CN110469728B - 一种异形密封圈、环压式管件及安装方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种异形密封圈，包括一体成型的橡胶密封元件和设置在所述橡胶密封元件内壁上的至少一个凸环。所述异形密封圈为橡胶或者硅橡胶材质制成的一种非标准结构的密封件，其主体结构包括橡胶密封元件和一体连接在橡胶密封元件内壁上的一个或者多个凸环。为了实现异型密封圈的良好密封，本申请还提供了一种改进型环压管件及其安装方法，用于替代现有的环压管件，具有良好的静态和动态密封性能，抗压能力强，抗曲挠能力好的特点，解决了现有环压管件不耐曲挠，管材弯曲后容易发生密封失效的问题。同时，本发明还提供一种管件环压安装方法，用于实现对具有异形密封圈的改进型管件的装配密封安装，提高管件的抗曲挠能力和抗曲挠耐受度。
Description
技术领域
本发明涉及管材管件领域，尤其是涉及管材管件的密封连接装置领域，具体涉及一种异形密封圈、环压式管件及安装方法。
背景技术
现有的不锈钢管件密封方式主流的可以分为O型圈密封、螺纹密封和环压式密封。O型圈密封的最大优势就是安装方便，密封性能好，对于连接件的结构要求不高，通过O型圈的压缩实现密封效果。
螺纹密封是通过螺纹连接提供压力，然后将需要密封的构件接触密封面通过密封材料填实，压紧，从而实现密封效果，螺纹密封的优点在于利于安装和拆卸，承受的压力值也相对较高，但是对于相互密封的构件结构要求较高，需要制造单独的密封面，且对于薄壁管件还需要单独制作密封头，否则就无法采用螺纹进行密封。
环压式不锈钢管件是另一种性价比高的新型管道连接件。环压式不锈钢管的特点:静态密封性能好，腔体式密封，密封材料选用圆柱状的硅橡胶或其他橡胶。环压式密封方式的静态密封效果还可以，但是由于环压型管材为薄壁，无法将密封件的厚度增加，因此存在比较明显的弊端就是抗曲挠能力弱。如果管材通过环压式密封后，由于发生曲挠变形，那么环压的接头部分就很容易发生泄漏，从而导致密封失效。
发明内容
为了解决现有薄壁不锈钢管环压或管件密封技术存在的抗曲挠能力弱的问题，本申请提供一种异形密封圈及环压式管件的安装方法。用于实现对现有的环压型管件进行替换，解决现有环压型管件抗曲挠能力弱的问题。
首先，在对本发明技术进行阐述之前，对现有环压型管件抗曲挠能力弱的原理和本发明从根本上解决环压型密封圈抗曲挠能力弱的原理进行对照阐述。要想解决抗曲挠的问题最主要的就是管材发生弯曲后，对连接接头处产生内应力甚至变形和位移，虽然这个数值是非常小的，但是极易造成密封失效而发生泄漏。解决这一技术问题的最好方式就是加大密封件的厚度，让密封件有足够的形变来弥补或者填补形变或者位移，保持良好的密封状态；但是，由于薄壁不锈钢管件的端口很薄，无法将容纳密封件的端口进一步扩大，否则就不能实现环压密封。因此，基于这一原由，申请人发明了一种异形密封圈用于替代现有的均厚度的筒状厚皮橡胶，既能够满足环压要求，同时也能够更好的提供密封效果，抗曲挠密封性能明显增加。
为了达到上述目的，本申请所采用的技术方案为：
一种异形密封圈，包括工地现场压槽成型的橡胶密封元件端和设置在所述橡胶密封元件外壁上的至少一个凸环的密封件。其主体结构包括筒状橡胶密封元件和一体连接在橡胶密封元件内壁上的一个或者多个凸环。所述橡胶密封元件是用于套接在橡胶密封元件材上，在环压时，橡胶密封元件随着管件的扩张段变形而发生变形，使得橡胶密封元件在环压处所在截面的圆周都收到来自于管件的压力，使得橡胶密封元件仅仅的贴合在管材的外表面上，实现密封。然而，这种密封状态与现有的环压式密封并无实质区别，在管材受到其他外力作用时，会发生形变，弯曲，对于环压处也会施加一个来自径向和轴向的复合外力，因此，在这种情况下，橡胶密封元件的受力是不均匀的，就容易产生密封失效。然而，本申请中的橡胶密封元件内壁上设置的凸环由于截面厚度会明显高于橡胶密封元件的厚度，所以其弹性形变能力会高很多，在管材发生曲挠的情况下，对接头处产生的形变或者微小的位移变化，凸环的自身弹性形变量足以弥补和自适应填充，依然可以达到良好的密封效果。这就是本申请中异形密封圈实现提高环压型管材抗曲挠能力的关键之所在。这一技术问题是困扰管材行业许多年的技术问题，人们目前解决这一问题的方式往往都是选择其他成本更高的密封连接方式，或者因长时间使用发生曲挠泄漏再进行重新连接接头进行维修，并没有从根本上解决环压型管件抗曲挠密封的技术问题。
为了满足DN15-DN100每个尺寸的薄壁管件的连接，优选地，如表四所示的所述凸环的径向高度依序为h＝1.4-4.9mm，凸环的轴向宽度依序为l＝2.5-9mm。值得说明的是，按照本申请的构思，其制造的尺寸包含但不限于上述公开的尺寸范围，可以增加到更大，只要能够满足匹配的环压管件的尺寸，不会出现管件压裂或者环压不足而密封失效的问题都是可以的。但是目前而是并无必要，其原因是按照我国国标GB/T33926和GB/T19228.1的规定，主要使用的管材规格为DN15-DN100，超过DN100的属于超大口径管材，其承受的压力和使用范围已经不适合采用薄壁，以不会采用环压式密封连接，故而上述凸环的尺寸仅仅是为了兼容现有薄壁管材，提高本发明的实用性，并非是本发明能够制造和使用的极限。
优选地，所述凸环的截面形状为半圆形或梯形。由于对环压管材要做好最好的环压保护，避免出现裂纹后应力集中，因此凸环优选使用半圆形。作为本领域技术人员应当理解到，由于环压处处于应力集中的线密封，而非面密封，因此，采用梯形和矩形截面亦是可以达到密封效果，同样具有抗曲挠能力。
其次，本发明还提供一种用于配套所述异形密封圈的环压式管件，具体如下：
一种环压式管件，包括相互嵌套插入的管材和管件，所述管材和管件之间设置有上述异形密封圈。
优选地，所述管件端头包括用于承插配合插接所述管材的嵌套段，所述嵌套段继续向外扩张延伸形成直径大于所述嵌套段的扩张段，所述扩张段内壁与管材之间的空间能安装有所述异形密封圈。
优选地，所述管材上具有通过环压形成的用于容纳所述凸环的凹环。所述凹环是用于容纳凸环的，所述凹环的截面积等于凸环自然状态下的横截面积，在环压成型后，受压缩的凸环在管材发生曲挠变形时，能够在自身弹性形变能力下进行弥补实现密封的保持。
一种环压式管件的安装方法，具体包含如下步骤：
S10测量并确定凹环(5)位置:根据待环压连接的管件(6)的嵌套段(8)的距离测量并确定需要在管材(4)端口上进行环压所述凹环(5)距离管材(4)端面的轴向距离；
S20凹环(5)的宽度和深度：或按标准表格中的L进行压槽，可在标准表格表四中得到；根据待安装的异形密封圈(1)上设置的凸环(3)的规格确定，具体按照凸环(3)的径向高度h和轴向宽度l经压缩后使凸环(3)的体积与凹环(5)容积相等；
S30压槽：利用压槽机压槽，在管材(4)上形成凹环(5)，凹环(5)的数量和间隔距离与异形密封圈(1)上的凸环(3)保持一致；具体参数与表四中所列数据一致；
S40安装异形密封圈(1)：将带有凸环(3)的异形密封圈(1)套设在管材(4)上并将凸环(3)对准所述凹环(5)；
S50管材(4)与管件(6)的装配：将步骤S40中的管材(4)插入管件(6)中，直到管材(4)端面与管件(6)的嵌套段(8)底部接触；
S60环压成型：利用GB/T33926配置标准环压工具在管件(6)端面和距离端面最近的凸环(3)之间的位置进行环压成型。成型后承插口和环压处缩径按橡胶两倍厚度的15％-30％形成密封。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是异形密封圈的立体结构图；
图2是异形密封圈的俯视图；
图3是图2中沿剖切符号A-A的剖视图；
图4是图3中A区结构放大图；
图5是单凸环与管材套接剖视图；
图6是双凸环与管材套接剖视图；
图7是单凸环管件连接剖视图(未环压)；
图8是双凸环管件连接剖视图(未环压)；
图9是单凸环管件环压成型剖视图；
图10是双凸环管件环压成型剖视图；
图11-图13是现有的环压式管件结构的装配示意图；
图14是90°弯头管件半剖视图；
图15是本发明90°弯头管件一端环压后的局部剖视图；
附图标记：1-异形密封圈；2-橡胶密封元件；3-凸环；4-管材；5-凹环；6-管件；7-扩张段；8-嵌套段；l-凸环轴向宽度；h-凸环径向高度。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，本申请的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，本申请的描述中若出现术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解。
实施例1：
结合说明书附图1-8所示的一种异形密封圈，包括一体成型的橡胶密封元件2和设置在所述橡胶密封元件2内壁上的至少一个凸环3。所述异形密封圈1为橡胶或者硅橡胶材质制成的一种非标准结构的密封件，其主体结构包括橡胶密封元件2和一体连接在橡胶密封元件2内壁上的一个或者多个凸环3。所述橡胶密封元件2是用于套接在管材4上，在环压时，橡胶密封元件2随着管件6的扩张段7变形而发生变形，使得橡胶密封元件2在环压处所在截面的圆周都收到来自于管件6的压力，使得橡胶密封元件2紧紧的贴合在管材4的内外表面上，实现密封。然而，这种密封状态与现有的环压式密封并无实质区别，在管材4受到其他外力作用时，会发生形变，弯曲，对于环压处也会施加一个来自径向和轴向的复合外力，因此，在这种情况下，橡胶密封元件2的受力是不均匀的，就容易产生密封失效。然而，本申请中的橡胶密封元件2内壁上设置的凸环3由于截面厚度会明显高于橡胶密封元件2的厚度，所以其弹性形变能力会高很多，在管材4发生曲挠的情况下，对接头处产生的形变或者微小的位移变化，凸环3的自身弹性形变量足以弥补和自适应填充，依然可以达到良好的密封效果。这就是本申请中异形密封圈1实现提高环压式管件抗曲挠能力的关键之所在。这一技术问题是困扰管材行业许多年的技术问题，人们目前解决这一问题的方式往往都是选择其他成本更高的密封连接方式，或者因长时间使用发生曲挠泄漏再进行重新连接接头进行维修，并没有从根本上解决环压式管件抗曲挠密封的技术问题。
为了满足更多尺寸的薄壁管件的连接，本实施例中，所述凸环3的径向高度如表四所示，依序为h＝1.4-4.9mm，凸环3的轴向宽度如表四所示，依序为l＝2.5-9mm。值得说明的是，按照本申请的构思，其制造的尺寸包含但不限于上述公开的尺寸范围，可以增加到更大，只要能够满足匹配的环压式管件的尺寸，不会出现管件压裂或者环压不足而密封失效的问题都是可以的。但是目前而是并无必要，其原因是按照我国国标GB/T33926和GB/T19228.1的规定，主要使用的管材规格为DN15-DN100，超过DN100的属于超大口径管材，其承受的压力和使用范围已经不适合采用薄壁，以不会采用环压式密封连接，故而上述凸环3的尺寸仅仅是为了兼容现有薄壁管材，提高本发明的实用性，并非是本发明能够制造和使用的极限。为了更进一步的凸显本实施例中所述异形密封圈的抗曲挠能力，申请人将现有环压式管件筒状薄皮橡胶壁厚和最大压缩量进行如下展示并论述：
表一：GB/T33926的国家标准(长度单位：毫米；硬度单位：邵氏硬度/度)
本领域专业人员应当知道：
1、线密封的可靠性高于面密封；
2、O型圈密封由于筒状橡胶的密封；
3、GB/T33926面密封比GB/T19928.1的O型密封差很多倍；
4、改为带内凸环的密封后，改进了GB/T33926的密封效果。
以下内容为GB/T19928.1卡压式管件的橡胶厚度和抗曲挠度如下(O型圈)：
表二：GB/T19228.1的国家标准(长度单位：毫米；硬度单位：邵氏硬度/度)
由表1中可以看出，一般密封件弹性压缩量的大小与密封件的材料有关，橡胶密封件的装配最大弹性压缩量一般为自然状态下的30％，其中用于实现接触密封用于抵消流体压力的压缩量一般会用到20％，预留10％的作为补偿余量，否则在流体压力波动，出现峰值压力时容易发生泄漏。然而，表一中10％的预留补偿余量明显低于表2中的O型圈的补偿余量。可见，GB/T19228.1的产品在抗曲挠度方面明显优于GB/T33926，基本达到了传统环压式的2.5-4.55倍；但是，尽管如此，在实际使用中发现GB/T19228.1的产品亦不具有很好的抗曲挠效果。由此可见，当采用本实施例中的异形密封圈1按照DN100的大尺寸薄壁管件参数要求，设计的高度为4.9毫米，其10％的弥补余量还有0.49毫米，与GB/T19228.1中O型圈胶圈补偿余量的近2.5倍，在经过环压后，无论处于静态密封抗压能力，还是抗曲挠的余量保留都明显优于表二中的数据，提高了GB/T33926的密封效果。
具体如下所示：(GB/T33926管件的橡胶厚度和抗曲挠度)
表三：环压式管件中筒状薄皮橡胶壁厚和最大压缩量表误差±10％(长度单位：毫米；硬度单位：邵氏硬度/度)
本实施例中，所述凸环3的截面形状为半圆形或梯形。由于对环压管材要做好最好的环压保护，避免出现裂纹后应力集中，因此凸环3优选使用半圆形或梯形。
实施例2:
结合说明书附图1-8所示的一种环压式管件，包括相互嵌套插入的管材4和管件6，所述管材4和管件6之间设置有实施例1中所述的异形密封圈1。
本实施例中，所述管件6端头包括用于承插所述管材4的嵌套段8，所述嵌套段8继续向外扩张延伸形成直径大于所述嵌套段8的扩张段7，所述扩张段7内壁与管材4之间的空间安装有所述异形密封圈1。
本实施例中，所述管材4上具有通过滚槽机滚槽形成的用于容纳所述凸环3的凹环5。所述凹环5是用于容纳凸环3的，所述凹环5的截面积等于凸环3自然状态下的横截面积，在环压成型后，受压缩的凸环3在管材4发生压缩形变时，能够在自身弹性形变能力下进行弥补实现密封的保持。
实施例3：
本实施例提供一种环压式管件的安装方法，以确保实施例1和实施例2中的异形密封圈1、管材4和管件6的配合密封安装，结合说明书附图1-10所示，具体包含如下步骤：
S10按照表四中数据测量并确定凹环5位置:根据待环压连接的管件6的嵌套段8的距离测量并确定需要在管材4上进行环压所述凹环5距离管材4端面的轴向距离；
S20按表四中尺寸测量并确定凹环5的宽度和深度：根据待安装的异形密封圈1上设置的凸环3的规格确定，具体按照凸环3的径向高度h和轴向宽度l的70％选取定值；
S30压槽：利用压槽机压槽，在管材4上形成凹环5，凹环5的数量和间隔距离与异形密封圈1上的凸环3保持一致，具体尺寸如表四中所示；
S40安装异形密封圈1：将带有凸环3的异形密封圈1套设在管材4端口上并将凸环3对准所述凹环5；
S50管材4与管件6的装配：将步骤S40中的管材4插入管件6中，直到管材4端面与管件6的嵌套段8底部接触；
S60环压成型：利用GB/T33926所述标准的环压工具在管件6端面和距离端面最近的凸环3之间和嵌套段8与最近凸环3之间的位置进行环压成型，如图9或图10示出的结构。为了直观的进行对比图11-13示出了现有技术的安装过程及环压后的状态。
采用本实施例中的环压方法对现有的市售最通用的关键公称尺寸DN为15-100的环压后的参数配置如下表四所示：
表四：为环压式管件的尺寸参数
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种异形密封圈，用于环压式管件的密封，该环压式管件包括相互嵌套插入的管材(4)和管件(6)，其特征在于：所述异形密封圈设置于所述管材(4)和管件(6)之间，所述异形密封圈包括一体成型的橡胶密封元件(2)和设置在所述橡胶密封元件(2)内壁上的至少一个凸环(3)，所述管材(4)上具有通过环压形成的用于容纳所述异形密封圈(1)上设置的凸环(3)的凹环(5)；其中，所述凸环(3)的轴向宽度大于所述橡胶密封元件(2)的厚度。
2.根据权利要求1所述的一种异形密封圈，其特征在于：所述凸环(3)的径向高度h＝1.4-4.9mm，凸环(3)的轴向宽度l＝2.5-9mm。
3.根据权利要求1所述的一种异形密封圈，其特征在于：所述凸环(3)的截面形状为半圆形或梯形。
4.一种环压式管件，包括相互嵌套插入的管材(4)和管件(6)，其特征在于：所述管材(4)和管件(6)之间设置有权利要求1-3中任一项所述的异形密封圈。
5.根据权利要求4所述的一种环压式管件，其特征在于：所述管件(6)端头包括用于承插配合插接所述管材(4)的嵌套段(8)，所述嵌套段(8)继续向外扩张延伸形成直径大于所述嵌套段(8)的扩张段(7)，所述扩张段(7)内壁与管材(4)之间的空间能安装有所述异形密封圈(1)。
6.一种用于安装权利要求4或5所述的环压式管件的方法，其特征在于，具体包含如下步骤：
S10测量并确定凹环(5)位置：根据待环压连接的管件(6)的嵌套段(8)的距离测量并确定需要在管材(4)上进行环压所述凹环(5)距离管材(4)端面的轴向距离；
S20测量并确定凹环(5)的宽度和深度：根据待安装的异形密封圈(1)上设置的凸环(3)的规格确定，具体按照凸环(3)的径向高度h和轴向宽度l经压缩后使凸环(3)的体积与凹环(5)容积相等；
S30压槽：利用压槽机压槽，在管材(4)上形成凹环(5)，凹环(5)的数量和间隔距离与异形密封圈(1)上的凸环(3)保持一致；
S40安装异形密封圈(1)：将带有凸环(3)的异形密封圈(1)套设在管材(4)上并将凸环(3)对准所述凹环(5)；
S50管材(4)与管件(6)的装配：将步骤S40中的管材(4)插入管件(6)中，直到管材(4)端面与管件(6)的嵌套段(8)底部接触；
S60环压成型：利用GB/T33926所使用的环压工具在管件(6)端面和距离端面最近的凸环(3)之间和嵌套段(8)与最近凸环(3)之间的位置进行环压成型。
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