MX2013001186A - Empaque para union de campana autorestringida para rampa parabolica. - Google Patents

Abstract

Se describen en la presenta empaques para uso con un sistema de conexión de campana y espiga. La empaque comprende un miembro elastomérico que tiene un borde frontal, una primera sección y una segunda sección. Las fuerzas axiales generadas por la inserción de la espiga a la primera sección del miembro elastomérico desplazan a la primera sección del miembro elastomérico en una dirección axial y radial.

Description

EMPAQUE PARA UNION DE CAMPANA AUTORESTRING1DA PARA RAMPA PARABÓLICA ANTECEDENTES DE LA INVENCION REFERENCIA CRUZADA A LAS SOLICITUDES RELACIONADAS La solicitud reclama el beneficio de la Solicitud Provisional Estadounidense 61/376,450, presentada el 24 de agosto de 2010, la cual se incorpora a la presente por referencia en su totalidad.

CAMPO DE LA INVENCIÓN La descripción está dirigida a acoplamientos y métodos de acoplamiento, particularmente a acoplamientos y métodos de campana y de espiga.

DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA RELACIONADA I i ! Los miembros de la industria del control de flujo, como los productores de | i ¡ componentes de tuberías para la transmisión de agua, gas, aceite u otros fluidos, han i enfocado en gran medida su atención en el problema de crear y mantener acoplamientos ' entre longitudes adyacentes de tubería, o tuberías y acoplamientos, o tuberías y válvulas.

{ En aplicaciones donde el fluido, como agua para medios de fuego o distribución de agua en municipalidades, está bajo presión, se usan varios medios para evitar la separación de j uniones entre los componentes de tubería. Los componentes de tubería se unen para evitar la separación causada por fuerzas de empuje, movimientos de la tierra y fuerzas I mecánicas externas ejercidas en los componentes de tubería. Estos componentes incluyen, por ejemplo, tuberías, acoplamientos, conectores, válvulas e hidrantes. La I mayoría de las soluciones se pueden categorizar ya sea en "uniones de enchufe", "uniones mecánicas" o "uniones bridadas".

La tubería de hierro ha sido usada tradicionalmente para soportar las grandes presiones que son necesarias para los sistemas de agua municipales y otros sistemas. Estas presiones son necesarias para transportar fluidos a larga distancia, para transportar grandes cantidades de fluidos y para evitar la contaminación de los sistemas ! en caso de que exista un agujero u otra ruptura en el sistema. Existen dos problemas t relacionados en la historia del uso de tuberías de cualquier tipo, entre ellas la tubería de i hierro: (1 ) crear un sello seguro para unir las tuberías y para soportar grandes presiones y (2) doblar o desviar las uniones de las tuberías para cumplir con el uso que las tuberías pretenden.

El primer uso substancial de la tubería de hierro fundido fue en Europa en el siglo XVII. Los sistemas de tubería de los siglos XVII y XVIII tenían principalmente extremos bridados apernados entre sí con empaques de plomo o cuero. La instalación de sistemas de unión bridada es costosa y requiere de mantenimiento considerable. i ! La primera unión de campana y espiga fue inventada por Thomas Simpson | de la Chelsea Water Company en Inglaterra en 1785. La unión se calafateó con cuerda de ¡ yute impregnada con resina de pino o sebo y sellada en su lugar con plomo fundido. La unión de campana y espiga permaneció como la unión de tubería predominante hasta la ¡ llegada de la unión de enchufe, por ejemplo, la unión TYTON®, en 1956.

¡ Existen numerosos métodos para asegurar los componentes de tubería en i serie para crea una tubería mayor, aproximadamente divisible en tres categorías principales: (1 ) rígida, como con las acoplamientos de bridas apernadas; (2) flexible, como con numerosos diseños tales como uniones de enchufe y empaques TYTON® o TYTON® combinado con empaques autor reguladas que contienen piezas dentadas, como las empaques FIELD LOK 350® que proporcionan tanto sellado como regulación autónoma; y (3) otras con una cantidad limitada de flexibilidad incidental, como la tubería PVC con empaques Rieber, donde la menor flexibilidad es posible debido a la plasticidad de los materiales de la empaque y la tubería y a la tolerancia de la empaque.

Las soluciones de enchufe se ejemplifican por la Patente Estadounidense No. 2,953,398, y dan cuenta de la mayoría de las acoplamientos de tubería de tramo recto. En una configuración común, una espiga de una tubería se desliza dentro de una campana de otra tubería por un empaque estrechamente ajustado. Una variación de la unión de enchufe se evidencia por la Patente Estadounidense No. 2,201 ,372 que emplea un anillo elástico de compresión ajustado dentro de un borde especial de la campana, para ejercer presión en segmentos de bloqueo y de esta manera dirigirlos hacia la espiga i j y restringir la unión contra las fuerzas de empuje. La Patente Estadounidense No. 3,445, 120 de igual manera emplea una empaque con segmentos de bloque dentados ! recubiertos en la misma que generalmente se colocan de forma que ellas y la empaque i i pueden rodar entre una posición cerrada y abierta. Mientras la empaque rueda bajo ¡ fuerzas de extracción, se pretende que con el tiempo llegue a una posición en la cual los j segmentos deban comprimir la empaque para permitir mayor rotación del segmento y ! conexión de los dientes con la espiga de tubería de conexión, por lo mismo terminar la ¡ rotación y compresión de la empaque y restringir la empaque. j Otros ejemplos de uniones de enchufe incluyen aquellos descritos en la I ¡ Patente Estadounidense No. 5,295,697, 5,464,228 y 5,067,751 . En aquellas referencias, I j la conexión se realiza ya sea por segmentos de bloqueo o cuñas dentro del empaque que acopla la espiga. Los segmentos de bloqueo poseen una ranura que se acopla con una bujía anular en la campana, de modo que la bujía actúe como un oscilador o leva o, de otra forma, como una cuña. Durante la inserción de la espiga en la campana, los segmentos giran en la bujía, pero se evita el movimiento axial apreciable por la conexión de la bujía y la ranura. Al experimentar fuerzas contrarias que tienden a realizar el retiro de la espiga, la bujía actúa como una leva, ambas provocan que los segmentos giren en la bujía como un eje y ejerzan una presión hacia adentro radialmente mientras el segmento intenta deslizarse a través de la bujía. Estos tipos de uniones dependen de una I fuerza compresora en la empaque de goma para mantener la conexión de las tuberías. I Mientras que la unión de tipo de enchufe ha obtenido grande aceptación I para uniones de tubería, la aceptación de conectores, válvulas e hidrantes es mucho i menor. Los contornos de los enchufes de campana de la unión de enchufe requieren un i alto grado de precisión para una superficie fundida. En uniones restringidas, es necesaria una unión de bloqueo adicional, que también requiere un alto grado de precisión en su fabricación. A veces se necesita un alto grado de capacidad y precisión de alineación, así como fuerza substancial (es decir, en el rango de 600 (272.15 kg) a 800 libras (362.87 kg) de fuerza para una tubería de tamaño de ocho pulgadas (20.32 cm)) para ensamblar uniones por medio de las uniones de tipo de enchufe descritas anteriormente. La fuerza de inserción con los diseños de enchufe presentes aumenta proporcionalmente con el j diámetro de conducto. Además, las fuerzas de inserción aumentan substancialmente en ¡ condiciones de temperatura baja.

| Una tendencia actual en la industria es fabricar tubería con paredes más ¡ gruesas que los diseños actuales. Ya sea que el extremo de la tubería se produzca en ¡ una planta de fabricación o sea el resultado de cortes de campo requeridos para ajustar la i longitud de la tubería, no es práctico tener extremos biselados o redondos en tales tuberías. El daño a los empaques o el desplazamiento de los empaques es un resultado probable cuando se inserta un extremo de espiga de una tubería de manera inadecuada o sin un extremo biselado o redondo en la campana de otro componente de tubería de unión de enchufe. Una consecuencia posterior de las altas fuerzas de ensamblaje requerida es que los instaladores favorezcan los acoplamientos de unión mecánica para acoplamientos, válvulas e hidrantes, ya que ellos requieren menor fuerza de ensamblaje.

Se han realizado intentos en el pasado para diseñar uniones de resistencia-inserción baja por medio de conectores de campana cónica con lados rectos y empaques cónicos con lados rectos, pero estos diseños no fueron completamente satisfactorios ya que las superficies interiores cónicas normales no permiten la desviación suficiente de la unión de campana y conector. Durante la rotación fuera del eje, al menos algunos segmentos de bloqueo del empaque serán incapaces de acoplar la espiga por la desalineación en la interfase entre la superficie externa del empaque y la superficie interna del conector de campana. Esta desalineación puede provocar conexión irregular de la espiga y/o dientes rotos de los segmentos de bloqueo. Por ejemplo, tanto la Patente Estadounidense No. 3,815,940 como la Publicación de Solicitud de Patente Estadounidense No. 2009/0060635 muestran campanas con superficies internas cónicas, Por lo tanto, existe una necesidad de una conexión que sea menos sensible a la ¡ desalineación y temperaturas extremas y tenga resistencia a la fricción de la inserción en i la espiga de poca a mínima hasta que la conexión deseada se logre y el conexión se ¡ mantenga, y que además mantenga un sellado bajo presiones altas, aún cuando la unión se desvíe.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCIÓN La presente descripción supera los problemas y desventajas asociadas con las estrategias y diseños actuales y proporciona nuevos dispositivos y métodos para conectar componentes de tubería de campana y espiga. Una modalidad de la descripción se dirige a un conducto que comprende al menos una campana con un extremo frontal, una porción interna y una superficie interna cóncava entre el extremo frontal y la porción interna. El diámetro de la superficie interna adyacente a la porción interna es mayor que el diámetro de la superficie interna adyacente al extremo frontal.

En modalidades preferidas, la superficie interna es un paraboloide elíptico truncado. En modalidades preferidas, el conducto tiene una campana en un primer extremo y una espiga en un segundo extremo. Preferiblemente, el conducto es cilindrico y está hecho de al menos un metal ferroso (p. ej., acero y hierro fundido, entre otros), un metal no ferroso, aleaciones basadas en cobre, o plástico (p. ej., PVC o HDPE).

Otra modalidad de la descripción también se dirige a un conducto que incluye múltiples aperturas donde al menos una apertura tiene una campana que se acopla a otro componente de tubería que tiene una espiga. En modalidades preferidas, la superficie interna es preferiblemente un paraboloide elíptico truncado. Preferiblemente, el conducto es cilindrico y está hecho de al menos un metal ferroso (p. ej., acero y hierro fundido), un metal no ferroso, aleaciones basadas en cobre, o plástico (p. ej., PVC o ¡ HDPE). i Otra modalidad de la descripción se dirige a un dispositivo de sellado. El i dispositivo de sellado comprende al menos un segmento que tiene una superficie externa convexa y una empaque de tipo K conectada al segmento. En modalidades preferidas, el segmento es un segmento de bloqueo. El segmento de bloqueo funciona como un i dispositivo de restricción y un dispositivo de anti-extrusión para evitar que la unión se separe y que el sello elastomérico sea extruido fuera de la unión cuando se someta a j altas fuerzas hidráulicas internas. En otras modalidades, se substituye un segmento guía sin clientes por el segmento de bloqueo y sirve como un dispositivo de anti-extrusión para el material polimérico de la porción de sellado.

En modalidades preferidas, el segmento es de un primer material y la I empaque de tipo K es de un segundo material. En modalidades preferidas, la empaque de tipo K comprende una sección de conexión y una sección de sellado. La sección de sellado preferiblemente comprende una sección superior y una sección inferior, cada una se extiende desde la sección de conexión. La sección de conexión, en modalidades preferidas, tiene una o más ranuras de expansión o contracción en la periferia exterior o interior.

El segmento de bloqueo, en modalidades preferidas, tiene al menos un dispositivo de conexión. Preferiblemente, el dispositivo es anular.

Otra modalidad de la descripción se dirige a un sistema de conexión de conducto. El sistema comprende al menos dos componentes de tubería y un dispositivo de sellado. Un primer componente tiene una campana y un segundo componente tiene una espiga, la espiga se adapta para coincidir con la campana. La campana incluye un primer extremo y un segundo extremo, donde el primer extremo está conectado con el primer componente. El conector de campana tiene una superficie interna anular cóncava y un diámetro de la superficie interna anular adyacente al primer extremo del conector de campana es mayor que el diámetro de la superficie interna anular adyacente al segundo extremo del conector de campana. El dispositivo de sellado incluye un segmento que comprende una superficie externa convexa y una empaque de tipo K conectada al segmento. El dispositivo de sellado está adaptado para caber entre el conector de campana y el extremo de espiga.

En modalidades preferidas, el segmento es un segmento de bloqueo. Cada segmento de bloqueo está adaptado para acoplar una superficie externa de la espiga. La superficie interna del conector de campana es preferiblemente un paraboloide elíptico truncado. Cada componente preferiblemente comprende una campana en un primer extremo y una espiga o campana en un segundo extremo y cada componente es cilindrico. Cada componente puede estar hecho de metales ferrosos (p. ej., acero y hierro fundido), metales no ferrosos, aleaciones basadas en cobre, o plástico (p. ej., PVC o HDPE).

En modalidades preferidas, el segmento de bloque es de un primer material y la empaque de tipo K es de un segundo material. Preferiblemente, el primer material es más duro que el material de la espiga. En modalidades preferidas, la empaque de tipo K tiene una sección de conexión y una sección de sellado. La sección de sellado preferiblemente comprende una sección superior y una sección inferior, cada una se extiende desde la sección de conexión. Preferiblemente, la sección de bloqueo tiene al menos un dispositivo de conexión. En modalidades preferidas, el dispositivo de sellado es anular.

Otra modalidad de la descripción es un método para acoplar al menos dos conductos. El método incluye los pasos de posicionar un dispositivo de sellado dentro de una campana conectada a un extremo de un primer conducto, insertar una espiga de un ¡ segundo conducto a través del dispositivo de sellado dentro de la campana y remover i parcialmente la espiga de la campana. Un segmento de bloque del dispositivo de sellado ¡ se acopla con la superficie externa de la espiga cuando la espiga se remueve ¡ parcialmente de la campana. El dispositivo de sellado se adapta para moverse axialmente ¡ dentro de la campana en la dirección de inserción de la espiga y el movimiento es asistido ¡ por la presencia de ranuras de expansión y contracción en la sección de conexión de la empaque. Este movimiento permite al segmento de bloqueo ser desplazado del camino I de la espiga entrante con poco aumento en la fuerza de inserción. El movimiento axial se puede confinar a un segmento del dispositivo de sellado para alojar la desalineación radial y angular de la espiga entrante. El dispositivo de sellado se adapta para moverse en la dirección de la espiga parcialmente removida de la campana en respuesta a la presión hidráulica interna para efectuar un sellado en la espiga que permanezca en una posición desalineada angular y radial.

En modalidades preferidas, la campana tiene un primer extremo y un segundo extremo. El primer extremo está conectado al primer conducto. La campana tiene una superficie interna anular cóncava y un diámetro de la superficie interna anular j j adya'cente al primer extremo de la conexión de campana es mayor al diámetro de la I superficie interna anular adyacente al segundo extremo de la conexión de la campana. i i En ciertas modalidades, la carga radial del segmento de bloqueo aumenta l cuando la espiga se remueve de la campana. La carga radial del segmento de bloqueo puede aumentar exponencialmente cuando el segmento se mueve hacia el frente de la campana siguiendo la curva parabólica hacia el vértice. Preferiblemente, el dispositivo de sellado incluye al menos un segmento de bloqueo que comprende una superficie externa convexa y una empaque de tipo K conectada al segmento de bloqueo. Preferiblemente, la empaque de tipo K está comprimida al insertarse en la espiga. La extracción del extremo I de espiga puede ser debido a fuerzas externas o fuerzas hidráulicas internas.

¡ Otras modalidades y ventajas se fijan en parte en la descripción siguiente, j y en parte, pueden ser obvias por esta descripción o se pueden aprender en la práctica.

I i i i ! BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS Las características de los componentes de las siguientes figuras se ilustran para enfatizar los principios generales de la presente descripción y no son necesariamente llevados a escala. Las características correspondientes y los componentes a través de las figuras se pueden diseñar para corresponder con caracteres j de referencia para una mejor consistencia y claridad. j La figura 1 es una vista transversal parcial de una modalidad de un sistema ! de acuerdo con una modalidad de la presente descripción.

La figura 2 es una vista transversal parcial de una modalidad de una campana del sistema de la figura 1 .

I La figura 3 es una vista transversal parcial de una modalidad de una i empaque del sistema de la figura 1 .

La figura 4 es una vista transversal parcial de una modalidad de un segmento de bloqueo del sistema de la figura 1 .

La figura 5 es una vista transversal parcial de una modalidad de un segmento de anti-extrusión del sistema de la figura 1 .

La figura 6 es una vista transversal parcial de una modalidad del sistema de la figura 1 con la espiga antes de la inserción en la campana.

La figura 7 es una vista transversal parcial de una modalidad del sistema de la figura 1 con la espiga insertada en la campana.

La figura 8 es una vista transversal parcial de una modalidad del sistema de la figura 1 con la empaque comprimida más en el lado superior debido a desviación de la espiga.

La figura 9 es una vista transversal parcial de una modalidad del sistema de la figura 1 con el segmento de bloqueo acoplado.

La figura 10 es una vista transversal de una modalidad del sistema de la figura 1 con la espiga desviada dentro de la campana.

La figura 1 1 es una imagen de un patrón de acoplamiento experimental.

La figura 12 es una imagen de un patrón de acoplamiento experimental. La figura 13 es una imagen de un patrón de acoplamiento experimental. La figura 14 es una vista en perspectiva de una empaque de acuerdo con una modalidad de la presente descripción.

La figura 15 es una vista en explosión de una campana, espiga y empaque de acuerdo con una modalidad de la presente descripción.

La figura 16 es una vista transversal de una empaque de acuerdo con una modalidad de la presente descripción.

La figura 17 es una vista transversal parcial de una campana de acuerdo con una modalidad de la presente descripción.

La figura 18 es una vista frontal parcial de una modalidad de un segmento de bloqueo de acuerdo con una modalidad de la presente descripción.

La figura 19 es una vista transversal de un segmento de anti-extrusión de acuerdo con una modalidad de la presente descripción.

La figura 20 es una vista transversal en explosión de una modalidad de un segmento de anti-extrusión de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Como se incluye y se describe ampliamente en la presente, las descripciones en la presente proporcionan modalidades detalladas del sistema, dispositivo y método descritos. Sin embargo, las modalidades descritas son meramente ejemplos de que se pueden incluir varias y alternativas formas. Por lo tanto, no se i pretende que detalles específicos estructurales y funcionales sean limitativos, sino que la intención sea que proporcionen una base para las reivindicaciones y una base representativa para enseñar a alguien capacitado en la técnica para emplear los principios i de la presente descripción de forma variada.

¡ Un problema en la técnica capaz de ser solucionado por las modalidades j descritas es conectar componentes de tubería y mantener el ensamblaje. Se ha j descubierto sorpresivamente que ciertas configuraciones de la superficie interna de un conector de campana aumentan la facilidad de ensamblar y permitir la desviación entre componentes. Además, se ha descubierto sorpresivamente que ciertas configuraciones de la superficie externa de una empaque aumenta la capacidad de la empaque de mantenerse ensamblada durante el uso de los componentes aún bajo aplicaciones de alta presión.

La figura 1 representa una vista en corte de los componentes del segmento superior del sistema 100. El sistema 100 incluye una espiga 105, una campana 1 10 y un dispositivo de sellado 1 15. Tanto la espiga 105, la campana 1 10 y el dispositivo de sellado 1 15 se muestran de forma transversal parcial. En la modalidad preferida, tanto la espiga 105, la campana 1 10 y el dispositivo de sellado 1 15 tienen forma anular con un eje común bajo la figura 1. Tanto la espiga 105, la campana 1 10 y el dispositivo de sellado 1 15 pueden tener cualquier diámetro que se pueda encontrar comúnmente en sistemas de ¡ tubería. Preferiblemente, el diámetro tanto de la espiga 105, la campana 1 10 y el j dispositivo de sellado 1 15 es de entre media pulgada (1 .27 cm) y ciento veinte pulgadas j (304.8 cm), más preferiblemente entre media pulgada (1 .27 cm) y setenta y dos pulgadas ¡ (182.88 cm). j En una modalidad preferida, el sistema 100 se usa para unir longitudes de tuberías. Las tuberías pueden ser de cualquier longitud. Adicionalmente, una tubería puede tener un extremo de espiga y un extremo de campana, dos extremos de espiga, ! dos extremos de campana o una combinación de las mismas. En otras modalidades, puede existir al menos una espiga y/o una campana localizada a lo largo de la longitud de la tubería colocada de forma perpendicular o en un ángulo del eje de la tubería. En otras modalidades, el sistema 1 ?0 se puede usar para unir dos o más tuberías a otros componentes (p. ej., hidrantes, válvulas y/o conectores), o se puede usar unir componentes entre sí. El sistema 100 se puede usar para cualquier fluido, como gas, agua o aceite, por ejemplo. En la modalidad preferida, el dispositivo de sellado 1 15 tiene un extremo de empaque 120 y un segmento de bloqueo 125. Sin embargo, en ciertas modalidades, el segmento 125 puede ser un elemento de anti-extrusión.

En la modalidad preferida, la espiga 105 está hecha de hierro, acero o j plástico dúctil y los segmentos 125 están hechos de hierro gris, acero dúctil o plástico reforzado. Aunque se pueden usar otro materiales, preferiblemente, pero no limitados a I j metales ferrosos (p. ej., acero y hierro fundido), metales no ferrosos, aleaciones basadas i j en cobre, o plástico (p. ej., PVC o HDPE). Las tuberías pueden tener paredes de cualquier i J grosor, preferiblemente, pero no limitativamente, entre 1/8 pulgadas (0.3175 cm) y 1 1/4 | pulgadas (6.985 cm). Los conectores pueden tener paredes de cualquier grosor, j preferiblemente, pero no limitativamente, de entre 1/4 pulgadas (0.635 cm)y 2 pulgadas (5.08 cm). i En la modalidad preferida, el dispositivo de sellado 1 15 es de un diámetro i I mayor que la espiga 105 y tiene una corona en la parte trasera con un diámetro | ligeramente menor que el diámetro de la espiga 105. El dispositivo de sellado 1 15 está ! preferiblemente dimensionado de forma que la espiga 105 se pueda insertar en el j dispositivo de sellado 1 15 sin encontrar resistencia intencional hasta el momento en el I que alcance el extremo interno de la campana 1 10. Las fuerzas de inserción disminuyen por diversas órdenes de magnitud comparada a los sellos de tipo compresión. Si se i encuentra resistencia durante la inserción entre la espiga 105 y un segmento de bloqueo 125, la plasticidad de la empaque, asistida por una ranura de compresión 330 (mostrada en la figura 3), el segmento 125 es capaz de disminuir la resistencia al moverse hacia arriba y lejos del contacto con la espiga 105.

La figura 2 incluye una vista en corte del segmento superior de la campana 1 10. La campana 1 10 es preferiblemente una campana de tipo de enchufe. La campana 1 10 incluye un diámetro exterior 205, un timbre de campana 210 (al cual se conecta la tubería u otro componente), una cara de campana 215 en el extremo abierto de la campana 1 10 y un conector de campana 220 (a través del cual la espiga 105 entra en la campana 1 10). En la modalidad preferida, la campana 1 10 y el componente de tubería son una unidad, pero en las otras modalidades, la campana 1 0 se puede conectar al componente de tubería por cualquier otro método conocido en la técnica, entre ellos, pero no limitado a, enroscar y atornillar, soldar, pegamento, dispositivos de fijación y conectores de fricción. La campana 1 10 preferiblemente tiene un diámetro exterior mayor que el diámetro exterior del componente de tubería, pero en otras modalidades la campana 1 10 puede tener un diámetro exterior igual o menor al diámetro exterior del componente de tubería.

La cara de la campana 215 se conecta a un conector de campana 220 por la garganta de la campana 225. El radio 230 entre la cara de la campana 215 y el conector de campana 220 puede tener cualquier diámetro. Preferiblemente, el radio 230 se adapta para facilitar la inserción de la espiga 105 en la campana 1 10. En la modalidad preferida, el conector de campana 220 tiene una superficie interna anular 235 que empieza en la garganta de la campana 225 y termina en el asiento del talón de la empaque 239 en el cual se fija el dispositivo de sellado 1 15. En la modalidad preferida, la superficie interna 235 es cóncava y tiene un diámetro adyacente al asiento de talón de empaque 235 mayor que el diámetro de la superficie interna 235 adyacente a la garganta de la campana 225. Sin embargo, en otras modalidades, el diámetro en la garganta de la campana 225 puede ser igual o menor que el diámetro del asiento de talón de empaque 239. Preferiblemente, la disminución en diámetro del asiento de talón de empaque 239 a la garganta de la campana 225 es a una tasa de aumento rápido. La sección transversal de la superficie interna 235 puede tener cualquier forma, que incluye pero no se limita a un cono truncado, un paraboloide elíptico truncado, una esfera truncada o una combinación de los mismos. Los paraboloides son superficies generadas al girar una parábola en su eje central. Preferiblemente, la curva de la superficie interna 235 tiene una punta o "vértice" de un paraboloide alineado en una apertura de dirección axial lejos de la "directriz" del paraboloide.

El asiento de talón de empaque 239 y el reborde de conector 245 coinciden con un dispositivo de sellado de retención 1 15 (descrito en la presente). En la modalidad preferida, la pendiente de espacio 250 se encuentra adyacente al reborde de conector 245. La pendiente de espacio 250 proporciona espacio para sellado de borde 335 (mostrado en la figura 3) para moverse fuera del camino de una espiga insertada y permite el paso del agua u otro fluido dentro de la ranura anular de presión 340 del dispositivo de sellado 1 15 (mostrado en la figura 3). En la modalidad preferida, la porción interna del conector de campana 220 es una sección plana 255 y se extiende desde la pendiente de espacio 250 hasta la parada plana 260. La sección plana 255 proporciona un espacio para la espiga 105 y limita la sobredesviación de la unión. La parada plana 260 limita la inserción profunda de la espiga 105, mientras que el radio plano 265 ayuda en la fundición al eliminar una esquina interior afilada entre la sección plana 255 y la parada plana 260.

La figura 3 representa una vista en corte del segmento superior de la empaque 120 del dispositivo de sellado 115. La empaque 120 está hecha preferiblemente de un elastómero. Sin embargo, se pueden usar otros materiales que sean flexibles, adecuados para el fluido y que proporcionen un sellado ajustado. Por ejemplo, la empaque 120 puede estar hecha de SBR (caucho estireno butadieno), EPDM (caucho de etileno propileno dieno), Nitrilo, NBR (caucho de nitrilo butadieno), y/o otros cauchos naturales y sintéticos. No obstante, en otras modalidades, se pueden usar dos o más cauchos de dureza. La empaque 120 preferiblemente es un diseño de tipo K, de borde o de sello limpiador, de conformidad con y ajustable dentro de la campana 1 10. El talón de la empaque 305 y el reborde de la empaque 310 concuerdan con el asiento de talón de empaque 239 y el reborde de conector 245 (como se describe con respecto a la figura 2). En la modalidad preferida, el talón de la empaque 305 es ligeramente más grande que el I l asiento de talón de empaque 239, por lo mismo comprime el talón de la empaque 305 de ! forma que está firmemente anclado en el conector de campana 220 con el reborde de i j empaque 310 contra el reborde del conector 245. Debido a esta configuración, la i j empaque 120 se ancla dentro de la campana 1 10 en la porción interior de la unión, fuera de la garganta 225, por lo mismo permite a la empaque 120 moverse hacia adentro durante la inserción de la espiga 105.

| La pendiente de borde frontal 315 es la superficie a la cual se conecta el j segmento de bloqueo o segmento anti-extrusión. En el caso de que el borde de la espiga j 105 entre en contacto con el segmento 125, en la modalidad preferida, la pendiente de I j borde frontal 315 es angular de modo que el segmento 125 y la empaque 120 se ¡ desviarán hacia afuera y lejos de la espiga 105, lo que permite el paso de la espiga 105 a i j través del orificio de empaque 320. La primera pendiente de traslado 325 ayuda a j estabilizar la porción frontal de la empaque 120 y transferir las fuerzas de la ranura de ! expansión y contracción 330, la cual doblará y/o torcerá para ayudar en movimiento fuera de la trayectoria de una espiga insertada 105 hasta que la espiga 105 entre en contacto con el borde frontal del sello de borde 335. En la modalidad preferida, la ranura de expansión y contracción 330 es u corte anular a lo largo de la superficie de la empaque 120. Sin embargo, en otras modalidades, la ranura de expansión y contracción 330 se puede localizaren la superficie interna de la empaque 120. En otras modalidades, puede haber varias ranuras de expansión y contracción localizadas en varios lugares alrededor de la empaque 120. Además, la ranura de expansión y contracción 330 puede tener una forma transversal, entre ellas, pero no limitadas a, una forma triangular, rectangular, trapezoidal y semicircular. El borde trasero de la empaque 120 contiene una ranura de circunferencia o bolsa anular de presión 340. La presión hidráulica contra la ranura anular de presión 340 aumenta la presión de sellado del sello de borde 335 contra la espiga acoplada 105.

La figura 4 representa una vista en corte del segmento superior del segmento 125, donde el segmento 125a es un segmento de bloqueo. El segmento 125 está hecho preferiblemente de acero AISI de tipo 4140 (acero al cromo). Sin embargo, se pueden usar otros materiales duros y durables, por ejemplo acero inoxidable AISI de tipo 431 . En modalidades preferidas, el segmento 125 se puede revestir con un revestimiento anticorrosión. La superficie externa 405 del segmento de bloqueo 125a es preferiblemente una superficie curva que hace contacto con la superficie interna cóncava 235 del conector de campana 220. En la modalidad preferida, la superficie externa 405 es convexa, más preferiblemente un paraboloide truncado. Sin embargo, en otras modalidades, la superficie externa 405 puede ser otra superficie convexa, una superficie lineal o una superficie cóncava. Preferiblemente, la superficie externa 405 se abre lejos de la garganta de la campana 225. El movimiento de la superficie externa 405 contra la superficie interna 235 del conector de campana 220 facilita que el segmento de bloqueo 125a acuñe entre el conector de campana 220 y la espiga 105, lo que fuerza los dientes 410 del segmento i de bloqueo 125a dentro de la superficie externa de la espiga 105 y proporciona restricción i contra la extracción de la espiga 105. Aunque el segmento de bloqueo 125a se muestre ! con dos dientes 410, se pueden usar uno o más dientes. Para espigas de paredes delgadas o espigas de PVC, debería haber más dientes superficiales 4 0 localizados más juntos que en modalidades que usan espigas de acero con paredes gruesas. I Adicionalmente, en la modalidad preferida, para espigas con paredes delgadas o espigas | de PVC, debería haber más segmentos localizados más juntos que en modalidades con i espigas de acero con paredes más gruesas.

! Debido a la elasticidad de la empaque 1 15 (es elastomérica) los segmentos de bloqueo 125a tienen la libertad de moverse para mantener el contacto entre la superficie externa 405 y la superficie interna 235 del conector de campana 220. Entonces, el segmento 405 puede alojar desalineaciones entre las dos superficies causadas por, por ejemplo, variabilidad en la campana 1 10, así como una diferencia causada por la trayectoria elíptica de los segmentos de bloqueo 125a durante la desviación que no coincide exactamente con la superficie interna 235.

Otra función de los segmentos de bloqueo 125a es ayudar al mover la empaque 120 lejos de la espiga 105 cuando la espiga 105 se inserte en la campana 1 10. La pendiente de montaje de segmento 415 es angular de modo que la pendiente de extremo frontal 315 acoplada correspondiente de la empaque 120 ayudará a desviar la l empaque 120 hacia arriba y lejos de la trayectoria de la espiga 105 de modo que no se i ¡ impida el paso. EL segmento de bloqueo 125a recibe ayuda de la pendiente de traslado I ¡ primaria 325 de la empaque 120, que ayuda a la porción de la empaque 120 delante de la ranura de expansión y contracción 330.

J En la modalidad preferida, los segmentos 125 están igualmente espaciados i i y montados a la pendiente de extremo frontal 315 de la empaque 120. Los segmentos 125 refuerzan el material de empaque elástico contra la extrusión entre la garganta 225 y la espiga 105. Para que los dientes de segmento 410 penetren la espiga 105, es preferible que el segmento de bloqueo 125a esté hecho de un material más duro que la espiga 105.

La figura 5 representa una vista en corte del segmento superior del segmento 125, donde el segmento 125b es un segmento de anti-extrusión para las empaques de unión no restringibles. En modalidades donde la restricción entre la campana acoplada 1 10 y la espiga 105 no se desee o necesite, el segmento 125b se puede fabricar con dientes como se muestran en la figura 5. El segmento sin dientes 125b funciona de manera similar al segmento de bloqueo 125a en una empaque de ayuda 120 para facilitar la desviación y evitar la extrusión de la empaque 120 entre la garganta 225 del conector de campana 220 y la espiga 120, pero no tiene dientes para penetrar la espiga 105 y proporcionar restricción. En algunas modalidades, tanto el segmento de bloqueo 125a como el segmento sin dientes 125b se pueden usar en el mismo dispositivo de restricción 1 15.

De la figura 6 a la figura 9 representan vistas en corte de los pasos para insertar la espiga 105 a través del dispositivo de sellado 1 15 y dentro de la campana 1 10. En la figura 6, la espiga 105 se alinea con la campana 1 10. En la modalidad preferida, el eje de la espiga 105 se alinea con el eje de la campana 1 10. Sin embargo, en otras modalidades, la espiga 105 se puede insertar dentro de la campana 1 10 en un ángulo. El ángulo puede ser menor a 15°. Preferiblemente, el ángulo es menor a 10°. Al entrar en contacto e inserción continua de la espiga 105 (como se muestra en la figura 7), el sello de borde 335 se estirará sobre la espiga 105 y transmitirá fuerzas axiales y circunferenciales a la empaque 120, lo que causará la activación de la pendiente de j traslado secundaria 345 y hará que los segmentos 125 entren en contacto con la espiga ! 105.

En tubería de 8 pulgadas (20.32 cm), por ejemplo, preferiblemente, se usan menos de 100 libras (45.35 kg) de fuerza para insertar la espiga 105 en la campana 1 10, más preferiblemente se usan menos de 50 libras (22.57 kg) de fuerza, y aún más preferiblemente se usan menos de 25 libras (1 1.33 kg) de fuerza. En la modalidad preferida, la inserción se puede completar manualmente, sin usar dispositivos mecánicos para otra cosa que son sea levantar el componente de tubería. La inserción de la espiga 105 a través del dispositivo de sellado 1 15 resultará en que la espiga 105 entre en contacto con el segmento 125. Las geometrías de la superficie interna cóncava235 y la superficie externa 405 del segmento 125 ayudadas por las características materiales de la empaque 120 y la ranura de expansión y contracción 330 en la empaque 120 permiten y guían el traslado del segmento 125 fuera del camino de la espiga entrante 105 con una fuerza mínima. El vector de traslado es una combinación de movimiento axial y radial en respuesta a la orientación de la espiga entrante 105 y las variaciones dimensionales de los componentes de unión. La traslación puede incluir rotación fuera del eje del segmento 125 en respuesta a que la espiga 105 se desvíe o se desplace. La energía almacenada en la empaque 120 como resultado del traslado mantiene al segmento 125 en contacto con la espiga 105. La inserción de la espiga 105 a través del dispositivo de sellado 1 15 induce fuerzas extensibles axiales en el dispositivo de sellado 1 15, o al menos coloca al segmento 125 para acoplar mejor la espiga 105 cuando exista un retiro de la espiga 105 desde la campana 1 10 (como se muestra en la figura 8). Las fuerzas extensibles de circunferencia que se ejercen en el sello de borde 335 forman un sello entre el sello de borde 335 y la espiga 105. El sello se amplifica cuando la unión se presuriza y el material de la empaque 120 ocasiona que el sello se presione más herméticamente contra la espiga 105 y la superficie interna de la campana 1 10 (como se muestra en la figura 8). La empaque 120 se puede mover independientemente al segmento 125 una vez que el j segmento 125 se asiente. Además, ya que en la modalidad preferida la campana 1 10 está formada de tal manera que el diámetro disminuye a una tasa en aumento desde el asiento de talón de empaque 239 hacia la garganta de la campana 225, la cavidad entre la campana 1 10 y la espiga 1 Q5 permite a la empaque 120 deformarse y moverse mientras j la unión se presuriza, por lo mismo ayuda a evitar que la empaque se dispare fuera de la unión. La espiga 105 no tiene que estar completamente insertada en la campana 1 10 para que selle. En la modalidad preferida, la espiga 105 se sellará una vez que el extremo insertado de la espiga 105 se inserte después del sello de borde 335.

Como se muestra en la figura 9, la espiga restringida 105 de la campana ; 1 10, ya sea por fuerzas externas o por presión interna en la tubería, provoca que los dientes 410 se acoplen con la espiga 105 debido a una carga radial causada por la | superficie externa de los cojinetes de los segmentos contra la superficie interna 235 con i una curva en disminución progresiva de la campana 1 10 y fuerza a los dientes 410 dentro de la espiga. Ya que, en la modalidad preferida, la campana 1 10 tiene una forma de modo que el diámetro disminuye a una tasa en aumento desde el asiento de talón de empaque 239 hasta la garganta de la campana 225, el retiro de la espiga se encuentra con resistencia en aumento cuando la superficie externa 405 formada de manera similar de los segmentos 125 se traslada fuera de la trayectoria de la espiga entrante 105 y también i permite al segmento 125 girar en posición fuera del eje para maximizar el acoplamiento J de los dientes 410 con una espiga 1 10 desplazada radialmente o desalineada y para j disminuir la posibilidad de condiciones de carga en puntos. En la modalidad preferida, los i segmentos 125 son capaces de girar dentro de los confines de la campana 1 10 y la j espiga 105 y establecerse en una posición que minimice el esfuerzo.

! Cuando la unión es extendida (se separa), la superficie externa 405 del segmento de bloqueo 125 concuerda con la superficie interna 235 del conector de campana 220 y fuerza a los dientes 410 dentro de la superficie extema de la espiga 105 debido a que la acción de bloqueo parabólica de la superficie externa del segmento de bloqueo 125 se atrae en dirección a su vértice. El retiro de la espiga 105, ya sea debido a fuerzas externas o a acción hidráulica interna causada por presurización de la empaque, ! provoca que los dientes 410 se acoplen a la espiga 105 y la superficie externa convexa | 405 del segmento de bloqueo 125 para acoplar la correspondiente superficie interna I cóncava 235 del conector de campana 220. Cuando el movimiento del retiro continúa, el I acoplamiento entre la superficie externa 405 del segmento de bloqueo 125 y la superficie interna 235 se intensifica por el diámetro más pequeño en aumento del conector de la campana 220. Esto aumenta la carga radial interna de los dientes 410, lo que los fuerza para además acoplarse a al espiga 105. La extensión de la unión se minimiza debido a que la superficie externa del segmento de bloqueo 125 se encuentra con un diámetro en disminución exponencial de la superficie interna 235 durante el retiro, que aumenta exponencialmente la tasa de carga radial de los dientes 410 que se acoplan a la espiga 105. En modalidades donde existen múltiples segmentos de bloqueo 125, la presión de acoplamiento en la superficie externa de los segmentos de bloqueo 125 sería relativamente igual ya que la campana 10 y la espiga 105 tienen forma de círculos concéntricos cuando se alinean axialmente.

La figura 10 representa una vista transversal de una espiga 1005 conectada a una campana 1010 desviada en un ángulo T. La superficie externa del segmento 1025 facilita una desviación o flexión de la unión entre la espiga 1005 y la campana 1010 al moverse a lo largo de la superficie interna 1020 de la campana 1010. Si T se define como el ángulo de desviación medido desde la línea central CL de los componentes de campana 1010 y espiga 1005, entonces en dirección de desviación, el segmento 1025 se moverá a lo largo de la curva 1020 en la dirección del vértice o el j extremo menor de la curva 1020. En el otro extremo de la conexión, en la dirección ! opuesta lejos de la desviación, el segmento opuesto 1030 se moverá a lo largo de la curva 1020 lejos del vértice. Los segmentos montados alrededor de la empaque 1015 en lugares intermedios entre el segmento 1025 y el segmento 1030 seguirán una trayectoria elíptica. Las superficies exteriores de estos segmentos intermedios se mantendrán en contacto con la superficie interna cóncava 1020 de la campana 1010 debido a la forma continuamente cambiante de la superficie interna 1020. La interfase entre las formas I parabólicas de la curva 1020 y la superficie externa del segmento 1025 permite la carga ! uniforme de la empaque 1015 y el acoplamiento consistente de segmentos 1025 a través de la empaque. El eje mayor de la trayectoria elíptica se puede definir por h = tangente (T) veces el diámetro efectivo como es medido a través de la superficie externa de los i segmentos opuestos. En la modalidad preferida, T es menor a o igual a 15°. Más ¡ preferiblemente, T es menor a o igual a 10°; sin embargo, T puede ser otro ángulo.

En la modalidad preferida, cuando la empaque se desvía, la superficie externa del segmento de bloqueo 125 sigue una curva descrita por una elipse en un plano inclinado al eje de la espiga. Cada mitad de la elipsis de cada lado del eje menor es una ! curva lo suficientemente cercana en forma a una parábola de manera que la elipse se j conforma cerca del paraboloide de la campana 1 10 cuando la unión se desvía. j En la modalidad preferida, la superficie interna 235 de la campana 1 10 y la I I superficie externa 405 del segmento 125 sigue la forma de los paraboloides truncados, | uno colocado dentro de otro. Los dos paraboloides están alineados axialmente cuando la j empaque está en la posición no desviada.

En la modalidad preferida, se requiere lubricación entre la espiga 105 y el dispositivo de sellado 1 15. Sin embargo, en otras modalidades, los lubricantes se pueden aplicar a la superficie interna del dispositivo de sellado 1 15, la superficie externa de la espiga 1 10, o ambos. Preferiblemente, el lubricante es un lubricante de película seco. El lubricante puede facilitar el ensamblaje y/o proporcionar protección contra corrosión al i dispositivo de sellado 1 15. Preferiblemente, sólo se usa una cantidad mínima (debajo de los estándares industriales) de lubricante.

Los siguientes ejemplos ¡lustran modalidades de la presente descripción, pero no deberían tomarse como que limiten el objetivo de cualquier reivindicación que fluya de las mismas.

! EJEMPLO ! Se realizó un experimento con dos longitudes de 8 pulgadas (20.32 cm).

Una tubería tuvo una campana como se describe en la presente mientras que otra tuvo i una espiga como se describe en la presente. Las dos longitudes se unieron por medio de i un dispositivo de sellado como se describe en la presente. Las tuberías se sellaron en sus ¡ respectivos extremos abiertos y la cavidad interna se presurizó. El experimento se realizó J primero con las tuberías que no tenías desviación y después con las tuberías con 5.7° de desviación. Los resultados se recopilaron en la Tabla 1 .

Si "T" se define como el ángulo de desviación entre el eje del conector de campana 1010 y la espiga 1005, a través de ángulos moderados de desviación, los segmentos de bloqueo 1025 que siguen al eje mayor de una elipse proyectada en un plano inclinado perpendicular al eje se colocarán, en un lado del ángulo complementario (180° - T), más cerca del vértice del paraboloide del conector de campana 1010, y aquellos en el ángulo de desviación correspondiente, T, que corresponden al lado más largo del eje mayor de la elipse seguirán la curva del paraboloide y se colocarán más afuera en el eje mayor, pero aún así cerca del conector de la campana 1010. Entonces, la trayectoria elíptica de los segmentos desviados 1025 que giran dentro del paraboloide J ayuda a mantener la proximidad entre el paraboloide fuera de las superficies de los segmentos de bloqueo 1025 y la superficie del paraboloide del conector de campana 1010 a través de ángulos de desviación moderados dentro de los límites de la unión. En el j centro de la rotación (durante la desviación), los segmentos 1025 no se desplazan j demasiado más allá de su posición original en el círculo perpendicular al eje de la espiga 1005. El desplazamiento o traslado de los segmentos 1025 incluye la capacidad de girar en una posición fuera del eje para mejorar el acoplamiento con una espiga desalineada 1005 y para proporcionar compensación de presión entre la curva de campana y el extremo de espiga a través de los segmentos 1025. Después, el patrón de acoplamiento i de los segmentos 1025 está aproximadamente balanceado alrededor de la espiga 1005 i i ya sea desviada o no a través de ángulos de desviación moderados de la unión. i l La validez de está afirmación se puede ver por el patrón de acoplamiento j ! de dientes de segmento de una empaque en una espiga de tubería 1005 como se i muestra de la figura 1 1 a la figura 13 para una unión que se desvió 5.7°, y se presurizó a 828.2 psi antes de que el cuerpo de la empaque se rompiera. Se puede ver que el patrón ! de acoplamiento que sigue una trayectoria elíptica alrededor de la espiga de tubería 1005, ! y la profundidad de penetración de los dientes están muy cerca, lo que muestra presiones relativamente ¡guales entre el conector de campana 1010, segmentos 1025 y espiga 1005, auque la unión se desvíe. Además, los segmentos giran a hasta a 30° y más durante la desviación. La unión en las fotografías soportó una presión de 828.2 psi antes del fallo de la empaque prototipo hecha de un poliuretano con catalizador activado. Un caucho vulcanizado SBR o EPDM moldeado sería considerablemente más fuerte y se esperaría que soportara presión mayor antes de fallar. Aunque el caucho de empaque falló, la unión mantuvo el acoplamiento y no se separó. En cada una de las pruebas, las uniones no se separaron; todos los fallos fueron debido a la debilidad del uretano fundido de las empaques prototipo de laboratorio.

Ilustrada en la figura 14 se encuentra una modalidad de un ensamblaje de empaque elastomérico anular 1 100. El ensamblaje de empaque 1 100 tiene un cuerpo anular 101 con una sección exterior 1 103 con al menos una ranura 1 105 en la circunferencia exterior de la sección exterior 1 103. Una pluralidad de miembros substancialmente rígidos 1 107 está conectada a la sección exterior 1 103.

La figura 15 ilustra los componentes de un sistema 1 1 14 para sellar una espiga y una campana, entre ellos la campana 1 1 15, la empaque 1 1 17 y la espiga 1 1 19. Como se describe con respecto a la modalidad anterior, la empaque 1 1 17 se sienta dentro de la porción interna de la campana 1 1 15 en la manera anteriormente descrita.

Ilustrada en la figura 16 se encuentra una sección transversal de una modalidad de una empaque 1 120. Una empaque 1 120 tiene una primera sección 1 121 y una segunda sección 1 123. Ilustradas en la figura 16 se encuentran dos ranuras 1 125 y 1 127, y el talón de empaque 1 28. Adjunto al frente de la empaque 1 120 está un miembro substancialmente rígido 1 129. El propósito de las ranuras 1 125 y 1 127 es permitir a la primera sección 1 121 flexionarse, por lo mismo permite el desplazamiento del borde frontal de la primera sección, que se desplaza en una dirección axial y radial cuando la espiga 1005 se inserta. Este desplazamiento permite al miembro substancialmente rígido 1 129 moverse a lo largo de la superficie interna de la campana 1010 (es decir, fuera del camino de la superficie externa de la espiga 1005) de manera que disminuye la fricción generada entre el miembro substancialmente rígido 1 129 y la espiga 1005. Se pueden usar otras formas para permitir la curvatura de la primera sección 1 121 de la empaque 1 120. Por ejemplo, la primera sección 1 121 puede estar hecha de un material más flexible que la segunda sección 1 123. La primera sección 1 121 y la segunda sección 1 123 pueden ser piezas separadas conectadas entre sí de manera flexible. De otra manera, la primera sección 1 121 se puede proporcionar con agujeros en el interior de la primera sección 1 121 , como un tipo de curvatura de la primera sección 1 121.

Los miembros substancialmente rígidos 1 129 transfieren las fuerzas generadas por la fricción de la inserción de la espiga 1005 a la primera sección 1 121 de la empaque 1 120. Los miembros substancialmente rígidos 1 129 se pueden proporcionar con geometría para asir la superficie externa de la espiga 1005, como los dientes 1 131 ilustrados en la figura 16. Otras geometrías para asir la superficie superior de la espiga pueden incluir, por ejemplo, superficies rugosas, una pluralidad de protuberancias salientes, etc.

Una de las ventajas de la superficie interna de la campana de la modalidad actuales que permite el uso de un solo material de dureza. Los sellos de unión para tubería de acero dúctiles deben adaptarse a un gran número de variaciones en las dimensiones de las campanas y las espigas. La carga axial de las empaques es un resultado de ensamblar fuerzas y fuerzas hidrostáticas del interior y exterior del sistema de tubería. Normalmente, los cauchos suaves usados para el sellado efectivo requieren de apoyo longitudinal para evitar el desplazamiento del sello durante ensamblaje y carga hidráulica. Las uniones usadas comúnmente requieren apoyo longitudinal para la empaque al proporcionar un caucho más resistente anclado en una ranura de la campana.

Se ha determinado que una empaque de una sola dureza con un diseño como el ilustrado como 1 15 en la figura 1 puede estar deformado (enrollado) bajo ciertas condiciones de alta presión y/o alta desviación. En una modalidad de la presente descripción, ilustrada en la figura 17, se ilustra una campana 10 con un área de asiento de empaque 1 151. En esta modalidad, la forma del área de asiento de empaque 1 151 en combinación con la forma del talón de empaque 1 128 (en la figura 16) sirve para evitar el desplazamiento de una empaque de una sola dureza 1 120 bajo condiciones de alta presión o alta desviación. En esta modalidad, como con la modalidad ilustrada en la figura 6, la espiga entrante 105 primero pasa por los segmentos 1129 y avanza hacia el sello de tipo K en la segunda sección 1 123 de la empaque 1120. La combinación de la empaque y el segmento 1129 se diseñan para proporcionar un ajuste de interferencia entre la espiga 105 y los segmentos 1 129 de aproximadamente 0.010". La elasticidad de la empaque 1 120, el diámetro expandlble de la superficie interna interior 235 de la campana 1 10, el diseño del segmento 1 129 y las ranuras de expansión y contracción 1 125 y 1 127 de la empaque (mostrada en la figura 16) ayudan al fácil movimiento de de los segmentos 1 129 fuera del camino durante la inserción de la espiga. El asiento de una empaque de una sola dureza 1 120 más profundamente en la campana en el área de asiento de empaque 1 151 se ajusta fácilmente a estas fuerzas. Cuando la espiga 105 avanza, pasa a través del área de la empaque 1120 con el talón de empaque 1128 en el área de asiento de empaque 1 151 antes de encontrarse con el sello de tipo K. Cuando el final de la espiga 105 pasa a través del sello, el sello se estira radialmente y el sello de tipo K se desplaza en dirección del viaje de la espiga entrante. El movimiento del talón de empaque 1 128 se evita por la superficie de asiento en el área de asiento de empaque 1 151. Cuando la línea i (tubería) se llena con fluido y se aplica fuerza hidráulica a la empaque de caucho suave ! de una dureza 1 120, existirá una tendencia de que la empaque 1 120 se desplace. El i | avance de la empaque 1 120 para en los segmentos 1 129 espaciados alrededor de la circunferencia de la empaque 1 120. El espaciado de los segmentos 1 129 se dicta en i j parte por el requerimiento de proporcionar apoyo para la empaque y evitar la extrusión de j la empaque a través del espacio entre la campana 1 10 y la espiga 105. j Los atributos deseados de la unión restringida de cada modalidad de la i i descripción actual incluyen fuerza de inserción baja, capacidades de desviación mejoradas y eficiencia de carga de segmento mejorada. El atributo de fuerza de inserción J baja se aborda por el nuevo diseño de la empaque 1 120. La capacidad de desviación y j los atributos de carga de segmento se abordan por el perfil interior de la campana 1 10, el ' asiento de empaque 1 151 y donde los segmentos 1 129 entran en contacto con la superficie interna 235 bajo las variaciones y lugares dimensionales de varios componentes de la espiga 105, entre ellos la desviación angular y compensación radial.

Un aspecto de la descripción actual es el uso de una rampa en forma parabólica (superficie interna 235). La forma de la superficie interna 235 se aproxima al I patrón de una forma circular girada por un plano. Se debería reconocer que las curvas ! ligeramente parabólicas se generan por espigas desviadas de diámetros mínimos, nominales y máximos. Se empieza con estas curvas y se mejoran con ajustes para i variaciones dimensionales en otros componentes que resultan en la secuencia de I superficies mezcladas entre sí para formar el perfil interior de la rampa donde el segmento ! cruza por los grados de desviación variables. Estas modificaciones proporcionan capacidad de desviación mejorada y eficiencia de acoplamiento de segmento alrededor I de la circunferencia de la espiga. Esto se ha demostrado por observaciones y medidas de I evaluación posteriores de patrones de acoplamiento de segmento, entre ellos profundidad de penetración de diente.

La ventaja proporcionada se vuelve aparente cuando se comparan las capacidades de desviación y los patrones de carga de segmento de una campana 1 10 con una superficie interna paraboloide 235 con una campana con una superficie interna de sección cónica recta que se usa en técnica anterior con segmentos de bloque con acción de cuña. En una campana con una superficie interna con sección cónica recta, sin desviación de la espiga 105, se podría ver carga uniforme alrededor de la circunferencia de la espiga 105, si se asume que la campana y la espiga son redondas. Sin embargo, cuando la unión se desvía, la carga en los segmentos individuales podría cambiar cuando la espiga aplique fuerza adicional en los segmentos frente al radio de desviación y j disminuya la fuerza en los segmentos a un lado lejos del radio de desviación. Este cambio i en la carga de lo segmentos resulta en que algunos segmentos llevan una carga altamente desproporcionada y otros segmentos cargas más bajas. Esta carga irregular pondría carga concentrada no deseada en la espiga, lo que sería especialmente crítico en espigas con paredes delgadas. En alguna medida, el impacto negativo de esta carga irregular se reduciría al agregar más segmentos, pero eso no sería una solución j económica y no abordaría completamente el problema.

! Se pueden usar otras formas de superficies internas con algún sacrificio o pérdida de eficiencia de carga de segmento. En otras palabras, cuando se mueve desde ¡ la modalidad preferida a través de una serie de formas cóncavas y se acaba en línea j í recta (forma cónica), el patrón de carga (es decir, la fuerza requerida para insertar la i espiga 105) se deteriora. Prácticamente, una serie corta de secciones cónicas que se i aproximan a la curva de la modalidad preferida puede producir una superficie 235 menos ! efectiva, pero aceptable. También funcionarían otras formas cóncavas para superficies i i ! internas 235 con el radio más corto frente a la campana, pero, de nuevo, con alguna pérdida en eficiencia de carga de segmento.

Agarrar la superficie de un material suave con fuerza extensible menor como el PVC normalmente requiere substancialmente más área de contacto que para materiales duros con fuerza extensible mayor como el acero dúctil. Este aumento en el área de contacto se puede lograr al maximizar el acoplamiento de circunferencia y extender la longitud de acoplamiento lineal.

El número, espaciado y profundidad de entalladuras o dientes del segmento 1 129 que acoplan la superficie de la espiga 105 debe reflejar la carga anticipada en la unión restringida. La tolerancia menor en la tubería PVC fuera de los diámetros puede requerir pequeñas modificaciones en el tamaño del segmento 1 129 y en el perfil de empaque. La prolongación del segmento 1 129 para lograr más acoplamiento lineal podría requerir más longitud axial de la superficie interna 235 (área de contacto de segmento) si se requiere la capacidad de desviación de la unión para sistemas de tubería dúctiles para el PVC.

La figura 18 muestra una curva de circunferencia en el segmento. Los segmentos de pueden cortar de un anillo mecanizado al perfil mostrado en la sección transversal en la figura 19. La curvatura en una superficie superior 1 155 del segmento 1 29 facilita la capacidad del segmento 1 129 para moverse dentro de la superficie interna 235 del conector de campana 220 para ajustar variaciones en desviaciones y dimensiones de espiga. El radio de la curvatura de la superficie superior 1 155 no necesita ser exactamente igual a la superficie interna 235. Por ejemplo, el mismo segmento 1 129 se puede usar para tuberías con diámetro de 4 pulgadas (10.16 cm) a 12 pulgadas (30.48 cm). Los segmentos 1 129 también se pueden fundir o formar para las dimensiones. Por ejemplo, la sección transversal se podría producir en una operación de dibujo (recta).

Después podría usarse una operación de formado para colocar una curva en la existencia de segmentos. Después, una operación de esquila se usaría para cortar la existencia en segmentos. Las dimensiones del segmento 1 129 son tales que habrá una pequeña interferencia con la espiga entrante 105 (p. ej., aproximadamente 0.010 pulgadas [0.0254 cm]). Se planea que la interferencia mantenga el contacto con los dientes del segmento con la superficie externa de la espiga 105 y energice la primera sección 1 121 de la empaque 1 120, donde la empaque 1 120 se une al segmento 1 129.

Ilustrado en la figura 19 está un segmento 1 129 con dos posibles formas para la superficie superior del segmento 1 129. La configuración de superficie superior 1 155 (en línea punteada) es una curva de radio simple. Una configuración de superficie superior 1 156 se puede proporcionar para ajustarse a tolerancias en los distintos componentes y para desviaciones de la espiga 105 en la campana 1 10. De manera similar, el segundo diente 1 158 (línea punteada) del segmento 1 129 se puede extender (¡lustrado como segundo diente 1 159 en línea sólida) para ajustarse a tales tolerancias.

La figura 20 muestra una vista transversal en explosión del segmento 1 129 para ilustrar cuatro características en la superficie superior 1 155 del segmento 1 129, así como la disminución del segundo diente. La primera porción de la superficie superior 1 155 puede ser una línea recta para aumentar el contacto en la porción delantera de la superficie interna 235 para evitar que el segmento 1 129 salga de la campana 1 10. En esta modalidad, la sección recta A no coincide con la curva en la superficie interna 235 y el desajuste resulta en interferencia con el frente de la campana, lo que causa que el movimiento del segmento 1 129 sea más difícil. Las porciones B y C del segmento 1 129 ilustrado en la figura 20 pueden ser superficies curvas diseñadas para maximizar el contacto de la superficie para variaciones en diámetros de espiga y desviaciones de la unión. Toda la parte superior del segmento y el contorno de la campana están diseñados para maximizar el componente de carga axial del vector de fuerza. La porción D se proporciona para mantener el lugar del segmento durante la producción de empaque. La porción D evita que la porción cilindrica de la empaque se doble y provoque que el segmento gire (en sentido de las manecillas del reloj) fuera de posición. La rotación del segmento fuera de posición podría llevar a un acoplamiento de dientes incorrecto. Este diseño ayuda a mantener el contacto de ambos dientes en la superficie de la espiga. Además, el diseño elimina la posibilidad de que una esquina trasera superior afilada del segmento se acople con la superficie de la campana y cause una rotación en sentido contrario a las manecillas del reloj del segmento y provoque daño a la empaque. Para evitar una situación donde sólo el primer diente se acople a la espiga en ciertas configuraciones de unión específicas, el segundo diente se puede extender (porción E) de modo que ambos dientes permanezcan en contacto con la espiga. El único acoplamiento de diente tiene riesgo en aumento de penetración de espiga, ruptura de diente o falta de acoplamiento. En la modalidad preferida, el ángulo incluido en el primer diente 1 157 es de aproximadamente 60° y el ángulo incluido en el segundo diente es de aproximadamente 54°.

Los segmentos de bloqueo 1 129 tienen más libertad de movimiento (axialmente, radialmente y girar fuera del eje circunferencialmente). Los segmentos en uso actualmente normalmente se limitan axialmente por una pestaña de retención y un asiento de retención de conectores de campana existentes, y lateralmente por el caucho suave y dura de la empaque (doble dureza) que los sostiene en posición y separados y espaciados. Estos segmentos están libres para girar dentro de la campana por la pestaña de retención de 4" (10.16 cm) a 24" (60.96 cm), y dentro de una ranura de retención de 30" (76.2 cm) a 36" (91 .44 cm). La acción de giro se restringe a una trayectoria que está axialmente alineada con la línea central de las tuberías concordantes. En consecuencia, los dientes de segmentos actualmente en uso se acoplarán, bajo condiciones de ensamblaje adecuadas, a la espiga de la tubería concordante en un patrón de circunferencia. También, los segmentos actualmente en uso se restringen radialmente por la altura del anillo entre el conector de campana y la espiga concordante. Las condiciones de deformidad circular pueden perjudicar el funcionamiento más allá de la capacidad de los segmentos para compensarla al moverse axialmente dentro del conector de campana.

Los segmentos 1 129 no están aseguradamente bloqueados en posición ya que están montados por unión del borde trasero del diente trasero 1 159 del segmento al borde frontal de la empaque 1 120. Los segmentos no tienen que estar encapsulados en la empaque 1 120. Ya que la empaque 1 120 es un material elástico capaz de deformación considerable, los segmentos 1 129 pueden girar fuera de eje y también moverse axialmente dentro de límites razonables más allá de los confines normales de la superficie superior de segmento 1 155 para compensar la deformidad circular u otras irregularidades en el conector de campana 220 o en la espiga 105.

La forma en sección transversal de la empaque 1 120 en la figura 16 también facilita la liberta de movimiento de los segmentos por la inclusión de ángulos cuidadosamente seleccionados del borde de la empaque y el borde trasero de los segmentos 1 129 donde se montan en la empaque. La inclusión de ranuras de expansión/contracción 1 125 y 1 127 (mostradas en la figura 16) en el extremo de empaque detrás del segmento 1 129 permiten libertad adicional de movimiento de los segmentos con la curva de superficie interna 235 del conector de campana 220. Los segmentos 1 129 tienen libertad radial de movimiento para ajustarse a la superficie interna 235 del conector de campana 220 al subir hacia el vértice del paraboloide cuando la espiga concordante se retira.

Otra característica es que una vez que el diente 1 157 y 1 159 del segmento 1 129 se bloquean en posición en la superficie de la espiga 105 por penetración, la desviación adicional aún está disponible en la unión por flexión de los segmentos alineados como un todo. Por lo tanto, la unión acoplada no es rígida como con las uniones actualmente usadas, sino que permite alguna flexión parecida a acción de unión esférica. Esta característica puede volver a la unión adecuada para aplicaciones adicionales como HDD (perforación direccional horizontal).

Para componentes de tubería de hierro dúctil, los segmentosl 129 se pueden fabricar de acero adecuado capaz de ser tratado con calor para lograr una dureza j adecuada y otras propiedades físicas clave por cualquier método de entre varios métodos. j Los métodos de formación incluyen el mecanizado de un anillo con la superficie de i j cojinete curvo del segmento en el diámetro exterior, el diente en el diámetro interior y i ángulos de dientes frontales y traseros mecanizados adecuadamente. Los segmentos de longitud adecuada pueden entonces cortarse radialmente desde el anillo y tratarse con j calor. | j Los segmentos 1 129 pueden estar hechos de material de barra de acero laminada en frío como una barra recta con el perfil adecuado, cortada en longitudes lo suficientemente largas para tener forma de rollo en un semicírculo, y después además se I cortan en segmentos de longitud adecuada antes del tratamiento por calor. De otra i j manera, los segmentos 1 129 se pueden producir por moldeado por inversión siempre y | cuando la fundición y su fabricante tengan la tecnología para mantener todos los perfiles y i ! detalles importantes, entre ellos lo afilado de los dientes y la libertad por la porosidad.

Los segmentos 1 129 para tubería de plástico, como PVC, se pueden mecanizar de material de plástico duro o de metal como se describe anteriormente o se pueden moldear de plástico más duro como policarbonato o ABS al calentarse e inyectarse en una cavidad de molde de un metal adecuado. El principal requisito de ¡ material aquí es que el material de segmento sea más duro y más fuerte que la tubería PVC, capaz de soportar dientes relativamente afilados y que sea económico, ya que el patrón de acoplamiento axial y circunferencial debe ser substancialmente mayor que el del hierro dúctil. Si se escogen los segmentos de metal, no es muy posible que se necesite el endurecimiento por tratamiento de calor.

El cuerpo de la empaque 1 120 será más económico de producir ya que el caucho de una dureza se usará al contrario del caucho de doble dureza para las empaques usadas actualmente. También, la empaque 1 120 puede ser más delgada que las empaques usadas actualmente, lo que la hace más ligera y que requiera menos material. Los tiempos de exposición deberían permitir ciclos de exposición de molde más cortos, lo que aumentaría el rendimiento de la máquina.

El patrón de mordida en presión de espiga examinado con empaques hechas de acuerdo con la presente descripción (ver de la figura 1 1 a la figura 13) demuestra la capacidad única de los segmentos individuales 1 129 para buscar un lugar que maximice su acoplamiento con la espiga 105. Las marcas de mordida muestran no sólo el lugar de cada segmento 1 129, sino también sus orientaciones y las profundidades de penetración de los dientes. Estudios de empaques de pruebas posteriores muestran que los segmentos tienen la flexibilidad para moverse axialmente y girar fuera del eje. La penetración de diente, junto con los dos dientes de segmentos individuales, fue uniforme alrededor de la periferia de la espiga.

También se ha observado que después de examinar a presión los ensamblajes en posiciones desviadas, el ángulo de desviación de la unión podría cambiarse fácilmente. Evaluaciones subsecuentes indicaron que los segmentos (con sus dientes incluidos en la superficie de la espiga) y la espiga se movieron como una unidad dentro de las curvaturas internas de la campana.

La uniformidad en profundidades de marcas de mordida muestra la distribución uniforme de la carga alrededor de la espiga 105. Esto es particularmente favorable ya que el grosos del metal de las paredes de la tubería disminuye. La capacidad de la unión para desviarse después de que los dientes se hayan establecido es un contraste favorable a las uniones usadas actualmente que son esencialmente rígidas después de presurizarse.

La libertad de movimiento de los segmentos de bloqueo 1 129, junto al movimiento fuera de la trayectoria de la espiga entrante 105, es una ventaja. Al minimizar la resistencia en la espiga, el elastómero comprimido mantiene una fuerza axial en el segmento de modo que llena brecha disponible y posiblemente cambiante. Esta autocolocación de los segmentos individuales 1 129 los mantienen en contacto con la superficie de la espiga 105. Cuando la espiga 105 comienza a retraerse, los segmentos se acoplan rápidamente, lo que minimiza la cantidad de unión extraída durante la presurización.

Otras modalidades y usos serán aparentes para aquellos capacitados en la técnica en consideración de la especificación y práctica de las modalidades descritas en la presente. Todas las referencias citadas en al presente, junto con todas las publicaciones, patentes y solicitudes de patente estadounidenses y extranjeras, son específica y completamente incorporadas por referencia. Se pretende que la especificación y ejemplos sean considerados de ejemplificación sólo con el objetivo y espíritu verdaderos de la descripción indicados por las siguientes reivindicaciones. Además, el término "comprende" incluye los términos "que consiste de" y "que consiste esencialmente de", y no se pretende que los términos comprende, incluye y contiene sean limitativos.

Claims (16)

REIVINDICACIONES

1 . Un sistema para sellar una espiga, el sistema está caracterizado porque comprende: una empaque, la empaque tiene un extremo frontal, una primera sección y una segunda sección, la empaque define al menos una ranura; al menos un miembro substancialmente rígido en contacto con el extremo frontal, el miembro substancialmente rígido está hecho de un material que es más rígido que un material de la empaque, y una campana que rodea la empaque, la campana define un área de asiento de empaque.

2. El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque al menos una ranura es al menos dos ranuras de expansión y contracción.

3. El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la campana incluye una superficie interna, la empaque está en contacto con la superficie interna de la campana.

4. El sistema de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque la superficie interna es un paraboloide.

5. El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la empaque incluye un talón de empaque, y donde el talón de empaque concuerda con el área de asiento de empaque.

6. El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el miembro substancialmente rígido incluye dientes.

7. Un segmento caracterizado porque comprende: una superficie superior que incluye una primera porción, una segunda porción, una tercera porción y una cuarta porción; y al menos dos dientes.

8. El segmento de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la primera porción es plana, la segunda porción es curva, la tercera porción es curva y la cuarta porción es plana.

9. El segmento de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque además comprende una curva circunferencial.

10. El segmento de conformidad con la reivindicación 9 además comprende una superficie superior, caracterizado porque la superficie superior incluye un relieve para tolerancia y desviación.

1 1 . Un método para crear y mantener una interfase sellada entre una espiga y una campana, el método está caracterizado porque comprende: proporcionar un miembro elastomérico anular que tiene un borde frontal y una segunda sección; sentar la segunda sección del miembro elastomérico anular en un área de asiento de empaque de la campana; desplazar la primera sección del miembro elastomérico anular en una dirección axial y radial en respuesta a las fuerzas generadas por la inserción de la espiga; y asegurar la primera sección del miembro elastomérico anular a la espiga.

12. El método de conformidad con la reivindicación 1 1 , caracterizado porque el paso de desplazar la primera sección del miembro elastomérico anular comprende curvar la primera sección del miembro elastomérico anular; por lo cual el borde frontal se desplaza axialmente por la inserción de la espiga.

13. El método de conformidad con la reivindicación 1 1 , caracterizado porque además comprende crear una bolsa anular y un sello de reborde entre la espiga y la campana con la segunda sección del miembro elastomérico anular.

14. El método de conformidad con la reivindicación 1 1 , caracterizado porque el miembro elastomérico anular tiene una pluralidad de miembros substancialmente rígidos en el borde frontal del miembro elastomérico anular, por lo cual las fuerzas axiales generadas por la inserción de la espiga se transfieren a los miembros substancialmente rígidos y por lo mismo al borde frontal del miembro elastomérico anular y por lo mismo causa que la primera sección del miembro elastomérico anular se j desplace en una dirección axial y radial.

I 15. El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el elemento de método para asegurar la primera sección del miembro elastomérico anular a la espiga incluye asir la espiga con los miembros substancialmente rígidos.

16. El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque además comprende desplazar ligeramente la espiga lejos de la campana.