CN101994885A - 具有刚性止动环的密封件 - Google Patents

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Abstract

一种用于管联接件的密封件以及一种连接管元件的方法。所述密封件具有围绕刚性环的弹性环。所述弹性环具有通过凹陷的中间部相连接的侧部。所述凹陷的中间部的直径不大于所述弹性环在其实现流体密封连接的形变形状下的最终直径。所述密封件设置在所述管联接件的分部件之间。所述管元件从所述联接件的相反两侧插入到所述弹性环中并抵靠所述刚性环。通过紧固件将所述分部件朝向彼此拉动、挤压所述侧部并实现所述流体密封连接。

Description

具有刚性止动环的密封件
技术领域
本发明涉及与联接件一起使用从而以端对端的关系连接管元件的密封件，并且具体地涉及无需拆卸而容纳管元件的快速安装联接件。
背景技术
用于将管元件端对端地连接在一起的机械联接件包括能够围绕管元件的端部周向定位的可互连分部件。术语“管元件”在此用于描述任意的管状物或具有管状构型的部件。管元件包括管材、例如弯头、罩盖、三通管之类的管配件以及例如阀、减压器、过滤器、限流器、压力调节器等之类的流体控制部件。
每个机械联接分部件包括具有弧形表面的外壳，所述弧形表面从外壳径向向内凸出并与平端管元件、肩形端管元件、或者围绕每个待连接的管元件延伸的周向槽相接合。弧形表面与管元件之间的接合为连接提供了机械的约束并确保管元件即使在高的内压和外力下仍保持联接。外壳限定环状沟道，所述环状沟道容纳垫圈或密封件，典型的是与每个管元件的端部接合并与分部件协作以提供流体密封连接的弹性环。分部件具有连接构件，典型的是呈从外壳向外凸出的凸耳的构型。凸耳适于容纳例如螺母和螺栓之类的紧固件，所述紧固件是能够以可调节的方式紧固从而将分部件朝向彼此拉动。
对于具有在Gibb等的美国专利No.7,086,131中公开的类型的快速安装联接件，联接分部件在工厂预先组装即用螺栓连接在一起，但以间隔开的关系支撑在密封件上，其中一个特征允许在不首先拆卸联接件的情况下将管元件插入联接件中。为了帮助管元件在联接件中的定位从而使联接件的弧形表面对准管元件中的周向槽，密封件具有包括周向环的止动件。止动环定位成与位于密封表面之间的密封件同心，所述密封表面与管元件相接合。止动环朝向密封件的中心径向向内凸出。管元件被插入到位于分部件之间的密封件中直到管元件接触止动环为止。将分部件保持在一起的螺栓随后被紧固，将分部件朝向彼此拉动以将密封件压靠管元件并使弧形表面与槽相接合，从而实现流体密封的机械连接。
典型地，止动环由与密封件相同的柔性的、弹性的材料制成。这种构造的一个缺点是，例如在由联接件保持的管元件相对于联接件产生相当大的角度移位的管连接的弯曲测试或者大地震事件期间，由例如弹性体之类的软的、柔性的材料制成的止动环当在管元件的端部之间受夹压时可能被损坏。止动件的被夹压部分可能产生变形，这对于一些应用来说被认为是不可接受的。显然需要不具有上述缺点的止动环，以在顾及由于使用快速安装联接件而可能的经济上的优点的同时提高在关键的防火系统中的安全性。
发明内容
本发明涉及一种用于管联接件的密封件，所述管联接件具有围绕中央空间以端对端的关系相附接的多个分部件。密封件能够定位在该中央空间内并包括由柔性的、弹性的材料形成的第一环。第一环具有相反地设置的第一侧部和第二侧部，所述第一侧部和所述第二侧部周向地延伸且可以共轴地对准。中间部设置在侧部之间并将侧部相互连接。每个侧部具有比中心部的外径大的外径。周向槽设置在中间部内且径向地朝向内。第二环具有设置在周向槽内的外部以及径向向内凸出的内部。
在一种实施方式中，周向槽具有梯形的横截面形状。第二环可具有矩形的横截面形状。周向槽具有限定内径的径向面对表面。第二环可具有等于或小于周向槽的内径的外径。
第一环由例如三元乙丙橡胶(EPDM)、腈类、全氟弹性体和硅树脂之类的弹性材料制成。第二环由例如金属之类的刚性材料制成。
密封件也可被描述为包括由柔性的、弹性的材料形成的第一环。第一环具有径向地朝向外的第一表面部分和第二表面部分，第一表面部分和第二表面部分用于与构成管联接件的分部件的内表面相接合。密封件还具有设置在第一表面部分与第二表面部分之间的朝向外的第三表面部分。第三表面部分相对于第一表面部分和第二表面部分径向向内凹陷。周向槽设置成与第三表面部分相反并且径向地朝向内。由刚性材料形成的第二环具有保持在槽内的外部。第二环还具有径向向内凸出的内部。
本发明还包括用于以端对端的关系连接管元件的联接件。联接件包括围绕中央空间以端对端的关系相互连接的分部件。分部件相对于彼此以间隔开的关系设置。密封件设置在中央空间内。密封件包括由柔性的、弹性的材料形成的第一环。第一环具有周向延伸的相反地设置的共轴的第一侧部和第二侧部、以及设置在侧部之间并将侧部相互连接的共轴的中间部。每个侧部的外径的尺寸都设定成使得所述侧部以间隔开的关系支撑分部件。中间部具有比侧部的外径小的外径。周向槽设置在中间部内并且径向地朝向内。第二环具有设置在周向槽内的外部以及径向向内凸出的内部。联接件的分部件通过多个可调节紧固件相互连接。紧固件的紧固将分部件朝向彼此拉动并且径向向内挤压侧部。
本发明还包括一种以端对端的关系连接第一管元件和第二管元件的方法。所述方法包括：
(a)使用具有多个分部件的联接件，所述多个分部件围绕中央空间以端对端的关系相连接；
(b)将分部件以间隔开的关系支撑在设置于中央空间内的密封件上，密封件包括由柔性的、弹性的材料形成的第一环，第一环具有周向延伸的相反地设置的第一侧部和第二侧部、以及设置在侧部之间并将侧部相互连接的中间部，每个侧部的外径的尺寸都设定成使得所述侧部以间隔开的关系支撑分部件，中间部具有比侧部的直径小的直径。
(c)从密封件的相反两侧将第一管元件和第二管元件插入到第一环中；
(d)使第一管元件和第二管元件与第二环相接合，第二环具有设置在第一环的中间部中周向槽内的外部；
(e)将分部件朝向彼此拉动；以及
(f)挤压位于分部件与管元件之间的第一侧部和第二侧部。
附图说明
图1是具有根据本发明的密封件的联接件的等距视图；
图2是在图1的线2-2处截取的截面图；
图2A以放大的比例显示了取自图2的一部分；
图3是图1所示的联接件的局部截面图；
图4是根据本发明的密封件的一种替代实施方式的局部截面图；
图5-7示出了一种使用根据本发明的密封件和联接件而端对端地连接管元件的方法。
具体实施方式
图1显示了具有根据本发明的密封件12的快速安装联接件10的等距视图。联接件10包括一对分部件14和16，这一对分部件14和16围绕中央空间20以端对端的关系通过可调节紧固件18(螺母和螺栓)彼此附接。每个分部件14和16具有也已知为键的弧形表面22，该弧形表面22向内凸出以与管元件的槽或其它的外表面部分相接合，所述管元件插入到由管联接件10的分部件所围成的中央空间内。如图1所示，分部件14和16以间隔开的关系支撑在密封件12上，从而如下所述的在无需拆卸的情况下接收插入到中央空间内的管元件。
如图2所示，密封件12形成有第一环24。第一环具有彼此相反地设置的第一侧部26和第二侧部28。侧部26和28周向地延伸并通过也是周向延伸的中间部30相互连接。在该实施方式中，侧部与中间部共轴。每个侧部具有比中间部的外径34大的外径32。侧部26和28各自的外表面26a和28a形成朝向外的表面部分，所述朝向外的表面部分在其未变形的形状下以间隔开的关系接合并支撑联接分部件14和16。中间部30具有相对于外表面26a和28a径向向内凹陷的外表面30a。
侧部26和28中的每一个具有各自的自其延伸的密封表面36和38。密封表面36和38周向地延伸且径向地朝向内，使得在形成连接时，密封表面36和38可接合于管元件的外表面并且抵靠管元件的外表面而形成密封。有利的是使密封表面相对于轴线40成角度地定向，所述轴线40垂直于联接件的平面。成角度的表面用作为导入部以引导管元件在插入时与联接件形成同中心的对准。
如图2A所示，中间部30还包括周向槽42。周向槽42径向地朝向内并具有径向面对表面44，径向面对表面44限定了槽42的内径46(见图2)。有利的是槽42具有梯形的横截面48，并且其底部由表面44形成。梯形横截面的形状为中间部30提供了应力释放。
密封件12还包括第二环50。环50可具有矩形的横截面52并具有保持在周向槽42内的外部54。环50还包括内部56，所述内部56径向向内凸出以形成止动件，从而控制管元件进入联接件中的插入深度。在图3所示的一种实施方式中，环50具有等于或小于中间部30中的槽42的直径46的直径58。在图4所示的另一实施方式中，环50具有从环的外部54向外凸出的多个凸起60。在该实施方式中，从环50的中心到任一凸起上的最外侧的点的距离62等于或小于从第一环的中心到槽42的径向面对表面44的距离64。这些几何关系的优点将在下面解释。相比于图3所示的无凸起的实施方式，因为需要使中间部30较小的表面区域变形以实现插入，所以环50的带有凸起的实施方式更容易插入到凹槽42中。替代地，与在模制后插入到槽中相反，第二环50可以与第一环一起模制而成。
第一环24由例如EPDM、腈、全氟弹性体和硅树脂之类的适用于密封件的柔性的、弹性的材料制成。这样的材料允许第一环24在被分部件14和16压缩时产生变形并抵靠通过联接件10连接的管元件而形成液密密封。第二环50由刚性材料形成，例如钢之类的金属是有利的，因为当管元件的端部在弯曲测试或者大地震事件期间在通过联接件连接的同时成角度地偏斜时，这样的材料在被管元件的端部夹压的情况下不会变形。
图5、6和7中示出了一种用于以端对端的关系连接管元件66和68的方法。如图5所示，联接分部件14和16以间隔开的关系支撑在侧部26和28各自的外表面26a和28a上，外表面26a和28a基本上无形变。侧部26和28的无形变的直径32为使得分部件充分地间隔开以允许管元件66和68的如图5所示的插入。继续插入直到在每个管元件与止动环50之间如图6所示形成接触为止。注意到当管元件66和68接合止动环50时，分部件14和16的弧形表面22与管元件中的周向槽70对准。
如图7所示，可调节紧固件18(未示出，见图1)被紧固，朝向彼此拉动分部件14和16。迫使弧形表面22接合在槽70内，并且分部件与密封件12之间的接触压缩密封件的侧部26和28从而迫使密封表面36和38与管元件的外表面形成接合。中间部30的外径34设置成不大于密封件处于实现流体密封连接的形变状态下所期望的最终外径。中间部凹陷的优点现在很清楚，例如其与刚性止动环50共同作用以允许密封件的侧部26和28的必要变形从而实现流体密封连接，但仍然容许使用刚性止动环以防止夹压变形。为了确保止动环不限制密封件的变形，有利的是环50具有等于或小于槽42的直径46(见图2和3)的直径58。类似地，从环50的中心到凸起60的距离62应该等于或小于从环24的中心到槽42的表面44的距离64(见图4)。

Claims (31)

1.一种用于管联接件的密封件，所述管联接件具有多个分部件，所述多个分部件围绕中央空间以端对端的关系相连接，所述密封件能设置在所述中央空间内并包括：
由柔性的、弹性的材料形成的第一环，所述第一环具有周向延伸的相反地设置的第一侧部和第二侧部、以及设置在所述侧部之间并将所述侧部相互连接的中间部，所述侧部中的每一个的外径大于所述中间部的外径；
周向槽，所述周向槽设置在所述中间部内并且径向地朝向内；
第二环，所述第二环具有设置在所述周向槽内的外部以及径向向内凸出的内部。
2.根据权利要求1所述的密封件，其中，所述周向槽具有梯形的横截面形状。
3.根据权利要求2所述的密封件，其中，所述第二环具有矩形的横截面形状。
4.根据权利要求1所述的密封件，其中，所述周向槽具有限定出内径的径向面对表面，所述第二环的外径等于或小于所述周向槽的所述内径。
5.根据权利要求1所述的密封件，其中，所述第一环由弹性材料形成，所述弹性材料是从由EPDM、腈类、全氟弹性体和硅树脂组成的组中选定的。
6.根据权利要求1所述的密封件，其中，所述第二环由刚性材料形成。
7.根据权利要求1所述的密封件，其中，所述第二环由金属形成。
8.根据权利要求1所述的密封件，其中，所述第二环具有从所述外部径向向外凸出的多个凸起。
9.根据权利要求8所述的密封件，其中，从所述第二环的中心到所述凸起上的最外侧的点的距离等于或小于从所述第一环的中心到所述槽的所述径向面对表面的距离。
10.根据权利要求1所述的密封件，还包括：
第一密封表面，所述第一密封表面设置在所述第一侧部上且径向地朝向内；
第二密封表面，所述第二密封表面设置在所述第二侧部上且径向地朝向内。
11.根据权利要求10所述的密封件，其中，所述第一侧表面和第二侧表面中的每一个相对于一轴线成角度地定向，所述轴线垂直于包含所述第一环的平面定向。
12.根据权利要求1所述的密封件，其中，所述第一侧部和第二侧部设置成与所述中间部共轴。
13.一种用于以端对端的关系连接管元件的联接件，所述联接件包括：
围绕中央空间以端对端的关系相互连接的多个分部件，所述分部件相对于彼此以间隔开的关系设置；
设置在所述中央空间内的密封件，所述密封件包括：
由柔性的、弹性的材料形成的第一环，所述第一环具有周向延伸的相反地设置的第一侧部和第二侧部、以及设置在所述侧部之间并将所述侧部相互连接的中间部，每个所述侧部的外径的尺寸设定成使得所述侧部以所述间隔开的关系支撑所述分部件，所述中间部的外径小于所述侧部的所述外径；
周向槽，所述周向槽设置在所述中间部内且径向地朝向内；
第二环，所述第二环具有设置在所述周向槽内的外部以及径向向内凸出的内部；
多个可调节紧固件，用于端对端地连接所述分部件，所述紧固件的紧固将所述分部件朝向彼此拉动并径向向内地挤压所述侧部。
14.根据权利要求13所述的联接件，其中，所述周向槽具有梯形的横截面形状。
15.根据权利要求14所述的联接件，其中，所述第二环具有矩形的横截面形状。
16.根据权利要求13所述的联接件，其中，所述周向槽具有限定出内径的径向面对表面，所述第二环的外径等于或小于所述周向槽的所述内径。
17.根据权利要求13所述的联接件，其中，所述第一环由弹性材料形成，所述弹性材料是从由EPDM、腈类、全氟弹性体和硅树脂组成的组中选定的。
18.根据权利要求13所述的取接件，其中，所述第二环由刚性材料形成。
19.根据权利要求13所述的联接件，其中，所述第二环由金属形成。
20.根据权利要求13所述的联接件，其中，所述第二环具有从所述外部径向向外凸出的多个凸起。
21.根据权利要求20所述的联接件，其中，从所述第二环的中心到所述凸起上的最外侧的点的距离等于或小于从所述第一环的中心到所述槽的所述径向面对表面的距离。
22.根据权利要求13所述的联接件，还包括：
第一密封表面，所述第一密封表面设置在所述第一侧部上且径向地朝向内；
第二密封表面，所述第二密封表面设置在所述第二侧部上且径向地朝向内。
23.根据权利要求22所述的联接件，其中，所述第一侧表面和第二侧表面中的每一个相对于一轴线成角度地定向，所述轴线垂直于包含所述第一环的平面定向。
24.根据权利要求13所述的密封件，其中，所述第一侧部和第二侧部设置成与所述中间部共轴。
25.一种用于管联接件的密封件，所述管联接件具有围绕中央空间以端对端的关系相连接的多个分部件，所述密封件能设置在所述中央空间内并包括：
第一环，所述第一环具有用于与所述分部件的内表面相接合的径向地朝向外的第一表面部分和第二表面部分、以及设置在所述第一表面部分与所述第二表面部分之间的朝向外的第三表面部分，所述第三表面部分相对于所述第一表面部分和第二表面部分径向向内凹陷；
第二环，所述第二环由所述第一环围绕并且设置成与所述第三表面部分大致同心，所述第二环具有由所述第一环保持的外部以及径向向内凸出的内部。
26.根据权利要求25所述的密封件，其中，所述第一环还包括周向槽，所述周向槽设置成与所述第三表面部分相反并且径向地朝向内，所述第二环的所述外部保持在所述槽内。
27.根据权利要求26所述的密封件，其中，所述周向槽具有梯形的横截面形状。
28.根据权利要求27所述的密封件，其中，所述第二环具有矩形的横截面形状。
29.根据权利要求26所述的密封件，其中，所述周向槽具有限定出内径的径向面对表面，所述第二环的外径等于或小于所述周向槽的所述内径。
30.根据权利要求26所述的密封件，其中，所述第一环由柔性的、弹性的材料形成，而所述第二环由刚性材料形成。
31.一种以端对端的关系连接第一管元件和第二管元件的方法，所述方法包括：
使用具有多个分部件的联接件，所述多个分部件围绕中央空间以端对端的关系相连接；
以间隔开的关系将所述分部件支撑在密封件上，所述密封件设置于所述中央空间内，所述密封件包括由柔性的、弹性的材料形成的第一环，所述第一环具有周向延伸的相反地设置的第一侧部和第二侧部、以及设置在所述侧部之间并且将所述侧部相互连接的中间部，每个所述侧部的外径的尺寸设定成使得所述侧部以所述间隔开的关系支撑所述分部件，所述中间部的直径小于所述侧部的所述直径；
从所述密封件的相反两侧将所述第一管元件和所述第二管元件插入到所述第一环中；
使所述第一管元件和所述第二管元件与第二环接合，所述第二环具有设置在所述第一环的所述中间部中的周向槽内的外部；
将所述分部件朝向彼此拉动；
挤压位于所述分部件与所述管元件之间的所述第一侧部和所述第二侧部。
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