PL174883B1 - Uszczelka do teleskopowych połączeń rur - Google Patents

Abstract

1. Uszczelka do teleskopowych polaczen rur, z których jedna rura wewnetrzna ma zakonczenie czo- powe a druga rura zewnetrzna ma zakonczenie kieli- chowe z rowkiem mieszczacym czesc uszczelki, przy czym rowek jest ograniczony z jednej strony przedma scianka a z drugiej strony obrzezem, zas scisliwy kor- pus uszczelki zlozony jest z czesci pietowej i czesci uszczelniajacej, a na obwodzie uszczelki od strony jej powierzchni czolowej sa osadzone w odstepach meta- lowe segmenty, przy czym kazdy z metalowych seg- mentów ma rzad zebów wystajacych promieniowo do wewnatrz uszczelki oraz wyzlobienie znajdujace sie po stronie przeciwleglej w stosunku do zebów, w któ- rym to wyzlobieniu miesci sie obrzeze rury zewnetrz- nej, znamienna tym, ze metalowy segment (34a) zawiera rzad zebów zlozony z co najmniej czterech ze- bów (36,38,40,42) ulozonych w luk (56) zakrzywio- ny w tym samym kierunku co obrys wyzlobienia (48) metalowego segmentu (34a) mieszczacego w sobie obrzeze (50) rury zewnetrznej (2). Fig. 1 PL PL PL

Description

Wynalazek dotyczy uszczelki do teleskopowych połączeń rur.

Uszczelka służy do uszczelniania połączeń rur ciśnieniowych z żeliwa sferoidalnego i zapobiegania rozdzielaniu połączeń utworzonych przez rury teleskopowe.

W połączeniach teleskopowych, równy lub czopowy koniec jednej ruryjest wprowadzony w kielichowy koniec rury współpracującej. Otwór kielichowego końca rury jest dostatecznie duży, by zmieścił się w nim czopowy koniec rury wewnętrznej. W kielichowy koniec rury zewnętrznej włożona jest uszczelka, która uniemożliwia uchodzenie płynu z połączenia pomiędzy dwiema rurami.

W sieciach przeciwpożarowych lub w miejskich sieciach wodociągowych gdzie płyn (woda) znajduje się pod wysokim ciśnieniem, stosuje się różne środki w celu zapobiegania rozdzielaniu się połączonych rur.

W pewnych okolicznościach, dla uniemożliwienia rozdzielenia rur, są one wyposażone w kołnierze skręcane śrubami. Sposób ten jestjednak kosztowny i czasochłonny, ponieważ wymaga oprócz wprowadzania rur dodatkowo dokręcania śrub.

Inny sposób przeciwdziałania rozdzieleniu się rur polega na zastosowaniu korpusów lub innych zewnętrznych urządzeń unieruchamiających. Sposób ten jest również kosztowny i wymaga starannego umieszczania tych korpusów.

Z opisów patentowych US 2 953 398 i US 4108 481 znany jest sposób łączeniajednej ciśnieniowej rury żeliwnej zakończonej kielichem z drugą rurą o zakończeniu równym lub ściętym przy użyciu gumowej lub elastomerowej uszczelki, którą wtłacza się między ściankę wewnętrzną kielicha a zewnętrzną ściankę ściętego zakończenia następnej rury z szeregu rur teleskopowych. Dla ułatwienia prowadzenia równego zakończenia rury w otworze kielicha i uszczelki gumowej oraz ograniczenia jego ruchu, przewidziano podłużny rowek ustalający w

174 883 kielichu, w ściance uszczelki oraz w części ścianki gardzieli. Uszczelki tego typu zwykle mają trzy istotne części, korpus uszczelniający, piętę i wewnętrzną ściankę stożkową.

Ponieważ zarówno kielich rury jak i równy koniec rury mogąbyć wytwarzane bez obróbki skrawaniem, występują stosunkowo duże zmiany średnic odlewów rur. Korpus uszczelniający poddawanyjest z kolei ściskaniu w zakresie od około 2% do 45% jego pierwotnej grubości. Aby pomóc przy wprowadzaniu równego końca jednej rury do kielicha z uszczelką drugiej rury przy dużym rozrzucie ich średnic, wewnętrzna ścianka uszczelki jest zwykle wykonana w kształcie stożkowym i zwęża się w kierunku do średnicy gardzieli kielicha do wewnętrznej średnicy korpusu uszczelki. Aby dodatkowo pomóc w montażu, korpus uszczelki ma stosunkowo niewielką twardość od około 40 do 60, przy pomiarze twardościomierzem Shore’a.

Przytrzymująca część piętowa uszczelki jest zwykle wykonana z materiału o twardości większej niż korpus uszczelniający, aby pomóc w przytrzymywaniu uszczelki podczas montażu połączenia i uniemożliwić wyrzucanie bardziej miękkiej części korpusu gdy zmontowane połączenie podlega działaniu dużych ciśnień wewnętrznych. Przytrzymująca część piętowa typowej uszczelki ma twardość według Shore’a 75-90. Ustalająca część piętowajest skonstruowana tak, aby pasowała do rowka przytrzymującego część kielichowej rury zewnętrznej. Znane uszczelki o takich właściwościach mają w przekroju poprzecznym profil asymetryczny.

Uszczelki o podobnych asymetrycznych przekrojach poprzecznych wytwarzane również były z materiałów gumowych ojednej twardości. Jeżeli cała uszczelkajest wykonana z materiału twardszego, potrzebne są bardzo duże siły przy montażu. Jeżeli cała uszczelka jest wykonana z materiału bardziej miękkiego, wówczas uszczelka może przemieszczać się podczas montażu, a ponadto może pracować tylko przy stosunkowo niskich ciśnieniach wewnętrznych. Uszczelki o jednej twardości są normalnie wytwarzane w zakresie twardości według Shore’a 60-75. Na ogół uszczelki o jednakowej twardości mają właściwości gorsze niż uszczelki o dwóch wartościach twardości.

Z opisów patentowych US 3 963 298 i US 4 229 026 znane jest rozwiązanie gumowej uszczelki, która ma rozmieszczone równomiernie wokół swego wewnętrznego obwodu uzębione metalowe segmenty. Te uzębione metalowe segmenty wbijają się w zewnętrzną powierzchnię czopu wprowadzonej rury i uniemożliwiają jej wyciągnięcie. Aby umożliwić wprowadzenie czopowego końca jednej rury w kielichowy koniec drugiej rury, uniemożliwiając równocześnie wyciągnięcie włożonej rury w warunkach działania wysokiego ciśnienia płynu, uzębione metalowe segmenty przechylają się wokół obrzeża. Jednakże wadą takiej konstrukcji jest pękanie umieszczonej w kielichu części wprowadzonej rury kiedy zęby metalowych segmentów wbiją się zbyt głęboko w zewnętrznąpowierzchnię wprowadzonej rury. Pękanie takie zauważono, kiedy metalowe segmenty obrócą się zbyt daleko wokół obrzeża.

Aby uniemożliwić nadmierny obrót segmentów metalowych opracowano uszczelkę posiadającą metalowe segmenty z zębami przeznaczonymi do sprzężenia z czopem rury wewnętrznej, przy czym każdy z metalowych segmentów ma również pojedynczy ząb po przeciwległej względem wymienionych zębów stronie segmentu.

Przy wytwarzaniu rury z żeliwa sferoidalnego zewnętrzne średnice czopowego końca rury wewnętrznej różnią się nieco mimo wysiłku wykonawcy by zachować znormalizowane wymiary. Podobnie, kielichy rur zewnętrznych mają zwykle nieco różne wymiary od znormalizowanych.

W skrajnych przypadkach, kiedy czopowy koniec o minimalnej średnicy jest wprowadzany w kielich rury o maksymalnej średnicy lub kiedy czopowy koniec o maksymalnej średnicyjest wprowadzony w kielichowy koniec rury o minimalnej średnicy, występują pewne trudności z uszczelką posiadającą metalowy segment z trzema zębami. Stwierdzono, że gdy segment metalowy ma tylko trzy zęby występujątakie dwajego położenia, przy których rury majątendencję do rozłączania się pod wysokim ciśnieniem.

Celem wynalazkujest zatem opracowanie zębatego segmentu metalowego uszczelki zapobiegającego rozłączaniu się rur przy równoczesnym zapobieganiu pęknięciom czopowego końca rury wewnętrznej pomimo stosowania wyższych ciśnień w rurach.

174 883

Uszczelka do teleskopowych połączeń rur, z których jedna rura wewnętrzna ma zakończenie czopowe, a druga rura zewnętrzna ma zakończenie kielichowe z rowkiem mieszczącym część uszczelki, przy czym rowek jest ograniczony z jednej strony przednią ścianką a z drugiej strony obrzeżem, zaś ściśliwy korpus uszczelki złożonyjest z części piętowej i części uszczelniającej, a na obwodzie uszczelki od strony jej powierzchni czołowej są osadzone w odstępach metalowe segmenty, z których każdy ma rząd zębów wystających promieniowo do wewnątrz uszczelki oraz wyżłobienie znajdujące się po stronie przeciwległej w stosunku do zębów, w którym to wyżłobieniu mieści się obrzeże rury zewnętrznej, jest charakterystyczna tym według wynalazku, że metalowy segment zawiera rząd zębów złożony z co najmniej czterech zębów ułożonych w łuk zakrzywiony w tym samym kierunku co obrys wyżłobienia metalowego segmentu mieszczącego w sobie obrzeże rury zewnętrznej.

Korzystnie każdy z metalowych segmentów zawiera pojedynczy ząb wystający z części piętowej ściśliwego korpusu naprzeciw części uszczelniającej. Jest on skierowany pod kątem ostrym w stosunku do osi wzdłużnej obu łączonych rur i styka się z wewnętrzną powierzchnią ścianki przedniej rowka rury zewnętrznej, po połączeniu jej z rurą wewnętrzną.

Korzystnie twardość Shore’a części uszczelniającej jest mniejsza niż twardość Shore’a części piętowej ściśliwego korpusu albo też twardość Shore’a obu tych części jest jednakowa.

Przedmiotowy wynalazek w przykładzie realizacji jest odtworzony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia znaną uszczelkę umieszczoną w kielichowym zakończeniu rury zewnętrznej, do którego wprowadza się czopowe zakończenie rury wewnętrznej, w początkowej fazie wprowadzania, w przekroju; fig. 2 - uszczelkę z fig. 1w sytuacji gdy rura wewnętrzna została całkowicie wprowadzona w rurę zewnętrzną w przekroju; fig. 3 - znaną uszczelkę z umieszczonymi wokółjej obwodu metalowymi segmentami, w widoku z góry; fig. 4 - metalowy segment uszczelki według wynalazku, w przekroju; fig. 5 - uszczelkę według wynalazku z metalowymi segmentami, w przekroju; fig. 6 - położenie metalowego segmentu uszczelki według wynalazku między zakończeniami łączonych rur w sytuacji gdy różnica ich średnicjest ekstremalna, tj. gdy średnica zakończenia czopowego rury wewnętrznej jest minimalna, a średnica kielicha rury zewnętrznej jest maksymalna, w przekroju; fig. 7 - położenie metalowego segmentu uszczelki z fig. 6 w sytuacji gdy średnica zakończenia czopowego rury wewnętrznej jest maksymalna, a średnica kielicha rury zewnętrznej jest minimalna, w przekroju; zaś fig. 8 - położenie metalowego segmentu w sytuacji pośredniej w stosunku do skrajnych przypadków przedstawionych na fig. 6 i fig. 7 w przekroju.

Figura 1 przedstawia połączenie, które ma być wykonane pomiędzy kielichowym końcem 1 rury zewnętrznej 2 a równym lub czopowym końcem 3 rury wewnętrznej 4. Rura 4 jest wciskana w kielichowy koniec 1 rury zewnętrznej 2. Uszczelka 6 jest umieszczona na swoim miejscu w kielichu 1 rury 2. Wewnętrzna powierzchnia kielicha 1 ma rowek ustalający 8 ograniczony przez ściankę przednią 10 i ściankę ustalającą 12, oraz żebro 14, które przebiega promieniowo do wewnątrz od uszczelnianej ścianki 16. Ponadto kielich ma część gardzielową 18, która przebiega promieniowo do wewnątrz aż do przedniej ścianki 10 rowka ustalającego 8. Podczas montowania połączenia gardziel 18 prowadzi czopowy koniec 3 rury wewnętrznej 4 aż do momentu gdy jej ścięty koniec 20 zetknie się z wewnętrznąpowierzchniąstożkową (nie pokazano) uszczelki 6. Klinowe ukształtowanie ściętego końca 20 rury i powierzchni stożkowej powoduje ściskanie części uszczelniającej 24 korpusu uszczelki pomiędzy czopowym końcem 3 a żebrem 14 i ściankąuszczelniającą 16. Ustalająca ścianka 12 wewnętrznej powierzchni kielicha 1 styka się z ustalającym odsądzeniem 26 uszczelki 6, aby uniemożliwiać jej przemieszczenie podczas montowania połączenia.

W warunkach ciasnego połączenia miejsce G na uszczelkę pomiędzy ścianką uszczelniającą 16 a czopowym końcem 3 jest stosunkowo niewielkie, a siły ściskania uszczelki i siły potrzebne przy montażu połączenia są stosunkowo duże. Zastosowanie części uszczelniającej 24 korpusu uszczelki 6 wykonanej ze stosunkowo miękkiego elastomeru zmniejsza siły potrzebne do montowania połączenia. Na część piętową30 korpusu jest używany twardszy elastomer aby zapobiec przemieszczaniu się uszczelki 6 podczas montowania ciasnych połączeń.

174 883

Opisane połączenie dotyczy sytuacji gdy zastosowano uszczelkę o dwóch różnych twardościach jej poszczególnych części ale mogą one mieć również jedną twardość.

W warunkach luźnego połączenia gardzielowa szczelina T pomiędzy gardzielą 18 rury zewnętrznej 2 a czopowym końcem 3 rury wewnętrznej 4 jest stosunkowo duża. Kiedy połączenie rurowejestpod ciśnieniem, uszc-zelkajest spychana do przedniej ścianki 10 rowka ustalającego 8 kielicha 1 rury 2 i wypełnia go. Bardziej miękka część uszczelniająca 24 korpusu uszczelki 6 będzie miała tendencję do wysuwania się przez gardzielową szczelinę T. Twardsza część piętowa 30 korpusu uszczelki 6 powstrzymuje bardziej miękką część uszczelniającą 24 korpusu uszczelki 6 przed wysuwaniem się przez szczelinę gardzielową T.

Chociaż w opisanym połączeniu rurowym zakończenie kielichowe 1 rury zewnętrznej 2 ma żebro 14, uszczelka będzie również spełniać swe zadanie przy konfiguracji kielicha bez żebra, jak przedstawiono w opisie patentowym US 2 953 398.

W uszczelkę 6 włożony jest szereg metalowych segmentów 34 rozmieszczonych wjednakowych odstępach najej obwodzie. Metalowe segmenty 34 sątrwale wulkanizowane w uszczelce 6. Liczba umieszczonych w uszczelce metalowych segmentów jest różna w zależności od przewidywanego ciśnienia płynu znajdującego się w połączeniu rurowym i od wymiarów rur. Przykładowo dla rur, gdzie czopowy koniec 3 ma średnicę zewnętrzną 63 cm, a przewidywane ciśnienie płynu wynosi 49 kg/cm², wokół obwodu uszczelki 6 w jednakowych odstępach są rozmieszczone 42 metalowe segmenty 34.

Metalowy segment 34 ma trzy zęby 36, 38 i 40 wystające poza część piętową 30 korpusu uszczelki 6 w kierunku do jej wnętrza. Zęby 36,38 i 40 wbijają się w zewnętrzną powierzchnię czopowego końca 3 rury wewnętrznej 4 kiedy jest ona wprowadzana w kielich 1 rury zewnętrznej 2. Metalowy segment 34 ma konstrukcję podobną do ujawnionego w opisie patentowym US 3 963 298 z tym, że ma on oprócz trzech odsłoniętych zębów 36,38 i 40, przeznaczonych do wcinania się w zewnętrzną powierzchnię czopowego końca 3 rury wewnętrznej 4, dodatkowy pojedynczy ząb 44, który wystaje na zewnątrz poprzez przeciwległą, w stosunku do zębów 36,38 i 40, powierzchnię uszczelki 6.

Zewnętrzna powierzchnią uszczelki 6 ma wyżłobienie 48 znajdujące się między częścią piętową30 a częściąuszczelniającą 24 korpusu uszczelki 6. W wyżłobieniu 48 mieści się obrzeże 50 kielicha 1 rury 2. Uszczelka 6 może częściowo przechylać się wokół obrzeża 50, kiedy czopowy koniec 3 rury wewnętrznej 4 przemieszcza się do wewnątrz lub na zewnątrz kielicha 1.

Na fig. 2 pokazano połączenie rurowe w fazie końcowej, po pełnym wprowadzeniu czopowego końca 3 rury wewnętrznej 4 w kielich 1 rury zewnętrznej 2. Podczas łączenia czopowy koniec 3 rury 4 wchodzi w kielich 1 rury 2 (w prawo jak pokazano na fig. 2), przy czym czop 3 przemieszcza się względem zęba 40 metalowego segmentu 34 i ściska część uszczelniającą 24 korpusu uszczelki 6, by utworzyć cieczoszczelne połączenie pomiędzy wewnętrzną powierzchnią rury 2 a zewnętrzną powierzchnią rury 4. Czopowy koniec 3 naciska również na elastomerową część uszczelki 6 pomiędzy metalowymi segmentami 34. Kiedy czopowy koniec 3 naciska na ząb 40, metalowy segment 34 przechyla się wokół obrzeża 50 w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Równocześnie pojedynczy ząb 44 wystający na zewnątrz uszczelki 6, przesuwa się wzdłuż wewnętrznej powierzchni przedniej ścianki 10 rowka ustalającego 8.

Połączenie jest teraz szczelne i płyn pod ciśnieniem może być transportowany przez układ rurowy.

Gdy ciśnienie cieczy wzrasta, pojawia się tendencja przemieszczania się rury zewnętrznej 4 w lewo, a to może spowodować przerwanie połączenia. Kiedy jednak rura 4 porusza się w lewo, ząb 40 wbija się w zewnętrzną powierzchnię czopowego końca 3 rury 4, a metalowy segment 34 ma tendencję do przemieszczania się w lewo i przechylania wokół obrzeża 50 w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara. Jeśli metalowy segment 34 obróci się zbyt daleko wokół obrzeża 50, ząb 40 wbije się w obwód czopu 3 z siłą wystarczającą, by przebić rurę 4.

Aby uniknąć nadmiernego obrotu metalowego segmentu 34, pojedynczy ząb 44, który wystaje z zewnętrznej powierzchni uszczelki 6, wbija się w wewnętrzną powierzchnię przedniej

174 883 ścianki 10 rowka ustalającego 8. W ten sposób uniemożliwia się nadmierny obrót metalowego segmentu 34 i unika się przebicia rury 4.

Ponieważ pojedynczy ząb 44 wbija się w wewnętrzną powierzchnię przedniej ścianki 10 rowka ustalającego 8, siła rozdzielająca jest przenoszona z siły promieniowej na siłę osiową działającą wzdłuż osi wzdłużnej rury i zapewnione jest silniejsze połączenie zdolne do wytrzymywania większych ciśnień wewnętrznych.

Figura 3 przedstawia rozmieszczenie metalowych segmentów 34 w jednakowych odstępach od siebie na obwodzie uszczelki 6. Każdy z metalowych segmentów 34 rozmieszczonych na obwodzie uszczelki 6 działa w taki sam sposóbjak to opisano w odniesieniu do fig. 1 i fig. 2.

Figura 4 pokazuje metalowy segment 34a uszczelki, według przedmiotowego wynalazku, podobny do metalowego segmentu 34 przedstawionego na fig. 1, z tym wyjątkiem, że metalowy segment 34a ma czwarty ząb 42. Wszystkie zęby 36, 38, 40 i 42 leżą na wspólnym łuku 56. Według przykładu realizacji przedmiotowego wynalazku łuk ten jest wycinkiem okręgu o promieniu 23,9 mm. Jednakże tego konkretnego wymiaru nie należy traktować jako czynnika ograniczającego wynalazek.

Figura 5jestprzekrojempoprzecznym uszczelki 6 zmetalowymi segmentami 34a, pokazanymi na fig. 4, zatopionymi w gumowym pierścieniu uszczelki 6.

Na fig. 6 pokazano położenie metalowego segmentu 34a uszczelki według wynalazku, między zakończeniami łączonych rur w sytuacji gdy różnica ich średnic jest ekstremalna, tj. gdy średnica czopowego końca 3 rury wewnętrznej 4 jest minimalna, a średnica kielicha 2 rury zewnętrznej 1 jest maksymalna. Kiedy rury majątendencję do rozłączenia się, metalowy segment 34a obraca się wokół obrzeża 50 i zęby 40 i 42 metalowego segmentu 34a sprzęgają się z czopowym końcem 3 rury 4.

Na fig. 7 pokazano położenie metalowego segmentu 34a uszczelki 6 w sytuacji gdy średnica końca czopowego 3 rury wewnętrznej 4jest maksymalna, a średnica kielicha 2 rury zewnętrznej 1 jest minimalna. Zęby 36 i 38 metalowego segmentu 34a sprzęgają się z czopowym końcem 3 rury 4 by uniemożliwiać rozłączenie się rur.

Na fig. 8 pokazano położenie metalowego segmentu 34a w sytuacji pośredniej w stosunku do dwu skrajnych przypadków przedstawionych na fig. 6 i fig. 7. Z czopowym końcem 3 rury 4 sprzęgająsię środkowe zęby 38 i 40 metalowego segmentu 34a w sytuacji gdy rury majątendencję do rozłączania się pod dużym ciśnieniem płynu.

Uszczelka według wynalazku jest zatem bardzej uniwersalna niż inne znane uszczelki z metalowymi segmentami.

Dzięki zastosowaniu metalowych segmentów 34a, które mają, oprócz rzędu rozmieszczonych wzdłuż łuku czterech zębów 36,38,40 i 42, dodatkowy pojedynczy ząb 44 naprzeciwległej powierzchni segmentu w stosunku do tej, na której znajduje się rząd czterech zębów, uszczelka według wynalazku ma większe możliwości zapobiegania uszkodzeniu czopowego końca 3 rury wewnętrznej 4.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Uszczelka do teleskopowych połączeń rur, z których jedna rura wewnętrzna ma zakończenie czopowe a druga rura zewnętrzna ma zakończenie kielichowe z rowkiem mieszczącym część uszczelki, przy czym rowek jest ograniczony z jednej strony przednią ścianką a z drugiej strony obrzeżem, zaś ściśliwy korpus uszczelki złożony jest z części piętowej i części uszczelniającej, a na obwodzie uszczelki od strony jej powierzchni czołowej są osadzone w odstępach metalowe segmenty, przy czym każdy z metalowych segmentów ma rząd zębów wystających promieniowo do wewnątrz uszczelki oraz wyżłobienie znajdujące się po stronie przeciwległej w stosunku do zębów, w którym to wyżłobieniu mieści się obrzeże rury zewnętrznej, znamienna tym, że metalowy segment (34a) zawiera rząd zębów złożony z co najmniej czterech zębów (36, 38,40,42) ułożonych w łuk (56) zakrzywiony w tym samym kierunku co obrys wyżłobienia (48) metalowego segmentu (34a) mieszczącego w sobie obrzeże (50) rury zewnętrznej (2).
2. 2. Uszczelka według zastrz. 1, znamienna tym, że każdy z metalowych segmentów (34a) zawiera pojedynczy ząb (44) wystający z części piętowej (30) ściśliwego korpusu naprzeciw części uszczelniającej (24), a skierowany pod kątem ostrym w stosunku do osi wzdłużnej obu łączonych rur i stykający się z wewnętrzną powierzchnią ścianki przedniej (10) rowka (8) rury zewnętrznej (2) po połączeniu jej z rurą wewnętrzną (4).
3. 3. Uszczelka według zastrz. 2, znamienna tym, że twardość Shore’a części uszczelniającej (24) jest mniejsza niż twardość Shore’a części piętowej (30) ściśliwego korpusu.
4. 4. Uszczelka według zastrz. 2, znamienna tym, że część piętowa (30) i część uszczelniająca (24) ściśliwego korpusu mają tę samą twardość Shore’a.