TWI444556B - 具有偏移形心之密封環 - Google Patents

Description

具有偏移形心之密封環

本發明係關於用於捲曲型耦合件之密封件。

捲曲型或壓配合管耦合件因其在管網中形成液密接頭的簡單、易於安裝及可靠性而得到廣泛應用。捲曲型耦合件通常具有一管套，該管套具有經定大小以同軸地接收一管元件之末端之一內直徑。亦存在一種定位在耦合件之內表面與管元件之外表面之間之彈性體密封件，諸如一O形環。密封件可容置在耦合件中之一面朝內的圓周溝槽內。

在操作時，將管元件插入耦合件之管套中並使用一捲曲或按壓工具以在密封件之位置處或其附近施加一向內徑向力至耦合件之外表面。所施加的力使管耦合件及管元件變形，且相互變形形成管耦合件與管元件之間之一機械接頭。彈性體密封件係壓縮在耦合件之內表面與管元件之外表面之間並與耦合件之內表面與管元件之外表面相符以提供液密性。

一旦管網完工，系統即藉由在如使用壓力1.5倍高的壓力下用壓縮空氣或液體填充網路來測試潛在的洩漏。若系統內壓力得以維持，則假設所有接頭液密且系統可便於使用。

但是，由於耦合件及管元件以及O形密封環的尺寸公差，一捲曲型接頭可在未被捲曲的情況下保持測試壓力，即若耦合件之內直徑為容差下限且管元件具有為容差上限之一外直徑，且密封件之厚度亦為其容差之上限，則僅藉由將管元件插入耦合件之管套而形成之接頭可在耦合件與管元件之間充分壓縮密封件以達成至多或超過測試壓力之液密性。此外，無法始終在視覺上決定一管接頭是否已被捲曲。這些元件可能導致災難，此係因為若視覺檢驗無法使用或粗心地施行，且壓力測試即使在未捲曲所有接頭的情況下仍指示管網係液密，則在正常使用過程中施加使用壓力至管網可能最終導致洩漏或甚至導致未捲曲接頭的爆裂及潛在的災難性淹水。很明顯，需要一種避免這些潛在問題的密封件。

本發明係關於一種密封件，舉例而言係一種用於捲曲型管耦合件以確保一液密接頭之密封件。在一實施例中，密封件包括圍繞一點之一環。環具有多個截面。截面在沿著環之整個長度之每個位置處的形狀和面積彼此相等。在替代實施例中，一些截面可具有相同形狀但與其他截面相比可具有不同的面積，或一些截面可具有相同面積但具有與其他截面不同之形狀。截面之各者具有一形心。環之一第一部分對向圍繞點而量測之一第一角度。第一部分內之每個截面之形心係定位在距點之第一距離處。環之一第二部分對向圍繞點而量測之一第二角度。第二部分內之每個截面之形心係定位在距該點不同於第一距離之一距離處。

密封件可進一步包括複數個第一部分及複數個第二部分。第二部分之各者係定位在第一部分之兩者之間。在一實施例中，第一角度之每一者可大於第二角度之每一者。密封件可包括第一部分之至少四者及第二部分之四者。第二部分之各者係定位在第一部分之兩者之間。

第一部分之各者取決於密封件之大小可對向從約40°至約70°之一角度。特定言之，對於針對1/2英寸管件而定大小之一密封件，第一部分可對向約45°之一角度；對於針對3/4英寸管件而定大小之一密封件，第一部分可對向約55°之一角度；對於針對1英寸管件而定大小之一密封件，第一部分可對向約60°之一角度；對於針對1又1/2英寸管件而定大小之一密封件，第一部分可對向約60°之一角度；且對於針對2英寸管件而定大小之一密封件，第一部分可對向約60°之一角度。第二部分之各者取決於密封件之大小可對向從約20°至約50°之一角度。特定言之，對於針對1/2英寸管件而定大小之一密封件，第二部分可對向約45°之一角度；對於針對3/4英寸管件而定大小之一密封件，第二部分可對向約35°之一角度；對於針對1英寸管件而定大小之一密封件，第二部分可對向約30°之一角度；對於針對1又1/2英寸管件而定大小之一密封件，第二部分可對向約30°之一角度；且對於針對2英寸管件而定大小之一密封件，第二部分可對向約30°之一角度。

在密封件之一實施例中，位於第二部分內之形心係定位在距該點係小於第一距離之各別距離處。或者，位於第二部分內之形心可定位在距該點係大於第一距離之各別距離處。位於該第二部分內之形心之至少一些形心可位於一圓上，其中心位於環之外。環可由彈性材料形成。

圖1描繪根據本發明之一密封件10之一實施例。密封件10包括圍繞一點14之一環12。環係由多個截面16(其實例繪示在圖2及圖3中)形成。本實施例中之所有截面16具有相同形狀及面積。各截面具有一形心18。形心亦稱作截面之幾何中心且係定義為將截面分為圍繞直線之各者具有相同力矩之兩部分之所有直線之交叉點。在本實例中，截面16為圓形且形心18位於圓心。如下文所述，可預想到其他截面形狀。

再次參考圖1，環12係分為諸部分，其等之特徵為該部分中截面之形心距點14之距離。在所繪示之實例實施例中，環12之一部分20對向圍繞點14量測之一角度22。對於視作部分20之部分之所有截面16a而言，從點14至各形心18之距離24相同(亦見圖2)。環12具有對向一角度28之另一部分26。對於視為部分26之部分之所有截面16b，從點14至形心18之距離30與距離24不同(亦見圖3)。在本實例實施例中，距離30小於距離24，提供圖1所示之扭結外觀，其中部分26向內朝向點14彎曲而部分20之形心18相對於點14保持恆定之曲率半徑。在本實例中，部分26之截面16b之形心18大多數位於一圓32(虛線所示)上，該圓32之中心34在環12外之一半徑36處。為了避免第一部分20與第二部分26之間之一急劇角度轉變，這些轉變區域中之形心18位於平順地交融部分20及26所形成之兩個圓弧之一曲線上。或者，部分26內之形心18可位於其他曲線或其他形狀之線上，其可將一不同總體形狀賦予密封件10。

如圖1所示，環12包括複數個部分，在本實例中為八個部分，四個部分20及四個部分26。該等部分係以交替方式配置，其中一類型之各部分係定位在另一類型之兩個部分之間。因此，舉例而言，任何部分26係定位在兩個部分20之間，且任何部分20係定位在兩個部分26之間。此外，在所示之實例中，部分20所對向之角度22大於部分26所對向之角度28，應瞭解如圖1A所示所對向之角度22及28可能相等或如圖1B所示角度22可能小於角度28。

在某些實務實施例中，部分20所對向之角度22取決於密封件10之大小可從約40°至約70°。舉例而言，對於針對1/2英寸管而定大小之一密封件，部分20可對向約45°之一角度22；對於針對3/4英寸管而定大小之一密封件，部分20可對向約55°之一角度22；對於針對1英寸管而定大小之一密封件，部分20可對向約60°之一角度22；對於針對1又1/2英寸管而定大小之一密封件，部分20可對向約60°之一角度22；且對於針對2英寸管而定大小之一密封件，部分20可對向約60°之一角度22。

此外，在某些實務實施例中，部分26所對向之角度28取決於密封件10之大小可從約20°至約50°。舉例而言，對於針對1/2英寸管而定大小之一密封件，部分26可對向約45°之一角度28；對於針對3/4英寸管而定大小之一密封件，部分26可對向約35°之一角度28；對於針對1英寸管而定大小之一密封件，部分26可對向約30°之一角度28；對於針對1又1/2英寸管而定大小之一密封件，部分26可對向約30°之一角度28；且對於針對2英寸管而定大小之一密封件，部分26可對向約30°之一角度28。

圖4繪示根據本發明之一密封件38之另一實例實施例。在本實例中，包括密封件之環12再次被分為複數個部分20及26。部分20對向角度22且部分26對向角度28。包括部分20之截面16a之形心18(亦見圖5)全定位在距點14之相同距離24處，且部分26之截面16b之形心18係定位在一不同距離30處，在本實例中距離30大於距離24(亦見圖6)。這將與圖1所示之密封件10相比係不同之特徵形狀賦予密封件38，其中部分26向外遠離點14彎曲。在圖4所示之實例密封件38中，部分26之截面16b之形心18大多數位於一圓40(繪示為虛線)上，該圓40之中心42位於環12內之一半徑44上。或者，部分26內之形心18可位於其他曲線上或其他形狀之線上，其可將一不同的總體形狀賦予密封件38。

圖7至圖9繪示另一密封件實施例46，其包括圍繞一點14且具有多個相同截面16(該等截面非圓形)之一環12。在實例密封件實施例46中，截面形狀為正方形，應瞭解其他多邊形以及曲線形狀(諸如橢圓形、卵形及類似形狀)亦可行。再次將環12分為對向各別角度22及28之複數個部分20及26，該等部分可藉由截面16a及16b之形心18距點14之各別距離24及30而彼此區分。在本實例中，部分26類似於圖1所示之實施例向內朝向點14彎曲，但是應瞭解該等部分可如圖4所示之實例密封件實施例向外彎曲。部分26之其他配置亦可行。

雖然圖1至圖9所示之實例密封件實施例全具有形狀與面積彼此相同的諸截面16，但是圖10至圖12繪示其中截面16在沿著環12之整個長度之每個位置處全具有相同形狀，但是部分26之截面16b具有與部分20之截面16a之面積不同之面積之一實例密封件實施例48。在本實例中，如圖11與圖12之比較所示，部分26中之截面16b之面積小於部分20中之截面16a之面積。使截面16b之面積大於截面16a之面積亦可行。在本實例實施例48中，部分26類似於圖1所示之實施例向內朝向點14彎曲，但應瞭解該等部分可如圖4所示之實例密封件實施例向外彎曲。部分26之其他配置亦可行。

圖13至圖15繪示根據本發明之密封件之又一實施例50，其中所有截面在沿著環12之整個長度之每個位置處具有相同面積，但部分20內之截面16a可具有與部分26內之截面16b不同之形狀。在本實例密封件50中，截面16a具有一圓形形狀(見圖14)而截面16b具有一六邊形形狀(見圖15)。應進一步瞭解僅藉由舉例提供這些形狀，且亦可使用其他形狀。在本實例中，部分26類似於圖1所示之實施例向內朝向點14彎曲，但是應瞭解，該等部分可如圖4所示之實例密封件實施例向外彎曲。部分26之其他配置亦可行。

如本文根據本發明所繪示之密封件可用於密封針對從約1/2英寸至2英寸之管大小之捲曲型管接頭。對於實務設計，當橫跨相對部分20量測時，一圓形截面之截面直徑範圍可從約1/8英寸至約1/4英寸且環12之外直徑範圍可從約1英寸至約3英寸。針對圖1所示之密封件實施例10，當橫跨部分26量測時，環12之外直徑範圍可從約1英寸至約3英寸。根據本發明之密封件係由可撓性材料諸如EPDM、PTFE以及腈諸如HNBR(氫化腈)形成，這允許其在被壓縮時變形並與將密封之介面表面之形狀相符。

圖16至圖19繪示根據本發明之用於密封一捲曲型管耦合件之密封件10。如圖16所示，管耦合件52包括經定大小以接收一管元件56之末端之一管套54。耦合件內之一肩部58有助於界定管套並提供接觸及限制管元件56接合耦合件之範圍之一止擋。一面朝內溝槽60係定位在管套54內並接收密封件10。如圖16及圖17最佳所示，當管元件56被插入管套54內以形成一接頭62時，密封件10因其與管套與管元件之間之環形空間64不符之形狀而提供防止密封件與僅插入管套之管元件液密之洩漏路徑66。因此，即使在非常低的液壓(其經施加作為其中接頭62為一零件的管網之完整性測試)下，使用密封件10而形成之接頭將洩漏並提供耦合件52尚未捲曲之指示。但是，如圖18及圖19所示，當耦合件52藉著由一捲曲工具68所施加之徑向力而捲曲時，密封件10被壓縮在管元件56與耦合件52之間且變形以佔據環形空間64並藉此即使在高內部壓力下仍提供液密密封。

使用根據本發明之密封件將使管網得以構建，同時大幅減小接頭因其等未被捲曲但卻通過壓力測試而在使用壓力 下爆裂所帶來的損壞風險。

2-2．．．線

3-3．．．線

5-5．．．線

6-6．．．線

8-8．．．線

9-9．．．線

10．．．密封件

11-11．．．線

12．．．環

12-12．．．線

14．．．點

14-14．．．線

15-15．．．線

16．．．截面

16a．．．截面

16b．．．截面

17-17．．．線

18．．．形心

19-19．．．線

20．．．部分

22．．．角度

24．．．距離

26．．．部分

28．．．角度

30．．．距離

32．．．圓

34．．．中心

36．．．半徑

38．．．密封件

40．．．圓

42．．．中心

44．．．半徑

46．．．密封件

48．．．密封件

50．．．密封件

52．．．管耦合件

54．．．管套

56．．．管元件

58．．．肩部

60．．．朝內溝槽

62．．．接頭

64．．．環形空間

66．．．洩漏路徑

68．．．捲曲工具

圖1、圖1A及圖1B係根據本發明之一密封件之一實施例之平面圖；圖2係在圖1之線2-2取得之一截面圖；圖3係在圖1之線3-3取得之一截面圖；圖4係根據本發明之一密封件之另一實施例之一平面圖；圖5係在圖4之線5-5取得之一截面圖；圖6係在圖4之線6-6取得之一截面圖；圖7係根據本發明之一密封件之另一實施例之一平面圖；圖8係在圖7之線8-8取得之一截面圖；圖9係在圖7之線9-9取得之一截面圖；圖10係根據本發明之一密封件之另一實施例之一平面圖；圖11係在圖10之線11-11取得之一截面圖；圖12係在圖10之線12-12取得之一截面圖；圖13係根據本發明之一密封件之另一實施例之一平面圖；圖14係在圖13之線14-14取得之一截面圖；圖15係在圖13之線15-15取得之一截面圖；圖16係使用根據本發明之一密封件之一捲曲型耦合件之一縱向截面圖；圖17係在圖16之線17-17取得之一截面圖；圖18係圖16中所示之捲曲型耦合件被捲曲以實現一接頭後之一縱向截面圖；及圖19係在圖18之線19-19取得之被捲曲耦合件之一截面圖。

2-2．．．線

3-3．．．線

10．．．密封件

12．．．環

14．．．點

18．．．形心

20．．．部分

22．．．角度

24．．．距離

26．．．部分

28．．．角度

30．．．距離

32．．．圓

34．．．中心

36．．．半徑

Claims (42)

1. 一種密封件，其包括：圍繞一點之一環，該環具有多個截面，該等截面在沿著該環之整個長度之每個位置處的形狀和面積彼此相同，該等截面之各者具有一形心；該環之一第一部分對向圍繞該點而量測之一第一角度，其中該第一部分內之每個該截面之該形心係定位在與距該點之一第一距離處；該環之一第二部分對向圍繞該點而量測之一第二角度，其中該第二部分內之每個該截面之該形心係定位在與距該點不同於該第一距離之一距離處。
2. 如請求項1之密封件，其進一步包括複數個該第一部分及複數個該第二部分，該等第二部分之各者係定位在該等第一部分之兩者之間。
3. 如請求項2之密封件，其中該等第一角度之每一者大於該等第二角度之每一者。
4. 如請求項2之密封件，其中該等第一角度之每一者小於該等第二角度之每一者。
5. 如請求項2之密封件，其中該等第一角度與該等第二角度彼此相等。
6. 如請求項1之密封件，其進一步包括該等第一部分之至少四者及該等第二部分之四者，該等第二部分之各者係定位在該等第一部分之兩者之間。
7. 如請求項6之密封件，其中該等第一部分之各者對向從約40°至約70°之一角度。
8. 如請求項6之密封件，其中該等第二部分之各者對向從約20°至約50°之一角度。
9. 如請求項6之密封件，其中位於該等第二部分內之該等形心係定位在距該點係小於該第一距離之各別距離處。
10. 如請求項6之密封件，其中位於該等第二部分內之該等形心係定位在距該點係大於該第一距離之各別距離處。
11. 如請求項6之密封件，其中該等截面之該形狀為圓形。
12. 如請求項6之密封件，其中位於該第二部分內之該等形心之至少一些形心係置於一圓上，其中心位於環之外。
13. 如請求項1之密封件，其中該等截面之該形狀為圓形。
14. 如請求項1之密封件，其中該等截面之該形狀為非圓形。
15. 如請求項1之密封件，其中該環係由一彈性材料形成。
16. 如請求項1之密封件，其中位於該第二部分內之該等形心係定位在距該點係小於該第一距離之各別距離處。
17. 如請求項1之密封件，其中位於該第二部分內之該等形心係定位在相距該點係大於該第一距離之各別距離處。
18. 如請求項1之密封件，其中位於該第二部分內之該等形心之至少一些形心係置於一圓上，其中心位於該環之外。
19. 一種密封件，其包括：圍繞一點之一環，該環具有多個截面，該等截面在沿著該環之整個長度之每個位置處的形狀彼此相同，該等截面之各者具有一形心；該環之一第一部分對向圍繞該點而量測之一第一角度，其中該第一部分內之每個該截面之該形心係定位在與距該點的一第一距離之處；該環之一第二部分對向圍繞該點而量測之一第二角度，其中該第二部分內之每個該截面之該形心係定位在與距該點係不同於該第一距離之一距離處。
20. 如請求項19之密封件，其進一步包括複數個該第一部分及複數個該第二部分，該等第二部分之各者係定位在該等第一部分之兩者之間。
21. 如請求項20之密封件，其中該等第一角度之每一者大於該等第二角度之每一者。
22. 如請求項20之密封件，其中該等第一角度之每一者小於該等第二角度之每一者。
23. 如請求項20之密封件，其中該等第一角度等於該等第二角度。
24. 如請求項19之密封件，其進一步包括該等第一部分之至少四者及該等第二部分之四者，該等第二部分之各者係定位在該等第一部分之兩者之間。
25. 如請求項24之密封件，其中該等第一部分之各者對向從約40°至約70°之一角度。
26. 如請求項24之密封件，其中該等第二部分之各者對向從約20°至約50°之一角度。
27. 如請求項19之密封件，其中該等截面之該形狀為圓形。
28. 如請求項19之密封件，其中該等截面之該形狀為非圓形。
29. 如請求項19之密封件，其中該環係由一彈性材料形成。
30. 如請求項19之密封件，其中位於該第二部分內之該等形心係定位在距該點係小於該第一距離之各別距離處。
31. 如請求項19之密封件，其中位於該第二部分內之該等形心係定位在距該點係大於該第一距離之各別距離處。
32. 一種密封件，其包括：圍繞一點之一環，該環具有多個截面，該等截面在沿著該環之整個長度之每個位置處的面積彼此相同，該等截面之各者具有一形心；該環之一第一部分對向圍繞該點而量測之一第一角度，其中該第一部分內之每個該截面之該形心係定位在與距該點之一第一距離處；該環之一第二部分對向圍繞該點而量測之一第二角度，其中該第二部分內之每個該截面之該形心係定位在距該點係不同於該第一距離之一距離處。
33. 如請求項32之密封件，其進一步包括複數個該第一部分及複數個該第二部分，該等第二部分之各者係定位在該等第一部分之兩者之間。
34. 如請求項33之密封件，其中該等第一角度之每一者大於該等第二角度之每一者。
35. 如請求項33之密封件，其中該等第一角度之每一者小於該等第二角度之每一者。
36. 如請求項33之密封件，其中該等第一角度等於該等第二角度。
37. 如請求項32之密封件，其進一步包括該等第一部分之至少四者及該等第二部分之四者，該等第二部分之各者係定位在該等第一部分之兩者之間。
38. 如請求項37之密封件，其中該等第一部分之各者對向從約40°至約70°之一角度。
39. 如請求項37之密封件，其中該等第二部分之各者對向從約20°至約50°之一角度。
40. 如請求項32之密封件，其中該環係由一彈性材料形成。
41. 如請求項32之密封件，其中位於該第二部分內之該等形心係定位在距該點係小於該第一距離之各別距離處。
42. 如請求項32之密封件，其中位於該第二部分內之該等形心係定位在距該點係大於該第一距離之各別距離處。