖16-17中，“E”代表凸緣平面環(huán)形內(nèi)壁亦圖1C中的壁42和圖6中的壁94的位置。
如圖15中所示先有技術(shù)壓力分布與圖16和17中本發(fā)明壓力分布的比較，顯示與圖15中突然升高到一個峰值，接著壓力突然下降相比，圖16和17中分布圖形更均勻。另外，如在圖15-17中可見到的，在先有技術(shù)墊片中唇邊提供的結(jié)果是最大密封壓力在支腳的拐角或腳跟處，而本發(fā)明的墊片在凸緣的軸向上向內(nèi)，或者在凸緣的平面內(nèi)壁附近放置最大密封壓力?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，最大壓力位置的這種改變增加了組合式凸緣和唇邊的密封有效性，因此防止唇邊升起和密封損失。倘若先有技術(shù)墊片唇邊的遠(yuǎn)端在熱量和壓力下傾向于朝上卷曲，則密封力的這種重新定位相當(dāng)重要。
本發(fā)明還能在整個密封壓力沒有重大損失的情況下使用一種潤滑劑槽。盡管潤滑劑槽一般認(rèn)為是理想的，但在密封表面上的一個敞開槽往往會降低密封效率。然而在凸緣具有如圖1和1C中所示潤滑劑槽情況下，凸緣的平面內(nèi)壁直接設(shè)置在潤滑劑槽上方。對于如圖6中所示沒有潤滑劑槽的凸緣來說，最大壓力是在凸緣的平面內(nèi)壁處或其附近產(chǎn)生，如圖17中點“E”處所示。在這種情況下，將不存在由槽所引起的圖16中所示密封壓力的減小，并且壓力將在假想的“槽”點“C”和“D”之間最大，上述假想“槽”點在圖6中僅用于舉例說明目的示出，并且如圖17中所示。
此外，通過構(gòu)造如圖1和1C所示的凸緣14、16的內(nèi)部環(huán)形周圍內(nèi)表面40、42，亦即如與周圍環(huán)狀基底件12成銳角的平面表面，可以理解，在圖1D和5所示的管接頭內(nèi)機(jī)械壓縮墊片10時，內(nèi)部周圍表面40、42采取一種拱弧形或者一般稍微“隆起”的錐形構(gòu)件(亦即中凸并向內(nèi))。如圖1D中所示，這提供了壓力響應(yīng)性，并改善了朝管道兩端表面的方向上的支承密封力。盡管圖1和1C的環(huán)形周圍表面40、42僅是稍微向內(nèi)隆起，但可以看出，它們保持它們的平面或近似平面形狀，因而增加了凸緣14、16和唇邊22、24最下面表面的密封壓力響應(yīng)性。
相應(yīng)地，也改善了對管接頭一半的徑向上向外的密封力。通過使唇邊22、24的長度減至最小，和使平面和比較價貴的內(nèi)凸緣壁40、42最大，消除了凸緣塌陷和唇邊在高溫下熔化到內(nèi)部周圍表面13、40和42上的趨勢，即使當(dāng)凸緣和唇邊經(jīng)受在1000psi范圍內(nèi)的水壓力和230°F范圍內(nèi)或更高溫度時也是如此，雖然彈性體的膨脹系數(shù)可能是金屬管接頭部件的膨脹系數(shù)的15-20倍。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，凸緣構(gòu)造對于高壓、高溫應(yīng)用來說提供了尤其有利的結(jié)果。例如，在如圖1A所示的先有技術(shù)墊片44中，內(nèi)壁表面46呈拱弧形狀，而尺寸“W”從支腳47的后跟延伸到唇邊48的尖頭處。尺寸“W”與尺寸“A”的比值為約0.5-約0.9，此處“A”是從管道槽到管道端部的距離，如圖5中所示。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，如圖1C和1D所示，凸緣16的凸緣寬度“S”與圖5所示尺寸“A”的比值為約0.25-約0.45，而優(yōu)選的是約0.30-約0.40。更寬的約0.20-約0.50范圍也是可預(yù)見的。如圖1C所示的本發(fā)明墊圈的凸緣內(nèi)壁42是平面，并且尺寸已增加，以便當(dāng)凸緣在管接頭內(nèi)壓縮并經(jīng)受高溫流體作用時，增加開動連接部分密封的壓力，如圖1D中所示。圖1B示出圖1A的先有技術(shù)墊片，其中當(dāng)把墊片在一個管接頭內(nèi)壓縮時，比較長的唇邊48觸及后壁50，因而為在高溫下唇邊熔化到后壁50上提供了可能。這可以認(rèn)為，部分是由于沒有拱弧形內(nèi)壁46所提供的結(jié)構(gòu)支承件，所述結(jié)構(gòu)支承件在壓縮力下起唇邊48與環(huán)狀基底件43之間的鉸接件作用，而不是起用于墊片各部件的支承件作用。盡管根據(jù)如圖1A的常規(guī)設(shè)計，支腳47(僅示出一個)和密封表面49(僅示出一個)預(yù)定用于提供對管道表面的密封，如圖15中所示，但密封壓力對整個表面無效，而這可以認(rèn)為基本上是由于沒有拱弧形內(nèi)部支腳壁46的結(jié)構(gòu)支承件。
如圖1和1C中所示，本發(fā)明的墊片各凸緣在它們未受壓縮狀態(tài)下，優(yōu)選的是與上壁12成一角度“α”為約60-85°，因此不太可能象先有技術(shù)中那樣起一種比較弱的鉸接件作用。
現(xiàn)在參見圖1、1C、1D和5，所示實施例墊片的每個密封表面18、20都包括一個周圍槽36、38，所述周圍槽36、38直接在內(nèi)部基本上錐形壁40、42的下方?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，如果在整個墊片上它們的密封表面具有合適的液體潤滑劑，則墊圈更容易安置。優(yōu)選的是，潤滑劑是具有植物基潤滑劑，如由美國Victaulic公司銷售的墊片潤滑劑，上述墊片潤滑劑商標(biāo)為Victaulic牌號管接頭潤滑劑，簡稱之為“VIC-LUBE”牌潤滑劑。通過提供周圍槽36、38，潤滑劑往往會充填各槽，并且在通過管接頭各分段施加壓縮力使其閉合時，槽36、38往往會截留潤滑劑，并將潤滑劑逐漸釋放到槽兩邊的周圍表面上，因而促進(jìn)平穩(wěn)而均勻的安置墊片密封表面并且避免隨著管接頭堅固作業(yè)進(jìn)行在管道和管接頭外殼之間的墊片表面壓緊。
在完成管接頭分段接合作業(yè)時，槽36、38基本上變平的并且實際上消除，如圖5中的剖視圖所示。然而，如上所述，由于在表面18、20上和槽30、38中起初存在潤滑劑，隨后在緊固操作期間逐漸釋放潤滑劑，所以實現(xiàn)了關(guān)鍵密封區(qū)的潤滑作用包圍槽并越過整個密封表面。
現(xiàn)在參見圖4，圖4示出了本發(fā)明一個可供選擇的實施例其中一部分。墊片60構(gòu)造成與圖1、1C和3的墊片10相同，但增加了取設(shè)置在密封表面66、68上滾花62、64形式的表面處理。盡管可以設(shè)想任何類型的表面粗糙處理，但優(yōu)選的形式是如圖4所示，亦即取多個以交叉或十字陰影圖形取向處延伸的幾乎是顯微鏡槽的形式。盡管各槽沒有圖1和3中的槽36、38深，但上述圖形能截留潤滑油，并在管接頭緊固作業(yè)期間受潤滑油分布影響的區(qū)域更容易沿著較寬的區(qū)域分布。在所有其它方面，圖4的實施例都與圖1和3的實施例相同，因為彈性環(huán)狀基底件70具有向內(nèi)延伸的凸緣件72、74，如圖4所示。密封表面66、68上的滾花62、64還幫助補(bǔ)償管道上的小表面缺陷。
參見圖6，圖6示出了本發(fā)明的墊片另一個可供選擇的實施例80的一部分，其中提供一種彈性環(huán)狀基底件82，所述環(huán)狀基底件82具有徑向上向內(nèi)延伸的凸緣件84(僅示出一個)。在這個實施例中，向內(nèi)延伸的唇邊86(只示出一個)加工成形為具有尖頭端，所述尖頭端由一弧形表面88與平的密封表面90交叉形成，以便促進(jìn)密封表面92和唇邊86與管道端部的表面之間的接觸。
唇邊86通過向下作用在上表面88上的水壓力幫助，將保持與管道表面完全接觸，并且將抵抗與將發(fā)生的向內(nèi)隆起的環(huán)形內(nèi)部凸緣壁94和將發(fā)生的向內(nèi)隆起的后壁96的接觸，因而避免在多達(dá)約230°F或更高的高溫下各內(nèi)部表面之間熔化。由于較短的唇邊88，及基本上是細(xì)長和平面的凸緣內(nèi)壁94，所以當(dāng)后壁96在壓縮下和高溫下向內(nèi)隆起時，有較少的彈性材料接觸。而且，平面內(nèi)壁表面94和相對堅固的凸緣84提供用于墊片的結(jié)構(gòu)支承件，并且在壓力下促進(jìn)對管道表面的均勻密封壓力，而同時平的內(nèi)部環(huán)形壁表面保持它的基本上平的或接近平的形狀。在某些情況下，內(nèi)部環(huán)形壁將稍微向內(nèi)隆起，但依然保持它的基本上接近平面的形狀。
現(xiàn)在參見圖7，圖7示出本發(fā)明墊片另一個可供選擇的實施例91的一部分，其中一個彈性環(huán)狀基底件93象上述各實施例中那樣具有與其整體形成的徑向上向內(nèi)延伸的凸緣件95。各軸向延伸的唇邊(只示出唇邊98)加工成形為基本上如圖6所示，但具有額外提供的若干潤滑油載留槽(只示出槽97)，所述潤滑油載留槽在壓縮管接頭組件內(nèi)墊片時載留并逐漸釋放濕潤劑，如有關(guān)圖5所示的墊片和管接頭組件所述。
現(xiàn)在參見圖8，圖7中墊片90的一部分示出在管接頭組件中處于壓縮構(gòu)件，同時示出管接頭組件各部分的一部分用于舉例說明目的。彈性環(huán)狀基底件墊片71具有與其整體形成的基本上徑向上向內(nèi)延伸的凸緣件94、102，同時具有如圖7中部分示出的軸向上向內(nèi)延伸的唇邊98、106。當(dāng)墊片如圖8所示完全壓縮時，潤滑油載留槽97、108基本上是平的，同時凸緣件94、102的支承壁與內(nèi)部后壁104示出向內(nèi)隆起，還避免了熔化和/或與比較短的唇邊98、106接觸，如圖所示。
參見圖9，圖9示出了本發(fā)明墊片另一個可供選擇的實施例的一部分，所述這部分墊片用標(biāo)號110示出，其中彈性環(huán)狀構(gòu)件112象上述實施例那樣加工成形，但包括一對凸緣件(只示出凸緣件114)和密封表面(只示出表面116)。一個周圍槽118取一種倒“V”形缺口90的形式，所述缺口90截留潤滑劑流體，并且在壓縮時將潤滑油逐漸釋放到管接頭組件內(nèi)周圍的表面積中。倒“V”形缺口90用與上述實施例中倒“U”形槽相同的方式設(shè)置，以便保持潤滑油；然而，“V”形缺口在壓縮時以一種更均勻而逐漸的方式采取一種變平構(gòu)造，而當(dāng)墊片在一周圍管接頭內(nèi)經(jīng)受壓縮力作用時，最后采取幾乎是完全變平的形狀。此外，逐漸變平的操作和比較慢將潤滑劑釋放到周圍區(qū)域中有助于更均勻地將潤滑油分布在缺口附近的那些區(qū)域中，因此幫助在墊片和管道端部之間的密封完美。
現(xiàn)在參見圖10，圖10示出了本發(fā)明還有另一個可供選擇的實施例，其中一個墊片120具有徑向上向內(nèi)延伸的凸緣件(僅示出凸緣122)和向內(nèi)延伸的唇邊(僅示出唇邊124)，所述唇邊從各凸緣軸向上向內(nèi)延伸，并形成密封表面126的連續(xù)部分，所述連續(xù)部分沿著凸緣122徑向上向內(nèi)的端部延伸。墊片120包括密封唇邊(僅示出唇邊124)所述唇邊加工成形為與圖8所示的密封唇邊相同，另外提供一個倒矩形周圍槽128，所述倒矩形周圍槽128直接位于內(nèi)部凸緣壁130的下方。倒矩形槽128用與上述槽形實施例相同的方式保持潤滑油，并且當(dāng)與上述實施例所述的方式相同在一管接頭組件內(nèi)進(jìn)行壓縮過程時，逐漸把潤滑油釋放到周圍區(qū)域中。通過按照槽128改變的構(gòu)件逐漸地將潤滑油釋放到周圍區(qū)域中，倒矩形槽幫助完成密封表面126與管道端部之間的密封。
可供選擇地，可以使用包括槽和缺口在內(nèi)的其它類型系統(tǒng)表面不規(guī)則性，來在緊固管接頭期間保持潤滑油，并在系統(tǒng)而逐漸的基礎(chǔ)上釋放潤滑油，以便幫助補(bǔ)償管道端部上的表面缺陷。例如，倒矩形槽128可以可供選擇地橫截面是方形，或任何其它形狀。
現(xiàn)在參見圖11，圖11示出了取墊片130具有周圍環(huán)狀基底件132形式的另一個實施例。在圖11的實施例中，徑向上延伸的凸緣件134、136包括內(nèi)部支承壁138、140，所述內(nèi)部支承壁138、140分別包括一個基本上梯形實心壁構(gòu)件144的交替系列，上述梯形實心壁構(gòu)件144被對應(yīng)交替的基本上梯形的空間142分開，以便形成一種整個圓形的環(huán)或壁，在圖12中僅示出環(huán)的一部分。正如在圖11的剖視圖中可以看到的，內(nèi)壁138、140補(bǔ)充徑向上向內(nèi)延伸的唇邊146、148，以便增加對管道端部表面的密封壓力。圖11中的表面150、152代表梯形表面實心壁部分144的內(nèi)表面，而圖11中的內(nèi)表面154、156代表與空間142相對應(yīng)的凸緣壁內(nèi)壁表面。
再結(jié)合圖12參見圖11，徑向上最里面的密封表面158、160包括基本上倒“U”形的周圍槽162，164，所述倒“U”形周圍槽用與上述實施例周圍形槽相同的方式起作用。當(dāng)在墊片安裝于管接頭之前應(yīng)用于墊片整個表面上時，周圍形槽保持潤滑油。當(dāng)把各管接頭分段一起牽拉到一個閉合位置時，槽162、164頂著管道表面逐漸變平，如上述實施例所述，并且把潤滑油逐漸釋放到周圍區(qū)域上，以便完善密封表面158、160與相應(yīng)管道端部之間的密封。當(dāng)緊固管接頭各分段的過程進(jìn)行時，凸緣件134、136向內(nèi)旋轉(zhuǎn)，直至管道密封表面158、160變成基本上水平，并接合管道端部的外表面，而各內(nèi)部支承壁部分144變得稍受壓縮并提供徑向上的支承力，以便幫助完善周圍基底件132的圓周密封表面131與管接頭之間，及凸緣件134、136的密封表面158、160與管道端部之間的密封。如圖所示的內(nèi)部支承壁138，如上所述構(gòu)成基本上實心彈性件144梯形部分的交替部分，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，上述內(nèi)部支承壁138相對于管接頭和管道端部提供用于唇邊146、148密封表面的有效結(jié)構(gòu)支承力。尤其是，支承壁138的交替部分在對管道表面施加密封壓力時，提供對向內(nèi)延伸的唇邊146、148的支承力。
如結(jié)合上述實施例所述，密封表面158、160可供選擇地可以包括其它表面不規(guī)則性，來幫助完善密封，如滾花表面，倒“V”形缺口，倒方形或矩形缺口，諸如此類，以便將潤滑油保持于其中用于管接頭的組裝作業(yè)和/或補(bǔ)償管道表面上的一般缺陷。
現(xiàn)在參見圖13，圖13示出了如圖11和12所示用于管接頭墊片的另一個可供選擇的實施例，其中墊片180包括內(nèi)部支承壁179，圖11內(nèi)部支承壁的梯形實心彈性部分用更寬的實心彈性材料的基本上梯形部分184代替。在這個實施例中，構(gòu)成基本上方形實心彈性部分184之間的空間182為梯形空間，也比圖11和12中的空間142寬，并且以一圓形陣列排列，如圖所示。
現(xiàn)在參見圖14，圖14示出了沿著圖13中線14-14所取的剖視圖，其中實心彈性壁材料制的基本上梯形部分184的交替部分示出被一般是梯形空間或凹坑182分開。在所有其它方面，圖13和14的墊片都與圖11和12的墊片相同，其中包括唇邊186。
如從圖11-14中兩種墊片可以看出的，由各種形狀實心材料部分所形成的內(nèi)壁被各種可供選擇的構(gòu)造空間分開，實心材料部分分別變成用位于一完整管接頭各分段內(nèi)的墊片壓在各管接頭分段的組件上，并提供對管接頭內(nèi)表面和管道外表面所必需的力，以便實施密封防止在壓力下液體漏泄。通過把墊片的環(huán)形內(nèi)壁加工成形為帶有被各種構(gòu)造的空間分開的實心材料部分，所述各實心材料部分能提供為墊片的密封表面頂著各個管接頭和管道部件所必需的力，而各空間提供使各實心材料的部分膨脹而沒有與表面危險接觸的空間，當(dāng)經(jīng)受一般在某些應(yīng)用中遇到的相當(dāng)大壓力和溫度時，上述與表面接觸可能另外引起墊片的各部件熔化?？梢允褂酶鞣N類型的壁構(gòu)造，其中包括三角形、圓形、卵形、及其它用相應(yīng)形狀的空間分開的實心部分。
參見圖15，圖15示出了在上述先有技術(shù)墊片類型情況下計算機(jī)產(chǎn)生的密封表面49(在圖1A和1B中示出)和管道表面的密封壓力分布曲線。壓力是從唇邊48的尖頭到支腳端部進(jìn)行測量。如在圖15中可以看到的，“密封”壓力在唇邊48的長度范圍內(nèi)不存在；然后它向上朝支腳的后跟(或端部)上升，和然后在支腳的端部處返回到零。
相反，圖16示出對如圖1和1C所示的本發(fā)明墊片計算機(jī)產(chǎn)生的密封壓力曲線，其中一個實心的凸緣具有一個內(nèi)凸緣壁，所述內(nèi)凸緣壁是平面并且比較細(xì)長，唇邊長度“L”較短，同時比值S/A為約0.30-約0.40，并且凸緣密封表面包括一個潤滑劑保持槽21，所述潤滑劑保持留槽21位于圖16中點“E”處。盡管在管道表面上的密封壓力在點“C”和“D”之間(代表潤滑劑保持槽)下降，但業(yè)已發(fā)現(xiàn)，由槽所提供的潤滑劑分散效應(yīng)的好處遠(yuǎn)勝于在槽處密封壓力的下降，因此槽的最佳存在不嚴(yán)重影響墊片的總體密封性能。
參見圖17，圖17示出了如圖6所示的墊片密封表面上的密封壓力分布曲線，其中密封表面不包括潤滑劑保持槽。在這個實施例中，壓力以比較均勻的型式分布。在這個實施例中，一部分唇邊提供對管道表面的密封，因為輸送的是圖6中凸緣件84和平面內(nèi)凸緣壁94的力的傳送。
盡管本發(fā)明示出和說明一些優(yōu)選實施例，但該技術(shù)的技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍情況下，可以進(jìn)行各種修改和改變。
權(quán)利要求
1.墊片，供在適合于接合相鄰管道端部或諸如此類的機(jī)械管接頭中使用，上述墊片包括一個一般是用彈性材料制成的圓環(huán)狀基底件，上述基底件的每個周圍邊緣部分都具有一個與其整體形成的一般是徑向上向內(nèi)延伸的凸緣件，每個上述凸緣件具有一個內(nèi)部環(huán)形壁，每個上述凸緣件還具有一個相應(yīng)的面向內(nèi)的整體唇邊，所述唇邊具有一個上表面和一個下表面，每個上述唇邊的下表面與每個上述相應(yīng)凸緣件的徑向上最里面的表面一起連續(xù)，以便形成一個適合與待聯(lián)接的工件外表面部分接合的密封表面，每個上述凸緣件在工件軸向方向上的厚度，相對于每個唇邊的長度是這樣，即當(dāng)墊片位于供密封的管接頭組件內(nèi)，并且徑向方向的壓縮力施加于其上時，上述凸緣件的徑向上延伸的內(nèi)部環(huán)形壁保持一般是平面或者一般是接近平面。
2.按照權(quán)利要求1所述的墊片，其中每個上述凸緣件都包括一個在上述徑向上最里面表面上的一個周圍槽。
3.按照權(quán)利要求2所述的墊片，其中每個上述周圍槽一般設(shè)置成與每個上述凸緣件的每個上述內(nèi)部環(huán)形壁一致。
4.按照權(quán)利要求3所述的墊片，其中上述彈性材料是乙丙二烯共聚物(EPDM)。
5.按照權(quán)利要求4所述的墊片，其中上述內(nèi)部環(huán)形壁在未壓縮狀態(tài)下一般是平面，而當(dāng)位于機(jī)械管接頭內(nèi)和經(jīng)受管接頭的徑向方向壓縮力及經(jīng)受內(nèi)部流體壓力的力時，上述內(nèi)部環(huán)形壁一般保持它的平面或接近平面的形狀。
6.按照權(quán)利要求5所述的墊片，其中上述接近平面的形狀是稍微向內(nèi)中凸。
7.按照權(quán)利要求6所述的墊片，其中每個上述周圍槽加工成一定尺寸和形狀，以便放入潤滑劑介質(zhì)，來以與管道端部面對面接觸的方式幫助密封上述凸緣件。
8.按照權(quán)利要求7所述的墊片，每個上述工件都是一種端部帶槽的管道，其中每個上述凸緣件的厚度尺寸“(S)”除以每個管道的槽到管道端部的尺寸“A”的比值是在約0.25和約0.45之間。
9.按照權(quán)利要求8所述的墊片，其中每個上述凸緣件的厚度尺寸(S)除以以每個管道的槽到管道端部的尺寸“A”的比值是在約0.30和約0.40之間。
10.按照權(quán)利要求9所述的墊片，每個上述凸緣件的厚度尺寸從相應(yīng)凸緣件的外周圍壁表面延伸到每個上述周圍潤滑劑槽。
11.按照權(quán)利要求10所述的墊片，其中每個上述凸緣件的上述內(nèi)部環(huán)形壁通過一個拱弧形表面接合到上述圓形基底件的內(nèi)部后壁上。
12.按照權(quán)利要求11所述的墊片，其中每個上述凸緣件當(dāng)處于未壓縮狀態(tài)時與上述一般是圓環(huán)狀的基底件形成一個角度“α”是在約60°和約85°之間。
13.按照權(quán)利要求12所述的墊片，其中每個上述凸緣件的上述徑向上最里面的密封表面包括多個表面不規(guī)則性，以便增加對工件表面密封的壓力。
14.按照權(quán)利要求13所述的墊片，其中上述表面不規(guī)則性包括多個槽，所述多個槽加工成一定尺寸和形狀，以便保持潤滑劑油來增加每個上述密封表面對相應(yīng)管道端部的密封。
15.按照權(quán)利要求14所述的墊片，其中上述多個槽包括滾花的槽或缺口。
16.按照權(quán)利要求15所述的墊片，其中上述多個槽或缺口安排成一種交叉形圖形。
17.按照權(quán)利要求16所述的墊片，其中每個上述凸緣件的每個上述內(nèi)部環(huán)形壁包括多個交替式壁構(gòu)件，所述多個交替式構(gòu)件分別用多個交替式空間分開。
18.按照權(quán)利要求17所述的墊片，其中上述多個交替式壁構(gòu)件各具有一種一般是梯形形狀。
19.按照權(quán)利要求18所述的墊片，其中在上述內(nèi)部環(huán)形凸緣中每種上述多個交替式空間各具有一種一般是梯形形狀。
20.按照權(quán)利要求17所述的墊片，其中每種上述多個交替式壁構(gòu)件都是隨機(jī)成形。
21.按照權(quán)利要求17所述的墊片，其中每種上述多個交替式空間都是隨機(jī)成形。
22.按照權(quán)利要求2所述的墊片，其中每個上述凸緣件都這樣構(gòu)造和配合，以便當(dāng)插入一個機(jī)械管接頭中時及當(dāng)施加機(jī)械管接頭壓縮力和流體壓力時，每個上述凸緣件與工件之間的密封壓力分布從每個上述凸緣件的最外面拐角到上述周圍槽方向增加。
23.按照權(quán)利要求1所述的墊片，其中每個上述凸緣件這樣構(gòu)造和配合，以便當(dāng)插入一個機(jī)械管接頭中時及當(dāng)施加機(jī)械管接頭壓縮力和流體壓力時，密封壓力分布在每個上述凸緣件與工件之間是從每個上述凸緣件的最外面拐角到上述內(nèi)部環(huán)形壁方向增加，而此后朝每個上述唇邊方面下降。
24.供在配合到接合相鄰管道端部或諸如此類上的機(jī)械管接頭中使用的墊片，所述墊片包括a)一個一般是圓環(huán)狀基底件，所述圓環(huán)狀基底件由一種彈性材料制成，并加工成一定尺寸和適合于與聯(lián)接的工件或圓周關(guān)系設(shè)置在一個機(jī)械管接頭組件內(nèi)，同時每個管道端部一般是限定一個縱向軸線；b)一對在軸向上間隔開的徑向上向內(nèi)延伸的凸緣件，所述一對凸緣件與上述一般是圓環(huán)狀基底件整體形成，每個上述凸緣件都具有一在軸向方向上預(yù)定的厚度和一個環(huán)形內(nèi)壁表面，每個上述凸緣件還具有一個相應(yīng)的面向內(nèi)的唇邊，上述面向內(nèi)的唇邊具有一個上表面和一個現(xiàn)表面，每個上述唇邊的最下面表面都與每個上述相應(yīng)凸緣件的徑向上最里面的表面連續(xù)，以便形成一個適合于與待聯(lián)接的管道端部外表面部分接合的密封表面，在工件軸向方向上每個上述凸緣件的厚度相對于相應(yīng)唇邊軸向長度是這樣，即當(dāng)墊片設(shè)置在一個管接頭組件內(nèi)部聯(lián)接兩個管道端部時，通過管接頭施加一朝向徑向方向的機(jī)械壓縮力于其上，上述每個凸緣件的環(huán)形內(nèi)壁保持成一種平面或近似平面的構(gòu)造，以便在管道端部與管接頭組件之間保持預(yù)定的密封力。
25.機(jī)械管接頭，具有多個拱弧形管接頭分段；接合機(jī)構(gòu)，所述接合機(jī)構(gòu)在每個上述分段內(nèi)圓周上，用于固定管道件的并置端部；一個墊片安放槽，所述墊片安放槽處在每個管接頭分段中；用于將上述管接頭分段以首尾相連關(guān)系相互固定的機(jī)構(gòu)；及一個墊片，所述墊片設(shè)置在上述管接頭分段墊片安放通道內(nèi)；上述墊片包括一個一般是圓環(huán)狀基底件，所述圓環(huán)狀基底件用一種彈性密封材料制成，并加工成一定尺寸和適合于設(shè)置在上述通道內(nèi)，上述基底件具有一對與其整體形成的徑向上向內(nèi)延伸的凸緣件，每個上述凸緣件都具有一在軸方向上的預(yù)定厚度和一個環(huán)形內(nèi)壁表面，每個上述凸緣件還具有一個面向內(nèi)在軸向上延伸的密封唇邊，所述密封唇邊具有一個上表面和一個下表面，所述密封唇邊的下表面與每個上述相應(yīng)凸緣件的徑向上最里面的密封表面連續(xù)，以便與其形成一個密封表面用于與每個相應(yīng)的待聯(lián)接的管道端部的拱弧形表面部分接合，每個上述凸緣件的厚度相對于每個上述對應(yīng)唇邊軸向長度是這樣，即當(dāng)上述墊片通過上述管接頭分段經(jīng)受朝向徑向方向的機(jī)械壓縮力時，每個上述凸緣件的每個上述環(huán)形內(nèi)壁保持處于一般是平面或近似平面構(gòu)造，以便在上述管接頭分段與管道端部之間，施加足夠的頂著內(nèi)部流體的密封力。
26.按照權(quán)利要求25所述的管接頭，其中每個上述密封唇邊在徑向方向上都具有一個厚度，所述厚度足以保持上述管道端部之間的密封接觸，上述唇邊抗由上述液體壓力所產(chǎn)生的向上卷曲力。
全文摘要
本發(fā)明涉及打算與分段式管接頭一起用的防漏墊片，上述分段式管接頭一般包括一對適合于安放一個墊片的管接頭分段，所述一對管接頭分段包圍一對管道，以便通過一對螺栓和相關(guān)的緊固件將管道接合在一起，或者接合一個管接頭或者裝配到管道上，上述相關(guān)緊固件在各分段上具有對應(yīng)的一對螺栓墊。預(yù)定與本發(fā)明的墊片一起用的管接頭包括下述類型適合于連接開槽式或擴(kuò)口式端部的管道，或者是成密封關(guān)系的無槽式管道，以便承受在高達(dá)和包括230°F和更高溫度下和高達(dá)1000psi的壓力下的流體，它們也可用于有毒和揮發(fā)性化學(xué)藥品。本發(fā)明的墊片是環(huán)形，所述環(huán)形墊片用一種彈性材料制成，如合成橡膠或天然橡膠或其組合，而優(yōu)選的是一種簡稱之為“EPDM”的乙丙二烯共聚物。墊片通過一對密封凸緣提供改進(jìn)的密封，上述密封凸緣具有較平而膨脹的內(nèi)壁，較短的密封唇邊，及與開槽式管道端部特定的尺寸關(guān)系。本發(fā)明還涉及一種插入這種墊片的管接頭，以及一種提供密封管接頭方法。
文檔編號F16L17/00GK1813150SQ200480018069
公開日2006年8月2日 申請日期2004年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月25日
發(fā)明者J·孫, L·W·小陶 申請人:維克托里克公司