专利名称：用于管的机械接头的赋能限制衬垫的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及管长度之间或管和配件之间的连接。更具体地，本发明涉及一种连接两个管长度的装置和方法，使受限推动式接头以及机械接头的优点最大化，这些优点是本领域众所周知的。本发明能应用于长期运行的管长度以及配件、附件和接头。
背景技术：
由于推力、地壳运动和施加在管上的外部机械力，本行业已经将注意力基本上集中到安装之后相邻管长度之间连接的维护问题。这种关注意的结果是产生了本领域公知的不同方案和方法库。这些方案大部分能分类成“推动式”接头或“机械接头”。发明人关于本发明的应用或使用而对“管”进行的引用应该理解成包括配件、接头和任何其他管附件。
本领域中用于连接直线敷设的管长度的最普通连接设备是“推动式”管/钟形件结构。美国专利US2953398例证了这些推动式方案，并且说明了大部分直线敷设的管连接件。在典型的结构中，管的管塞端穿过紧密配合的衬垫滑入另一根管的钟形件端。典型地，在推动式接头内没有随动环、填料箱或其他外部压缩设备出现。另外，典型的推动式接头不包括限制设备，如系杆、混凝土止推座、螺钉和附加环附件，来实现对接头的限制，尽管在某些情况下已经使用这样的设备。本领域的发展已经促使推动式接头进行革新和改进以便包括限制设备。这样的受限推动式接头的实例包括美国专利US5295697、US5464228和US5067751。通过位于衬垫内且啮合管塞的锁定片或楔可以实现这种改进的连接固定。锁定片以这样的方式进行定向以便允许管塞进入钟形件，但在反作用力下易于实现管塞的拆卸，该锁定片朝着与管塞的咬住式啮合来进行枢转，进一步阻止拆卸。这种作用更像儿童的“指锁”玩具，拆卸管的企图越强烈，插件施加的锁定作用就越大。这些推动式接头具有较高的灵活性和对轴向及近轴分离力的抵抗性。在本行业中已经经历了富有意义的困难，然而，将这些连接应用于配件时，在这样的结构中，充分地固定配件以便施加最初所需的高安装压力来把管塞推入钟形件可能是不可行的。
“机械接头”是在管工业中广泛使用的公知标准的连接设备。这样的接头通过在交接点将衬垫压缩在管塞周围和钟形件内而把两个管长度液封在一起。机械接头的特征在于接收管的外凸钟形件，第二根管的管塞插入这个钟形件内。钟形件适合于安装衬垫，衬垫隐蔽地环绕装配在第二根管的管塞的周围，并且还适合于接收支撑压缩环或压盖。在装配时，管塞完全进入钟形件，并且衬垫稳固地安装在钟形件内和管塞周围。然后，在相对高的扭矩下，通过这样的设备如固定螺栓，将压盖牢固地固定到钟形件凸缘，使压盖压紧衬垫。典型地，这种结构在压盖内径周围包括唇缘，在固定之后，唇缘沿轴向伸入钟形件内。压盖的结构是这样的，即随着唇缘压紧衬垫，在足以使衬垫变形的压力下对衬垫进行压缩。由于衬垫压缩在钟形件和压盖之间，因此，向内挤压衬垫，以便与插管部分的外部和钟形件的内部密封接触。这种变形增强了衬垫的密封效果，此外，在没有压缩或高插入力的情况下能容易获得这种密封效果。
机械接头在本行业中享有广泛的认可，并且是国内和国际标准的主题，例如ANSI/AWWA C111/A21.11-95。已给出了用于这种接头的工业共用性和将这些标准应用于各种规格的性质，任何机械接头都应该符合这些规格以得到最佳认可。已经进行了无数次努力来改进标准化机械接头。这些努力的特征几乎一律都是包括附加机构或附件，建立抑制管分离的机械连接。Howe的美国专利US784400和McWane的美国专利US1818493中例证了需要修改钟形件或压盖(或两者)的这些努力，美国专利US784400使用隐藏在压盖内的锁定插件；美国专利US1818493公开了一种改进压盖，压盖依赖于具有带齿凸轮的专门改进螺栓，随着螺栓钩在钟形件的改进唇缘下并挤入压盖内的凹槽中，带齿凸轮在管塞上枢转并且咬入管塞。
另外的方案使用插在衬垫和压盖之间的附加限制设备或齿，随着压盖变紧使这些附加限制设备或齿进入管塞。Ueki的美国专利US4664426和Percebois的美国专利US5297826中包含这些设备之一，除了标准机械接头的简单钟形件-衬垫-压盖结构之外，这两个美国专利各自还需要使用多个附加锁定设备。Gilchrist的美国专利US4878698、Dent等人的美国专利US5335946、以及Hunter等人的美国专利US5398946在压盖完全密封之前容易出现可能过早啮合咬入齿的情况。Richardson的美国专利US5803513以及其他专利试图通过使用牺牲滑垫来解决这个潜在问题，以防齿过早啮合。
另外的方案使用连接到(插入)钟形件的螺栓连接组件，这种组件定位成在某些专门配置的螺栓拧紧之后，螺栓或设备启动，从而被驱动进入管塞的外表面。通过由EBAAIron出售的商标为MEGALUG(注册号为1383971)的本领域公知设备来例证这些螺栓连接方案。这种类型方案的另外实例包括Hashimoto的美国专利US4647083，其改进了标准压盖以便包括螺栓，当螺栓拧紧时作用在锁定楔上。当在地下埋设环境中安装管时，铺设时在管底侧通常不方便满足多个附加螺栓连接的条件。这样的底侧螺栓连接增加了安装成本和时间。然而，如果螺栓式锁定方案只使用几个螺栓位置，螺栓的向内压力在某些情况下可能易于使管塞横截面轮廓变形。例如，在某些情况下只使用三个螺栓位置可能呈现出不希望的可能性，即，使管塞变形为稍微呈三角形形状。
本领域普通技术人员将要注意，这些结构各自也面临着实际问题，例如附加部件的制造费用以及这样的事实，即附加部件增加了出现不能接受的故障的潜在可能性。
而且，这些方案各自都可以认为是“静态”连接。尽管传统上认为管线是刚性的而且为固定结构，但持久连接必须在接头上允许一定量的柔性和“游隙”。这种对运动的适应是必需的，因为管线铺设的环境实际上不是静态的。推力可以产生非纵向或近轴负荷，这些负荷易于朝某一角度将管长度从长度的纵轴驱动到这个轴的任一侧。随着传递到管内的材料压力变化，这些力将类似地变化。另外，管敷设的地方很少是像通常认为的那样稳定。实际上，管可以在地上运行，在这些情况下，这样的管不具有任何稳定性的益处，增加了埋地或挖沟安装的因素。最后，甚至典型的埋地管都必须忍耐由于沉降、腐蚀、压制、机械力(例如附近建筑)和地壳运动(例如地震)而引起的移位。
Miller的美国专利US2201372证实了推动式接头的变型，其使用装配在钟形件专用唇缘内的压缩扣环，以便将压力施加在锁定片上，从而将它们驱入管塞。Miller的替代方案类似地在安装之后将锁定片驱入管塞。Barr的美国专利US3445120同样使用带有加强片的衬垫，这些加强片完全装入衬垫内，通常布置成截头圆锥体排列。规定这些片沿着包含片两端的平面给衬垫提供压缩阻力。当管塞遭受到拉力时，衬垫随着管运动而滚动。随着衬垫滚动，它旨在最后遇到某一位置，在该位置变硬平面需要压缩以便进一步滚动。在最佳的条件下，由于变硬，衬垫不能压缩，从而不能进一步滚动。当滚动停止时，衬垫变成管塞和钟形件之间基于静态摩擦的锁定。特别是，除了别的区别之外，Barr教导的布置保持橡胶对管的摩擦连接。
发明内容
本发明的下述目的只是选择性和示例性目的，一个或任何一个都不应该看成本发明实施的条件，或者要实现的目的的穷举。
如上述所建议的，本发明的示例性和非唯一选择的目的是提供一种能与标准机械接头衬垫互换的衬垫，这种衬垫允许接头转换成受限接头，而无需对有关机械接头的钟形件、管塞或压盖进行任何重新配置或修正。
本发明的另外示例性和非唯一选择目的是提供一种动态管连接，其不需要很高的插入压力。
本发明的另外示例性和非唯一选择目的是提供一种节省成本的方法和装置，用于限制典型配置的管接头。
上述目的和优点既不是对发明精神实质和实施的穷举，也不是对它们的各自的限制，除非按照公布的权利要求所述。根据本发明的下列描述，对于本领域技术人员而言，本发明的其他目的和优点将变得显而易见。
本发明可以基本上被描述成一种用于将标准机械接头转换成受限机械接头的衬垫，而无需改变接头的钟形件、管塞或压盖的结构，并且无需附加配件或设备。在本发明的实施中，能使用标准机械接头的钟形件和压盖结构，按照限制关系(限制定义为抵抗成对的钟形件和管塞的轴向分离)把一个管长的管塞端连接到另一个管长的钟形件端，其中限制是基于超过橡胶对管摩擦的力。在某些教导实施例的更具体论述中，本发明包括形成衬垫来按这样的方式装配在钟形件内，以便在静止期间存在空隙，在这个空隙内衬垫变形，这样依次影响片的旋转运动。按照这种方式，在将压盖固定到钟形件的过程期间，衬垫的结构影响旋转定时和旋转程度。可以避免过穿透，而同时确保在适当时刻及时充分地穿透。控制锁定片旋转定时和旋转程度影响衬垫性能，并且由本发明描述的实施例提出。片旋转的程度影响限制的应用。一旦限制出现，就典型地是在片已经旋转进入钟形件和管塞之间的干扰位置时，进一步有意义地有助于衬垫压缩典型地不再出现。为了适当密封而太早旋转片产生不充分的衬垫压缩。太晚旋转片不能充分地限制接头。
图1表示典型机械接头的图解，具有位于适当位置的衬垫。
图2描绘处于初始阶段的本发明未受力的衬垫在某一位置时的横剖视图，在所述位置上能观察到锁定片的位置和横截面。
图3图解衬垫实施例的横剖视图。
图4是在过渡阶段时装配动作期间接头内的衬垫和片(segment)的描绘图。
图5表示可用于本发明的锁定片结构的实施例。
图6表示在压缩之后且处于锁定状态时的本发明的接头，限制了接头。
图7表示可用于本发明衬垫的锁定片的替代实施例。
图8是用于本发明的衬垫的横剖视图，表示处于适当位置的锁定片的替代实施例。
具体实施例方式
下面是对本发明的详细描述。本领域技术人员将能理解，本文中提供的特征试图用于针对发明人的最优选实施例进行例证的目的，而不是解释为限定本发明的范围。本文中对“管”的引用将同等地理解成指的是任何长度的管、附件、配件或任何其他连接设备或元件，而不管制造方法或材料。
现在转到图，图1表示典型机械接头的图解。按照本领域公知技术来实施根据本发明的接头的装配。具体地说，但不是对将能同等地应用于本发明的公知变型的限制，就像它们是公知技术一样，接头包含满足下列关系的下列元件。将压缩环或压盖11放置在管塞10上，在这之后，将衬垫2放置在管塞10的外部周围。然后，在钟形件12内推进管塞10，直到钟形件12内的环形凸肩42挡住管塞10的端部41。如图所示，使衬垫2推入钟形件12内，直到它位于环形凹座43内。然后，使压盖11紧靠衬垫2，并且由固定设备44固定到钟形件12，这里为了图解的目的，固定设备44表示成穿过钻孔46并由螺母啮合的螺栓45。这很显然，在螺母47的拉拔或拉紧时，压盖11挤压衬垫2，使它压缩。对于本产业的技术人员来说替代固定设备将是显而易见的，例如外突夹、凸轮锁、倾斜楔、倾斜环形环、以及铆钉，并且能包括可以用来减少压盖11和钟形件12之间的轴向间距的任何机构。由于凹座43和压盖11的限制存在，衬垫2的变形可以定向成主要沿径向向内，并与管塞10进行密封啮合。本文公开的发明是在这种相互关系上产生的，并且不需要改变管塞、钟形件或压盖，尽管如果这些改变是另外想要的，则这些改变可以包含在本发明的精神内。
如本领域众所周知，传统理解建议，衬垫2在静止状态下的轮廓基本上与钟形件12某一位置上的内轮廓匹配，在所述位置上衬垫2确定为处于最后装配。这种匹配轮廓的目的是允许衬垫2紧密配合在钟形件12内以便增强流体密封。在图示的实施例中，这种传统知识将建议，衬垫2的径向向外轮廓大约具有与钟形件12的凹座43相同的结构。如图1中所示，在静止状态下，现有技术的衬垫的主配合表面将与钟形件12的内表面平滑配合。因此，在现有技术的衬垫中，装配之后，衬垫在密封界面这些区域内的轮廓基本上与衬垫在静止状态下的轮廓相同。
如图2和8中所示，本发明的锁定片1可以构造成装配在衬垫2内，衬垫2配置成装配在任何标准机械接头内，而无需改变钟形件、压盖或管塞的结构。衬垫2是弹性体或者其他弹性或可变形材料，例如，在本领域将理解成可以用来实现机械接头的材料。如图3中所示，衬垫2的有用结构是环形环，具有适合于接触管塞10的径向内表面4、适合于由压盖或压缩环11进行压缩的压盖面7、引入轴向插件内的前面61、以及径向外表面，如这些图中所示，还具有在静止状态下不能与凹座43平滑配合的结构。特别是，在图示的实施例中，衬垫2的径向外表面在衬垫2接近前面61的前沿部分上具有压缩座表面9，压缩座表面9设计成与凹座43的区域配合并且靠着其进行密封。同样使图示实施例特征化的是扭曲控制表面62，在衬垫2的轮廓再次径向向外延伸以便在后部密封64的区域内接合钟形件12之前，扭曲控制表面62在静止状态下离开凹座43以形成径向凹槽63。尽管在这些图中能容易区分这些表面，但如本文中所述，这些表面之间的过渡在解压缩状态下可能不是与图示结构一样显而易见。在图示的实施例中，衬垫2符合ANSI/AWWA C111/A21.11-95的所有要求。特别是，对于任何给定的管塞10而言，衬垫2都倾向于具有比管塞10的外径稍小的内径。因此，衬垫2在管塞10外部上的放置将通常需要施力来膨胀衬垫2以便装配在管塞10周围。
作为可供选择的描述，要说明的是，作为环形凹陷(沿径向而言)的槽63其特征在于这样的事实，即，如果衬垫2在静止状态下(例如在变形之前)尽可能完全地进入钟形件12，进行旋转以便在凹座43的区域内尽可能多地接触钟形件12而不变形，在衬垫2和凹座43之间留有空隙；这样的凹陷或空隙是槽63。如图2和4中所示，在此实施例中，即使在压缩和装配的一些后期阶段期间，槽63的一部分仍保持没有衬垫材料。要说明的是，在其他实施例中，槽63可以用橡胶膜进行覆盖，或者另外在衬垫2的径向向外表面之下是空隙，而且在本发明的精神实质和保护范围内，仍然是并且操作为槽63。
在不限制本发明的结构应用、效果或保护范围或者本发明实施的其他可能优点的情况下，相信在图示的实施例中具有这个空隙的操作方面产生了至少两个优点，这两个优点之一独自都将是本领域的发展。(应该注意，申请人不是通过这种论述将本发明只限定成拥有这些优点之一或多个的实施例。)首先，认为压缩座表面9和扭曲控制表面62在不同位置上对凹座43的分别压缩将建立两个分开的密封区域，其中在最初接触凹座43的这些点之间具有压缩梯度，以便提高密封效率。同样地，与衬垫脊面49压缩接触的后部密封64可以建立又一密封区域。这显然对衬垫2区域内的至少一点产生最大压力，这一点用来抵抗高流体排泄压力，同时仍然利用了柔性以及其他大表面积、低压密封的优点。
认识到的第二优点是对片1运动的操作效果，在下文中对此进行更详细地描述。
衬垫2组合有至少一个锁定片1，锁定片1可以配置成如图5中所示，也可以如图8中所示嵌入衬垫2内。在本发明的通常实施中，许多锁定片1将沿圆周分散在衬垫2的周围和内部，尽管是优选的，但这种放置不需要精确或甚至几乎对称。可以根据接头碰到的预期分离力来选择这些片1的数量，其中倾向于推荐的力越大，片1的数量就越多。发明人更喜欢使用不少于三个这种片1，但本发明并不是如此限定。例如，为了与规定在350p.s.i的压强下传送流体的8英寸直径的管一起使用，片1的优选结构包括围绕衬垫2面向管塞的圆周(例如径向内表面4)均匀间隔的8-10个片1。作为选择将允许在从衬垫2圆周能看出的圆周上(至少为尺寸的一半)具有单个片1。
分离力(在图1中概略地图示成矢量50、50a和50b)倾向于从钟形件12拔出管塞10。如方向箭头50所示，一些分离力与装配的管长度的公共轴一致。如矢量50a和50b所示，其他分离力都是近轴的，这可能是由于管塞10外围周围的衬垫移动或非均匀固定。片1用来紧夹管塞10并将分离力转换成至少部分与钟形件12相反的力。为此，片1拥有齿6，至少在压盖11压缩衬垫2时，这些齿6适合于伸出衬垫2的内表面4。齿6适合于接触管塞10，并且最优选地是由一种物质构成，这种物质比构成管塞10外部的材料更硬。在具体的实施例中，如图8中所示，齿6在衬垫2的解压缩状态下已经从内表面4暴露。这种暴露可以是从内表面4突出，或者在没有衬垫材料覆盖齿的情况下，稍微凹在内表面4之下，这是图3及后面图中所示的实施例。如图3和8中所示，衬垫2可以在齿6的周围配置凹槽以防干扰这种齿6穿入管塞10内。可供选择的优选实施例呈现出稍微凹入衬垫2内的齿6，并且由可压缩或可穿透材料的膜或薄层覆盖。发明人提出，至少齿6之间或紧邻齿6的一些区域没有橡胶以便允许管塞10穿透。初始隐藏的优点是在齿6基本啮合在管塞10内之前，它允许压盖11推进更大，从而使衬垫2压缩更大。因此可以实现更大的密封效果。
优选地，片1拥有多个齿6。在测试的结构中，齿6的末端排列成弓形关系。弓形关系增强齿6侵入管塞10的能力，而不管管塞10的圆周或钟形件12的内部尺寸的任何变化。这是因为管塞10和钟形件12内部尺寸(特别是环形衬垫凹座43)之间的更大间隙(常常是由于加工公差)将使得片1在装配时，与如图2中所示的不受力结构相比，在压缩衬垫2时相对于管塞10旋转到更陡的角度。假设齿6为弓形关系，一旦片1这样旋转，沿轴向最内的齿就旋转到接触管塞10。弓形结构进一步压迫至少两个齿6接触管塞10，而不管片1的旋转。这是因为在弓形结构中，可以在任何两个相邻齿6之间画出直线。有利地，在任何刺穿齿6的每一侧上出现附加齿6倾向于帮助防止片1过度穿透管塞10，由于这个事实，即这些相邻齿将以一定角度指向管塞10，从而它们不是最佳定位来进行刺穿；相反地，与正刺穿入管塞10的那些齿6相比，相邻齿6将倾向于以基本上更平行于管塞10的角度来接触管塞10。因此，因为更平行的角度，相邻齿6用作进一步穿透的止挡。
在图5详述的图示结构中，片1的横截面中具有齿状边缘16和背面13，其中如上所述齿6以弓形模式从齿状边缘16伸出，而背面13沿着斜面径向和轴向地朝突起17延伸。当装配机械接头时，图示的背面13适合于紧靠或甚至直接接触压盖11。沿轴向内方向带有齿状边缘16的连接突起17是一个表面或一系列表面，表示成压缩面15。在这个实施例中，当装配机械接头时，背面13几乎紧近压盖11，上突起17，即片的径向最外区域，紧靠钟形件的衬垫脊面49。与背面13和压盖11之间出现的量相比，更大量的衬垫2的弹性材料存在于压缩座表面9(特别是凸肩8)和片1之间。
管塞10插入衬垫2内之后，由于管塞10的出现，可以沿径向向外挤压片1的齿状边缘16，并且可以使片1枢转。出现在片的压缩面15和凹座43之间的可压缩材料量允许这样的向外运动或枢转，而不损害衬垫2的完整性。假设齿6沿着齿状边缘16是弓形结构，即使当沿径向向外旋转时，一旦压缩，至少一个齿6将保持与管塞10接触(尽管发明人在本发明的精神实质内承认，任何或所有齿6可以脱离与管塞10直接物理接触，由于片1的齿6凹进在衬垫2内或者出现薄层的弹性材料或其他物质，只要材料或物质在衬垫2完全压缩之后不足以干扰至少一个齿6进入管塞10的有效紧夹，如下所述)。如在现有技术中，可以推进管塞10直到被环形凸肩42挡住。
管塞10这样插入钟形件12之后，衬垫2将处于基本上如图2中所示的位置上，并且衬垫2可能在某一点上已经接触凹座43。在任何情况下，如在足以实现密封和接头固定的压缩中那样，衬垫2的基本压缩在这点上不能实现。通过靠着衬垫2的压盖面7推进压盖唇缘并且进入钟形件12来执行进一步的装配。对于本领域技术人员来说将显而易见，压盖11的这种推进将通过与衬垫2接触的力使衬垫2向内接触或更有力地接触凹座43。如图4中所示，衬垫2，在图示的实施例中，特别是压缩座表面9，开始靠着凹座43变形。在片1基本旋转之前，衬垫2的变形，特别是在扭曲控制表面62的区域内，开始出现在图示的实施例中。认为装配操作的这个阶段是初始阶段，并且特征在于片的基本平移运动。作用在片上的力主要在压盖11和压缩能之间进行平衡，压盖11作用在片1的背面13上，压缩能储存被在限制到片1、管塞10和钟形件12之间的衬垫橡胶内。这个压缩能在称为“压力中心”的位置上作用到片1上，在图示的实施例中认为“压力中心”与作用在片1的压盖11施加的力矢量一致。
随着压盖11继续进入钟形件12而超过图4中所示的点，片1开始旋转。装配操作的这个阶段是过渡阶段，并且特征在于片1的平移运动量相对减少，而片1的旋转运动量相对增加。换句话说，对于压盖11的规定输入而言，上突起17以比齿6更快的速度进入钟形件。出现这种情况是因为随着衬垫压缩，储存在衬垫内的压缩能的压力中心移动得更靠近片1和远离上突起17。片1在这点上的旋转受凹槽63影响，并且与衬垫压力中心朝齿6的运动有关。因为凹槽63呈现出耐压缩能力最小和从而耐变形能力最小的区域(本领域众所周知，橡胶易于变形，但不易压缩)，所以片1的上部(如图中所示)朝凹槽63旋转，随着衬垫材料变形而进入这个区域，减小凹槽63的尺寸。
随着压盖11的前进，片1的旋转基本上以这种方式继续，直到片1所处的点与管塞10和钟形件12阻力接触。装配操作的这个阶段将认为是最后阶段，并且在图示的实施例中，特征在于片1的基本旋转运动和凹槽63的基本倒塌。图6描述了这个片和衬垫的定向。在图示的实施例中，阻力接触特别是在片1的齿6及突起17与管塞10及钟形件12的相应接头表面之间。直到进入装配的最后阶段为止，如果齿6与管塞10阻力接触，或者突起17与钟形件12阻力接触，则将能理解这个接触是滑动性质的。一旦凹槽63的基本倒塌和开始装配的最后阶段，衬垫的进一步变形极大地受到限制，这就有效地防止片1还沿轴向方向进一步平移。施加到位于压盖11和钟形件12之间的固定机构(例如螺栓44)上的任何额外夹力都给片提供很大的转动能，由于压盖11和片1接触产生的力矢量与这是衬垫2压力中心和片1间的矢量之间的不平衡。现在片1的任何进一步旋转经由管塞10和钟形件12的塑性变形，使得片1通过齿6穿透进入管塞10并使得片1通过突起17穿透进入钟形件12。这种穿透经由片1提供管塞10和钟形件12之间的机械锁定，从而获得接头限制。
安装之后，根据前面的描述将显而易见，至少一个齿6保持与管塞10抓紧接触，而突起17保持与钟形件12接触。使管塞10从钟形件12向外移动的任何企图都至少推动这一个齿6与管塞10一起从钟形件12沿轴向向外移动，但轴向移动不可能，这是由于压盖的背面13和唇缘71之间的阻力接触以及锁定片沿某一方向的旋转，这种旋转对片1、钟形件12和管塞10施加轴向阻力以及径向压力。这种轴向阻力或限制是由片旋转进入某一方向而引起的，在这个方向上它的长度大于管塞10和钟形件12之间的距离。施加到钟形件和管塞的轴向负荷和径向负荷之间的平衡影响本发明的性能，并且可能受片1的结构影响。随着企图分离钟形件12和管塞10的力增加，由片1施加到钟形件12和管塞10的轴向阻力增加。也施加的径向负荷保持片1的齿6和突起17分别与管塞10和钟形件12啮合。如果径向分量太低，则片1将脱离管塞10或钟形件12。如果径向分量太高，则可能出现片1对管塞10的过度变形或穿透。
发明人注意到，这个特征类似于实施例中图示的其他特征，可以表现出特定优点，但本发明的保护范围内所要求的这些特征和优点的存在或缺乏仅仅就象如每个具体权利要求所限定的那样。除了清楚地包含在权利要求中的范围之外，发明人并不认为这些优点、结构或可能性是对本发明的限定。
管塞和钟形件的制造公差不精确；因此，在一些安装中，管塞10和钟形件12之间的距离，包括钟形件12的特征，例如凹座43，将大于或小于其他安装中的这个距离。在上述片1的实施例下，其中管塞10和凹座43之间的间隙是按照规定或更小，一旦压盖11固定，就驱动片1的至少一个齿6进入管塞10，并且驱动上突起17进入钟形件12。发明人认为，由于衬垫材料的支持压力，片1并不开始与管塞10咬住啮合，直到钟形件12、管塞10和衬垫2之中通常有效的密封已经通过压缩而实现。因此，齿6不能以某种方式过早地啮合管塞10，这种方式可能不利地影响获得衬垫2最佳压缩的能力。通过上述讨论的方式能操纵这种延迟啮合；即，衬垫、特别是凹槽63、压缩座表面9、扭曲控制表面62的结构，衬垫2的弹性特征，片1的形状，片1在衬垫2内的位置以及这些特征的不同组合。由于除了压盖11之外还与钟形件12接触，不仅靠着压盖11而且靠着钟形件12的片1传递分离力。这主要在于它减小了由螺栓45和压盖11承受且可能很大的力。在高负荷下，螺栓44和压盖11可以扭曲，降低衬垫2的密封效力；因此，本发明将分离矢量幅度的很大部分经由片1直接传递给钟形件12的能力提高了密封效力。
与前一段中的情形相比，其中管塞10和衬垫凹座43之间的距离相对小，当间隙更大时，认为夸大的枢转机构出现在片1内，如下面所述在大间隙情形下存在的情况(例如，当制造公差和装配条件存在以便钟形件12尺寸处于最大直径情况下而且管塞10处于最小直径情况下时)是这样，就是在初始装配之后，衬垫2或片1都可以不与管塞10或钟形件12之一或两者接触。在过渡阶段期间，将出现衬垫变形，如上所述，由于管塞10、压盖11和钟形件12作用在衬垫2上的压缩力迫使衬垫2与管塞10和钟形件12进行接触。然而，在此时，片1仍可以不与管塞10或钟形件12进行接触。装配的过渡阶段接近结束时，随着衬垫2的凹槽63关闭，这是由于衬垫2的压缩而引起的衬垫2的弹性变形，将出现片1的显著旋转，这是由于前述压缩衬垫的压力中心的转移和它与片1的关系。这种显著旋转允许片1渡过大间隙，另外将可能给大间隙提供限制。然后，如上所述进行装配的最后阶段，其中齿6嵌入管塞10内并且突起17嵌入钟形件12内。
在片1的实施例中，上突起17可以形成为角形结构。当在片1和钟形件12之间施加足够压力时，这样的角形结构将使这样的点侵入钟形件12。尽管在适当高的压力下这样的侵入可能出现在任何情况下，尤其是在上述小间隙情况下，通过调节角的锐度能控制侵入的倾向。发明人注意到，在每个规定点上角越尖锐，这点将可能沿着压力曲线越早地侵入钟形件12。因此，通过调节上突起17的角锐度，可能调节朝向片1最后旋转理想点的倾向，这将依次调节上突起17最大可能的径向向外运动。应该注意，在足以驱动上突起17进入钟形件12的压力下，片1的旋转将基本上得以阻止，并且在片1、管塞10或钟形件12的塑性变形的条件下将出现。能使用这种机构来平衡片1的旋转和控制啮合点。
类似地，如果以辐射方式构造上突起17，则可以调节片1的运动以允许片1沿轴向运动，直到上突起17获得与钟形件12不能压缩的邻接，此时，在上突起17处作用到片1的轴向和径向力使得枢轴点出现在它的附近。这个变化允许对片啮合进一步控制和对分配给本发明所有载荷部件的轴向和径向负荷的平衡。
如图7中所示，替代实施例可以将肘3组合在片1的背面内。在过渡装配阶段的初始阶段内，固定限制设备44期间，肘3将接触压盖11。可以修整肘3的位置和结构来进一步改变片1在旋转、啮合和锁定期间的性能。可以通过提出肘3的几个特征来进一步解释肘3的位置和结构，可以修改这几个特征来改变片性能。如果给定肘3尖的半径，可以使肘3在接触点上穿透压盖11。当最后装配阶段完成时，这个穿透将给片1的进一步旋转提供附加阻力，因此，当平衡片的轴向和径向载荷分布时，减轻对动作片1的直线角度的一些依靠与管塞10和钟形件12有关。另外，肘3可以径向向外或向内定位在片1上。在装配的过渡阶段期间，把肘3径向向外放在片上将增加片的旋转倾向，使片1更早地啮合和锁定。把肘3径向向内放在片1上将具有对应相反的作用。
如果肘3制造成使它穿透压盖11，同时上突起17穿透进入钟形件12，可能产生一种情况，其中传递到钟形件12内的轴向和径向负荷可以在多个负荷路径中进行平衡。
根据改变肘3和上突起17的锐度的原理进行构建，与图2中相比，这些点之间的过渡更不显著。实际上，过渡可以是如此平滑以便产生用作肘3和上突起17的一般曲线。通过改变曲率半径，或者通过包括凸点或其他点以操作成啮合点(为了本发明的目的，可能认为它们是肘3或上突起17)，曲线能适合于实现咬住啮合。
由于对凹槽63或凹槽63周围区域的前述或其他替换而可能包括的另外替代实施例包括第二或第三弹性材料的关键定位，第二或第三弹性材料具有与衬垫2其余部分不同的变形特性。这样的关键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。这种放置将影响上突起17朝环形凹座43移动的潜能，从而使得上突起17在侵入钟形件12之前停止基本旋转。类似地，可以从肘3沿径向向外放置这样的第二或第三橡胶，以便影响肘3从管塞10沿径向向外移动的最大能力。
尽管前述许多内容都是根据机械接头的初始安装来进行论述的，但发明人注意到使用本发明来“改进”或修正现有机械接头的价值和适用性。通过能简单再加入地切断衬垫2的环(优选地是以相对半径的角度)，衬垫2能装配在现有管塞上，并且在拆除旧衬垫之后移入适当位置。然后重新连接压盖11，完成标准机械接头到衬垫限制机械接头的改进。
前述内容表示了本发明的某些典型实施例，选择这些实施例来通常向本领域技术人员教导本发明的原理和实施，以便他们可以根据工业技术，使用他们在本领域的标准技术来产生要求保护的本发明的这些实施例或其他和可变实施例，同时保持位于本发明的范围和实施以及本公开的发明教导内。发明人强调，本发明具有许多具体实施例，但将不是限制本发明的范围，而是由公布的权利要求进行限定。除非另外特别规定，申请人不是通过在结合例证性实施例的详细描述中统一使用任何术语，来将该术语的含义限定成比该术语的通常理解更窄的特定含义。
权利要求
1.一种在将阳管部分连接到阴管部分时用于填料箱装配的限制衬垫，所述限制衬垫包括a)可压缩主体，具有管塞面对表面、径向向外表面、压盖面对表面、以及定位在径向向外表面上或从径向向外表面沿径向向内的凹槽；b)锁定部件，所述部件具有齿部分和嵌入的主体部分，其中至少一部分的齿部分定位成啮合阳管部分。
2.如权利要求1所述的限制衬垫，其中所述凹槽定位在衬垫的前沿部分和锁定部件的沿径向最外区域之间。
3.如权利要求1所述的限制衬垫，其中所述凹槽形成径向外表面的部分外部轮廓。
4.如权利要求3所述的限制衬垫，其中所述径向外表面包括压缩座表面和扭曲控制表面，所述扭曲控制表面引起凹槽并且关于衬垫中心轴线以5和20度之间的角度进行布置。
5.如权利要求1所述的限制衬垫，其中所述凹槽是位于径向外表面下面的空隙。
6.如权利要求1所述的限制衬垫，还包括多个密集区域，其中所述区域适合于影响所述锁定部件的运动。
7.一种装配受限机械接头的方法，包括下列步骤a)将推动部分衬垫形成钟形件和管塞之间的密封关系，b)在步骤(a)之后，将衬垫压缩成至少部分地倒塌衬垫内的凹槽；c)在开始步骤(b)之后，将锁定片旋转成在钟形件和管塞之间进行阻力接触。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述凹槽是位于衬垫的径向外表面下面的空隙。
9.如权利要求7所述的方法，其中所述凹槽是位于衬垫的径向外表面内的环形凹陷。
10.一种用于填料箱装配的限制衬垫，适合于随着它响应压缩而变形来改变它的压力中心。
11.如权利要求10所述的衬垫，其中压力中心的改变受可伸缩空隙或凹槽的影响。
12.如权利要求10所述的衬垫，包括锁定片，该锁定片为至少一个沿径向向内布置的齿。
13.如权利要求12所述的衬垫，其中所述锁定片包括多个沿径向向内布置的齿，并且至少两个所述齿之间的区域没有衬垫材料。
全文摘要
本发明可以基本上被描述成一种用于将标准机械接头转换成受限机械接头的衬垫，而无需改变接头的钟形件、管塞或压盖的结构，并且无需附加配件或设备。在本发明的实施中，能使用标准机械接头的钟形件和压盖结构，按照限制关系把一个管长的管塞端连接到另一个管长的钟形件端，其中该限制超过胜过橡胶对管摩擦的力。在所教导实施例的更具体论述中，本发明包括形成衬垫来按这样的方式装配在钟形件内，以便在静止期间存在空隙或凹槽，在这个空隙内衬垫压缩，这样依次影响片的旋转运动。按照这种方式，在将压盖固定到钟形件的整个过程中，衬垫的结构影响旋转定时和旋转程度。
文档编号F16L21/04GK1860321SQ200380110504
公开日2006年11月8日 申请日期2003年10月15日 优先权日2003年10月15日
发明者丹尼尔·艾伯特·科普兰 申请人:美国管道及铸造有限公司