专利名称：一种改进的管接头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种管接头，更具体地说，涉及一种金属密封垫或密封接头装置，本发明特别适用于高真空系统，但是，显然的是，本发明也能用于各种型式的压力和真空系统。
典型的用于真空系统的接头包含对置的两个法兰并以其上带有的轴向延伸的环形凸缘或凸起部来使其相对置的两表面与一层薄的金属密封垫相啮合。当接头装配时，两个法兰被轴向驱迫到一起以使其上的凸缘嵌入所说的密封垫并在那里形成密封。凸缘嵌入的程度必须被密切控制以产生一个好的密封。例如，为果嵌入不充分，有效的密封就不会产生。同样，如果嵌入太深，可能将密封垫割穿而完全失去密封性。
用来产生适当嵌入所需的力量势必在大范围内变化着，这取决于法兰凸起部的截面形状以及其具体的大小，两样也取决于密封垫的材料。当力量增大时，接头体的元件必须做得越来越重以承受增大的力量。人们企图减少所需的力量，这个力量是用以产生必需的嵌入程度的，这样做的结果，经常导致在组装时缺少一种明显的分界点，在这点上可以有一种“感觉”，认为组装已最后完成。
缺乏明显的“感觉”所产生的问题是使人们在装配接头时有时不断收紧接头元件直到造成将密封垫割穿的结果为止。
在上述困难以外，现有技术的密封面设计有时导致在形成一个密封时其中的密封元件产生截留区域或凹穴而使颗粒状物体聚集其中。在许多现有的作业系统中，这种截留区域是完全不能接受的。
本发明克服了上述的问题并提供了一种改进的管接头或连接结构的组合件特别适用于真空系统中，本发明主要包含一对相配的间隔开的法兰件沿着一个纵向轴作相对移动而相互靠向一起。每个法兰件有一个端表面通常垂直于纵向轴，而一个平滑的金属封垫处于两法兰件的端表面之间并垂直于纵向轴。密封突起部从每个法兰件的对合表面向外延伸并和金属密封垫密封啮合。按照本发明，每个突起部主要包括一个平的和环形的连续密封带，该密封带与轴线基本上处于垂直状态，而每个法兰上的突起部则位于密封垫的两对面并相互面对面对准。每个密封带有一个径向宽度W而在每个密封带的径向向外的法兰端表面上设有一个止档面用来限制密封表面嵌入到密封垫内去。止档面从密封垫处轴向向外倾斜一个角度范围为3～15°。最好，按照本发明进一步限定的情况，密封带位于从止档面轴向向外一个距离为d，幅度为0.002-0.012英寸(0.0508-0.3048毫米)处，该止档面是径向紧挨着所说的密封带的。
按照本发明的又一情况，最好密封带连接到与它关联的止档面时具有一个弧形的过渡表面。
按照本发明的另一情况，最好密封带的径向最靠里的部分轴向向外延伸一个距离，该距离至少与该密封带余留部份的尺寸一般大以致密封带相对于纵向轴是垂直的或倾斜一个相对于垂直线不大于3°的角度。
本发明上述的和其他的目的和优点将结合附图从以下的说明中得到进一步阐明。
附图简要说明
图1是具体体现本发明的管接头的特征的纵向剖面图;
图2是一个放大的剖面图，示出了密封凸缘的形状;
图3是图1中圆圈内区域的放大图;
图4是类似于图2的视图但示出了一个变型的密封凸缘结构。
引用的附图只是为了说明本发明的最佳实施例，而不是用来限制本发明的范围，图1所示为管接头10的总体装置特别适用于真空或压力系统的管道连接。应当指出，管接头10可以有各种具体形状和结构安排，但是在本实施例中，如图所示包括一对基本上相同的管接头元件12和14，它们由一对相配的螺母16和18将之连接成对准相配关系。如图所示，第一个连接元件12包括第一和第二圆筒段20和22，该圆筒段有一个中空延伸贯穿的通道24。第一接头元件12两端分别为第一和第二端面25和26。在本实施例中，第一和第二端面25，26各为基本上垂直于通道24的轴线28上。
在本实施例中，端面25将与与之关联的管道对焊在一起。当然可以理解为，其他的用来连接关联的管道到接头件12上的端面装配和连接件的方式也是可用的。
第二接头元件14在本实施例中是与第一接头元件12是相同的。因此，它使用如接头元件12所用的同样编号，只是带上外加的撇号，以示区别。
管接头元件12和14被夹持在相互对准的关系并被相互轴向驱迫以与一个薄的环形金属密封垫30的两对面相密封啮合。用来保持接头件12和14在所示的位置关系以及产生所需的轴向密封力量的装置就是前述的传统的螺母装置16和18。第一螺母件16有一圆筒形体32并带有一个中空的轴向延伸贯穿的通道34。通道34的直径略大于圆筒段20的外径以使接头件12能紧密地和自由地装入其中。螺母件16的左端有一个普通的六角形状以使它能被一个合适的扳手夹持来将它的螺纹拧入件18并与之结合在一起。件16的右端具有端面36，该端面上有一沉孔用来装入一个径向延伸的法兰23，该法兰23位于接头件12上的圆筒段20和22之间。件16的圆筒段32的外表面配备合适的螺纹38以与螺母件18相配。在本实施例中，件18包含一个螺母并具有一个六角形的外表面40以及一个内部的空腔42，在该空腔42的左边或入口端的邻近处配备螺纹44。件18的右端具有一个开口46，其尺寸正好可装入接头件14的圆筒段20′。这样就可让空腔42的底部抵靠住法兰23′，以致在拧紧接头螺母16和18时，接头件12和14的端面26和26′分别被驱迫而与环形金属密封垫30的两对面相密封啮合。
如上述的通常的接头元件是人们已知的。此外，应当指出在这些具体的接头型式中，有时还包括了另外的结构。例如于1990年1月23日递交的，已普通转让的美国专利申请号468，691名为“抗扭接头组合件”中所示的，各种驱动元件或抗扭件配合用来阻止从接头螺母处的扭矩传递到接头件的密封端面上去。同样，人们也熟知各种密封垫的夹持方法的型式以使密封30在接头装拆过程中位于和保持在相对于密封端面的适当位置上。这些另外的特征和结构明显地可被包括进本发明的接头件中。然而，本发明的特别重要的特征是，在接头件12和14的端面26，26′上配置了特殊形状和安排的密封凸缘和密封端面。
如上所述，本发明的特征的重要性是在密封端面和密封凸缘的设计，当螺母件被拧紧时，该密封凸缘嵌入金属密封垫并与之啮合。过去，典型的密封凸缘或突起部具有一个半圆形的压线结构，或者有许多这样的管接头甚至用多少有点尖角边缘的，V形压线的凸缘。用以上两种现有的标准设计，很难保证接头能适当装配起来，和/或提供一个适当的“感觉”以使装配工人能认为装配已完善或已充分落实。实际上，在某些环境下，很可能由于不当心地驱动密封压线而完全穿透了密封垫。
本发明的密封凸缘是这样安排的，其中装配起来所需的力量不会不适当地太高，而更进一步，可提供一种清楚的“感觉”来保证装配工人知道什么时候装配完成或适当的密封已经达到。因为这里所用的力量一般来说较小，接头螺母的尺寸和与之关联的结构或多或少也可减小。请参阅图2和3，其中详示了环形密封凸缘的最佳形式。如图所示，密封面26′有一个环形延伸的密封凸缘50′位于紧邻中空通道24′处。如图3所示，这将保证密封产生于通道24′的孔径线附近处。这是所希望的，因为它减少了流体截留区域并提供了一个通过接头的平滑的流体区域。
在本最佳实施例中，环形密封凸缘50有一个基本上是平的外面的密封表面52′，该密封表面是环形的并径向连续的以及有一个宽度范围为0.015-0.035英寸(0.381-0.889毫米)的径向延伸。有了这个宽度与绝大多数现有技术的设计相比，本发明减少了所需力量的15%～50%，这个所需的力量是用来使得凸缘嵌入关联的密封垫30的。另外的例子，将这样的装置用于1/4英寸(6.35毫米)的管道时，密封表面52′的内缘最好位于直径0.182英寸(4.623毫米)处，而其外周则位于直径0.227英寸(5.766毫米)处，以致该密封带有一宽度为0.023英寸(0.584毫米)。此密封表面还应有一个表面光洁度在1至5μ英寸RA的范围内。如前所述，密封表面52′最好为一平面并垂直于流体通道24′的轴线。然而，也可改换为如图4所示，可以将这个表面做成与垂直状态成倾斜为1度至3度。这就是，最里面的边缘可轴向向外延伸超越其余的密封表面到一个最大的长度，而所说的密封表面有一个很窄的截头圆锥形状。
由于使密封表面带有1-3度的倾斜，所说的相对面的表面52，52′能被做成直接合，并且在它们被压到完全结合时，不会在那些表面上发生永久变形。这就是说，适当使用这些元件就能经得住许多次装拆而不会损害到那些密封表面。
与密封表面52′相关联，并从那里径向向外配置的是一个第二环形连续表面54′，该表面54′作为一个止挡表面来限制密封表面嵌入到关联的密封垫中去，并提供一个快速增长的力量以在适当的密封装配已经达成时可以产生一种清楚的“感觉”来感受到。这个止挡表面54′最好倾斜成如图所示的10度角度，但是从一个垂直于通道24′的轴线的平面倾斜一个角度范围为3～15度，也是可用的。这样，当表面52已经嵌入密封垫30达到一个予定的深度时，表面54′开始和密封垫表面相接触，而要产生进一步嵌入所需的力量则急剧地增长起来了。如果角度明显超过15°，在适当的拧紧和过份拧紧时，嵌入到表面54′可能不会导致一个明显的“感觉”。最好，从表面52′到表面54′的起始点之间的距离d在0.004-0.006英寸(0.102-0.153毫米)的范围内。但是从一个范围0.002-0.012英寸(0.0508-0.305毫米)之间在大多数情况下，也是可以的。这样就保证了足够的嵌入以提供一个适当的密封。
本发明已参照最佳实施例及变型的实施例描述如上。显然，改变和变型对看到和理解本申请的别人来说可以做到的。所有这些改变和变型只要它们落入本发明的权利要求范围之内或为其等同物都应包括在本发明之内。
权利要求
1.一种改进的管接头，其特征在于，包括一对相配的间隔开的法兰件沿着一个纵向轴作相对移动而相互靠向一起，每个法兰件有一个端表面通常垂直于所说的纵向轴；一个平滑的金属密封件位于所说的法兰件的两端表面之间并垂直于所说的纵向轴；以及一个密封突起部从所说的法兰件的端表面向外延伸并与所说的金属密封垫密封啮合；每个所说的突起部包含一个平的和环形的连续密封带，该密封带与所说的轴线基本上垂直，而每个法兰上的突起部则位于密封垫的两对面并相互面对面对准，每个密封带有一个径向宽度W而在每个密封带的径向向外的法兰端表面上设有一个止挡面用来限制所说的密封表面嵌入到所说的密封垫中去，该止挡面从所说的密封垫处轴向向外倾斜一个角度范围为3～15°，所说的密封带位于从止挡面轴向向外一个距离为d，该止挡面是径向紧挨着所说的密封带的。
2.根据权利要求1所述的管接头，其特征是，一个圆柱形的流体通道轴向延伸贯穿所说的法兰件的端表面，而所说的密封突起则呈环形地位于紧挨所说的相应的流体通道处。
3.根据权利要求1所述的管接头，其特征是，所说的距离d是在0.002-0.012英寸(0.0508-0.305毫米)的范围内。
4.根据权利要求1所述的管接头，其特征是，所说的密封带与它们相关联的止挡面的连接有一个弧形的过渡面。
5.根据权利要求1所述的管接头，其特征是，所说的密封带有一个表面光洁度在1至5μ英寸RA的范围内。
6.根据权利要求1所述的管接头，其特征是，所说的连续的密封带以不大于3度倾斜于所说的纵向轴的垂直平面。
7.一种管接头，其特征在于，包括一对相配的间隔开的法兰件沿着一个纵向轴作相对移动而相互靠在一起，每个法兰件有一个端表面，该端表面是围绕所说的纵向轴旋转形成的一个面，而在相应的法兰件上的端表面位于相互对向的关系。一个相对平滑的薄金属密封垫位于所说的法兰件的对向的端表面之间;以及所说的每个法兰件的端表面包括一个密封突起部和一个止档面用来限制密封突起部嵌入密封垫的程度，每个密封突起部包含一个环形的、连续的，平的和窄的，抛光的密封带，该密封带的宽度为W，并从垂直于所说的纵向轴的平面倾斜一个角度范围为1-3度，每个止档面位于与之关联的密封带的径向向外处并相对于垂直于所说的纵向轴的平面倾斜一个角度范围为3-15度，每个止挡面的径向最里边部份是环形的、连续的并位于与之关联的密封带平面相对于所说的密封垫的轴向向后一个距离“d”。
8.根据权利要求7所述的管接头，其特征是，每个密封带和它的相关联的止档面由一个弧形过渡面加以连接。
9.根据权利要求7所述的管接头，其特征是，所说的距离“d”至少为0.002英寸(0.0508毫米)。
10.根据权利要求9所述的管接头，其特征是，所说的距离“d”不要明显大于0.012英寸(0.035毫米)。
11.根据权利要求10所述的管接头，其特征是，还包括一套接头螺母用来使所说的法兰件相互移动靠拢到一起。
12.根据权利要求7所述的管接头，其特征是，每个所说的法兰端面包括一个横断面为圆形的流体通道延伸贯穿其间，以及所说的每个密封突起部的密封带位于紧紧围绕于相关联的法兰端面内的相应的流体通道周围。
13.根据权利要求12所述的管接头，其特征是，在每个法端表面上的所说的密封带轴向向外延伸到与之紧靠的流体通道会合处的最大长度。
14.一种管接头，其特征在于，包括一对相配的间隔开的法兰件沿着一个纵向轴作相对移动而相互靠向一起，每个法兰件有一个端表面，该端表面是围绕所说的纵向轴旋转形成的一个面，而在相应的法兰件上的端表面位于相互对向的关系;所说的每个法兰件的端表面包括一个密封突起部和一个止挡面，每个密封突起部包含一个环形的、连续的、平的和窄的抛光的密封带，该密封带的宽度为W，并从垂直于所说的纵向轴的平面倾斜一个角度范围为1-3度，每个止挡面位于与之关联的密封带的径向向外处并相对于垂直于所说的纵向轴的平面倾斜一个角度范围为3-15度，每个止挡面的径向最里边部份是环形的、连续的并位于与之关联的密封带平面相对于所说的密封垫的轴向向后一个距离“d”。
15.根据权利要求14所述的管接头，其特征是，每个密封带以及与之关联的止挡面是轴向偏离的，所说的止挡面位于所说的密封带的轴向向后位置上。
全文摘要
一种管接头，包括一对相配的间隔开的法兰件沿着纵向轴作相对移动而相互靠向一起。每个法兰件有一个端表面围绕纵向轴旋转而成并相互对向配置。平滑的薄金属密封垫位于法兰件对置的端表面之间。每个端表面有一个密封突起部和一个止挡面用来限制密封突起部嵌入密封垫中。每个密封突起部是环形、连续、平、窄和抛光的密封带与纵向轴的垂直面倾斜0-3度。每个止挡面位于密封带的径向向外处并与纵向轴的垂直面倾斜3-15度。
文档编号F16L19/03GK1058462SQ9110444
公开日1992年2月5日 申请日期1991年7月9日 优先权日1990年7月9日
发明者杰拉尔德·艾伦·巴布德 申请人:卡乔恩公司