CN101317032B - 具有密封圈的管道接头以及用于输送浓稠物质的管道系统 - Google Patents

Abstract

用于连接各管段(51，52)的管道接头(6)和管道系统，其中各管段(51，52)在其端面通过管夹状可拆开接头被夹紧在一起，在可拆开连接部件(8)内部设有密封圈(10)，所述密封圈(10)具有至少一个压力室(12)和至少两个隔开的密封表面(11)，在所输送的介质的输送压力下，所述密封表面(11)以密封方式靠压在各管段(51，52)的外圆周上，其中密封圈(10)此外具有径向向内并且在夹紧的管段(51，52)的端面之间延伸的环形间隔腹板(13)，其中在管道接头(6)中在管道系统的内部和密封圈(10)的压力室(12)之间提供至少一个在输送压力下持久有效的连接通道，优选通过间隔腹板(13)中的凹进(15)。

Description

具有密封圈的管道接头以及用于输送浓稠物质的管道系统

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的用于加压输送浓稠物质的将各个管段连接成管道系统的管道接头以及根据权利要求10的用于加压输送浓稠物质的管道系统。

背景技术

在浓稠物质如混凝土、砂浆等的输送过程中，利用所谓的输送系统来克服高度差，通过压力管道或管道系统将浓稠物质运送到所需的输送位置。输送压力或输送体积流量由浓稠物质泵产生。这种浓稠物质泵，尤其混凝土泵，通常具有两个往复式输送圆筒，通过往复式输送活塞，交替从储器内抽入混凝土，然后迫使其进入管道系统。这样在脉动输送压力下进行流体输送。这种输送系统的共同设计原理是将管道系统与例如安装在卡车上的铰接和/或伸缩套管结合。当然，这种输送系统还可以是静态设计，或者根据操作人员来设立。如果这种输送系统安装在卡车上，那么卡车为了抗翻倒而在现场被固定。只有在铰接套管的各铰接套管段打开或展开时，输送系统起动。铰接套管段的活动用已知的方式，例如通过液压缸来控制。

浓稠物质泵然后通过沿铰接套管段布设的管道系统将外部提供的浓稠物质输送至所需的输送部位，在该输送部位，浓稠物质例如经由树干状软管加长节从管道系统排出。所要克服的高度差是相当大的，可以达到50m和更高，然而这需要高输送压力。当然，这种输送系统还可以用来克服水平距离，例如在运输困难的地区或很难到达的地区。

用于输送浓稠物质的管道系统沿着部分在外部和部分在内部的铰接套管段给料。它由各个管段组成，这些管段通过管道接头相互连接或夹紧。管道接头本身用密封圈密封，以防止浓稠物质流出。该设计必须确保各个管段在铰接套管折叠和展开过程中相互之间具有有限的活动性。为此，管道接头内的各个管段的装配至少具有轴向间隙，例如大约2-3mm。在铰接套管连接处还必须使相邻的管段是可转动的。由于管道系统的内壁上的摩擦力，浓稠物质的输送体积流动对各个管段施加了轴向力，使得相邻的管段在相关的管道接头被分开，如此产生了一个值得重视的问题。在管道系统的弯曲及拐角处，由于输送体积流动的偏转，在相关的管段上施加了额外的力。例如，标准直径125mm的管道接头在50巴的输送压力下能够经受最大61.36kN的力，这样的力促使连接的管段分开。如果需要改变浓稠物质的输送部位，铰接套管在输送操作过程中被移动或位移，那么上述情况会加剧。在这方面，由输送体积流动以及由铰接套管的控制移动产生的力作用于管道系统，有时在不同的方向上，这样连接的管段相互之间经历了轴向和/或径向位移、弯曲和/或扭转。如前所述，各个管段的装配因此允许管道接头中有间隙。各个管段之间的这种间隙主要有利于各个管段的轴向位移能力以及轻微的弯曲、径向位移和/或扭转。

管道接头必须用密封圈密封，以防止浓稠物质漏出。为此，通常使用圆形的、称为法兰的密封圈，所连接的管段的两个端面在例如用可拆开的连接部件相互夹紧之前从两侧插入到该密封圈内。密封通过与相关管段的外周接触的密封唇或表面来完成。为了助推由密封唇施加的支承压力，法兰密封圈或密封圈设有内压室，结果，当输送压力升高时密封效果被助推。这是具有自助推密封效应的设计的实例。

在各个管段的组装期间，例如在第一组装期间，通常将所连接的管段的端面放在一起，以便相连(即邻接)，通过管道接头如可拆开的接头相互连接或夹紧。

在输送期间，各个管段之间的间隙引起各个管段在管道连接处被挤开达规定的间隙量，总移位是累积性的，达到20-30mm，甚至更多。这可以导致重要的管道系统支承的问题。为了避免这些问题，在组装过程中通常使用具有内唇形式的间隔腹板(distance web)，其中该间隔腹板将所连接的管段的间隙设定到最大可能距离。

然而，在各个管段的端面之间引入的间隔腹板产生了问题：它在输送体积流动的输送压力下向外径向受压，此时膨胀，并且可以密封管段的端面之间的间隙。结果，密封圈的内压室保持无压力，使得密封唇承靠在相关管段的外周上，没有必要的密封力推进。因此再也不可能达到受控密封。如果所输送的浓稠物质渗入某一处的间隙，例如，使得各段间隔腹板从该间隙向外径向受压或被所述各管段的相对移动所损坏，密封唇的承载压力可能太低，结果浓稠物质从管道接头跑出。

发明内容

本发明的目的是提供在操作状态下持久确保紧密性的管道接头或管道系统。本发明方案而且是经济的，不会不相称地提高制造或组装费用。

根据本发明，通过权利要求1的表征部分的技术特征和权利要求10的表征部分的技术特征以及各从属权利要求的技术特征所表示的有利实施方案而实现了该目的。

在管道系统或输送管道的内部和压力室之间的密封圈中持久有效的连接通道确保在任何操作状态下，即，一旦在管道系统内部建立输送压力，密封圈中的压力室则受压。这确保了通过在任何操作状态下密封圈的主要径向有效的密封表面产生了受控密封，因为这种加压使密封唇或表面与相关管段的外周可靠地密封接触，更准确的说在操作压力下。因此对于所有操作状态确保了管道接头和/或管道系统的紧密性，同时在夹紧的管段之间的必需间隙保持未受损害。另外，几个有效的平行连接通道也是可行的。

另一个优点是，相互夹紧的管段的振动抑制和噪音抑制在任何操作部位都是最优的。

连接通道此外有效地防止了间隔腹板从各管段的端面之间的间隙局部挤压出来，使得间隔腹板在任何操作状态下保持其间隔功能。

在一个有利的、非显而易见的实施方案中，连接通道本身被布置在密封圈中。

已经得知，软弹性材料的密封圈完全适合于提供管道系统内部和密封圈的压力室之间的持久有效的连接。

因为连接通道可以在密封圈生产过程中直接产生，所以该实施方案证明是极其经济的。相反，较高的成本与技术上最明显的变型有关，即，将例如凹槽形式的连接通道引入到相关管段的端部。

将向外径向延伸的凹进形式的连接通道布置在密封圈的间隔腹板中，证明是特别有利的，结果，在管道系统的内部和密封圈的压力室之间形成了直接连接。由于夹紧管段之间的上述间隙的污染，提供在密封圈的间隔腹板的圆周上分布的几个凹进，例如在间隔腹板上以72°的圆周角均匀分布的5个凹进，已经证明是特别有利的。

此外已经知道，半圆形似乎是理想的，可转变为没有弯曲(即切向连续的)的凹进。如果提供几个凹进，它们可以具有相同的形状和尺寸，但这不是必要技术。

选择凹进的径向深度，使得在输送期间在管道系统的内部和密封圈的压力室之间可靠地提供一个或几个连接通道。为了确保密封圈，尤其剩余间隔腹板段具有足够的机械稳定性，凹进的径向深度不应充分对应于腹板高度，使得残留腹板仍然存在于凹进的最低点。

间隔腹板总高度的大约2/3到3/4已经证明是有用的凹进径向深度值，这对应于间隔腹板总高度的大约60-80％的百分率值。

由于上述经济上的原因，制造一件式密封圈似乎是合适的。这样降低了生产和储存成本，还使组装工作量最小化。

密封圈优选由软弹性材料，优选由类似于天然橡胶，例如由橡胶基材料、弹性体材料或有机硅材料形成。

为了组装容易，间隔腹板在密封圈的轴向上居中布置，这样，不需要在安装过程中考虑安装位置。

连接通道另外可以通过在间隔腹板上径向延伸的凹进形成。此外，可以形成间隔腹板，使得它在纵向上的厚度不同(即变化)，结果，还不可避免形成了连接通道。

参考以下附图更详细解释和说明一个实施方案。

附图说明

图1是具有用于输送混凝土的铰接套管的卡车；

图2是根据现有技术的两根管段用可拆开接头的连接；

图3是用具有本发明连接通道的管道接头连接两根管段的剖面图；

图4a是具有凹进的密封圈的局部剖面图；

图4b是详细示出了图4a的密封圈的一个凹进的图；

图5是具有本发明连接通道的管道接头的立体图和局部剖面图。

具体实施方式

图1示出了用于输送浓稠物质如混凝土、砂浆等的标记为1的卡车，其带有摇摆的铰接套管2，使得可以例如越过高度差输送该浓稠物质。铰接套管2由各个铰接套管段3组成，所述套管段是伸缩的和/或相互铰接，并且可以被在套管段用铰链连接的液压缸所摆动。沿着铰接套管段3和/或还部分在铰接套管段内部的是由各管段5组成的输送管道和/或管道系统4。用于输送浓稠物质的这种管道系统的普通标准直径例如是125mm。各管段5通常通过管夹状管道接头6相互连接或夹紧，在管道接头6内部存在一定大小的间隙，这样互连管段之间具有有限轴向位移、径向位移、弯曲和/或扭转的可能性。

图2示出了对应于现有技术的管道接头6。两个相邻管段51和52的端面通常用管夹形式的连接部件，即所谓的可拆开接头相互夹紧。

在管段51和52的端面区的外圆周设有周围凹槽7，管夹状可拆开连接部件8与该周围凹槽7接合并将两个管段51和52相互夹紧。代替这种凹槽，管段常常还设有径向突出的端面法兰，它形成了可拆开接头能够抓紧的肩部。通常，可拆开连接部件8的肩部9设计得比相关管段51或52的圆周的凹槽7更窄，这样，在相互夹紧的管段51和52之间产生了规定的轴向间隙，这也有利于两个管段朝向彼此的轻微弯曲。此外，凹槽7中的肩部9的导向促进管段51和52朝向彼此的扭转。在可拆开连接部件8内部的是密封圈10，它密封管道接头6。成型密封圈10具有大约蘑菇状截面，并重叠两个管段51和52的外周的端部。平整的密封唇11与相关管段51和52的外周一起作用，从而提供了密封。为了在任何操作状态下可以确保最佳的密封效果，在密封圈10的内部设置外周压力室12，所述压力室在输送期间通过管段51和52的端面之间的间隙加压。作为加压的结果，密封表面11压住管段51和52的外圆周，如箭头所示。

通常，在组装过程中使两个管段51和52的端面平齐。在输送过程中，两个管段51和52被前述流动的粘稠物质的力轴向挤开，这样在管段51和52的端面之间形成了间隙，借此密封圈10内部的压力室12受压。

然而，挤开两个管段51和52在管道系统的承载和引导部位引起了问题，尤其因为在所有接头的间隙加大，更准确地达到总共20mm到30mm，取决于套管长度。因此，在组装过程中，在管段51和52的两个端面之间引入间隔腹板13，所述间隔腹板通常与密封圈10作为一整件形成。因此，即使在组装阶段，两个管段51和52的连接设计成具有最大间隙，这样，管道系统能够没有任何问题地安装于铰接套管，因为间隔腹板已经包括所有接头的这种间隙增加。这些间隔腹板然而不密封，而是位于各管段之间，即具有很小间隙。然而，如图2所示，在输送压力下的间隔腹板13的任何变形能够封闭相互夹紧的管段的端面之间的间隙，那么堵塞进入压力室12的入口。在输送过程中，间隔腹板可以由于输送压力而变形，所述间隔腹板用其径向排列侧承载管段51和52的端面和通过密封作用来封闭该间隙。这必然导致相对于管段的外周在径向上有效的实际密封表面11不再有效，这样，发生了失控的密封状态。至于其它，除了在输送压力下经受鼓出变形的间隔腹板13的阻塞以外，常常还发生了间隔腹板13的初始撕裂或最终撕下。

尤其，即使允许各管段的端面在管道接头内部相对移动，也可能出现对间隔腹板13的局部损害。同样，在圆周的某一个部位可能发生间隔腹板从间隙中局部被挤压出来。这可以受到输送体积流动的振动和压力波动的促进。在这些情况下，浓稠物质可以从间隙中跑出。然而，在缺乏密封表面11对相关管段的外圆周的必要的承载压力的情况下，不能有效地阻止通过间隙跑出的浓稠物质，这导致了管道接头的泄漏。

图3示出了管道接头6，其中外周压力室12通过连接通道持久有效地连接于管道系统的内部，也就是说，当通过管道系统以脉动方式输送例如混凝土时，也是在输送压力下。通常，混凝土输送采用交替工作的两个液压缸。在所示实施方案中，可拆开连接部件8分别在管段51和52的端面叠盖一个径向法兰14。或者，可拆开连接部件8还可以如图2所示与凹槽7接合。在可拆开连接部件8内部的是密封圈10，它转而通过可拆开连接部件8固定。为了密封，密封圈10的密封表面11与法兰14的外圆周表面协力作用。密封圈10进一步包括唇形式的径向向内突出的间隔腹板13，它将管段51和52的两个端面相互隔开规定的距离。根据图4a，间隔腹板13在圆周中具有至少一个，优选几个凹进15。如图3的上半部分所示，间隔腹板13穿过其圆周直至凹进3，延伸到管段之间的间隙。在显示了通过凹进15的剖面的该图的下半部分，然而，可以看出，由于凹进，管道系统的内部总是连接于密封圈10的压力室12。由于凹进15，间隔腹板在这一点上没有到达管段端部之间的间隙，结果，围绕压力圈的圆周形成的压力室12能够被加压。

理想地，几个凹进15均匀分布在间隔腹板13的圆周上，如图4a所示，例如5个以72°的圆周角相互隔开的凹进。这些凹进15在管道系统的内部和密封圈10的压力室12之间产生了通道状连接，所述连接持久有效，即，在输送系统的任何操作状态下有效。

从图4b的局部图示可以看出，凹进15大致作为半圆形成，其中从径向看半圆开口在内部，从径向看半圆基底在外部。转变为凹进15或由凹进15转变是切向持续的，即无弯曲，结果，有效防止了可能导致初始撕裂，即导致破坏的材料中的应力峰。当然，可以想到其它不同的凹进形状。还可想到的是在密封圈内的不同凹进形状的结合。

图5清楚显示了在安装状态下具有所述凹进15的这种密封圈10如何提供几个在管道系统内部和外周压力室12之间的连接通道，这样，在任何操作状态下，密封唇11能够靠压在法兰14的外圆周表面上，这样管道接头6可靠地对外部密封。

密封圈10由软弹性材料，优选天然橡胶状材料，例如橡胶基材料、弹性体材料或有机硅材料形成。

还可以想到其它材料。

与所提供的实施方案不同，还可以想到具有不同排列的密封表面11(例如依次排列的几个密封唇的形式)的密封圈10。同样，在密封圈10中可以提供几个压力室12和/或外周密封室12可以分为单独的压力室段。

同样地，图中示出的镜面对称形状的密封圈10从技术的观点来看是不必要的。凹进15的形状还可以不同于图中所示的形状。

Claims (17)

1.用于在压力下输送介质的连接管道系统(4)中的各个管段(5，51，52)的管道接头(6)，其中管段(5，51，52)用管夹状连接部件在管段端面相互连接，在连接部件(8)内部设有密封圈(10)，该密封圈(10)具有至少一个压力室(12)和至少两个隔开的密封表面(11)，在所输送的介质的输送压力下，通过靠压在各管段(5，51，52)的外圆周上而密封，为此，在输送压力下，在管段(5，51，52)的内部和密封圈(10)的压力室(12)之间提供至少一个持久有效的连接通道，密封圈(10)此外具有外周的径向向内的间隔腹板(13)，该间隔腹板(13)在由连接部件相互连接的管段(5，51，52)的端面之间延伸，其特征在于，在间隔腹板(13)中设有至少一个径向向外延伸的凹进(15)，所述凹进(15)形成管段(5，51，52)的内部和密封圈(10)的压力室(12)之间的连接通道，这样，该凹进(15)区域中的间隔腹板(13)不会延伸到相互连接的管段(5，51，52)的端面之间的间隙中。

2.根据权利要求1所述的管道接头(6)，其特征在于，在密封圈(10)的间隔腹板(13)中设有围绕圆周分布的五个凹进(15)，所述凹进(15)形成在管段(5，51，52)的内部和密封圈(10)的压力室(12)之间的连接通道。

3.根据权利要求1所述的管道接头(6)，其特征在于，间隔腹板(13)中的凹进(15)形成为半圆形，在转变部位是连续的。

4.根据权利要求3的所述的管道接头(6)，其特征在于，半圆形凹进(15)的半圆形开口从径向看是在内部，半圆形基底从径向看是在外部。

5.根据权利要求1的所述的管道接头(6)，其特征在于，凹进(15)具有间隔腹板(13)总高度的60％的最大径向深度。

6.根据权利要求1所述的管道接头(6)，其特征在于，密封圈(10)作为一整件由弹性材料形成。

7.根据权利要求1所述的管道接头，其特征在于，间隔腹板(13)在密封圈(10)的轴向上居中布置。

8.根据权利要求1所述的管道接头(6)，其特征在于，间隔腹板(13)在圆周上具有不同厚度或设有径向延伸的凹进，因此，在管段(5，51，52)的内部和密封圈(10)的压力室(12)之间存在至少一个连接通道。

9.根据权利要求1所述的管道接头(6)，其特征在于，所述介质是浓稠物质。

10.根据权利要求9所述的管道接头(6)，其特征在于，所述浓稠物质是混凝土或砂浆。

11.根据权利要求1所述的管道接头(6)，其特征在于，间隔腹板(13)中的凹进(15)形成为半圆形，在转变部位是切向连续的。

12.根据权利要求1所述的管道接头(6)，其特征在于，凹进(15)具有间隔腹板(13)总高度的80％的最大深度。

13.根据权利要求6所述的管道接头(6)，其特征在于，所述弹性材料是天然橡胶状材料。

14.根据权利要求8所述的管道接头(6)，其特征在于，所述凹进是凹槽状的凹进。

15.用于在压力下输送介质的管道系统(4)，包括几个管段，管段(5，51，52)通过管道接头(6)相互连接，其特征在于，至少两个管段(5，51，52)通过根据权利要求1所述的管道接头(6)相互连接。

16.根据权利要求15所述的管道系统(4)，其特征在于，所述介质是浓稠物质。

17.根据权利要求16所述的管道系统(4)，其特征在于，所述浓稠物质是混凝土或砂浆。

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