CN102472419A - 自约束延性铁配件 - Google Patents

Abstract

一种用于铸态延性铁配件的组合密封和约束系统，用于密封且防止铁管配件和配合的阳管分离。环形主体安装在设置于铸态配件口部区域中的接合凹槽内。环形主体为注射模制的弹性体材料，支撑在其内表面上具有齿的夹紧段，该夹紧段设计为接合配合的阳管的外表面。齿允许阳管在组装期间在相对于配件端部开口的一个方向上运动，但限制接头组装后在反方向上的运动。夹紧段具有机械地固定于垫圈弹性体主体的搁板区域。主体还包括由弹性体形成的相对柔性部分，其与配合的阳管一起形成唇状密封区域。

Description

自约束延性铁配件

技术领域

本发明大体上涉及用于管区段的管连接的领域，诸如在市政供水和污水管线行业中使用的那些管。更具体地，本发明涉及在“铸态”延性铁管线系统(″as-cast″ductile iron pipeline system)以及PVC和HDPS管线系统中使用的组合密封和约束系统。

背景技术

管通常用于处于压力下流体的输送，如在城市供水线路中。其也可以用作部分满运转的自由流动管道，如在排水管和下水道中。数量可观的用于输送水的管一直由钢、铸铁、混凝土、陶土和最近包括各种聚烯烃和PVC的塑料制成。延性铁是高强度、坚韧材料，已在美国所有50个州和世界很多其它地方的供水和废水系统中普遍使用。仅在美国，它已在许多市政设施系统中连续使用一个世纪以上。

虽然本申请大体涉及一种优选形式的延性铁“配件”，但是应理解，连结到配件的“管”可以是延性铁。然而，连接的“管”也能够是诸如聚氯乙烯(PVC)、高密度聚乙烯(HDPE)的塑料或者聚烯烃或行业中通常使用的任何其它管材料。所有类型的管线材料将在以下讨论中被共同称为“管”。

在管的长度连接成伸缩关系的很多应用中，一个管的插头端在管接头或“连接器”插入配合的管的插座端。插座端具有足够大的开口以接收配合管的插座端。垫圈通常呈现在管的插座端中，其意图通过在两个管区段之间形成密封来防止流体从接头渗漏。以上类型的管道系统也通常包括作为行业中定义的术语的“配件”。配件是相关行业中那些人熟悉的术语并且包括经常弯曲或成角度的一部分，如连接器、弯头、阀门、三通等的，用于连接管的长度或者在用于输送流体的管系统中用作管的附件。例如在2001年5月的Tyler/Union Utilities Mini-Catalogue第2-3页上“MechanicalJoint C153 Ductile Iron Compact Fittings”中示出的示例性“铸态”延性铁管配件。因为有很多用于此管配件的其它商业来源，所以这些配件仅意为示例性的。

除了管和配件以外，在管线系统中有放置为与管的长度流体连通的其它组件，需要密封的连结处或接头。例如有在多数市政供水系统中通常使用的水龙头三通和阀门。作为此构件的实施例，美国AVK是门阀、消火栓和用于供水、废水、消防和灌溉行业的附件的主要制造商，并且公司目录阐释多种这些一般类型的产品。

无论是在管的直运行中或在配件处，以上类型管道系统中的一个重要考虑是在管接头或连结处提供适当的密封。除了必须提供有效的密封以外，当开始必须以约束的方式连接管构件时，存在另一重要的设计需要。这是经常期望的以便防止管构件由于推力而分开，推力经常发生在当管线经受内部或外部压力、管线在方向或高度上改变时，以及有时当地震或震动或其它外部因素发挥作用时。

因此，在管的直区段中，静水压力大体上平衡。然而在管线改变方向或直径的地方，诸如在弯管、三通或减压器处，静水压力在线路中产生不平衡的推力。该不平衡的推力能够导致线路运动或者其接头分开，除非推力以某种方式抵消。在线路中只有方向渐变的地方，横向推力通常通过管和沿着管道长度的土壤之间的摩擦力抵消，并且通常不需要接头约束。然而在遇到较高的压力、差的土壤条件或者方向或直径的显著变化时，推力可能太大而不能通过围绕未约束接头的土壤抵抗。过去，这些不平衡的推力通常用推力座、约束的管接头或二者的组合抵消。

用于在以上涉及的管的直运行中形成“约束的”密封接头的一种最普通的设备是“机械接头”或“MJ”。其中，铁管区段的承口端具有在管外部上补铸(cast-on)成凸缘的部分。第二铁管的插头端配有可滑动的压盖配件和锥形的垫圈，使得垫圈的一面在直径上大于垫圈的第二面。锥形的垫圈放置于压盖配件和管的插头端之间，其中较小的、垫圈的第二面比较大的、垫圈的第一面更靠近插头端。压盖配件具有用于接收标准螺栓的多个孔。在插头轴向插入承口时形成接头，并且压盖配件和成凸缘的部分栓接在一起，导致压盖配件的唇部压紧垫圈从而密封两个管件。

虽然在用于延性铁管的传统MJ设计中使用的“内部”垫圈用于密封接头，但垫圈没有突出整合的“约束”特征以保证管接头的更好整体性。反而，必须利用如以上讨论的由凸缘、螺栓、螺钉等构成的笨重的外部机械约束系统。另外，在连接的管构件是配件而不是直运行的管时，配件外部上有更少的可利用空间以接受构成MJ类型约束必须的各种部件(凸缘、螺栓、螺钉等)。

为了满足以上类型约束接头的需求，行业内的许多公司已努力开发了用于考虑中类型管线的不同形式的约束接头产品。这些解决方案中的一些已提供“推动”型接头以及传统的栓接机械接头。这些包括，例如

和TR

约束的推动接头、用于约束推动

接头的FIELD LOK

垫圈，和用于约束机械结合管和配件的最近的MJ

垫圈。

延性铁管研究协会(DIPRA)已发表了用于在地下、受压的延性铁管道系统中推力约束的保守设计指南文件“Thrust Restraint Design forDuctile Iron Pipe(延性铁管的推力约束设计)”。DIPRA规程基于土力学的公认原理，并且提供用于确定推力和必要约束的公式。

因此，尽管大体上改善了管线系统，但是仍然继续存在对改进的密封和约束系统的需要，特别是用于延性铁配件的，此类型的密封和约束系统提供满意的密封和自约束的特征。

还存在对这样的系统的需求，该系统成本有效、制造简单并且易于用于本领域且在操作中可靠。

还存在对这样的系统的需求，该系统在配件处有效地约束管以及水龙头三通和阀门以抵抗内力和外力，而不需要外部凸缘、螺栓或相关的约束螺钉机构。

相应地，存在对用于管且特别是用于延性铁配件的密封和约束系统的需求，其在内部密封/约束系统中提供满意的密封和自约束特征。

发明公开内容

本发明的一个目的是提供用于插入在邻近铸态延性铁配件的端部开口定位的口部区域内的环状凹槽中的组合密封和约束系统，其能够使延性铁配件密封并约束到具有内表面和外表面的配合的阳管。

在一种形式中，组合密封和约束系统包括由有弹力的弹性体材料制成的环状垫圈主体，环状垫圈主体具有内周向区域和外周向区域。当安装在设置在铸态配件的口部区域中的环状凹槽内时，外周向区域与配件的口部区域形成密封并且内周向区域形成用于配合的阳管区段的密封表面。多个夹紧段以关于管的口部区域的水平轴线倾斜的角度并以围绕环状垫圈主体的周边的预定的间隔从环状垫圈主体的鼻状区域(nose region)向外延伸。每个夹紧段具有通过厚度分隔的内平面和外平面。内平面具有至少一排能够接合配合的阳管的外表面上的选定部位的夹紧齿。夹紧段通过剩余垫圈主体的柔性橡胶延伸区域分隔。

在本发明的一种形式中，当在横截面中观察时，环状垫圈主体包括前部鼻状区域和径向向内倾斜的密封表面，径向向内倾斜的密封表面形成用于在插入期间接合配合的阳管端部的唇状密封。夹紧段可以在垫圈主体制造期间整体形成到环状垫圈主体的前部鼻状区域中。例如，垫圈主体可以在注射模制操作期间与整体形成到垫圈主体的夹紧段一起注射模制。

在本发明的一种型式中，夹紧段具有在垫圈制造过程期间填充有橡胶的接合开口或者凹进部分，从而允许夹紧段永久地或临时地被机械地固定于垫圈主体。例如，夹紧段可以具有在其中形成的孔，使得在垫圈的注射模制过程期间，橡胶流过孔并且机械地将段附接于垫圈的弹性体主体部分。每个夹紧段的前部区域具有额外的锥形表面，其用作与设置在配件的垫圈凹槽中的类似挡块区域配合的正面挡块(positive stop)。夹紧段具有给定的宽度，其中段通过预定的距离间隔开，该距离通过垫圈主体的前述柔性延伸区域填充。在本发明的一种优选形式中，在夹紧段的内平面上提供了多排夹紧齿。在提供两排或更多排的地方，一排将优选地比其它排具有更大的相对高度。

还提供了用于形成具有上述密封和约束系统的管接头的方法。首先，提供具有一个或多个铸态延性铁管配件的流体管道系统，铸态延性铁管配件预先在铸造厂铸造，每个具有邻近其端部开口的口部区域。口部区域其中具有环状凹槽，并且配件的端部开口的尺寸确定为接收具有内表面和外表面的配合的阳管。在后铸造操作(post-casting operation)中，将密封和约束系统安装在设置于铸态配件的端部开口中的环状凹槽内。配合的阳管通过将阳管推动到端部开口中而安装在铸态配件的口部区域的端部开口内，并且密封和约束系统与配合的阳管的外表面接触以便密封并约束配合的阳管并形成可靠的接头。

虽然密封和约束系统具有用于连接PVC管的区段的特殊适应性，但是配合的阳管区段也能够由其它常规材料诸如延性铁或聚乙烯形成。本发明的密封和约束系统还可用于任何常规尺寸的管，不论公制、英制、IPS尺寸范围等。

其他的目的、特征及优点会在以下文字说明中明显。

附图简述

图1是铸态延性铁管接头的部分剖开透视图，示出在接头口部区域内位置的本发明的一种型式的组合密封和约束系统。

图2是图1的延性铁管一端的局部截面图，更详细地示出其组合密封和约束系统。

图3A是图1管接头一端的局部截面图，阐释阳管端部的组装。

图3B是图3A的组合密封和约束系统的截面图。

图4是图1的延性铁接头中使用的组合密封和约束系统的透视图。

图5是现有技术MJ型管连结系统的局部截面图。

图6是示出本发明的密封和约束系统另一形式的侧面局部截面图，其中垫圈鼻状区域的橡胶部分覆盖一系列夹紧元件的外平面。

图7是图6中使用的密封和约束系统的隔离横截面图，示出夹紧段的内平面上的夹紧齿的角度。

图8是本发明特别优选型式的密封和约束系统的透视图，其中以分解方式示出系统的一个夹紧段。

图9是图8的密封和约束系统的横截面图。

图10是显示有在设置于接头口部区域中的凹槽中呈现的图8密封和约束系统的延性铁接头的透视图。

图11是与图8的密封和约束系统一起使用的弯曲延性铁接头的侧横截面图，示出接头口部区域中的内唇。

图12是与图8的密封和约束系统一起使用的直延性铁接头的侧横截面图。

实现本发明的最佳模式

本发明涉及供水、污水和其它市政流体输送系统中使用的类型的管道系统。过去，这种管线传统地由铁金属(ferrous metal)形成。“铁金属”指铁和铁合金。例如，自来水工业中通常遇到的一种铁金属的类型是“延性铁”。这一特殊类型的金属被广泛使用，因为其提供除了铸铁众所周知的优点-可铸造性、可加工性、阻尼性能和生产经济以外的高强度、抗磨损性、抗疲劳性、韧性和延展性的很大程度的结合。其名字起自它本质上是“延性”的事实，而不是如早期铸铁产品和材料的情形中是脆的。而今，不同等级的延性铁可用于提供选择具有保证多于18％的延伸率的等级的高延展性或具有超过120ksi(825MPa)的抗拉强度的高强度的选项。等温淬火延性铁(Austempered ductile iron，ADI)提供更大的机械性能和抗磨损性，提供超过230ksi(1600MPa)的抗拉强度。

在形成延性铁组件的管线时，每个区段的一端普遍被扩大，在一端形成“承口”，该承口足够通过在承口端中承口端开口内接收下一个邻近段的管的未被扩大的端部或“插头”端部而连接下一个邻近的管段。形成的承口的内直径足够大以便以足够的间隙接收下一个区段的管的插头，以允许应用弹性体垫圈或其它密封装置，弹性体垫圈或其它密封装置被设计以防止在多个管段连接在一起形成管线时在管接头处的渗漏。

多年来，以上类型的延性铁管的直运行通过利用弹性体垫圈连接，该弹性体垫圈在承口的内壁和一系列套筒式管中的下一个管的配合插头端部的外壁之间压紧。垫圈普遍被保持在设置于阴管区段的承口端开口中的凹槽中。然而，如以上讨论的，存在的一个问题是找到“约束”装配的管接头使得接头不会因为内部或外部的压力或者因为诸如地壳运动的环境因素而分开的方法。

如本发明的背景讨论所提到的，管行业通常通过利用外部密封的“压盖”或凸缘来解决提供“约束接头”的问题，该约束接头有时候称为“机械接头”或简单地称为“MJ”。过去在直运行的管中，MJ样式的约束已经工作得很令人满意。然而，配件通常不呈现为大的外表面以用于接收构成MJ类型约束所需的不同组件。另外，在该领域中，内部的组合密封和约束系统会为提供更大的组装方便性和速度。因为夹持组件会是内部的并非外部的，所以使用中的金属组件会有更少的腐蚀机会。

转到图5，此处示出现有技术的典型的机械接头或“MJ”。图5中所示的接头在一个延性铁管的管承口端11和第二配合的管的平的插头端部13之间形成。第二管13被插入到封闭管的承口端11中。管承口端11的内表面具有用于保持垫圈15的保持槽17。承口的管端部11也具有包括多个孔29的带凸缘区域27。周围压盖31的尺寸被确定为在配合的阳延性铁管的外表面附近被接收。压盖31具有向前的唇部分35，当接口被装配时该唇部分35与垫圈15的主体接触并压紧垫圈15的主体。压盖31还具有多个孔37，孔37被布置以与承口管端部的凸缘轴环区域中的孔对准。如图5所示，螺栓39和螺母41用于连接压盖和承口管的孔。

虽然图5中阐释的机械接头在行业中已被使用了许多年，但是它有些繁琐并且装配耗时。此外，外部金属组件经受磨损、损害和腐蚀。如以上提到的，其对在一些配件上的使用来说可能会太庞大。因此，本发明具有对铸态“配件”的特殊应用，该配件被用于在两个平的端部管区段之间构成接头。“铸态”指与传统系统一样没有额外的加工参与形成承口。考虑中的一般类型的传统“铸态配件”可以从市场上许多来源得到，例如，如在背景讨论中提到的，位于阿拉巴马州安妮斯顿(Anniston，Alabama)的泰勒管/联合铸造公司设施部。

如已简略提到的，在以下讨论中，本发明可以参考延性铁管线描述，其中一段延性铁管接合到后面的一段延性铁管并且两件管都由铁形成。然而，本发明的原理对那些“混合”系统具有特别的适用性，在该“混合”系统中，配合的阳管也能够由诸如适当塑料的另一材料形成。例如，配合的阳塑料管可以由PVC或适合的聚烯烃诸如聚乙烯形成或者可以由甚至是分子取向的塑料材料形成。这样的“混合”系统，特别是那些使塑料管接合到延性铁接头的系统，越来越普遍地在现有延性铁管线的修复中使用。

在以下的讨论中，术语“管”和“管/配件”意图涵盖除了所述类型的管和配件之外，管线系统中的其它组件，该组件与一段管流体连通地放置，需要密封的联接或接头。例如，有在多数市政供水系统中普遍使用的水龙头三通和阀。如已提到的，美国AVK是门阀、消火栓和用于供水、废水、消防以及灌溉行业配件的主要制造商并且公司目录阐释了多种这些一般类型的产品。

图1阐释了铸态延性铁弯管配件，其中已安装了考虑类型的组合密封和夹紧约束系统的一种型式。图1中所阐释的铸态配件39具有相对的端部开口41、43。每个端部开口具有邻近的口部区域(图1中的45)并且能够设有小的顶锻(upset)47。然而，与现有技术的“MJ”系统一样，顶锻47不必须设置为有孔的凸缘。环状凹槽49设置在口部区域45内，与端部开口41向后稍微隔开。

图1所示的组合密封和约束系统包括具有内周向区域53和外周向区域55(见图4)的环状垫圈主体51(图1)。环状垫圈主体51(图1)安装在设置在铸态配件的口部区域45中的环状凹槽49中，使得外周向区域55与配件的口部区域一起形成密封并且内周向区域53形成用于配合的阳管区段的密封表面。内周向区域53的唇区域54形成在插入期间接合配合的阳管端部的主要唇状密封。

图1-4阐释了考虑中的第一改进的组合密封和约束系统。转到图3B，组合密封和约束系统包括之前描述的通常以101指示的密封垫圈主体，连同整体的约束系统。装置的垫圈部分(在图3B中大体以101指示)包括连接到径向向内倾斜的密封表面105的前部鼻状区域103。向内倾斜的密封表面105向外延伸以形成用于在插入期间接合配合的阳管端部的唇状密封区域107。不论垫圈主体是否以如图3B所示的唇状密封或者多个球茎形的“压紧密封区域”为特征，垫圈主体的密封表面将比配对的夹紧段(图3B中的123)的夹紧表面大体上进一步径向向内延伸(向管的中心线)。

垫圈主体的唇状密封区域107连接到第二密封表面111。第二密封表面111包含在垫圈的内拐角115中终止的大体平面的周围区域113。内拐角115通过逐渐倾斜的外部垫圈表面119连接到垫圈的外拱形区域117。垫圈的外拱形区域117通过向下倾斜的外部垫圈表面121连接到垫圈的鼻状区域103。

多个整体形成的夹紧段123(见图4)以围绕环状垫圈主体101的周向的预定间隔从环状垫圈主体101的鼻状区域103(图3B)大体垂直向外延伸。“大体垂直向外延伸”指的是该段大体沿着大体平行于垫圈主体的内拐角115且大体平行于管的纵向轴线的轴线延伸(图3B中如81所阐释的)。在所示的实施例中，有十个平均间隔的夹紧段。虽然段在待夹紧的配合的阳管例如由PVC形成的地方可以由硬塑料形成，但是夹紧段典型地由诸如铁或钢的金属形成。夹紧段的数量根据密封和夹紧组件的直径而变化。例如，在环状垫圈主体101具有6英寸直径的情况下，九个单独的夹紧段123将通常围绕垫圈主体101的周围向外延伸。夹紧段123是大体平面的，具有长度、宽度、由厚度分隔的内周向表面和外周向表面。在每个邻近的夹紧段之间存在一系列大体相同的空隙或间隔(大体显示在图4中的125位置处)。金属夹紧段123之间的空隙125为组装提供一定程度的灵活性，从而促进其在管配件39的口部区域41内的安装。在本发明的一些形式中，空隙125也可以填充有被挤压作为密封垫圈主体的一部份的橡胶。

夹紧段在垫圈主体制造期间优选地整体形成到环状垫圈主体的前部鼻状区域中。例如，垫圈主体可以在注射模制操作期间与被整体形成到垫圈主体中的夹紧段一起被注射模制。在那种情况下，夹紧段长度的一部分会被封闭到或者嵌入密封垫圈的弹性体主体内。可选地，在一些情况下，使夹紧段粘合或以其它方式粘结到弹性体垫圈主体使得段被保持在图4所示的位置中是可能的。

每个夹紧段123的内平面具有至少一排能够接合配合的阳管外表面上选定的部位的齿127。在图3B中所阐释的装置型式中，在内平面上有3排齿127。如图3B所阐释的，一旦组装在铸态配件39中，则齿就以相对于口部开口45的管水平轴线(如图3B中81所阐释的)所成的锐角“α”形成。齿的形状和倾斜角允许配合的阳管端部容纳在配件39的端部开口41中并且以如图3A所见的从左到右的方向运动。然而，齿127的形状和倾斜角阻挡配合的阳管130的反向相对运动，并因此一旦阳管被完全插入配件39中，便在配合的阳管130上施加了约束力。

图2提供了图1的延性铁管的一端的放大的四分之一截面图，特别地更详细地示出其组合密封和约束系统。密封和约束系统的环状垫圈主体101被示出安装在设置于铸态配件的口部区域中的环状凹槽49内。夹紧段123从环状垫圈主体101的鼻状区域103向外延伸。如所提到的，在每个夹紧段之间有小的间隔，如位置125所示，其或开放或被橡胶填充。

如已提到的，配合的阳管可由诸如PVC的塑料材料或铁制成。在配合的阳管由铁形成的情况下，夹紧段优选地由被处理至至少大约370-440布氏硬度(BHN)的硬化钢或延性铁形成，使得段的夹紧齿能够穿透配合的阳铁管的外表面或在管表面上形成支撑物。

图6和7示出本发明进一步改进的密封和约束系统，通常以129指示。密封和约束系统129与之前关于图1-4已描述的大体相似。然而，如从图7的隔离视图最好地了解的，将看到夹紧段131在其后部区域上具有倾斜的外部区域135，其由连接到有角度的倾斜部分的水平部分构成，区域135具有橡胶材料的至少轻微的覆盖物。其常规地作为弹性体部分137的注射模制过程的一部分来实现。通过在夹紧段的外平面上提供橡胶覆盖物层，齿(图6中的139、141)向配合的阳管端部施加的力能够被更完全地控制。换言之，在外平面135上提供的橡胶的量和橡胶的硬度将决定组合密封和约束系统向配合的阳管施加的最终力的量。倾斜的外部区域135被连接到在夹紧段的前部鼻状区域中终止的向下倾斜的外表面(图7中的133)。应注意，向下倾斜的外表面133没有橡胶。

在图6和7中所示的约束系统的型式中，从弹性体部分137延伸的橡胶区域是连续环的形状，其中凹进部分形成在其内表面上，用于容纳夹紧段131。进一步参考图6和7，夹紧段131形成有3排夹紧齿139、141、143。注意，齿可以设有细小的“钩”或相对于阴承口管端部的中心轴线145的后向角“β”。换言之，角“β”不垂直于纵向轴线145。在夹紧元件具有多于一排齿的地方，一排将典型地高于其它排，即具有更大的径向高度。例如在图6和7中，内排139分别比排141和143稍微高一些，即具有更大的相对高度。

本发明的夹紧段131还优选地涂有低摩擦系数的合成涂层。应用到夹紧段的优选上涂层是合成聚合物涂层。选定的合成聚合物是优选热塑性的并且可以根据管接头的端部应用而选自诸如聚氯乙烯、氟塑料聚合物、尼龙及类似物的材料。优选的涂层是氟塑料聚合物，有时称为“含氟弹性体”。这些材料是使一些或所有的氢被氟取代的一类石蜡聚合物。其包括聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、全氟烷氧基树脂、聚氯三氟乙烯共聚物、乙烯四氟乙烯共聚物、聚偏氟乙烯和聚氟乙烯。氟塑料特别是全氟化树脂具有低摩擦系数，带给其独特的非粘附性和自润滑的表面特质。

例如，涂层可以是向其应用适当合成聚合物外涂层的

内涂层。如果环在铸造厂被铸造到承口的主体中则不能完成环的涂覆。

涂覆在2007年8月23日公开的专利公开第20070196585号的“Method of Applying a Phenolic Resin Corrosion Protective Coating to aSteel Component(向钢构件应用酚树脂腐蚀保护涂层的方法)”中描述。其中显示了用于保护延性铁和钢构件两者不受腐蚀的方法，其中构件的表面涂有抗腐蚀涂层，该抗腐蚀涂层为含水酚树脂的分散。该构件浸入一池抗腐蚀涂层并随后烘烤、干燥且冷却。静电粉状涂层能够在基底酚树脂涂层上应用以增加对腐蚀的保护和耐久性。

用于外涂层的另一优选聚合物是聚四氟乙烯(PTFE)。该材料是通过四氟乙烯的自由基聚合制造的完全氟化的聚合物。PTFE具有重复--CF2--CF3单元的直线分子结构，是熔点为327摄氏度的结晶聚合物。密度是2.13到2.19g/cc。PTFE的摩擦系数低于几乎任何其它已知的材料。其可用以粒状、细粉状(如0.2微米)和水基的分散形式。在美国，PTFE由Du Pont de Nemours公司作为

出售。

用于外涂层的另一优选聚合物为

涂层，由Whitford Corp提供。该涂层可从许多商业来源得到。它具有以下公开的特征：

这种非粘性、抗摩擦涂层可以通过使用喷枪喷涂接下来加热以固定或固化(cure)涂层而应用。然而，使用的技术可以从使用喷枪的常规气雾化喷涂变化到如静电沉积一样的技术。接收涂层的金属部件应该是没有污垢、油和可能干扰涂层粘附到金属上的其它污染物。涂层典型地通过气喷枪应用到大约0.8到1.1密耳的密耳厚度。建议将涂层烘烤到金属环上以得到最佳的物理性质。

干粉也可以具有诸如适当颜料的颜色添加剂，分散在其中赋予垫圈的涂覆环构件特殊的颜色。例如，为生产鉴别的目的，可以使用该类型的颜色标记。

附图的图8和9示出本发明的密封和约束系统的最终改进。参考图8和9，垫圈主体再次具有与阳管端部形成唇状密封的内周向密封区域171。垫圈主体还具有与配件主体的内部形成密封的外周向表面173。外周向区域在鼻状区域175中终止。如图9中可见的，鼻状区域接收一系列间隔的夹紧段，诸如段177。

如图9中可见，夹紧段177具有外倾斜表面179，外倾斜表面179终止在形成正面挡块区域181的向下倾斜的肩部中。挡块区域181继续形成具有在其上形成的两排夹紧齿185、187的内周向表面183。内排齿187稍微高于剩余排的齿。所得到的减少的总表面接触区域允许前排的齿咬入配合的阳管中，甚至在低管压力下。

关于图8和9也应了解，每个夹紧段177具有下搁板区域(图8和9中的189)，搁板区域具有在其中形成的锁定区域，锁定区域与垫圈主体的有弹力的弹性体材料的配合部分合作以将夹紧段机械地固定到垫圈主体。例如，在图8中所示的本发明的型式中，锁定区域包括设置在紧握段的搁板区域189中的洞或凹进部分191形式的一系列开口，其连通搁板区域189的内平面和外平面。

锁定动作可以以不同的方法完成。例如，在用于形成垫圈主体的注射模制过程期间，橡胶可以被允许流过洞以将段机械地附接到垫圈的密封部分。这样，夹紧段实际上机械结合到垫圈主体。然而，应了解，垫圈主体的弹性体部分可以具有在注射模制步骤中形成的钉状元件(图8中192所示)，使得夹紧段177能够可移除地放置在垫圈主体的鼻状区域附近，其中钉状元件接合段中的开口191以接合段。

从图8也应理解，垫圈主体具有填充夹紧段177、178、180之间的空间的向外延伸区域(诸如图8中的区域176)。填充夹紧段之间的空间的橡胶与剩余垫圈主体的橡胶可以是相同的成分。所用橡胶的硬度可以根据端部应用而不同，但是会大体具有40到65的优选地大约55的肖氏A硬度。这使系统的垫圈部分足够灵活以在配件制造之后被插到延性铁配件的口部开口中。因为段之间的空间被橡胶填充，所以当垫圈主体被压紧时，容纳区域中的橡胶本质上充当固体。垫圈主体的这一特征也帮助确保，充当围绕阳管周围的固体区域，夹紧系统不会允许在管接头装配时可能导致管失效的较薄壁PVC管被过度地压紧。夹紧段177、178、180的数量可以根据管的直径和其它因素而改变。例如，对于图8所示的8英寸直径的垫圈，有6个夹紧段在垫圈的鼻状区域附近等距离地隔开并通过6个向外延伸的橡胶区域分隔(诸如图8中的区域182)。

如图8中可见，橡胶区域176的外周向区域182相对于任一侧上夹紧段的邻近外周向区域稍微径向地凹进。从图8也应了解相对于垫圈(和管口)的中轴线184，夹紧段178、180等以中轴线184的方向稍微向内倾斜。因此，夹紧齿排(图8中的186)伸过垫圈内直径(I.D.)上的邻近橡胶区域的橡胶。从图8也可以看出夹紧段的正面挡块区域181在橡胶区域的邻近最外侧范围(图8中的188)的上方稍微延伸。如图8中所见，最外侧范围188比邻近的夹紧段的挡块区域181稍微高一些。

图10示出安装在延性铁配件193的口部区域中的图8和9的密封和约束系统(如图10中190指定的)。图11和12是弯曲配件(图11中的192)和直配件(图12中的194)的横截面图。转到图11中所示配件192的横截面图，应了解，配件的口部开口设有正面挡块区域195，该正面挡块区域195被设计为当其在配件中安装时与夹紧段的挡块区域181(见图9)接触。图11中所示配件的口部中的正面挡块区域195采取内肩的形式，该内肩相对于通过夹紧齿上的挡块区域181形成的配合面成近似17-20度角。没有内部挡块195，密封和约束机械可能在构成接头期间不能正确地接合在配合的阳管的外表面上。例如在高压或水击条件下，段上的楔形结构可能过度压紧管导致管的永久变形。相似的内部挡块如图12中直配件194的口部开口中的196所示。

当安装在延性铁配件中的配合的阳管是由塑料诸如PVC制成时，正面挡块的特征特别重要。在此情况下，配件口部和夹紧段之间的正面挡块将不允许约束系统过度压紧PVC管，而不考虑管壁的厚度或管线中的内部压力。

还应注意在图11和12所示配件的实施方案中，配件主体的外部设有操作凸耳(handling lug)，诸如凸耳197、198。操作凸耳198、198在弯头和类似的配件构件上特别有用以协助操作者安装产品。凸耳优选地位于配件主体的外半径上的设计位置，该位置在管承口的口部开口的近似中心线上。操作凸耳允许具有本发明的密封和约束系统的配件被推到配合阳管上，而不是如现有技术中的被拉到其上。这也排除了对已有技术配件设计中呈现的顶锻(图1中的47)的需求。

现在简单描述本发明的密封和约束系统的操作。该系统通常使用有流体管道系统，流体管道系统包括一个或多个铸态延性铁管配件。参考图1，铸态配件39通常不需要对来自铸造厂通常铸态生产的零件进行大规模的修改，除了如参考图12所讨论的提供内部挡块区域。如之前提到的，因为本发明的内部约束系统取代了现有技术的外部构件，所以不需要呈现顶锻(图1中的47)或不需要呈现用于接收连接螺栓的任何外肩。在延性铁配件主体制造之后，组合密封和约束系统然后通常安装在配件的口部区域45中提供的内部凹槽49中。密封和约束主体(图10中的190)被安装在配件主体的口部区域中提供的环状凹槽中，使得外周向区域与配件口部区域形成密封并且内周向区域形成用于配合阳管区段的密封表面。

如已提到的，组合密封垫圈和夹紧机构在后铸造操作中被插入到管口开口内，因此需要主体保持一定程度的灵活性以方便插入。参考图8-10中所示本发明的型式，此灵活性部分地缘于夹紧段之间间隔的橡胶区域176。

只要密封和约束垫圈处于适当的位置，通过推动端部开口中的阳管使配合阳管安装到铸态配件口部区域的端部开口中。由于阳管端部的插入，密封和约束系统与配合阳管的外表面接触，以便密封和约束配合阳管并形成可靠的管接头。

发明具有若干优点。本发明的组合密封和约束系统能够将铸态延性铁配件连接并密封到配合的阳管区段。本发明的系统设计简单并且制造经济并且不需要对现有延性铁构件进行任何彻底的修改。本发明能够用于将延性铁配件连接到配合的管区段而不需要使组装复杂化的外部机械约束构件，并且可经受使用中的腐蚀或退化。通过在夹紧段和垫圈主体的橡胶之间提供机械的锁定，夹紧段被更加稳固的保持。不同尺寸或设计的夹紧段可以在相同垫圈主体中换进和换出。该设计也排除了对混乱的胶水或其它化学品的需求。在夹紧段上和管承口的口部区域中提供的正面挡块区域允许夹紧齿的最终夹紧力被更有效地控制，其中配合阳管由PVC制成。同样的密封和约束系统可以使用PVC、聚乙烯和延性铁管，取决于对构件部件材料的选择和对所有可用管尺寸包括，例如公制、英制以及IPS管尺寸的选择。

虽然本发明已经以其若干形式示出，但其并不因此被限制，可允许有不同的改变和修改而不背离其精神。

Claims (18)

1.一种组合密封和约束系统，用于插入设置在口部区域内的环状凹槽内，所述口部区域邻近铸态延性铁配件的端部开口定位，所述密封和约束系统能够使所述延性铁配件密封并约束到具有内表面和外表面的配合的阳管，所述密封和约束系统包括：

环状垫圈主体，所述环状垫圈主体由有弹力的弹性体材料制成，所述环状垫圈主体具有内周向区域和外周向区域，所述环状垫圈主体安装在设置于所述铸态配件的所述口部区域中的所述环状凹槽中，使得所述外周向区域与所述配件的口部区域一起形成密封，并且所述内周向区域形成用于配合的阳管的密封表面；

多个刚性夹紧段，所述夹紧段以关于所述铁配件的所述口部区域的水平轴线的倾斜角并以围绕所述环状垫圈主体的周边的预定间隔从所述环状垫圈主体向外延伸；

其中所述夹紧段包括通过厚度分隔的内平面和外平面，并且其中所述内平面具有至少一排夹紧齿，所述夹紧齿能够接合所述配合的阳管的所述外表面上的选定部位并向所述外表面施加夹紧力；并且

其中所述夹紧段通过所述垫圈主体的柔性弹性体延伸区域分隔，每个所述夹紧段在其基底处设有搁板区域，所述搁板区域具有在其中形成的锁定区域，所述锁定区域与所述垫圈主体的有弹力的弹性体材料的配合部分配合，由此所述夹紧段被机械地固定于所述垫圈主体。

2.根据权利要求1所述的组合密封和约束系统，其中当在横截面中观察时，所述环状垫圈主体包括前部鼻状区域和径向向内倾斜的密封表面，所述径向向内倾斜的密封表面形成用于在插入期间接合配合的阳管端部的唇状密封部。

3.根据权利要求2所述的组合密封和约束系统，其中所述夹紧段由金属形成并且位于所述垫圈主体的所述鼻状区域上均匀间隔开的位置，所述段通过所述垫圈主体的弹性体材料的区域分隔。

4.根据权利要求3所述的组合密封和约束系统，其中所述垫圈主体是注射模制的，并且所述夹紧段在注射模制操作期间被整体形成到所述垫圈主体中。

5.根据权利要求4所述的组合密封和约束系统，其中所述夹紧段具有终止于向下延伸的肩部中的倾斜外部区域，所述向下延伸的肩部形成正面挡块，所述正面挡块用于在安装在所述配件内时接合形成在所述配件的所述口部区域中的配合挡块区域。

6.根据权利要求5所述的组合密封和约束系统，其中所述配合的阳管由选自由聚氯乙烯、延性铁、聚乙烯和分子取向的塑料组成的组的材料制成。

7.一种组合密封和约束系统，用于插入设置在口部区域内的环状凹槽内，所述口部区域邻近铸态延性铁配件的端部开口定位，所述密封和约束系统能够使所述延性铁配件密封并约束到具有内表面和外表面的配合的阳管，所述密封和约束系统包括：

环状垫圈主体，所述环状垫圈主体由有弹力的弹性体材料制成，所述环状垫圈主体具有内周向区域和外周向区域，并且其中当在横截面中观察时，所述环状垫圈主体包括前部鼻状区域和径向向内倾斜的密封表面，所述径向向内倾斜的密封表面形成用于在插入期间接合配合的阳管端部的唇状密封部，所述环状垫圈主体安装在设置于所述铸态配件的所述口部区域中的所述环状凹槽内，使得所述外周向区域与所述配件的口部区域一起形成密封，并且所述内周向区域形成用于配合的阳管的密封表面；

多个金属夹紧段，所述夹紧段以关于所述铁配件的所述口部区域的水平轴线的倾斜角并以围绕所述环状垫圈主体的周边的预定间隔从所述环状垫圈主体向外延伸；

其中所述夹紧段包括通过厚度分隔的内平面和外平面，并且其中所述内平面具有至少内排夹紧齿和外排夹紧齿，所述内排夹紧齿和所述外排夹紧齿能够接合所述配合的阳管的所述外表面上的选定部位并向所述外表面施加夹紧力，并且其中所述内排上的齿比所述外排上的齿具有更大的径向高度；并且

其中所述夹紧段通过所述垫圈主体的柔性弹性体延伸区域分隔，每个所述夹紧段在其基底处设有搁板区域，所述搁板区域具有在其中形成的开口，所述开口接收所述垫圈主体的有弹力的弹性体材料的配合部分，由此所述夹紧段被机械地固定于所述垫圈主体。

8.根据权利要求7所述的组合密封和约束系统，其中所述夹紧段在所述垫圈主体的制造期间被整体形成到所述环状垫圈主体的所述前部鼻状区域中。

9.根据权利要求8所述的组合密封和约束系统，其中所述垫圈主体在注射模制操作期间与整体形成到所述垫圈主体中的所述夹紧段一起注射模制。

10.根据权利要求9所述的组合密封和约束系统，其中所述夹紧段具有终止于向下延伸的肩部中的倾斜外部区域，所述向下延伸的肩部形成正面挡块，所述正面挡块用于在安装在所述配件内时接合形成在所述配件的所述口部区域中的配合挡块区域。

11.根据权利要求10所述的组合密封和约束系统，其中所述配合的阳管由选自由聚氯乙烯、延性铁、聚乙烯和分子取向的塑料组成的组的材料制成。

12.密封和约束系统以及延性铁配件的组合，所述组合包括：

延性铁配件主体，所述延性铁配件主体具有设置在口部区域内的环状凹槽，所述口部区域紧邻所述延性铁配件主体的端部开口定位，所述口部区域还具有邻近所述延性铁配件主体的所述端部开口形成的内部挡块区域；

密封和约束元件，所述密封和约束元件能够使所述延性铁配件密封并约束到具有内表面和外表面的配合的阳管，所述密封和约束系统包括：

环状垫圈主体，所述环状垫圈主体由有弹力的弹性体材料制成，所述环状垫圈主体具有内周向区域和外周向区域，所述环状垫圈主体安装在设置于所述铸态配件的所述口部区域中的所述环状凹槽内，使得所述外周向区域与所述配件的口部区域一起形成密封，并且所述内周向区域形成用于配合的阳管的密封表面；

多个刚性夹紧段，所述夹紧段以关于所述铁配件的所述口部区域的水平轴线的倾斜角并以围绕所述环状垫圈主体的周边的预定间隔从所述环状垫圈主体向外延伸；

其中所述夹紧段包括通过厚度分隔的内平面和外平面，并且其中所述内平面具有至少一排夹紧齿，所述夹紧齿能够接合所述配合的阳管的所述外表面上的选定部位并向所述外表面施加夹紧力；并且

其中所述夹紧段通过所述垫圈主体的柔性弹性体延伸区域分隔，每个所述夹紧段在其基底处设有搁板区域，所述搁板区域具有在其中形成的锁定区域，所述锁定区域与所述垫圈主体的有弹力的弹性体材料的配合部分配合，由此所述夹紧段被机械地固定于所述垫圈主体。

13.根据权利要求12所述的组合密封和约束系统以及延性铁配件，其中所述夹紧段具有终止于向下延伸的肩部中的倾斜外部区域，所述向下延伸的肩部形成正面挡块，所述正面挡块用于在安装在所述配件内时接合形成在所述配件的所述口部区域中的配合挡块区域。

14.根据权利要求13所述的组合密封和约束系统以及延性铁配件，其中所述配件主体具有外表面，并且其中在所述外表面上的选定位置设置有操作孔眼，由此所述配件能够被推到配合的阳管端部上。

15.一种形成管接头的方法，所述方法包括以下步骤：

提供包括至少一个铸态延性铁管配件的流体管道系统，所述配件预先在铸造厂铸造，具有邻近其端部开口的口部区域，所述口部区域在其中具有环状凹槽，所述配件的所述端部开口的尺寸被确定为接收具有内表面和外表面的配合的阳管；

在后铸造操作中，在设置在所述铸态配件的所述端部开口中的所述环状凹槽中安装密封和约束系统，所述密封和约束系统具有至少部分地由有弹力的弹性体材料制成的环状的环形主体，所述环形主体具有内周向区域和外周向区域，所述环形主体安装在设置于所述铸态配件的所述口部区域中的所述环状凹槽中，使得所述外周向区域与所述配件的口部区域一起形成密封，并且所述内周向区域形成用于配合的阳管区段的密封表面；

其中设置有多个整体形成的夹紧段，用于向配合的阳管施加夹紧力，每个夹紧段具有外平面，每个夹紧段以围绕所述环状垫圈主体的周边的预定间隔从所述环状垫圈主体向外延伸，所述间隔足够允许所述垫圈主体弯曲，从而在后铸造操作时允许所述密封和约束系统被安装在所述管配件的所述口部区域中；并且

其中每个所述夹紧段在其基底处设有搁板区域，所述搁板区域具有在其中形成的开口，所述开口填充有所述垫圈主体的有弹力的弹性体材料，由此所述夹紧段被机械地固定于所述垫圈主体。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述垫圈主体通过注射模制形成，并且其中设置在所述夹紧段的所述搁板区域中的所述开口在注射模制步骤期间填充有所述垫圈主体的弹性体材料。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括之后通过将所述配件推到阳管上来将配合的阳管安装在所述铸态配件的所述口部区域的所述端部开口中的步骤，所述密封和约束系统接触所述配合的阳管的所述外表面以便密封并约束所述配合的阳管且形成可靠的接头。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述夹紧段具有终止于向下倾斜的肩部中的倾斜外部区域，所述向下倾斜的肩部形成正面挡块，所述正面挡块用于在安装在所述配件内时接合形成在所述配件的所述口部区域中的配合挡块区域。

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