专利名称：用于压力管连接的改进的约束件的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于球墨铸铁压力管的连接。
在许多场合下，管子以套接的关系连接在一起。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纳被围管的插端。一密封垫被插在外围管的承插端内，以便通过在两根管之间形成一密封来防止流体从接头泄漏。
在流体处于高压之下的场合中，例如流体是消防管线中的水或居民区的自来水，要采用各种装置以防两根管脱开。
在某些情况下，采用法兰盘安装管子，用螺钉将法兰盘固定在一起以防脱开。由于插入和拧紧螺钉的额外步骤，所以此方法成本高且费时间。
防止管子脱开的另一方法是采用垫块或外部的约束装置。这种方法也很昂贵并需要仔细地放置垫块。
美国专利NOS.3，963，298和4，229，026示出了另一种方法，其中也用作流体密封的一橡胶密封垫带有带齿的金属片，此等金属片绕其内圆周均匀地隔开。带齿的金属片咬入被插管之插端的外表面，并防止被插管撤出。金属片绕一凸缘转动以允许一根管的插端被插入另一管的承插端，同时在高流体压力的条件下防止被插管撤出。
然而，此方案的缺陷是当金属片的齿过深地咬入被插管的外表面时，被插管的插入部分会破裂成破碎。当金属片绕凸缘过度转动时就能注意到这种破裂。
共同未决申请系列号07/971，110公开了一种具有金属片的约束件，金属片绕约束件的外露表面等距隔开，其中每个金属片都带有一个带一排齿的第一外露表面和单独一个齿，它径向延伸超出金属片之相对于所述第一外露表面的表面。在该申请中，最佳实施例显示金属片在一个外表表面上有三个齿。共同未决申请中的约束件这样工作，即在承插端口和插端外径之间有一预定容差的条件下金属片的其中两个齿将咬住被围管的插端。但在实际中，一管子的承插端之喉部下边缘与被围管插端的外表面之间的距离差可在一很宽的范围内变化，并且共同未决申请的发明可能不能完全并充分地补偿这类差。
本发明的一个目的是提供一个带有金属片的密封垫，金属片带有与一管子的插端啮合的齿，每个所述金属片在所述金属片上与所述齿相对之侧还带有一个齿，以防止所述金属片过度转动。
本发明的另一目的是提供一种带齿金属片，用以防止管子脱开，并同时防止其中一根管子的插端破碎。
本发明还一个目的是提供一种带齿金属片，它带有设置在一个圆弧上的四个齿，以有选择地咬住一管子的插端并在较大的容差下有效地增加连接强度以防脱开。
本发明进一步的目的是提供一种能抵抗较高压力的高强度接头，这是由于本发明的结构使得分离力由径向力转变成沿管子纵轴线作用的轴向力。
根据本发明，提供了一种弹性体密封垫，带有周向隔开的金属片，每个金属片带有至少四个位于一圆弧内的齿，形成金属片的内部外露表面，还带有一个从金属片的相对之侧向外延伸的齿。从金属片的相对之侧向外延伸的齿可咬入外围管承插端的一个壁。金属片外侧上的单一齿之目的是当管子处于脱开状态时控制金属片的转动量并防止朝向内部的齿压碎被插管的插端。通过带有四个齿，金属片任何时候都将有两个齿同时咬住被围管之插端的外表面。这样将大大增加接头在分离前可承受的压力。
所用词“金属片的内侧和外侧”系相对于当弹性体垫圈位于被连接管之插端和承插端之间时金属片的构形而言。
参照附图，从以下对本发明的描述中本领域技术人员可更明显看出本发明的其它目的和优点，在附图中类似的数字表示类似的元件，其中
图1是一局部剖视图，示出了一个采用母申请发明之密封垫的管子承插端和进入承插端之另一管子的插端或平端。
图2是一局部剖视图，示出了一个采用母申请发明之密封垫的管子承插端和完全插进第一管承插端的另一管子的插端或平端。
图3是一密封垫的顶视图，示出了绕其圆周金属片的分布。
图4是本发明一金属片的剖视图。
图5是密封垫的剖视图，示出了图4所示的金属片。
图6是一接头的剖视图，该接头采用了本发明的其中一个金属片。
图7是一接头的剖视图，该接头在不同于图6所示的条件下采用了本发明的其中一个金属片，和图8是一接头的剖视图，该接头在不同于图6、7所示的条件下采用了本发明的其中一个金属片。
多年来，均是通过利用一橡胶或弹性体密封垫来连接一端带有承插端另一端带有平端或坡端的铸铁压力管，在一系列套接的管中，该密封垫在承插端的内壁和相邻管的平端或坡端的外壁之间被压缩。这类系统的最成功处是在承插端提供了一带有密封垫密封壁的细长保持槽以及当平端穿过承插端时为其导向并限制其运动的喉部和壁部，和一橡胶密封垫。1960年9月20日发布的美国专利2，953，398和1982年8月22日发布的美国专利4，108，481描述了这样一种管接头。这类密封垫通常具有三个重要特征一密封球状增大部分，一跟部和一内锥形壁。
由于管承插端和平端可不用切削方法加工，就会面临铸造出的直径尺寸变化颇大的问题，随之，密封垫的密封球状增大部分就要承受较宽范围(其原始厚度的约2%-45%)内的压缩。为了在面临大范围直径尺寸的情况下帮助平端进入已装密封垫的承插端，密封垫的内壁通常被加工成锥形，从承插端的相配喉部直径到密封垫的内部密封球状增大部分的直径逐渐变细。为进一步辅助装配，密封垫的球状增大部分具有一较软的肖氏A硬度计读数，其范围在40和60之间。
密封垫的约束跟部一般由一较高硬度的化合物制成，其硬度高于密封球状增大部分，以便在接头装配期间约束密封垫，并当装配后的接头承受高压时防止较软的球状增大部分挤出。典型密封垫的约束跟部的肖氏A硬度计读数在约75到90之间。约束跟部通常被设计成装入外围管承插端的保持槽内。在剖视图上，具有这些特征的已知密封垫是对称的。
具有类似对称剖面的密封垫也可由同种硬度的橡胶化合物制成。如果整个密封垫为较硬的化合物，就需要极高的装配力。如果整个密封垫为较软的化合物，装配时密封垫就会移动，而且只能维持较低的内部压力。所以，单种硬度的密封垫其肖氏A硬度计读数一般都在中间范围内，约60-75之间。通常，采用这种单种硬度的密封垫，就会失去双种硬度密封垫的一或多种特征。
在图1所示的共同未决申请的实施例中，示出了一个形成在一管子2的承插端1和第二根管子4的平端成插端3之间的接头。第二根管子4待被推入外围管2的承插端1内。密封垫6被示出位于管2的承插端1内的位置。
管承插端1的内表面带有一个由一前壁10和保持壁12界定的保持槽8，及一个从一密封壁16径向向内延伸的挤压肋14。此外，承插端带有一个径向向内延伸并连接前壁10的喉部13。当装配接头时，喉部18为平端3导向直到坡端20接触到密封垫6的锥形内表面(未示出)。坡端20和锥形表面之间的楔入作用就在平端3和挤压肋14以及密封壁16之间挤压密封垫的密封球状增大部分24。承插端内表面的保持壁12与密封垫的保持肩部26啮合以防止在装配接头时密封垫移位。
在紧密连接的情况下，密封壁16和平端3之间的密封垫间隔G较小，并且密封垫挤压力和接头装配力较高。采用由硬度较软的弹性体制成的密封垫6之密封球状增大部分24，以减小紧密装配接头时所需的力。硬度较硬的弹性体被用于保持跟部30，以防止紧密装配接头时密封垫移位。
尽管是就两种弹性体制成的密封垫来描述本发明的接头的，但密封垫也可由一种弹性体制成。
在松动连接的情况下，喉部18和平端3之间的喉部间隙T较大。当管接头被加压时，密封垫被迫朝前壁10移动，并充填管承插端的保持槽8。密封垫的较软的密封球状增大部分24会试图挤过喉部间隙T。垫圈的较硬的保持跟部30将阻止垫圈的较软球状增大部分24挤过喉部间隙T。
尽管是参照这种管接头描述了共同未决申请的发明，即外围管的承插端带有一挤压肋14，但采用诸如美国专利NO.2，953，398中所公开的承插端结构(没有挤压肋)，密封垫也可实现其密封功能。
插入密封6的是一系列金属片34。沿圆周方向使金属片绕密封垫6的周边等距隔开。金属片34被牢固地硫化进密封垫6内。插入密封垫内的金属片数量随接头处的预期流体压力和所涉及之管子的尺寸而定。例如，对于插端外径为25.80″的管子并且预期流体压力为700P.S.i，将42个金属片以等距的间隔绕密封垫的周边设置。
共同未决专利申请的金属片34有三个齿36、38和40，它们朝密封垫的内部延伸超出密封垫6的跟部30。齿36、38和40被设计来当管4被插入管2的承插端1内时咬入插端3的外表面。在设计上金属片34类似于美国专利NO.3，963，298中所示的金属片，不同之处是金属片34带有三个切入插端3外表面的露出的齿和一个穿过密封垫的相对侧向外延伸的第四齿44。齿44在密封垫6的相对或外表面向外延伸。
密封垫6的后或外表面有一个槽48，它位于密封垫6的跟部30和密封部分24之间。槽48容纳承插端1的一凸缘50。当插端3被移入或移出承插端1时，密封垫6可绕凸缘50稍微转动。
现在参照图2，其中示出了一个通过将管4的插端3完全插入管2的承插端1而完成的一接头。随着管4的插端3移入管2的承插端1(朝图2所示的右侧)，插端3抵靠在金属片34的齿40上并挤压密封垫6的密封球状增大部分24，从而在管2的内表面和管4的外表面之间形成一个不漏流体的密封。插端3也推压金属片之间的密封垫6的弹性体部分。随着插端3推压齿40，金属片34绕凸缘50逆时针转动。此时，凸出于密封垫6的外侧部分的齿44沿前壁10的内表面移动。
现在接头已被密封，管系统可以运送加压流体。
随着流体压力升高，管4有朝左侧移动的趋势，这可导致接头断开。然而，随着管4朝左侧移动，由于金属片34趋向于朝左侧移动并绕凸缘50顺时针转动，所以密封垫6的齿40即咬入插端3的外表面。如果金属片34绕凸缘50过度地转动，齿40将以足够的力量咬入插端3的周边使管4破裂。
为防止金属片34过度地转动，伸出密封垫6的后或外表面的齿44将咬入前壁10的内表面。防止金属片34的过分转动，就避免了管4的破裂。
由于后齿44咬入前壁10的内表面，可达到更高的使接头分离的内压力，这是因为分离力由径向力转变为沿管的纵轴线作用的轴向力。
图3示出了一密封垫6，带有沿密封垫的周边以相等距离相互隔开的金属片34。应当知道绕密封垫6的周边隔开的所有金属片34的工作方式，与参照上述金属片所描述的工作方式相同。
现在可以参照图4，5，6，7和8描述构成本发明的改进之处。
图4示出了一个类似于图1所示之金属片34的金属片34a，不同之处是金属片34a带有一个第四齿42。所有齿36，38，40和42位于一共同的弧线56内。本发明中该弧线是一个半径为0.939英寸的圆的一部分。然而，该具体的尺寸不应被认作本发明的一限制性因素。
图5是密封垫6的一横剖视图，该密封垫带有嵌在密封垫6之橡胶圈内的图4所示金属片34a。
在说明图4所示之金属片34a的作用之前，应当讨论一下公差。
在制造球墨铸铁管时，尽管作了许多努力以制造标准一致的管子，但被围管的插端外径在尺寸上仍将有所变化。同理，外围管的承插端在尺寸上也会有所变化。
极端的情况是最小直径的插端被插入具有最大直径之管子的承插端，或者最大直径的插端被插入具有最小直径之管子的承插端，正是在这类极端情况下带有三个齿的现有技术金属片34就会存在问题。采用三个齿，当管子在高压下趋向于分离时，金属片只会存在两种状态。
为使更高的压力有更少的破坏机会，采用了在一圆弧上带四个齿的新金属片34a。
图6示出了使用新金属片34a的一个例子，其中管子之间的公差为极端情况，即被围管3的插端有一最小直径，外围管1的承插端有一最大直径。在此例中随着管趋向于分离，金属片34a绕凸缘50转动，并且金属片34a的齿40和42与管3的插端啮合。
如图7所示，其中管3之间的公差处于另一极端情况，即被围管3的插端有一最大直径，并且外围管1的承插端有一最小直径，金属片34a的齿36和38与管3的插端啮合以防管子脱开。
如图8所示，它是较为普遍的情况，管3的插端和管1的承插端之间的公差大约是两种极端情况的中间状态，当管子在流体高压下趋向于脱开时金属片34a的中间齿38和40将与管3的插端啮合。
这样，与其它带金属片的密封垫相比，本发明在范围上更为广泛。
总之，通过采用在其后表面有一个齿在其相对表面的一圆弧上有四个齿的金属片，本发明对于防止被围管之插端的破裂有更大的灵活性。
尽管参照具体实施例描述了本发明，应当理解由于可作出许多改变，本发明不应受此限制。所以意在以本申请覆盖任何和所有落入附属权利要求书之范围内的这类改变。
权利要求
1.一种防止套接的管子脱开的密封垫，所述套接的管子包括一根带有一密封垫容纳槽的第一管，所述槽带有一前壁，和一根第二管，所述第二管带有一插入所述第一管的插端，包括一带有跟部和密封部分的可压缩体，所述跟部带有周向隔开的并嵌在所述可压缩体外露表面上的金属片，每个所述金属片带有一排从所述金属片的-第一表面径向向内延伸的齿，并日每个所述金属片带有单独一个从所述金属片上与所述第一表面相对之侧面径向向外延伸的齿，使所述径向向外延伸的齿成锐角并设置成咬入所述槽内之所述前壁的内表面，从而防止金属片的过度转动以防被插入管之插端破裂。
2.如权利要求1所述的密封垫，其中所述一排齿包括至少两个齿。
3.如权利要求1所述的密封垫，其中所述密封垫带有一个具有预选肖氏硬度的跟部，并且所述密封部分的肖氏硬度值小于所述跟部的所述预选肖氏硬度值。
4.一种防止套接的管子脱开的密封垫，包括一个带有一跟部和一密封部分的可压缩体，所述跟部带有周向隔开的并嵌在所述可压缩体外露表面上的金属片，每个所述金属片带有一排从所述金属片的第一表面径向向内延伸的至少四个齿，并且至少一些所述金属片带有单独一个从所述金属片之相对于所述第一表面的侧面径向向外延伸的齿。
5.如权利要求4所述的密封垫，其中所述一排齿包括至少四个位于一圆弧内的齿。
6.如权利要求4所述的密封垫，其中所述密封垫带有一个具有预选肖氏硬度的跟部，所述密封部分的肖氏硬度值小于所述跟部的所述预选肖氏硬度值。
7.如权利要求4所述的密封垫，其中所述跟部和所述密封部分具有相同的肖氏硬度。
8.如权利要求4所述的密封垫，其中每个所述金属片带有单独一个从所述金属片之相对于所述第一表面的侧面径向向外延伸的齿。
全文摘要
一种防止套接的管子脱开的约束件，包括一个弹性材料制成的可压缩体，所述可压缩体带有绕其外露表面等距隔开的金属片，每个金属片带有一个具有一排齿的第一外露表面，所述一排齿的至少四个齿位于一圆弧内，并且至少一些所述金属片带有单独一个径向向外延伸超出所述金属片之相对于所述第一外露表面的表面的齿。
文档编号F16J15/12GK1090383SQ9311426
公开日1994年8月3日 申请日期1993年11月2日 优先权日1992年11月4日
发明者J·伟伯, L·S·琼斯 申请人:美国管及铸造公司