CN110730883A - 用于球墨铸铁离心铸造管和配件的约束接头的新型确闭锁定系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于球墨铸铁离心铸造管和配件的约束接头的新型确闭锁定系统，该约束接头能够承受由于传递流体压力而产生的所有推力载荷并且能够对两个管的轴线提供某些角偏转。对于待联接的球墨铸铁管，承口(钟形)区段和插口(平端)区段被提供在管中。为了联接，平端插入钟形端中。随着水压猛增，接头由于轴向载荷增加而趋向于脱离。为了承受这些轴向载荷，在钟形端中提供周向腔，并且平端被提供有合适尺寸的焊珠。由于水压产生的轴向力通过焊接部经由锁定段传递到管承口。锁定段插入周向腔中，并且它们保持在腔和焊珠之间。周向腔具有合适的间隙，以在接头处提供所需的角偏移。

Description

用于球墨铸铁离心铸造管和配件的约束接头的新型确闭锁定 系统

技术领域

本发明涉及用于球墨铸铁离心铸造管和配件的确闭锁定(positive lock)联接系统。更具体地，本发明涉及用于球墨铸铁离心铸造管和配件的约束接头的确闭锁定系统及其组装过程。

背景技术

自20世纪50年代后期以来，球墨铸铁离心铸造管被用于分配饮用水和污水。由于其更好的结构特性和各种其它特征，这种类型的管是早期铸铁管的直接发展。

球墨铸铁管通过熔融金属的离心铸造来制造。若干类型的橡胶垫圈接头可与球墨铸铁管和配件一起使用，以适应各种应用。除了法兰式接头之外，以下两种类型的接头也是可能的：

a.推入式接头，

b.约束接头。

最广泛使用的接头是正常推入式接头。球墨铸铁管包括承口端和插口端。承口的内表面具有用于保持橡胶垫圈的槽。垫圈具有被称为“跟”的硬部分，该硬部分接合在承口的槽中以牢固地保持垫圈。垫圈的另一部分是球茎部分，其比垫圈的跟部分相对较软。垫圈的较软的球茎部分和较硬的跟部分均被硬化，以形成圆形的单个零件。下一个管的插口将具有锥形部分，以便于将插口端平滑地插入管的承口中。插口被插入到保持橡胶垫圈的承口中。插口对橡胶垫圈的软部分施加均匀的周向压力，并且管被推入承口中，直到插入标记的一条线进入承口中并且另一个插入标记可见。

内部静水压力垂直作用在任何平面上，其力等于压力乘以平面面积。径向作用在管内的这些力的所有分量由管的壁中的周向张力平衡。通过管的直区段作用在垂直于管的平面上的轴向分量在内部由作用在该平面的每侧上的力平衡。

然而，对于弯曲部来说，沿弯曲部的每个腿部轴向作用的力不平衡。这些力的矢量和是推力。为了防止接头分离，必须建立与推力相等且相反方向的反作用力。

常规球墨铸铁管接头是推入式接头。这些接头对接头分离不提供任何显著的阻力。

不平衡的推力在以下条件下产生：

·方向改变

·弯曲部处的推力-水平/垂直

·在Y形三通处的推力

·在减径处的推力

·在封闭端或阀门处的推力。

存在两种处理推力载荷上的不平衡的方式：

a)使用推力块/混凝土块；

b)使用约束管。

推力块是向推力提供阻力的最常用方法之一，是推力块的使用。通过将推力通过块的较大承载区域传递给土壤来提供阻力，使得对土壤的合成压力不超过土壤的承载强度。推力块的设计包括对于特定的一组条件确定块的适当承载区域。

提供推力约束的替代方法是使用约束接头。约束接头是一种特殊类型的推入式接头，其被设计为提供纵向约束。约束接头系统以类似于推力块的方式起作用，只要管系统的整个约束单元与土壤的反作用力平衡推力。

因此，替代上述混凝土推力块概念的是使用约束管方案，如带压盖和张紧环的机械螺栓约束接头、K型接头等。然而，现有约束接头在组装的容易性和速度、对大量部件的需要、接头压力等级方面具有局限性。

因此，在球墨铸铁管联接中需要技术先进的约束联接系统，其可以减少组装时间和困难，也可扩大球墨铸铁管应用领域的范围。

发明内容

为了消除现有技术的缺点，本发明旨在提供一种用于球墨铸铁离心铸造管和配件的锁定联接系统。

本发明的另一个目的是提供一种用于球墨铸铁离心铸造管和配件的约束接头的确闭锁定系统。

本发明的又一个目的是提供一种用于球墨铸铁离心铸造管和配件的约束接头的确闭锁定系统，其易于组装并且可以在受限制的条件下使用。

本发明的再一个目的是组装用于球墨铸铁离心铸造管和配件的约束接头的确闭锁定系统的方法。

为了消除现有技术的缺点并实现上述目的，本发明提供一种用于球墨铸铁离心铸造管的约束接头的新型确闭锁定系统。两个球墨铸铁管之间的确闭锁定接头通过将一个管的平端插入另一管的钟形端而获得。通过在平端上可用的焊珠和另一管的钟形承口的周向腔之间插入一系列锁定段来获得确闭锁定。所述接头包括：

a.由球墨铸铁制成的管的钟形承口1，

b.由球墨铸铁制成的另一管的平端2，

c.插入在平端的外周和承口1的内周之间的径向压缩的弹性体垫圈5，

d.在管的平端上在合适位置形成的焊珠4，

e.一系列锁定段3，通过切口窗8插入并在焊珠和周向向下突出的腔6之间旋转。

新管与常规球墨铸铁管承口相比具有一个额外的腔。该腔用作锁定腔。焊珠形成在管的插口上。在组装时，管道中产生的总推力载荷通过特殊设计的球墨铸铁锁定段从焊珠传递到承口的锁定腔。腔被设计为吸收由内部压力或拉力产生的所有轴向载荷，因此可以实现期望角偏转。以这种方式，所有的推力载荷被转换成轴向载荷，该轴向载荷由沿着本接头的一系列管共享并且最终通过其承载阻力传递到其周围的外部土壤/土地。

完成的组件形成自约束接头，因此不需要推力块。除了上述之外，本发明允许在通过水平钻孔及拉动管道的管道铺设的非开挖方法中使用这种管接头，这是由于其承受非常高的牵引力的能力。所发明的带有确闭锁定联接系统的这些球墨铸铁管快速组装，并且非常适合用于地震区、跨断层区、液化区以及跨越河海或水体与结构、浮动管道连接，在没有推力块或外部约束要求情况下铺设在陡坡上、矿区疏干和尾矿管道上，制雪应用。

根据具有一系列合适范围配件的EN545/ISO10804-1，可以制备在DN100至DN1800的不同尺寸范围内的确闭锁定系统。然而，承口锁定腔的结构根据尺寸相对于压力等级设计牵引力而变化。

新的确闭锁定系统已经扩大了球墨铸铁管应用的范围，因此被证明是一种先进的约束联接系统。

附图说明

由参考附图进行的示例性实施例的以下描述，本主题的前述和进一步的目的、特征和优点将变得显而易见，其中相同的附图标记用于表示相同的元件。

然而，应注意，附图仅例示本主题的典型实施例，并且因此，不应认为是对其范围的限制，因为主题可允许其它同等有效的实施例。

为了更全面地理解本发明的本质和目的，参考附图，其中：

图1例示根据本发明一实施例的接头在轴线A-A上的纵截面。

图2例示根据本发明一实施例的组件的前面视图。

图3例示根据本发明一实施例的在两个管的对准位置的组装零件的详细视图。

图4例示根据本发明一实施例的示出用于锁定的突出块的锁定段的侧视图。

图5例示根据本发明一实施例的锁定段的前面。

图6例示根据本发明一实施例的锁定段的等距视图。

具体实施方式

下面参考附图呈现本发明的各种实施例的详细描述。

参考附图详细描述本发明的实施例。然而，本发明不限于这些实施例，这些实施例仅被提供用于向本公开领域的技术人员更清楚地解释本主题。在附图中，相同的附图标记用于表示相同的部件。

说明书可能在若干位置提及“一”、“一个”、“不同”或“一些”实施例。这未必意味着这样的提及均是针对相同的实施例，或者特征仅适用于单个实施例。不同实施例的单个特征还可以组合以提供其它实施例。

如本文所使用的，单数形式的“一”和“所述”旨在也包括复数形式，除非另有明确说明。将进一步理解，术语“包括”和/或“包含”当在本说明书中使用时指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。应当理解，当一元件被称为“附接”或“连接”或“耦接”或“安装”到另一元件时，它可以直接附接或连接或耦接到另一个元件，或者可以存在中间元件。如本文所使用的，术语“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任意和所有组合及布置。

图描绘简化结构，该简化结构仅示出一些元件和功能实体，所有这些元件和功能实体都是逻辑单元，其实现方式可以不同于所示出的。

除非另外定义，否则本文使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。将进一步理解，诸如在常用词典中定义的那些术语应该被解释为具有与其在相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且将不以理想化或过于正式的意义被解释，除非在本文中明确如此定义。

本文描述的本发明涉及用于球墨铸铁管的约束式半柔性接头。它是一种承插管的自约束式半柔性联接系统。根据尺寸范围，接头可以偏转到设计角度。通过管道的水或其它流体在管筒的壁上施加内部压力，并且相同的力传递到相邻的管。所述锁定系统有助于通过成形在每各管的插口上的焊珠将所产生的推力经由锁定段将传递到下个管。完整的联接组件形成自约束接头，因此消除了对于推力块的需要，并且便于球墨铸铁管道的非开挖铺设。具有本联接系统的球墨铸铁管组装快速，并且非常适合用于地震区、跨断层区、液化区以及与结构、浮动管道、水力发电厂的连接，在没有推力块或外部约束要求的情况下，铺设在陡坡、消防给水干线和矿井脱水管道。

根据本发明一实施例，借助于特别制造的锁，在管承口和另一管插口上形成的焊珠之间实现锁定。腔以吸收由内部压力或拉力产生的所有轴向载荷的方式设计，因此可以实现期望的角偏转。

根据本发明一实施例，球墨铸铁管被设计为使得各个管使用锁定系统连接以形成一个完整的系统，而无需焊接、螺纹连接、测试、表面处理或没有松动问题。

根据常规设计，球墨铸铁管被提供以适应并促进约束联接，其中管的轴向移动通过机械装置被阻止。具有这些接头的球墨铸铁管理想地适用于铺设在松散土壤或沼泽地上的管道，在松散土壤或沼泽地上，人们不能在三通部位或弯曲部等处提供锚定块。该接头包括两个带有压盖、开口环和一组钩头螺栓的承插类型的管、螺母和垫圈的组件。管的插口端将被提供有焊珠。待联接的管的承口具有周向突出的套环。

根据一实施例，本发明涉及用于球墨铸铁管和球墨铸铁配件的约束接头的新型确闭锁定系统，该约束接头能够承受由于传递流体压力而产生的所有推力载荷并且对两个管的轴线提供某些角偏转。适用于这种类型的接头的每个球墨铸铁管被提供有钟形承口1和平端插口2。通常，平端插口2被推入管承口1中以进行两个管的联接。弹性体/橡胶垫圈5被放置于在钟形承口1中提供的垫圈腔7中。垫圈5的内径小于平端2的外径。因此，在组装期间，管的平端2径向压缩垫圈5以使接头水密。对于确闭锁定接头，在管的平端2的周缘上形成焊珠4。一系列锁定段3插入周向腔6中。锁定段3始终保持在焊珠4和周向腔6内表面9之间。锁定段3被设计为使得其具有处于合适的角度以消散所需方向上的所有轴向力的前面15并具有后圆形面14，从而其可以与承口腔面9配合以在接头处的轴向角偏转期间具有平滑的滑动。周向面9和14的半径和中心被计算以使得最大轴向力可以在两个轴线的所需角偏转下传递到管承口1。根据本发明，由于传递流体压力而产生的推力载荷应该从焊珠4传递到锁定段3并且从锁定段3传递到承口1的周向腔6。

根据另一个实施例，除了锁定段3的结构、锁定段的圆形面14和管承口1的面9的中心和半径之外，如图1示出的两个球墨铸铁管之间的确闭锁定接头类似于US3684320中解释的接头类型，其它参考专利是EP1460325A2、US6062611、US28883899、US7806445B2。

根据另一个实施例，如图3所示，接头包括一管的钟形承口1、另一管的平端2、在平端2的外周与承口1的内周之间的径向压缩的弹性体垫圈5、在管的平端2上在合适位置形成的焊珠4以及通过图2示出的切口窗8插入并在焊珠4和周向向下突出的腔6之间旋转的一系列锁定段3。锁定段3始终保持在管的平端2的外周上。锁定段3的在图5中的面16的半径应等于平端2的周缘的外径或在对平端2的周缘的外径所要求的限制下。平端2和钟形承口1均由球墨铸铁制成。锁定段3也由球墨铸铁铸造。由于弹性体垫圈5的可压缩性能，接头借助弹性体垫圈5是水密的。垫圈5的内径小于待插入垫圈5中的管的平端2的外径。因此，在插入之后，垫圈5被压缩在一个管的平端2和另一管的承口2的垫圈腔7之间。

在水或其它流体传输期间，管体内的压力增加。这导致产生周向载荷和轴向载荷。周向载荷由管体本身承受。由于轴向载荷，接头倾向于将自身拆开。由于水压产生的轴向载荷传递到管的平端2。在确闭锁定接头中，在焊珠4中可感知来自平端2的轴向载荷，因为焊珠4被结合到平端2。产生的这种轴向载荷从焊珠4传递到锁定段3，因为两者具有彼此接触的面。锁定段3的在图4中的面15与焊珠4接触。锁定段3的面15的倾斜被设计为使得轴向负载可以沿朝向锁定段3的后圆形面14的所需方向传递。从焊珠4传递到锁定段3的轴向载荷然后传递到管的承口1。该载荷通过锁定段3的后面14传递到承口1的周向腔6的径向面9。管的承口1将被设计为使得其能够承受传递到其的所有轴向力，不管该轴向力是否是由于输送流体的工作压力、浪涌引起的载荷等。

面14和9两者应具有相同的半径，以便在接头轴向偏转和载荷传递的同时更好地配合和平滑滑动。在锁定段的前面15和腔6的起始位置之间提供间隙，以便于接头的角偏转。锁定段3的面14的宽度被计算，以在接头的最大角偏转期间具有最大接触，从而可以传递最大轴向载荷。锁定段3的突出块和面14的高度被计算以使其可以足以以所需方向和最小幅度传递载荷。面14的高度和宽度的适当组合导致优化至管的承口1的轴向载荷传递以及这些载荷对管的平端2的反作用力，从而可以以最佳主体厚度生产管。

腔12被提供为具有管的平端2和腔11与承口1的内壁的间隙。

环10将类似于机械止动件对比推荐的更高角偏转起作用。

根据本发明的另一实施例，作为接头的一部分的一系列锁定段3借助于捆扎带18始终保持在管的平端2的外周上。锁定段3的底面16的半径保持等于平端的周缘的外径或在对平端的周缘的外径所要求的限制下。锁定段3设有向外突出的端部止动件17(图6)，以为捆扎带提供壳体并且在组装期间有助于锁定旋转。锁定段3被提供有具有最大球径的后球形面14，以获得最大切角。作为接头组件的一部分的锁定段3的后球形面14的最大球径导致承口的较高的轴向负载吸收能力。锁定段被提供有前面15，前面15相对于水平线稍微倾斜以将轴向载荷引导到所需方向。

承口在锁定面15和腔6的端面之间具有间隙6A，以在接头的角偏转期间为锁定段提供足够的空间。每个锁定段是圆环中的某一角度的扇形段，具有突出的突出部，该突出的突出部被设计为使得在承口周向腔6上实现均匀的载荷分布并且可以在组装期间自由旋转。

钟形承口1被提供有环10，环10用作机械止动件以限制所允许的最大角偏转并且在较高流体压力下用作设计安全特征件。直径被选择为在任何情况下实现最大可允许的角偏转。

根据另一实施例，本发明提供了用于球墨铸铁离心铸造管及配件的约束接头的确闭锁定系统的组装安装的过程。所述过程涉及以下步骤：

1、承口准备：将锁插入腔保持在顶侧，以便于锁的容易插入。清洁承口内部槽，如垫圈安置槽、锁保持腔等。清除所有灰尘和异物。通过用合适的润滑剂润滑垫圈槽来固定垫圈。为此，由制造商在密封槽表面上仔细擦拭与管一起供应的润滑剂薄膜。在垫圈中形成圈，并且所述垫圈固定到承口中，使得外侧的硬橡胶爪接合在承口中的保持槽中。首先将较下的部分插入垫圈槽的保持腔中，然后将心形成形部展开以将其固定到垫圈安置槽中。轻轻撞击垫圈以将垫圈恰当地固定在槽中。一旦垫圈正确安置，在垫圈顶面涂上一薄层润滑剂。

2、插口准备：用软丝刷/漆刷清洁插口端的表面。刚好在组装之前，在具有焊珠的管的插口端，特别是在倒角/斜面区域，放置润滑剂的薄层。

3、接头组装：一旦插口准备好，其被安置于承口中。在被拉入时并且直到锁定段被装配为止，管不必处于角偏转。锁定段通过提供在承口面内的窗逐个地插入，然后将锁定段沿管的周向分布，左右交替工作。然后，将所有段沿一个方向旋转移动，直到最后一段可以通过承口的端面中的开口插入，并且可以移动到提供可靠锁定的位置。通过承口的端面中的开口应该可看到最后一个锁定段上的隆起部中的仅一小部分。如果任何段卡住，它们应该在管悬挂在吊索上时通过移动管用锤子轻轻敲击将其移动到其预期位置。

4、锁定：沿向外的方向将所有锁定段拉回，直到它们接触并压靠在保持腔的斜面上。如图所示，缆绳/尼龙条带围绕锁定段的外周夹紧并被足够远地充分拧紧以便仍然允许锁定段移动。锁定段被排列成使得它们在其整个周向区域上抵靠管筒而不重叠。管的一端在铺设时朝向侧部(轴向)拉动，使得焊珠与所有锁定段接触。确保所有锁定段均匀排列并拧紧夹紧条带，直到锁定段围绕其整个外周牢固地抵靠管。现在，进一步移动锁定段应该是不可能的。当管处于未偏转状态时，所有锁定段应当远离承口面大致相同的纵向距离。一旦接头完全组装成对准状态，将插口向外拉至最大，并根据需要设定角偏转。

5、拆卸：确保拆卸前组件处于对准状态。在对准状态之后，将管沿其轴线推入承口，直到它处于邻接，并通过承口面中的开口移除锁定段。逐个移除所有锁定段，并且将借助工具和索具拆卸接头。

相对于现有约束接头的优点：

1、可以实现高压额定值，因此使该产品在没有推力块结构的情况下用于高压线。

2、组装时间短：新设计的接头可在20-30分钟内被组装(对于平均DN 1000尺寸)，而常规约束接头需要120-180分钟进行组装，因此提高管道铺设速度。

3、组装零件数量较少：新设计的接头组件具有少的多的组装零件。因此使组装过程变得更高效和方便。

4、本发明的接头设计的较高的可允许角偏转减少了同一管道需要的配件的数量。本发明的用于约束接头DI管的确闭锁定系统与相同的接头配件相结合，使整个管道系统高度灵活并且设计及铺设方便。

5、更广泛的应用领域：新的接头已经扩大了约束DI管的应用范围。由于DI管中的确闭锁定系统，这些管可以通过拖曳技术铺设，诸如水平定向钻井、使管道在水体上浮动以及通过拖曳技术铺设管等。常规约束管或标准推入式接头DI管不能通过这些方法铺设。

6、本发明的产品显著降低整个管道的总成本。

应用领域：

1、不带推力块的球墨铸铁管道。

2、高压应用。

3、陡坡上的管道。

4、非开挖球墨铸铁管道。

5、桥梁管道。

6、制雪管道。

7、消防干线。

8、通过水平定向钻孔的铺设。

9、使管道在沼泽地区/河流或水体中浮动。

尽管已经参考特定实施例描述了本发明，但是该描述并不意味着以限制意义来解释。在参考本发明的描述时，所公开的实施例的各种修改以及本发明的替代实施例对于本领域技术人员而言将变得显而易见。因此，预期到在不脱离如所限定的本发明的精神或范围的情况下可以进行这类修改。

Claims (9)

1.一种用于球墨铸铁离心铸造管和配件的约束接头的确闭锁定系统，包括：

钟形承口(1)和平端插口(2)，被提供在球墨铸铁管上，使得所述平端插口(2)被推入管承口(1)中以进行两个管的联接；

弹性体/橡胶垫圈(5)，被放置于在钟形承口(1)中提供的垫圈腔(7)中；

焊珠(4)，被提供在所述管的平端(2)的周缘上；

一系列锁定段(3)，通过切口窗(8)插入并在所述焊珠(4)和周向腔(6)的内面(9)之间旋转；

腔(12)，被提供为具有管的平端(2)和腔(11)与所述承口(1)的内壁的间隙；

其中所述垫圈(5)的内径小于所述平端(2)的外径，使得所述管的平端(2)能够径向压缩所述垫圈(5)，以使所述接头水密；

其中所述钟形承口(1)进一步被提供有环(10)，该环(10)用作机械止动件以限制允许的最大角偏转，并在较高流体压力下作为设计安全特征件工作；

其中锁定段(3)具有处于合适角度以消散所需方向上的所有轴向力的前面(15)和与承口腔面(9)配合用于所述接头处的轴向角偏转期间的平滑滑动的后圆形/球形面(14)；

其中周向面(9)和周向面(14)的半径和中心被计算为使得最大轴向力能够在两个轴线的所需角偏转下传递到管承口(1)；并且

其中由于传递流体压力而产生的推力载荷从焊珠(4)传递到所述锁定段(3)并从锁定段(3)传递到所述承口(1)的周向腔(6)。

2.如权利要求1所述的锁定系统，其中所述锁定段(3)始终在所述管的平端(2)的外周上。

3.如权利要求1所述的锁定系统，其中锁定段(3)的底面(16)的半径等于所述平端(2)的周缘的外径或在对所述平端(2)的周缘的外径所要求的限制下。

4.如权利要求1所述的锁定系统，其中面(14)和面(9)两者具有相同的半径，使得在接头轴向偏转和载荷传递期间能够更好的配合及平滑滑动。

5.如权利要求1所述的锁定系统，其中间隙(6A)被提供在所述锁定段(3)的前面(15)和腔(6)的端面之间，以便于所述接头的角偏转。

6.如权利要求1所述的锁定系统，其中锁定段(3)的突出块和面(14)的高度被计算以使得其足以以所需方向和最小幅度传递载荷。

7.如权利要求1所述的锁定系统，一系列锁定段(3)借助捆扎带(18)保持在所述管的平端(2)的外周上。

8.如权利要求1所述的锁定系统，其中锁定段(3)被提供有向外突出的端部止动件(17)，以为捆扎带(18)提供壳体并且在组装期间便于锁定旋转。

9.如权利要求1所述的锁定系统，其中所述平端(2)和钟形承口(1)由球墨铸铁制成。

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