CN113653865A - 一种地下管网管道连接密封装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地下管网管道连接密封装置及方法，所述装置由承口、管道、O形密封圈、人字星形支承和挡土环组成；所述O形密封圈为环状结构，截面为圆形；O形密封圈由气相硅胶材料制成，其邵氏硬度为30‑60、断裂伸长率为300‑400％、压缩永久变形系数为15‑30％；所述人字星形支承为环状结构，截面为人字形；人字星形支承由丁腈橡胶材料制成，其邵氏硬度为70‑90、断裂伸长率为100‑200％、压缩永久变形系数为17‑30％；人字星形支承截面为以中间的纵轴为对称轴的结构。本发明管道承插连接为柔性连接，能够在管道连接发生相对位移时提供柔性补偿，保证密封工作的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于市政工程管网连接技术领域，具体涉及一种地下管网管道连接密封装置及方法。
背景技术
地下管网是为城市地下基础设施防涝、排水等而设置的。地下管网管道的连接多采用承插连接，且多数连接均采用刚性连接，或虽连接有一定的柔性，但柔性不够，这样：1)在地下水位较高时，管网管道受地下水浮力作用，管道会发生上浮，管道连接会发生相对位移而破坏连接，导致密封失效；2)管网管道在周围填埋土壤不均匀沉降和自重作用下，管道连接会发生相对位移而破坏连接，导致密封失效；3)管网管道在跌水作用下会产生振动，管道连接会发生相对位移而破坏连接，导致密封失效。
已公开的专利“一种承插连接管件”，公开号CN201628031U，管道承插连接是通过卡扭卡固的刚性连接方式，管道连接发生相对位移时缺少轴向、径向的柔性补偿，会破坏连接，且这种插、旋、卡固的安装施工方式仅适用于小管径连接。密封采用高弹性密封橡胶圈，为轴向压缩径向密封，压缩量不变，无补偿，密封工作可靠性差。
已公开的专利“一种塑料检查井承口的密封连接方法”，公开号CN102518199B，连接结构采用承插结构，连接为采用热熔焊接的刚性连接方式，在管道连接发生相对位移时缺少轴向、径向的柔性补偿，会破坏连接，且这种焊接连接的安装施工方式，工作量大，效率低，劳动强度大，仅适用于中小管径连接。密封采用密封填料加密封圈密封组合结构形式，为轴向密封，这样密封结构，填料施工不均匀，施工难度大，使用中易受力失效，密封工作可靠性差。
发明内容
本发明的目的是提供一种地下管网管道连接密封装置及方法，来解决地下管道连接的柔性补偿和密封可靠性问题。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：一种地下管网管道连接密封装置，所述装置由承口、管道、O形密封圈、人字星形支承和挡土环组成；其中，
所述O形密封圈为环状结构，截面为圆形；O形密封圈由气相硅胶材料制成，其邵氏硬度为30-60、断裂伸长率为300-400％、压缩永久变形系数为15-30％；
所述人字星形支承为环状结构，截面为人字形；人字星形支承由丁腈橡胶材料制成，其邵氏硬度为70-90、断裂伸长率为100-200％、压缩永久变形系数为17-30％；人字星形支承截面为以中间的纵轴为对称轴的结构；
人字星形支承有两种结构形式，第一种结构形式为：在人字星形支承外侧以及内侧的两边均开设有用以放置O形密封圈的半开状环形圆槽；外侧的环形圆槽与内侧的环形圆槽之间，以及内侧的环形圆槽之间均设有圆弧；第二种结构形式与第一种结构形式相反，为倒立的人字星形结构，即：在人字星形支承外侧的两边以及内侧均开设有用以放置O形密封圈的半开状环形圆槽；外侧的环形圆槽与内侧的环形圆槽之间，以及外侧的环形圆槽之间均设有圆弧；
所述O形密封圈嵌入人字星形支承的环形圆槽中，并与人字星形支承形成组合弹性密封圈，人字星形支承对O形密封圈的截面包络长度为圆周的55-70％；
所述组合弹性密封圈与承口和管道通过过盈配合连接；
所述挡土环为环状结构，挡土环套设在管道上，用以封住组合弹性密封圈，防止泥土侵入。
较佳地，在第一种结构形式的人字星形支承截面中，外侧的半开状环形圆槽的圆心到人字星形支承截面中心的距离是内侧的半开状环形圆槽的圆心到人字星形支承截面中心的距离的1/3～1/2。
较佳地，人字星形支承截面中心的确定方式为：以人字星形支承截面的中心线为基准线，分别从两个内侧的半开状环形圆槽的圆心引一条虚拟线，虚拟线与中心线的夹角α为110°～130°；三条线的交点为所述人字星形支承截面中心。
较佳地，所述承口和管道由金属或塑料制成；所述挡土环由工程塑料制成。
本发明还公开了一种地下管网管道连接密封装置的连接密封方法，步骤如下：
(1)首先将挡土环套在管道的一端；
(2)然后将组合弹性密封圈装在有挡土环的管道一端；
(3)接着将管道带组合弹性密封圈的一端承插入承口内；
(4)其次将组合弹性密封圈一组一组均匀推入承口和管道形成的密封结构内；
(5)再次将挡土环推至承口端口处，使其封堵住组合弹性密封圈；
(6)最后进行管道周围土壤填埋。
较佳地，由两种人字星形支承组成的组合弹性密封圈交错放入承口和管道形成的密封结构内，使组合弹性密封圈形成多级轴向密封。
本发明至少具有以下有益效果：
1)本发明管道承插连接为柔性连接，能够在管道连接发生相对位移时提供柔性补偿，保证密封工作的可靠性；
2)本发明的人字星形支承截面采用人字星形结构，压缩和弹性变形好；
3)本发明中，采用两种人字星形支承组成的组合弹性密封圈交错组合的密封方式，形成多级轴向密封，密封性好；
4)本发明根据组合弹性密封圈数量可形成N+2级轴向密封，可根据密封需求选择组合弹性密封圈数量；
5)本发明采用的多个组合弹性密封圈组合的密封方式，可适用于不同密封长度的密封结构；
6)本发明的适用性强，能够实现任意管径的承插连接密封；
7)本发明结构简单、安装简单、工作量低、施工方便，能有效提高施工效率。
附图说明
图1为本发明的剖视图；
图2为含有第一种结构形式的人字星形支承的组合弹性密封圈的剖视图；
图3为图2中的组合弹性密封圈的截面图。
具体实施方式
现在参考附图描述本发明的实施例，本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术、连接关系、条件或工艺者，按照本领域内的文献所描述的技术、连接关系、条件、工艺或者按照产品说明书进行。所用材料、仪器或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。
实施例1
如图1-图3所示，一种地下管网管道连接密封装置，由承口1、管道2、O形密封圈3、人字星形支承4和挡土环5组成；其中，
所述O形密封圈3为环状结构，截面为圆形；O形密封圈3由气相硅胶材料制成，其邵氏硬度为36、断裂伸长率为318％、压缩永久变形系数为19％；
所述人字星形支承4为环状结构，截面为人字形；人字星形支承4由丁腈橡胶材料制成，其邵氏硬度为76、断裂伸长率为124％、压缩永久变形系数为21％；人字星形支承4截面为以中间的纵轴为对称轴的结构；
人字星形支承4有两种结构形式，第一种结构形式为：在人字星形支承4外侧以及内侧的两边均开设有用以放置O形密封圈3的半开状环形圆槽，外侧的环形圆槽开口朝外，内侧的两个环形圆槽开口朝内；外侧的环形圆槽与内侧的环形圆槽之间，以及内侧的环形圆槽之间均设有圆弧，且内侧的环形圆槽之间的圆弧弧度大于外侧的环形圆槽与内侧的环形圆槽之间的圆弧弧度；第二种结构形式与第一种结构形式相反，为倒立的人字星形结构，即：在人字星形支承4外侧的两边以及内侧均开设有用以放置O形密封圈3的半开状环形圆槽；外侧的环形圆槽与内侧的环形圆槽之间，以及外侧的环形圆槽之间均设有圆弧；
所述O形密封圈3嵌入人字星形支承4的环形圆槽中，并与人字星形支承4形成组合弹性密封圈，人字星形支承4对O形密封圈3的截面包络长度为圆周的56.7％；
所述组合弹性密封圈与承口1和管道2通过过盈配合连接；
所述挡土环5为环状结构，挡土环5套设在管道2上，用以封住组合弹性密封圈，防止泥土侵入。
具体地，在第一种结构形式的人字星形支承4截面中，外侧的半开状环形圆槽的圆心到人字星形支承4截面中心的距离L1是内侧的半开状环形圆槽的圆心到人字星形支承4截面中心的距离L2的3/8；人字星形支承4截面中心的确定方式为：以人字星形支承4截面的中心线L为基准线，分别从两个内侧的半开状环形圆槽的圆心引一条虚拟线L0，虚拟线L0与中心线L的夹角α为115°；三条线的交点为所述人字星形支承4截面中心；第二种结构形式以此类推，在此不再赘述。
具体地，所述承口1和管道2由金属制成；所述挡土环5由工程塑料制成。
本发明还公开了使用上述装置的连接密封方法，步骤如下：
(1)首先将挡土环5套在管道2的一端；
(2)然后将组合弹性密封圈装在有挡土环5的管道2一端；
(3)接着将管道2带组合弹性密封圈的一端承插入承口1内；
(4)其次将组合弹性密封圈一组一组均匀推入承口1和管道2形成的密封结构内；具体地：由两种人字星形支承4组成的组合弹性密封圈交错放入承口1和管道2形成的密封结构内，使组合弹性密封圈形成多级轴向密封；
(5)再次将挡土环5推至承口1端口处，使其封堵住组合弹性密封圈；
(6)最后进行管道2周围土壤填埋。
实施例2
一种地下管网管道连接密封装置，由承口1、管道2、O形密封圈3、人字星形支承4和挡土环5组成；其中，
所述O形密封圈3为环状结构，截面为圆形；O形密封圈3由气相硅胶材料制成，其邵氏硬度为43、断裂伸长率为353％、压缩永久变形系数为22％；
所述人字星形支承4为环状结构，截面为人字形；人字星形支承4由丁腈橡胶材料制成，其邵氏硬度为81、断裂伸长率为143％、压缩永久变形系数为23％；人字星形支承4截面为以中间的纵轴为对称轴的结构；
人字星形支承4有两种结构形式，第一种结构形式为：在人字星形支承4外侧以及内侧的两边均开设有用以放置O形密封圈3的半开状环形圆槽，外侧的环形圆槽开口朝外，内侧的两个环形圆槽开口朝内；外侧的环形圆槽与内侧的环形圆槽之间，以及内侧的环形圆槽之间均设有圆弧，且内侧的环形圆槽之间的圆弧弧度大于外侧的环形圆槽与内侧的环形圆槽之间的圆弧弧度；第二种结构形式与第一种结构形式相反，为倒立的人字星形结构，即：在人字星形支承4外侧的两边以及内侧均开设有用以放置O形密封圈3的半开状环形圆槽；外侧的环形圆槽与内侧的环形圆槽之间，以及外侧的环形圆槽之间均设有圆弧；
所述O形密封圈3嵌入人字星形支承4的环形圆槽中，并与人字星形支承4形成组合弹性密封圈，人字星形支承4对O形密封圈3的截面包络长度为圆周的60.3％；
所述组合弹性密封圈与承口1和管道2通过过盈配合连接；
所述挡土环5为环状结构，挡土环5套设在管道2上，用以封住组合弹性密封圈，防止泥土侵入。
所述承口1和管道2由塑料制成；所述挡土环5由工程塑料制成。
具体地，在第一种结构形式的人字星形支承4截面中，外侧的半开状环形圆槽的圆心到人字星形支承4截面中心的距离L1是内侧的半开状环形圆槽的圆心到人字星形支承4截面中心的距离L2的5/12；人字星形支承4截面中心的确定方式为：以人字星形支承4截面的中心线L为基准线，分别从两个内侧的半开状环形圆槽的圆心引一条虚拟线L0，虚拟线L0与中心线L的夹角α为119°；三条线的交点为所述人字星形支承4截面中心；第二种结构形式以此类推，在此不再赘述。
上述装置的连接密封方法与实施例1相同。
实施例3
一种地下管网管道连接密封装置，由承口1、管道2、O形密封圈3、人字星形支承4和挡土环5组成；其中，
所述O形密封圈3为环状结构，截面为圆形；O形密封圈3由气相硅胶材料制成，其邵氏硬度为54、断裂伸长率为378％、压缩永久变形系数为28％；
所述人字星形支承4为环状结构，截面为人字形；人字星形支承4由丁腈橡胶材料制成，其邵氏硬度为87、断裂伸长率为192％、压缩永久变形系数为29％；人字星形支承4截面为以中间的纵轴为对称轴的结构；
人字星形支承4有两种结构形式，第一种结构形式为：在人字星形支承4外侧以及内侧的两边均开设有用以放置O形密封圈3的半开状环形圆槽，外侧的环形圆槽开口朝外，内侧的两个环形圆槽开口朝内；外侧的环形圆槽与内侧的环形圆槽之间，以及内侧的环形圆槽之间均设有圆弧，且内侧的环形圆槽之间的圆弧弧度大于外侧的环形圆槽与内侧的环形圆槽之间的圆弧弧度；第二种结构形式与第一种结构形式相反，为倒立的人字星形结构，即：在人字星形支承4外侧的两边以及内侧均开设有用以放置O形密封圈3的半开状环形圆槽；外侧的环形圆槽与内侧的环形圆槽之间，以及外侧的环形圆槽之间均设有圆弧；
所述O形密封圈3嵌入人字星形支承4的环形圆槽中，并与人字星形支承4形成组合弹性密封圈，人字星形支承4对O形密封圈3的截面包络长度为圆周的67.7％；
所述组合弹性密封圈与承口1和管道2通过过盈配合连接；
所述挡土环5为环状结构，挡土环5套设在管道2上，用以封住组合弹性密封圈，防止泥土侵入。
所述承口1和管道2由塑料制成；所述挡土环5由工程塑料制成。
具体地，在第一种结构形式的人字星形支承4截面中，外侧的半开状环形圆槽的圆心到人字星形支承4截面中心的距离L1是内侧的半开状环形圆槽的圆心到人字星形支承4截面中心的距离L2的11/24；人字星形支承4截面中心的确定方式为：以人字星形支承4截面的中心线L为基准线，分别从两个内侧的半开状环形圆槽的圆心引一条虚拟线L0，虚拟线L0与中心线L的夹角α为126°；三条线的交点为所述人字星形支承4截面中心；第二种结构形式以此类推，在此不再赘述。
上述装置的连接密封方法与实施例1相同。
本发明的密封原理：O形密封圈采用硅胶材料，弹性变形好，人字星形支承截面采用人字星形结构，压缩和弹性变形好；组合弹性密封圈装入密封结构内均有一定的密封压缩量：一是O形密封圈的压缩变形与密封，二是人字星形支承的人字压缩变形与密封。密封时，液体作用于组合弹性密封圈的人字星形支承及O形密封圈上。人字星形支承有两种结构形式(即下部为两级密封、上部为一级密封和下部为一级密封、上部为两级密封)，将两种人字星形支承组合弹性密封圈交错组合，可以组成3级轴向密封，若将多个组合弹性密封圈交错组合，就可形成N+2级轴向密封。
本发明的柔性补偿原理：当承口和管道连接处发生径向相对位移时，人字星形支承的人字下部收缩或压缩，O形密封圈产生回弹变形或压缩变形，从而提供了连接的柔性径向补偿，由于组合弹性密封圈的变形量足够，也保证了密封工作的可靠性；当承口和管道连接处发生轴向相对位移时，人字星形支承的人字上部会弯曲变形，从而提供了连接少量的柔性轴向补偿；若当承口和管道连接处发生轴向相对大的位移时，由于是多个组合弹性密封圈组合的密封方式，只要轴向相对位移不大于密封结构的密封长度，均能够有效保证密封工作的可靠性。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (6)
1.一种地下管网管道连接密封装置，其特征在于，所述装置由承口(1)、管道(2)、O形密封圈(3)、人字星形支承(4)和挡土环(5)组成；其中，
所述O形密封圈(3)为环状结构，截面为圆形；O形密封圈(3)由气相硅胶材料制成，其邵氏硬度为30-60、断裂伸长率为300-400％、压缩永久变形系数为15-30％；
所述人字星形支承(4)为环状结构，截面为人字形；人字星形支承(4)由丁腈橡胶材料制成，其邵氏硬度为70-90、断裂伸长率为100-200％、压缩永久变形系数为17-30％；人字星形支承(4)截面为以中间的纵轴为对称轴的结构；
人字星形支承(4)有两种结构形式，第一种结构形式为：在人字星形支承(4)外侧以及内侧的两边均开设有用以放置O形密封圈(3)的半开状环形圆槽；外侧的环形圆槽与内侧的环形圆槽之间，以及内侧的环形圆槽之间均设有圆弧；第二种结构形式与第一种结构形式相反，为倒立的人字星形结构，即：在人字星形支承(4)外侧的两边以及内侧均开设有用以放置O形密封圈(3)的半开状环形圆槽；外侧的环形圆槽与内侧的环形圆槽之间，以及外侧的环形圆槽之间均设有圆弧；
所述O形密封圈(3)嵌入人字星形支承(4)的环形圆槽中，并与人字星形支承(4)形成组合弹性密封圈，人字星形支承(4)对O形密封圈(3)的截面包络长度为圆周的55-70％；
所述组合弹性密封圈与承口(1)和管道(2)通过过盈配合连接；
所述挡土环(5)为环状结构，挡土环(5)套设在管道(2)上，用以封住组合弹性密封圈，防止泥土侵入。
2.根据权利要求1所述的一种地下管网管道连接密封装置，其特征在于：在第一种结构形式的人字星形支承(4)截面中，外侧的半开状环形圆槽的圆心到人字星形支承(4)截面中心的距离(L1)是内侧的半开状环形圆槽的圆心到人字星形支承(4)截面中心的距离(L2)的1/3～1/2。
3.根据权利要求2所述的一种地下管网管道连接密封装置，其特征在于，人字星形支承(4)截面中心的确定方式为：以人字星形支承(4)截面的中心线(L)为基准线，分别从两个内侧的半开状环形圆槽的圆心引一条虚拟线(L0)，虚拟线(L0)与中心线(L)的夹角α为110°～130°；三条线的交点为所述人字星形支承(4)截面中心。
4.根据权利要求1所述的一种地下管网管道连接密封装置，其特征在于：所述承口(1)和管道(2)由金属或塑料制成；所述挡土环(5)由工程塑料制成。
5.如权利要求1或2或3或4所述装置的连接密封方法，其特征在于，步骤如下：
(1)首先将挡土环(5)套在管道(2)的一端；
(2)然后将组合弹性密封圈装在有挡土环(5)的管道(2)一端；
(3)接着将管道(2)带组合弹性密封圈的一端承插入承口(1)内；
(4)其次将组合弹性密封圈一组一组均匀推入承口(1)和管道(2)形成的密封结构内；
(5)再次将挡土环(5)推至承口(1)端口处，使其封堵住组合弹性密封圈；
(6)最后进行管道(2)周围土壤填埋。
6.根据权利要求5所述的连接密封方法，其特征在于：由两种人字星形支承(4)组成的组合弹性密封圈交错放入承口(1)和管道(2)形成的密封结构内，使组合弹性密封圈形成多级轴向密封。
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