固定在适当位置以密封管道的垫圈的制作方法
固定在适当位置以密封管道的垫圈的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明主要涉及用于塑料管道中的管接头(pipe joint，管接合部）的密封垫圈 (gasket，衬垫)和密封系统，其中，将凸插口管部分(male spigot pipe section)安装在匹 配的凹插座管部分(female socket pipe section)内以形成管接头，更具体地，涉及一种 改进的垫圈、简化的制造方法，以及用于将锁入型垫圈安装在管的用来形成管接头的部分 中的预成型垫圈凹槽内的安装方法。
【背景技术】
[0002] 在多种行业中使用应用于流体输送塑料管的流体密封系统。在这种系统中使用的 管通常由热塑性材料形成，包括聚烯烃和PVC。当在管的部分之间形成接头时，将插口管或 凸管的端部插入凹管或插座管的端部内。环形的弹性环或垫圈通常位于在热塑性管的插座 端部中形成的凹槽内。当将插口插入插座内时，垫圈对接头提供主要的密封能力。已经使用 多种类型的密封技术来确保管接头的密封完整性。重要的是，在接头组成过程中不取出密 封垫圈，并且，垫圈在现场应用中不扭曲或以其他方式损坏。还重要的是，垫圈在各种压力 条件下不从管凹槽挤出。
[0003] 早期的装有垫圈的密封系统是已知的，其中，均质橡胶垫圈通常是可变形的，允许 其用手弯折或弯曲，接受反曲率，并插入匹配的形成于凹的扩口管端(belled pipe end)中 的内部滚道(raceway)内。用可折叠的心轴扩口工具在管制造设备处预成型凹管扩口端中 的滚道。现有技术尝试确保这种管接头的完整性，包括使用这样的管垫圈：该管垫圈具有第 一不同本体区域，该第一不同本体区域由可弹性屈服的密封材料(例如橡胶)形成，并与由 更硬的材料(例如硬质塑料)形成的第二不同本体区域结合。目的是，垫圈的硬质本体区域 将帮助使垫圈保持在管凹槽内的适当位置中。解决该问题的其他方法包括使用均质橡胶 环，其具有插入位于橡胶环的内直径上的匹配凹槽的加劲带(stiffening band)。在其他现 有技术系统中，使均质橡胶垫圈本体与内部或外部金属、或塑料、加劲带或者内部金属带或 环结合。这些解决方案均具有严重的限制。例如，现有技术塑料/橡胶化合物有时允许污物 和碎片在扩口滚道与垫圈的外直径之间渗透。在一些情况中，塑料区域减小橡胶表面接触 面积，有时在所有条件下(包括高压、低压和循环波动)提供所需密封时产生问题。当使均质 橡胶垫圈本体与塑料增强带结合时，兼容材料是必要的。较差的结合会导致两个元件分离。 增强带会在双零件系统中放错地方且损坏。因此，在一些情况中，现有技术解决方案无法提 供所需的接头完整性，通常会增加复杂性并增加制造操作和现场设备的费用。
[0004] 在20世纪70年代早期，挪威卑尔根的里伯父子公司（Rieber&Son)开发了一种新技 术，在行业中叫做"里伯接头(Rieber Joint)"。里伯系统使用组合的模具元件和密封环，用 于密封两个由热塑性材料形成的配合管的插座端和插口端之间的接头。在里伯工艺中，当 同时形成凹端或扩口端时，将弹性本体垫圈安装在凹管的插座端中的内部凹槽内。并不使 用预成型凹槽，里伯工艺在扩口操作过程中提供预加应力的且锚定的弹性本体垫圈。因为 与扩口管端的形成同时地安装垫圈，所以可将硬质的、嵌入的增强环提供为垫圈的一部分。 因为管凹槽在某种意义上与其嵌入的增强环一起形成于垫圈周围，所以将垫圈牢固地保持 在适当位置中，且垫圈不会趋向于扭曲或翻转或以其他方式允许杂质进入接头的密封区 域，从而增加接头的可靠性并降低由于磨损而产生泄漏或可能的故障的危险。在以下授权 的美国专利中描述了里伯工艺，其中：美国专利号4，120,521;4,061，459;4,030,872;3， 965，715;3,929,958;3,887,992;3，884,612和3,776,682。
[0005] 尽管里伯工艺取得了进步，但是扩口操作有时比较复杂且昂贵。而且，存在某些这 样的情况:将希望手动地去除一个垫圈并将另一个垫圈重新安装在所选管端中的预成型滚 道内，而不是使用整体安装的垫圈（其中，管中的凹槽形成于垫圈周围）。例如，市政工程师 和顾问工程师将基于管道最终用途和土壤条件规定专用弹性本体。虽然丁苯橡胶(SBR)是 北美最常使用的橡胶，但是工程师将基于水处理技术指定三元乙丙橡胶(EPDM)，并当存在 由于汽油或石油污染而产生的烃土壤污染时指定丁腈橡胶。批发商和承包商无法在其管库 存中交换里伯工艺垫圈。
[0006] 因此，与那些类似里伯系统的系统(其中，在凹管端的制造期间围绕密封垫圈形成 凹管端)相反，能够将具有增强元件的类型的垫圈安装在之前扩口的管端内将是有利的。然 而，具有增强元件的现有技术垫圈受到损坏且不容易用手弯曲或弯折，从而在该领域中通 常不用手进行装配。与垫圈本体结合的增强元件的尺寸和位置通常比扩口管端的开口的直 径大，使得装配更复杂。
[0007] 授予Guzowski且由本申请人共同拥有的2000年4月4日授权的美国专利号6，044， 539描述了一种用于插入"搭扣配合(snap-fit)"垫圈的机器，其无法接受反曲率，具有嵌入 扩口管端中的预成型垫圈容纳凹槽的增强环。然而，这种机器在建造时相当昂贵且对本领 域中的工人来说在用手处理时比较困难。本发明的一个目的是，提供一种改进的用于管接 头的管垫圈，其提供里伯类型密封的优点，同时允许垫圈接受反曲率，以用手安装在预成型 凹槽中，或者安装在制造厂处或安装在现场操作中。
[0008] 本发明的另一目的是，提供一种改进的不用必须使用单独的保持带而牢固保持在 预成型管凹槽内的垫圈。
[0009] 本发明的另一目的是，提供一种改进的塑料/橡胶种类的密封垫圈，其可优化垫圈 与管扩口滚道的橡胶密封面接触。
[0010] 本发明的另一目的是，提供一种不需要与橡胶元件结合的增强元件，从而产生由 多种材料制成的可能性。
[0011] 本发明的另一目的是，提供这种具有特殊增强属性的密封垫圈：该增强属性允许 其在多种压力条件下密封，在现场装配过程中不会扭曲或挤出或移位，并且仍可用手将其 安装在扩口滚道中。
【发明内容】
[0012] 本发明的密封垫圈具有橡胶/塑料固定设计，其在密封具有扩口端(bell end，承 口端，承插端）的PVC管时特别有用，该扩口端用可折叠心轴工具制成。用增强元件或增强带 (其由一系列通过柔性条互相连接的楔形物组成)增强垫圈。增强带优选地嵌在垫圈的橡胶 本体部分内，避免使用结合元件。垫圈的橡胶元件提供主要密封能力，同时塑料元件增加了 对由于水压和现场装配期间的移位而产生的挤出的阻力。
[0013] 垫圈接受反曲率（inverse curvature)，以允许用手简单地安装在预成型的管扩 口滚道中。一旦安装了垫圈，那么其 便用作组合式压缩和唇式密封。它优选地由PVC管制造 商安装，并且一旦安装，它便是管的牢固部分。垫圈的橡胶部分可以是，例如，SBR、EPDM、NR (丁腈橡胶)等，与硬质塑料带相结合。
[0014] 在其优选形式中，示出了一种管密封垫圈，其设计为容纳于设置在热塑性管的凹 插座端内的凹槽内，凹插座端设计为容纳匹配的热塑性凸管端，以形成管接头。垫圈包括环 形弹性本体，其具有由橡胶形成的主要本体部分，当在横截面中看时，该主要本体部分包括 前鼻部区域、下压缩区域和后尾部区域。一旦将垫圈插入管内，则前鼻部区域大致面向管的 凹插座端。
[0015] 用由一系列通过柔性条互相连接的楔形物组成的硬质塑料带来增强垫圈的主要 本体部分的前鼻部区域，在垫圈的制造期间，将硬质塑料带嵌入垫圈的主要本体部分的前 鼻部区域内。在使用中，沿着柔性条隔开的楔形物用来防止垫圈从设置在热塑性管的凹插 座端中的滚道挤出和移位。垫圈的主要本体部分可方便地由天然橡胶或合成橡胶形成，例 如丁苯橡胶、三元乙丙橡胶和丁腈橡胶。硬质塑料带由合成塑料材料形成，其硬度比垫圈的 主要本体部分的硬度大。基于材料具有足够的刚性以防止在使用中挤出和移位，同时材料 足够柔性以允许垫圈在安装期间接受反曲率，来选择该材料。所选择的材料还必须不会硬 到在弯折或弯曲的同时破坏。
[0016] 垫圈的下压缩区域可设置有一系列的圆周接合肋（circumferential engagement rib，周向接合肋），其用于接合匹配的凸插口管端。垫圈主要本体具有外球形区域(outer bulbous region)，外球形区域可类似地设置有一系列的圆周接合肋，圆周接合肋用于接合 管的凹插座端。优选地，垫圈主要本体具有下方的主密封面，其形成用于垫圈的组合式唇部 和压缩密封区域。"唇部"区域通过V形凹槽与垫圈本体的凸密封面和后尾部区域隔开。当匹 配的管的匹配的凸插口端碰到垫圈的主密封面时，V形凹槽允许垫圈本体的唇部区域向内 弯曲。
[0017] 还示出了一种用于制造密封管的垫圈的方法，该垫圈被设计为容纳在扩口管的凹 槽内（该凹槽设置在凹管件的插座端内），由此将垫圈装配在凹槽内，以允许具有插口管端 的匹配凸管插入其中，从而形成连续的管接头。该方法包括，提供具有带有圆周凹槽的第一 模具面的模具。将硬质塑料增强元件(增强带)放在第一模具面中的圆周凹槽内，使硬质塑 料带形成为一系列的通过柔性条互相连接的楔形物。在横截面中看时，每个楔形物具有前 边缘、后边缘和相对的侧边缘，其中，相对的侧边缘从其后边缘向前边缘均勾地(evenly，一 致地)倾斜。
[0018] 提供了匹配的第二模具面，然后第二模具面与第一模具面结合，向模具的凹槽内 注入橡胶化合物。对模具施加热量和压力，以形成环形弹性本体，该环形弹性本体具有由橡 胶形成的主要本体部分，当在横截面中看时，该主要本体部分包括前鼻部区域、下压缩区域 和后尾部区域。然后，使其中包含有硬质塑料带的垫圈的主要本体部分发生固化，由此，垫 圈的主要本体部分的前鼻部区域由硬质塑料带进行增强。
[0019] 虽然用硬质塑料带增强，但是本发明的垫圈仍然足够柔性以允许硬质塑料带以斜 角弯曲，从而插入设置在凹插座管端中的匹配的扩口凹槽内。然后，垫圈回到通常圆柱形的 形状，并通过硬质塑料带的作用而固定在扩口插座凹槽内。
[0020] 在以下书面描述中，其他目的、特征和优点将是显而易见的。
【附图说明】
[0021] 图1是部分去除的塑料管的端视图，并示出了扩口端和滚道，本发明的垫圈放在滚 道中的适当位置，凸管部分处于用于插入扩口的位置。
[0022] 图2是本发明的密封垫圈的立体图，用虚线示出了硬质塑料带及其楔形物和相关 的柔性条。
[0023] 图3至图6是将硬质塑料带安装在相关模具内的步骤的简化图，然后对模具注入橡 胶，将其加热并固化以制成本发明的完整垫圈。
[0024] 图7是本发明的垫圈的局部侧横截面图，垫圈放在设置于凹扩口插座管端中的内 部凹槽中，用虚线示出了匹配的凸管件的移动方向。
[0025] 图8是在本发明的垫圈的制造中使用的硬质塑料带的剖视图，并示出了通过柔性 条互相连接的楔形物。
[0026] 图9是本发明的垫圈的一部分的顶视图，示出了硬质塑料带的位置，用假想线示出 了垫圈本体的橡胶部分。
[0027] 图10示出了组成管接头的开始步骤，其中凸管端只是刚开始与本发明的密封垫圈 接触。
[0028] 图11是与图10类似的视图，示出了完整的管接头，在密封垫圈上作用外部压力。 [0029]图12是该完整的管接头的另一视图，此时密封垫圈在垫圈上作用内部压力。
【具体实施方式】
[0030] 现在转向附图，图1示出了在管接头的装配之前处于适当位置的本发明的垫圈11。 将垫圈11安装在滚道13内，滚道13设置在热塑性管的凹管部分17的扩口端15内。凹管部分 17可由任意各种商业上可获得的热塑性材料形成，例如聚烯烃系列，包括聚乙烯和聚丙烯， 以及聚氯乙烯和类似材料。此一般类型的热塑性管在各种工业设备中使用，包括水产业、污 水产业和化工产业。热塑性管部分的扩口端15具有开口 19,该开口可与匹配的凸管部分25 的插口端23接合，以形成管接头。已在管制造设备处在管开口 19中预先形成垫圈容纳滚道 13，如通过使用可折叠心轴扩口工具来进行的。
[0031] 在图2中的剖面中和图7中的横截面中示出了可在本发明的方法中使用的一种特 别优选形式的垫圈11。优选地，垫圈13是环状的环形构件，其具有由柔性的弹性材料形成的 垫圈主要本体28，该材料例如是合适的天然橡胶或合成橡胶。用来形成垫圈的主要本体28 的弹性材料的成分将根据最终用途而变化，但是可包含许多不同的天然橡胶和合成橡胶， 包括，例如，丁苯橡胶(SBR)、三元乙丙橡胶(EPDM)、丙烯腈-丁二烯橡胶(NBR)、丁腈橡胶，等 等。
[0032]现在转向图7,垫圈主要本体28包括外凸密封面27,在此情况中，外凸密封面设置 有一系列的肋部或锯齿状突起29。垫圈主要本体还包括下方的主密封面31。在所示优选实 施例中，主密封面31是形成垫圈的组合式唇部和压缩密封区域的垫圈本体的均匀倾斜的 面。唇部区域通过V形凹槽(通常如图7中的33所示）与外凸密封面27和后尾部30隔开。当匹 配的管部分的匹配的凸插口端碰到垫圈的主密封面31时，该V形凹槽允许垫圈本体的唇部 区域向内弯曲（见图10至图12)。
[0033]回到图7,垫圈主要本体28还具有前鼻部区域，通常如图7中的35所示，其在管接头 的装配过程中一开始与匹配的凸插口管端接触。一旦将垫圈插入管内，则前鼻部区域35大 致面向管的凹插座端。
[0034]现在参考图8,将理解，用形成为一系列的由柔性条45互相连接的整体式 (i ntegral)隔开的楔形物(例如楔形物39、41、43)的硬质塑料带37,来增强垫圈的前鼻部区 域。如将从图4和图8中显而易见的，每个楔形物39具有前边缘53、后边缘55和相对的侧边缘 57、59。如在此横截面中看到的，相对的侧边缘(例如图10中的侧边缘59)从其后边缘55向前 边缘53均匀地倾斜。图2示出了增强硬质塑料带及其相关的楔形物(例如，见楔形物39、41、 43)(用虚线示出）。因此，可将垫圈本体认为是具有橡胶元件并认为是具有硬质塑料元件， 该硬质塑料元件用作垫圈本体的增强元件。
[0035] 在垫圈的制造过程中，将硬质塑料带37在垫圈制造操作的过程中嵌入垫圈的前鼻 部区域内。如将更详细地说明的，一旦安装匹配的凸管的插口端以形成管接头，则硬质塑料 带37上的楔形物39便用来防止垫圈从设置在热塑性管的凹插座端中的滚道(图1中的13)挤 出。
[0036] 如前所述，垫圈的主要本体部分由天然橡胶或合成橡胶形成，例如丁苯橡胶、三元 乙丙橡胶或丁腈橡胶。用于垫圈主要本体的橡胶的硬度可根据最终用途而变化，但是通常 将在从大约40至70肖氏A级硬度的范围内，优选地大约40至60肖氏A级硬度。另一方面，硬质 塑料带37由硬度大于垫圈的主要本体部分的硬度的合成塑料材料形成。用于硬质塑料带的 合成塑料材料优选地是表现出适合于手头用途的硬度同时允许在安装过程中弯折(接受反 曲率)的材料。硬质塑料带可具有比垫圈的剩余主要本体部分更高的硬度，因为其不像垫圈 的主密封区域一样参与垫圈的密封功能。
[0037] 各种硬质塑料类型的材料可以是用作硬质塑料带的适合候选对象。这些材料包括 这样的材料，例如聚丙烯、聚氯乙烯和各种"工程塑料"。例如，一种这样的材料是那些属于 改性聚苯醚(PPE)的族中的硬质塑料。这些商业上可获得的材料具有高耐热性，使得其适合 于注射成型或模压成型，并且这些材料通常适合于塑料/橡胶化合物。一种商业上可获得的 族是VESTORAN?材料族。VESTORAN?是赢创德固赛有限公司（Evonik Degussa GmbH)的一种模塑化合物的注册商标，该模塑化合物包含作为聚合物组分的聚-2,6-二甲 基-1，4-亚苯醚(聚苯醚、PPE，也叫做PPO)。
[0038] 现在将描述制造本发明的密封管垫圈的方法。该垫圈设计为容纳于设置在凹扩口 管件的插座端内的扩口管滚道内，由此，将垫圈装配在滚道内可允许将具有插口管端的匹 配凸管插入其中，以形成连续管接头。将主要相对于图3至图6描述该制造方法。图3示出了 将对于相关领域中的技术人员来说熟悉的类型的注射成型模具47的一半。如可在图3中看 到的，第一模具半部具有带有圆周凹槽51的第一模具面49。如图4所示，在该制造过程的第 一步骤中，将硬质塑料带37及其一系列的通过柔性条45互相连接的整体式隔开的楔形物放 在圆周凹槽51内。将理解，将楔形物作为离散且单独的元件放在模具中将是非常耗时的。然 而，因为齿部通过柔性条互相连接，所以可在单个步骤中将它们简单地整体放在模具中。这 还确保各个齿部围绕垫圈的圆周适当地隔开。
[0039] 接下来，提供了匹配的第二模具面，其本质上是第一模具面的镜像。图5示出了部 分地安装在第一模具面的圆周凹槽中的硬质塑料带，而图6示出了完全安装的硬质塑料带。 然后将第一模具面和第二模具面结合，并将可模塑的橡胶化合物注入圆周凹槽中。通过已 知的方式，然后对模具施加热量和压力，以形成环形弹性本体。模具中的热量和压力使具有 嵌入其中的硬质塑料带的主要本体部分固化，由此通过硬质塑料带增强垫圈的主要本体部 分，由此由于管中的流体而产生的液压作用于硬质塑料带上的楔形物，以推动齿部使其与 匹配的凸管件和凹管件更紧密地接合，从而，一旦安装匹配的凸管的插口端以形成管接头 且管运送流体，便防止垫圈从设置在热塑性管的扩口凹插座端中的滚道挤出。
[0040] 虽然垫圈本体被增强以防止在各种流体压力条件下挤出并防止在现场装配过程 中移位，但是其保持足够柔性，以允许用手弯曲垫圈并将垫圈安装在设置于凹管件的扩口 端内的垫圈容纳滚道内。可通过弯曲垫圈以使垫圈暂时从大致圆柱形的形状转变成大致椭 圆形的形状，然后通过将垫圈放在垫圈容纳凹槽内且释放垫圈，由此垫圈回到大致圆柱形 的形状，而将密封垫圈安装在垫圈容纳滚道内。由于管中的流体而产生的液压作用于硬质 塑料带上的楔形物，以推动楔形物使其与匹配的凸管件和凹管件更紧密地接合，从而，一旦 安装匹配的凸管的插口端以形成管接头且管运送流体，便防止垫圈从设置在热塑性管的扩 口凹插座端中的滚道挤出。图11示出了本发明的垫圈11的横截面，其安装在承受作用于垫 圈的外部压力的管接头中。图12是与图11类似的视图，但是示出了垫圈的横截面形状，其 中，内部流体压力作用于垫圈本体。
[0041] 本发明已具有几个优点。用于安装本发明的垫圈的方法允许将管垫圈安装在热塑 性管中的预先存在的且预成型的凹槽内。一旦已将垫圈以搭扣配合的方式固定在适当位 置，便可将其牢固地保持在管滚道内并阻止趋向于使垫圈远离滚道的轴向力。因为将垫圈 插入预成型的管凹槽或滚道内，所以简化了制造和安装过程并使其不那么昂贵。垫圈的设 计还使得可能去除一个垫圈并将另一个重新安装在所选管端中的预成型滚道内。在该过程 中使用的垫圈设计简单且制造相对便宜。不需要外部固定带或内部金属环来帮助将垫圈固 定在管凹槽内。因为金属固定带或金属环不是必要的，所以还可能去除将固定带或金属环 在制造过程中保持在模具内的适当位置所必需的销子，和之前的里伯垫圈技术一样。硬质 塑料带及其整体式隔开的楔形物用来防止垫圈在各种流体压力情况下从凹管凹槽挤出，或 防止其在现场装配过程中移位。提供作为连续带的整体部分的楔形物简化了制造过程并节 省时间。
[0042]虽然已经仅示出了本发明的一种形式，但是其并不由此受限，而是可在不背离本 发明的实质的前提下进行各种变化和改变。
【主权项】
1. 一种管密封垫圈，设计为容纳于在热塑性管的扩口凹插座端内所设置的滚道内，所 述扩口凹插座端被设计为容纳匹配的热塑性凸管端以形成管接头，所述垫圈包括： 环形弹性本体，所述环形弹性本体具有由橡胶形成的主要本体部分，当在横截面中看 时，所述主要本体部分包括前鼻部区域、下压缩区域和后尾部区域，一旦将所述垫圈插入所 述管内，所述前鼻部区域便大致面向所述管的所述扩口凹插座端； 其中，所述垫圈的所述主要本体部分的所述前鼻部区域通过硬质塑料带来进行增强， 所述硬质塑料带形成为由柔性条互相连接的一系列的整体式隔开的楔形物，在所述垫圈的 制造期间，所述硬质塑料带被嵌入所述垫圈的所述主要本体部分的所述前鼻部区域内；并 且 其中，一旦安装匹配的凸管的插口端以形成管接头，则所述硬质塑料带上的所述楔形 物便用来防止所述垫圈从在所述热塑性管的所述扩口凹插座端内所设置的凹槽挤出。2. 根据权利要求1所述的密封垫圈，其 中，所述垫圈的所述主要本体部分由天然橡胶或 合成橡胶形成。3. 根据权利要求2所述的密封垫圈，其中，所述垫圈的所述主要本体部分由选自于由丁 苯橡胶、三元乙丙橡胶和丁腈橡胶组成的组中的橡胶形成。4. 根据权利要求1所述的密封垫圈，其中，所述硬质塑料带由合成塑料材料形成，所述 合成塑料材料的硬度大于所述垫圈的所述主要本体部分的硬度，同时所述合成塑料材料足 够柔性，以允许所述垫圈在被安装到在所述热塑性管的凹插座端中所设置的凹槽内期间接 受反曲率。5. 根据权利要求4所述的密封垫圈，其中，所述合成塑料材料是改性聚苯醚。6. 根据权利要求1所述的密封垫圈，其中，所述垫圈的所述下压缩区域包括一系列的用 于接合所述匹配的凸管的插口端的圆周接合凹槽。7. 根据权利要求6所述的密封垫圈，其中，所述垫圈的主要本体具有外球形区域，所述 外球形区域也设置有一系列的用于接合所述管的凹插座端的圆周接合凹槽。8. -种管密封垫圈，设计为容纳于在扩口凹管件的插座端内所设置的滚道内，由此将 所述垫圈装配在所述滚道内以允许具有插口管端的匹配的凸管插入其中，从而形成连续管 接头，所述垫圈包括： 环形弹性本体，所述环形弹性本体具有由橡胶形成的主要本体部分，当在横截面中看 时，所述主要本体部分包括前鼻部区域、下压缩区域和后尾部区域，一旦将所述垫圈插入所 述管内，所述前鼻部区域便大致面向所述管的凹插座端； 其中，所述垫圈的所述主要本体部分的所述前鼻部区域通过硬质塑料带来进行增强， 所述硬质塑料带形成为由柔性条互相连接的一系列的整体式隔开的楔形物，在所述垫圈的 制造期间，所述硬质塑料带被嵌入所述垫圈的所述主要本体部分的所述前鼻部区域内，当 在横截面中看时，每个所述楔形物具有前边缘、后边缘和相对的侧边缘，并且其中，所述相 对的侧边缘在所述垫圈的所述前鼻部区域的方向上均匀地倾斜;并且 其中，一旦安装匹配的凸管的插口端以形成管接头且所述管正在运送流体时，由于所 述管中的流体而产生的液压力作用于所述硬质塑料带上的所述楔形物，以推动所述楔形物 与匹配的凸管件和凹管件更紧密地接合，从而防止所述垫圈从在所述热塑性管的扩口凹插 座端中所设置的所述滚道挤出。9. 一种制造管密封垫圈的方法，所述垫圈被设计为容纳于在扩口凹管件的插座端内所 设置的滚道内，由此将所述垫圈装配在所述滚道内以允许具有插口管端的匹配的凸管插入 其中，从而形成连续管接头，所述方法包括以下步骤： 提供具有第一模具面的模具，所述第一模具面具有圆周凹槽； 将形成为由柔性条互相连接的一系列整体式隔开的楔形物形式的硬质塑料带放在所 述第一模具面中的所述圆周凹槽内，当在横截面中看时，每个所述楔形物具有前边缘、后边 缘和相对的侧边缘，并且其中，所述相对的侧边缘从所述后边缘向所述前边缘均匀地倾斜； 提供匹配的第二模具面； 使所述第一模具面与所述第二模具面结合，并在所述模具的凹槽内注入橡胶化合物； 对所述模具施加热量和压力，以形成具有由橡胶形成的主要本体部分的环形弹性本 体，当在横截面中看时，所述主要本体部分包括前鼻部区域、下压缩区域和后尾部区域，一 旦将所述垫圈插入所述管内，所述前鼻部区域便大致面向所述管的凹插座端； 使包含有所述硬质塑料带的所述主要本体部分固化，由此通过所述硬质塑料带来增强 所述垫圈的所述主要本体部分的所述前鼻部区域，由此一旦安装匹配的凸管的插口端以形 成管接头且所述管正在运送流体时，由于所述管中的流体而产生的液压力作用于所述硬质 塑料带上的所述楔形物，以推动所述楔形物与匹配的凸管件和凹管件更紧密地接合，从而 防止所述垫圈从在所述热塑性管的凹插座端中所设置的凹槽挤出。10. 根据权利要求9所述的方法，其中，所述垫圈的所述主要本体部分由天然橡胶或合 成橡胶形成。11. 根据权利要求10所述的方法，其中，所述垫圈的所述主要本体部分由选自于由丁苯 橡胶、三元乙丙橡胶和丁腈橡胶组成的组中的橡胶形成。12. 根据权利要求11所述的方法，其中，所述硬质塑料带由合成塑料材料形成，所述合 成塑料材料的硬度大于所述垫圈的所述主要本体部分的硬度，同时所述合成塑料材料足够 柔性，以允许所述垫圈在被安装到在所述热塑性管的凹插座端中所设置的凹槽内期间接受 反曲率。13. 根据权利要求12所述的方法，其中，所述合成塑料材料是改性聚苯醚。14. 一种将垫圈安装到在凹管件的扩口端内所设置的垫圈容纳滚道内的方法，所述垫 圈具有嵌入的增强硬质塑料带，所述扩口端具有开口，所述开口能与匹配的塑料凸管部的 插口端接合以形成管接头，所述方法包括以下步骤： 提供具有预成型的凹扩口端开口的塑料管部，所述凹扩口端开口具有垫圈容纳滚道； 通过将密封垫圈弯曲以使所述垫圈从大致圆柱形的形状暂时转变成大致椭圆形的形 状，将所述垫圈放在所述垫圈容纳凹槽内且释放所述垫圈，由此所述垫圈回到所述大致圆 柱形的形状，从而将所述垫圈安装在所述垫圈容纳滚道内； 其中，所述垫圈形成为环形弹性本体，所述环形弹性本体具有由橡胶形成的主要本体 部分，当在横截面中看时，所述主要本体部分包括前鼻部区域、下压缩区域和后尾部区域， 一旦将所述垫圈插入所述管内，所述前鼻部区域便大致面向所述管的凹插座端； 其中，通过形成为由柔性条互相连接的一系列整体式隔开的楔形物形式的硬质塑料 带，来增强所述垫圈的所述主要本体部分的所述前鼻部区域，在所述垫圈的制造期间，所述 硬质塑料带嵌入所述垫圈的所述主要本体部分的所述前鼻部区域内，在横截面中看时，每 个所述楔形物具有前边缘、后边缘和相对的侧边缘，并且其中，所述相对的侧边缘在所述垫 圈的所述前鼻部区域的方向上均匀地倾斜;并且 其中，一旦安装匹配的凸管的插口端以形成管接头且所述管正在运送流体，由于所述 管中的流体而产生的液压力作用于所述硬质塑料带上的所述楔形物，以推动所述楔形物与 匹配的凸管件和凹管件更紧密地接合，从而防止所述垫圈从在所述热塑性管的凹插座端中 所设置的所述滚道挤出。
【专利摘要】本发明示出了一种管密封垫圈，该垫圈被设计为容纳于在凹扩口塑料管端的插座端内所设置的滚道内，该凹扩口塑料管端与匹配的凸管端装配以形成塑料管接头。在制造期间预先形成凹扩口塑料管端中的滚道，然后安装垫圈。垫圈具有橡胶本体部分，该橡胶本体部分由形成为一系列的通过柔性条互相连接的整体式隔开的楔形物的硬质塑料带进行增强。硬质塑料带用来防止垫圈在各种压力条件期间被挤出，并防止在现场装配期间移位。
【IPC分类】F16J15/10, F16L21/025
【公开号】CN105492815
【申请号】CN201480046164
【发明人】吉列尔莫·蒙泰尔
【申请人】S&B技术产品公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年5月9日
【公告号】CA2916232A1, EP3011213A2, US20140374994, WO2014204591A2, WO2014204591A3
【技术领域】
[0001] 本发明主要涉及用于塑料管道中的管接头(pipe joint，管接合部）的密封垫圈 (gasket，衬垫)和密封系统，其中，将凸插口管部分(male spigot pipe section)安装在匹 配的凹插座管部分(female socket pipe section)内以形成管接头，更具体地，涉及一种 改进的垫圈、简化的制造方法，以及用于将锁入型垫圈安装在管的用来形成管接头的部分 中的预成型垫圈凹槽内的安装方法。
【背景技术】
[0002] 在多种行业中使用应用于流体输送塑料管的流体密封系统。在这种系统中使用的 管通常由热塑性材料形成，包括聚烯烃和PVC。当在管的部分之间形成接头时，将插口管或 凸管的端部插入凹管或插座管的端部内。环形的弹性环或垫圈通常位于在热塑性管的插座 端部中形成的凹槽内。当将插口插入插座内时，垫圈对接头提供主要的密封能力。已经使用 多种类型的密封技术来确保管接头的密封完整性。重要的是，在接头组成过程中不取出密 封垫圈，并且，垫圈在现场应用中不扭曲或以其他方式损坏。还重要的是，垫圈在各种压力 条件下不从管凹槽挤出。
[0003] 早期的装有垫圈的密封系统是已知的，其中，均质橡胶垫圈通常是可变形的，允许 其用手弯折或弯曲，接受反曲率，并插入匹配的形成于凹的扩口管端(belled pipe end)中 的内部滚道(raceway)内。用可折叠的心轴扩口工具在管制造设备处预成型凹管扩口端中 的滚道。现有技术尝试确保这种管接头的完整性，包括使用这样的管垫圈：该管垫圈具有第 一不同本体区域，该第一不同本体区域由可弹性屈服的密封材料(例如橡胶)形成，并与由 更硬的材料(例如硬质塑料)形成的第二不同本体区域结合。目的是，垫圈的硬质本体区域 将帮助使垫圈保持在管凹槽内的适当位置中。解决该问题的其他方法包括使用均质橡胶 环，其具有插入位于橡胶环的内直径上的匹配凹槽的加劲带(stiffening band)。在其他现 有技术系统中，使均质橡胶垫圈本体与内部或外部金属、或塑料、加劲带或者内部金属带或 环结合。这些解决方案均具有严重的限制。例如，现有技术塑料/橡胶化合物有时允许污物 和碎片在扩口滚道与垫圈的外直径之间渗透。在一些情况中，塑料区域减小橡胶表面接触 面积，有时在所有条件下(包括高压、低压和循环波动)提供所需密封时产生问题。当使均质 橡胶垫圈本体与塑料增强带结合时，兼容材料是必要的。较差的结合会导致两个元件分离。 增强带会在双零件系统中放错地方且损坏。因此，在一些情况中，现有技术解决方案无法提 供所需的接头完整性，通常会增加复杂性并增加制造操作和现场设备的费用。
[0004] 在20世纪70年代早期，挪威卑尔根的里伯父子公司（Rieber&Son)开发了一种新技 术，在行业中叫做"里伯接头(Rieber Joint)"。里伯系统使用组合的模具元件和密封环，用 于密封两个由热塑性材料形成的配合管的插座端和插口端之间的接头。在里伯工艺中，当 同时形成凹端或扩口端时，将弹性本体垫圈安装在凹管的插座端中的内部凹槽内。并不使 用预成型凹槽，里伯工艺在扩口操作过程中提供预加应力的且锚定的弹性本体垫圈。因为 与扩口管端的形成同时地安装垫圈，所以可将硬质的、嵌入的增强环提供为垫圈的一部分。 因为管凹槽在某种意义上与其嵌入的增强环一起形成于垫圈周围，所以将垫圈牢固地保持 在适当位置中，且垫圈不会趋向于扭曲或翻转或以其他方式允许杂质进入接头的密封区 域，从而增加接头的可靠性并降低由于磨损而产生泄漏或可能的故障的危险。在以下授权 的美国专利中描述了里伯工艺，其中：美国专利号4，120,521;4,061，459;4,030,872;3， 965，715;3,929,958;3,887,992;3，884,612和3,776,682。
[0005] 尽管里伯工艺取得了进步，但是扩口操作有时比较复杂且昂贵。而且，存在某些这 样的情况:将希望手动地去除一个垫圈并将另一个垫圈重新安装在所选管端中的预成型滚 道内，而不是使用整体安装的垫圈（其中，管中的凹槽形成于垫圈周围）。例如，市政工程师 和顾问工程师将基于管道最终用途和土壤条件规定专用弹性本体。虽然丁苯橡胶(SBR)是 北美最常使用的橡胶，但是工程师将基于水处理技术指定三元乙丙橡胶(EPDM)，并当存在 由于汽油或石油污染而产生的烃土壤污染时指定丁腈橡胶。批发商和承包商无法在其管库 存中交换里伯工艺垫圈。
[0006] 因此，与那些类似里伯系统的系统(其中，在凹管端的制造期间围绕密封垫圈形成 凹管端)相反，能够将具有增强元件的类型的垫圈安装在之前扩口的管端内将是有利的。然 而，具有增强元件的现有技术垫圈受到损坏且不容易用手弯曲或弯折，从而在该领域中通 常不用手进行装配。与垫圈本体结合的增强元件的尺寸和位置通常比扩口管端的开口的直 径大，使得装配更复杂。
[0007] 授予Guzowski且由本申请人共同拥有的2000年4月4日授权的美国专利号6，044， 539描述了一种用于插入"搭扣配合(snap-fit)"垫圈的机器，其无法接受反曲率，具有嵌入 扩口管端中的预成型垫圈容纳凹槽的增强环。然而，这种机器在建造时相当昂贵且对本领 域中的工人来说在用手处理时比较困难。本发明的一个目的是，提供一种改进的用于管接 头的管垫圈，其提供里伯类型密封的优点，同时允许垫圈接受反曲率，以用手安装在预成型 凹槽中，或者安装在制造厂处或安装在现场操作中。
[0008] 本发明的另一目的是，提供一种改进的不用必须使用单独的保持带而牢固保持在 预成型管凹槽内的垫圈。
[0009] 本发明的另一目的是，提供一种改进的塑料/橡胶种类的密封垫圈，其可优化垫圈 与管扩口滚道的橡胶密封面接触。
[0010] 本发明的另一目的是，提供一种不需要与橡胶元件结合的增强元件，从而产生由 多种材料制成的可能性。
[0011] 本发明的另一目的是，提供这种具有特殊增强属性的密封垫圈：该增强属性允许 其在多种压力条件下密封，在现场装配过程中不会扭曲或挤出或移位，并且仍可用手将其 安装在扩口滚道中。
【发明内容】
[0012] 本发明的密封垫圈具有橡胶/塑料固定设计，其在密封具有扩口端(bell end，承 口端，承插端）的PVC管时特别有用，该扩口端用可折叠心轴工具制成。用增强元件或增强带 (其由一系列通过柔性条互相连接的楔形物组成)增强垫圈。增强带优选地嵌在垫圈的橡胶 本体部分内，避免使用结合元件。垫圈的橡胶元件提供主要密封能力，同时塑料元件增加了 对由于水压和现场装配期间的移位而产生的挤出的阻力。
[0013] 垫圈接受反曲率（inverse curvature)，以允许用手简单地安装在预成型的管扩 口滚道中。一旦安装了垫圈，那么其 便用作组合式压缩和唇式密封。它优选地由PVC管制造 商安装，并且一旦安装，它便是管的牢固部分。垫圈的橡胶部分可以是，例如，SBR、EPDM、NR (丁腈橡胶)等，与硬质塑料带相结合。
[0014] 在其优选形式中，示出了一种管密封垫圈，其设计为容纳于设置在热塑性管的凹 插座端内的凹槽内，凹插座端设计为容纳匹配的热塑性凸管端，以形成管接头。垫圈包括环 形弹性本体，其具有由橡胶形成的主要本体部分，当在横截面中看时，该主要本体部分包括 前鼻部区域、下压缩区域和后尾部区域。一旦将垫圈插入管内，则前鼻部区域大致面向管的 凹插座端。
[0015] 用由一系列通过柔性条互相连接的楔形物组成的硬质塑料带来增强垫圈的主要 本体部分的前鼻部区域，在垫圈的制造期间，将硬质塑料带嵌入垫圈的主要本体部分的前 鼻部区域内。在使用中，沿着柔性条隔开的楔形物用来防止垫圈从设置在热塑性管的凹插 座端中的滚道挤出和移位。垫圈的主要本体部分可方便地由天然橡胶或合成橡胶形成，例 如丁苯橡胶、三元乙丙橡胶和丁腈橡胶。硬质塑料带由合成塑料材料形成，其硬度比垫圈的 主要本体部分的硬度大。基于材料具有足够的刚性以防止在使用中挤出和移位，同时材料 足够柔性以允许垫圈在安装期间接受反曲率，来选择该材料。所选择的材料还必须不会硬 到在弯折或弯曲的同时破坏。
[0016] 垫圈的下压缩区域可设置有一系列的圆周接合肋（circumferential engagement rib，周向接合肋），其用于接合匹配的凸插口管端。垫圈主要本体具有外球形区域(outer bulbous region)，外球形区域可类似地设置有一系列的圆周接合肋，圆周接合肋用于接合 管的凹插座端。优选地，垫圈主要本体具有下方的主密封面，其形成用于垫圈的组合式唇部 和压缩密封区域。"唇部"区域通过V形凹槽与垫圈本体的凸密封面和后尾部区域隔开。当匹 配的管的匹配的凸插口端碰到垫圈的主密封面时，V形凹槽允许垫圈本体的唇部区域向内 弯曲。
[0017] 还示出了一种用于制造密封管的垫圈的方法，该垫圈被设计为容纳在扩口管的凹 槽内（该凹槽设置在凹管件的插座端内），由此将垫圈装配在凹槽内，以允许具有插口管端 的匹配凸管插入其中，从而形成连续的管接头。该方法包括，提供具有带有圆周凹槽的第一 模具面的模具。将硬质塑料增强元件(增强带)放在第一模具面中的圆周凹槽内，使硬质塑 料带形成为一系列的通过柔性条互相连接的楔形物。在横截面中看时，每个楔形物具有前 边缘、后边缘和相对的侧边缘，其中，相对的侧边缘从其后边缘向前边缘均勾地(evenly，一 致地)倾斜。
[0018] 提供了匹配的第二模具面，然后第二模具面与第一模具面结合，向模具的凹槽内 注入橡胶化合物。对模具施加热量和压力，以形成环形弹性本体，该环形弹性本体具有由橡 胶形成的主要本体部分，当在横截面中看时，该主要本体部分包括前鼻部区域、下压缩区域 和后尾部区域。然后，使其中包含有硬质塑料带的垫圈的主要本体部分发生固化，由此，垫 圈的主要本体部分的前鼻部区域由硬质塑料带进行增强。
[0019] 虽然用硬质塑料带增强，但是本发明的垫圈仍然足够柔性以允许硬质塑料带以斜 角弯曲，从而插入设置在凹插座管端中的匹配的扩口凹槽内。然后，垫圈回到通常圆柱形的 形状，并通过硬质塑料带的作用而固定在扩口插座凹槽内。
[0020] 在以下书面描述中，其他目的、特征和优点将是显而易见的。
【附图说明】
[0021] 图1是部分去除的塑料管的端视图，并示出了扩口端和滚道，本发明的垫圈放在滚 道中的适当位置，凸管部分处于用于插入扩口的位置。
[0022] 图2是本发明的密封垫圈的立体图，用虚线示出了硬质塑料带及其楔形物和相关 的柔性条。
[0023] 图3至图6是将硬质塑料带安装在相关模具内的步骤的简化图，然后对模具注入橡 胶，将其加热并固化以制成本发明的完整垫圈。
[0024] 图7是本发明的垫圈的局部侧横截面图，垫圈放在设置于凹扩口插座管端中的内 部凹槽中，用虚线示出了匹配的凸管件的移动方向。
[0025] 图8是在本发明的垫圈的制造中使用的硬质塑料带的剖视图，并示出了通过柔性 条互相连接的楔形物。
[0026] 图9是本发明的垫圈的一部分的顶视图，示出了硬质塑料带的位置，用假想线示出 了垫圈本体的橡胶部分。
[0027] 图10示出了组成管接头的开始步骤，其中凸管端只是刚开始与本发明的密封垫圈 接触。
[0028] 图11是与图10类似的视图，示出了完整的管接头，在密封垫圈上作用外部压力。 [0029]图12是该完整的管接头的另一视图，此时密封垫圈在垫圈上作用内部压力。
【具体实施方式】
[0030] 现在转向附图，图1示出了在管接头的装配之前处于适当位置的本发明的垫圈11。 将垫圈11安装在滚道13内，滚道13设置在热塑性管的凹管部分17的扩口端15内。凹管部分 17可由任意各种商业上可获得的热塑性材料形成，例如聚烯烃系列，包括聚乙烯和聚丙烯， 以及聚氯乙烯和类似材料。此一般类型的热塑性管在各种工业设备中使用，包括水产业、污 水产业和化工产业。热塑性管部分的扩口端15具有开口 19,该开口可与匹配的凸管部分25 的插口端23接合，以形成管接头。已在管制造设备处在管开口 19中预先形成垫圈容纳滚道 13，如通过使用可折叠心轴扩口工具来进行的。
[0031] 在图2中的剖面中和图7中的横截面中示出了可在本发明的方法中使用的一种特 别优选形式的垫圈11。优选地，垫圈13是环状的环形构件，其具有由柔性的弹性材料形成的 垫圈主要本体28，该材料例如是合适的天然橡胶或合成橡胶。用来形成垫圈的主要本体28 的弹性材料的成分将根据最终用途而变化，但是可包含许多不同的天然橡胶和合成橡胶， 包括，例如，丁苯橡胶(SBR)、三元乙丙橡胶(EPDM)、丙烯腈-丁二烯橡胶(NBR)、丁腈橡胶，等 等。
[0032]现在转向图7,垫圈主要本体28包括外凸密封面27,在此情况中，外凸密封面设置 有一系列的肋部或锯齿状突起29。垫圈主要本体还包括下方的主密封面31。在所示优选实 施例中，主密封面31是形成垫圈的组合式唇部和压缩密封区域的垫圈本体的均匀倾斜的 面。唇部区域通过V形凹槽(通常如图7中的33所示）与外凸密封面27和后尾部30隔开。当匹 配的管部分的匹配的凸插口端碰到垫圈的主密封面31时，该V形凹槽允许垫圈本体的唇部 区域向内弯曲（见图10至图12)。
[0033]回到图7,垫圈主要本体28还具有前鼻部区域，通常如图7中的35所示，其在管接头 的装配过程中一开始与匹配的凸插口管端接触。一旦将垫圈插入管内，则前鼻部区域35大 致面向管的凹插座端。
[0034]现在参考图8,将理解，用形成为一系列的由柔性条45互相连接的整体式 (i ntegral)隔开的楔形物(例如楔形物39、41、43)的硬质塑料带37,来增强垫圈的前鼻部区 域。如将从图4和图8中显而易见的，每个楔形物39具有前边缘53、后边缘55和相对的侧边缘 57、59。如在此横截面中看到的，相对的侧边缘(例如图10中的侧边缘59)从其后边缘55向前 边缘53均匀地倾斜。图2示出了增强硬质塑料带及其相关的楔形物(例如，见楔形物39、41、 43)(用虚线示出）。因此，可将垫圈本体认为是具有橡胶元件并认为是具有硬质塑料元件， 该硬质塑料元件用作垫圈本体的增强元件。
[0035] 在垫圈的制造过程中，将硬质塑料带37在垫圈制造操作的过程中嵌入垫圈的前鼻 部区域内。如将更详细地说明的，一旦安装匹配的凸管的插口端以形成管接头，则硬质塑料 带37上的楔形物39便用来防止垫圈从设置在热塑性管的凹插座端中的滚道(图1中的13)挤 出。
[0036] 如前所述，垫圈的主要本体部分由天然橡胶或合成橡胶形成，例如丁苯橡胶、三元 乙丙橡胶或丁腈橡胶。用于垫圈主要本体的橡胶的硬度可根据最终用途而变化，但是通常 将在从大约40至70肖氏A级硬度的范围内，优选地大约40至60肖氏A级硬度。另一方面，硬质 塑料带37由硬度大于垫圈的主要本体部分的硬度的合成塑料材料形成。用于硬质塑料带的 合成塑料材料优选地是表现出适合于手头用途的硬度同时允许在安装过程中弯折(接受反 曲率)的材料。硬质塑料带可具有比垫圈的剩余主要本体部分更高的硬度，因为其不像垫圈 的主密封区域一样参与垫圈的密封功能。
[0037] 各种硬质塑料类型的材料可以是用作硬质塑料带的适合候选对象。这些材料包括 这样的材料，例如聚丙烯、聚氯乙烯和各种"工程塑料"。例如，一种这样的材料是那些属于 改性聚苯醚(PPE)的族中的硬质塑料。这些商业上可获得的材料具有高耐热性，使得其适合 于注射成型或模压成型，并且这些材料通常适合于塑料/橡胶化合物。一种商业上可获得的 族是VESTORAN?材料族。VESTORAN?是赢创德固赛有限公司（Evonik Degussa GmbH)的一种模塑化合物的注册商标，该模塑化合物包含作为聚合物组分的聚-2,6-二甲 基-1，4-亚苯醚(聚苯醚、PPE，也叫做PPO)。
[0038] 现在将描述制造本发明的密封管垫圈的方法。该垫圈设计为容纳于设置在凹扩口 管件的插座端内的扩口管滚道内，由此，将垫圈装配在滚道内可允许将具有插口管端的匹 配凸管插入其中，以形成连续管接头。将主要相对于图3至图6描述该制造方法。图3示出了 将对于相关领域中的技术人员来说熟悉的类型的注射成型模具47的一半。如可在图3中看 到的，第一模具半部具有带有圆周凹槽51的第一模具面49。如图4所示，在该制造过程的第 一步骤中，将硬质塑料带37及其一系列的通过柔性条45互相连接的整体式隔开的楔形物放 在圆周凹槽51内。将理解，将楔形物作为离散且单独的元件放在模具中将是非常耗时的。然 而，因为齿部通过柔性条互相连接，所以可在单个步骤中将它们简单地整体放在模具中。这 还确保各个齿部围绕垫圈的圆周适当地隔开。
[0039] 接下来，提供了匹配的第二模具面，其本质上是第一模具面的镜像。图5示出了部 分地安装在第一模具面的圆周凹槽中的硬质塑料带，而图6示出了完全安装的硬质塑料带。 然后将第一模具面和第二模具面结合，并将可模塑的橡胶化合物注入圆周凹槽中。通过已 知的方式，然后对模具施加热量和压力，以形成环形弹性本体。模具中的热量和压力使具有 嵌入其中的硬质塑料带的主要本体部分固化，由此通过硬质塑料带增强垫圈的主要本体部 分，由此由于管中的流体而产生的液压作用于硬质塑料带上的楔形物，以推动齿部使其与 匹配的凸管件和凹管件更紧密地接合，从而，一旦安装匹配的凸管的插口端以形成管接头 且管运送流体，便防止垫圈从设置在热塑性管的扩口凹插座端中的滚道挤出。
[0040] 虽然垫圈本体被增强以防止在各种流体压力条件下挤出并防止在现场装配过程 中移位，但是其保持足够柔性，以允许用手弯曲垫圈并将垫圈安装在设置于凹管件的扩口 端内的垫圈容纳滚道内。可通过弯曲垫圈以使垫圈暂时从大致圆柱形的形状转变成大致椭 圆形的形状，然后通过将垫圈放在垫圈容纳凹槽内且释放垫圈，由此垫圈回到大致圆柱形 的形状，而将密封垫圈安装在垫圈容纳滚道内。由于管中的流体而产生的液压作用于硬质 塑料带上的楔形物，以推动楔形物使其与匹配的凸管件和凹管件更紧密地接合，从而，一旦 安装匹配的凸管的插口端以形成管接头且管运送流体，便防止垫圈从设置在热塑性管的扩 口凹插座端中的滚道挤出。图11示出了本发明的垫圈11的横截面，其安装在承受作用于垫 圈的外部压力的管接头中。图12是与图11类似的视图，但是示出了垫圈的横截面形状，其 中，内部流体压力作用于垫圈本体。
[0041] 本发明已具有几个优点。用于安装本发明的垫圈的方法允许将管垫圈安装在热塑 性管中的预先存在的且预成型的凹槽内。一旦已将垫圈以搭扣配合的方式固定在适当位 置，便可将其牢固地保持在管滚道内并阻止趋向于使垫圈远离滚道的轴向力。因为将垫圈 插入预成型的管凹槽或滚道内，所以简化了制造和安装过程并使其不那么昂贵。垫圈的设 计还使得可能去除一个垫圈并将另一个重新安装在所选管端中的预成型滚道内。在该过程 中使用的垫圈设计简单且制造相对便宜。不需要外部固定带或内部金属环来帮助将垫圈固 定在管凹槽内。因为金属固定带或金属环不是必要的，所以还可能去除将固定带或金属环 在制造过程中保持在模具内的适当位置所必需的销子，和之前的里伯垫圈技术一样。硬质 塑料带及其整体式隔开的楔形物用来防止垫圈在各种流体压力情况下从凹管凹槽挤出，或 防止其在现场装配过程中移位。提供作为连续带的整体部分的楔形物简化了制造过程并节 省时间。
[0042]虽然已经仅示出了本发明的一种形式，但是其并不由此受限，而是可在不背离本 发明的实质的前提下进行各种变化和改变。
【主权项】
1. 一种管密封垫圈，设计为容纳于在热塑性管的扩口凹插座端内所设置的滚道内，所 述扩口凹插座端被设计为容纳匹配的热塑性凸管端以形成管接头，所述垫圈包括： 环形弹性本体，所述环形弹性本体具有由橡胶形成的主要本体部分，当在横截面中看 时，所述主要本体部分包括前鼻部区域、下压缩区域和后尾部区域，一旦将所述垫圈插入所 述管内，所述前鼻部区域便大致面向所述管的所述扩口凹插座端； 其中，所述垫圈的所述主要本体部分的所述前鼻部区域通过硬质塑料带来进行增强， 所述硬质塑料带形成为由柔性条互相连接的一系列的整体式隔开的楔形物，在所述垫圈的 制造期间，所述硬质塑料带被嵌入所述垫圈的所述主要本体部分的所述前鼻部区域内；并 且 其中，一旦安装匹配的凸管的插口端以形成管接头，则所述硬质塑料带上的所述楔形 物便用来防止所述垫圈从在所述热塑性管的所述扩口凹插座端内所设置的凹槽挤出。2. 根据权利要求1所述的密封垫圈，其 中，所述垫圈的所述主要本体部分由天然橡胶或 合成橡胶形成。3. 根据权利要求2所述的密封垫圈，其中，所述垫圈的所述主要本体部分由选自于由丁 苯橡胶、三元乙丙橡胶和丁腈橡胶组成的组中的橡胶形成。4. 根据权利要求1所述的密封垫圈，其中，所述硬质塑料带由合成塑料材料形成，所述 合成塑料材料的硬度大于所述垫圈的所述主要本体部分的硬度，同时所述合成塑料材料足 够柔性，以允许所述垫圈在被安装到在所述热塑性管的凹插座端中所设置的凹槽内期间接 受反曲率。5. 根据权利要求4所述的密封垫圈，其中，所述合成塑料材料是改性聚苯醚。6. 根据权利要求1所述的密封垫圈，其中，所述垫圈的所述下压缩区域包括一系列的用 于接合所述匹配的凸管的插口端的圆周接合凹槽。7. 根据权利要求6所述的密封垫圈，其中，所述垫圈的主要本体具有外球形区域，所述 外球形区域也设置有一系列的用于接合所述管的凹插座端的圆周接合凹槽。8. -种管密封垫圈，设计为容纳于在扩口凹管件的插座端内所设置的滚道内，由此将 所述垫圈装配在所述滚道内以允许具有插口管端的匹配的凸管插入其中，从而形成连续管 接头，所述垫圈包括： 环形弹性本体，所述环形弹性本体具有由橡胶形成的主要本体部分，当在横截面中看 时，所述主要本体部分包括前鼻部区域、下压缩区域和后尾部区域，一旦将所述垫圈插入所 述管内，所述前鼻部区域便大致面向所述管的凹插座端； 其中，所述垫圈的所述主要本体部分的所述前鼻部区域通过硬质塑料带来进行增强， 所述硬质塑料带形成为由柔性条互相连接的一系列的整体式隔开的楔形物，在所述垫圈的 制造期间，所述硬质塑料带被嵌入所述垫圈的所述主要本体部分的所述前鼻部区域内，当 在横截面中看时，每个所述楔形物具有前边缘、后边缘和相对的侧边缘，并且其中，所述相 对的侧边缘在所述垫圈的所述前鼻部区域的方向上均匀地倾斜;并且 其中，一旦安装匹配的凸管的插口端以形成管接头且所述管正在运送流体时，由于所 述管中的流体而产生的液压力作用于所述硬质塑料带上的所述楔形物，以推动所述楔形物 与匹配的凸管件和凹管件更紧密地接合，从而防止所述垫圈从在所述热塑性管的扩口凹插 座端中所设置的所述滚道挤出。9. 一种制造管密封垫圈的方法，所述垫圈被设计为容纳于在扩口凹管件的插座端内所 设置的滚道内，由此将所述垫圈装配在所述滚道内以允许具有插口管端的匹配的凸管插入 其中，从而形成连续管接头，所述方法包括以下步骤： 提供具有第一模具面的模具，所述第一模具面具有圆周凹槽； 将形成为由柔性条互相连接的一系列整体式隔开的楔形物形式的硬质塑料带放在所 述第一模具面中的所述圆周凹槽内，当在横截面中看时，每个所述楔形物具有前边缘、后边 缘和相对的侧边缘，并且其中，所述相对的侧边缘从所述后边缘向所述前边缘均匀地倾斜； 提供匹配的第二模具面； 使所述第一模具面与所述第二模具面结合，并在所述模具的凹槽内注入橡胶化合物； 对所述模具施加热量和压力，以形成具有由橡胶形成的主要本体部分的环形弹性本 体，当在横截面中看时，所述主要本体部分包括前鼻部区域、下压缩区域和后尾部区域，一 旦将所述垫圈插入所述管内，所述前鼻部区域便大致面向所述管的凹插座端； 使包含有所述硬质塑料带的所述主要本体部分固化，由此通过所述硬质塑料带来增强 所述垫圈的所述主要本体部分的所述前鼻部区域，由此一旦安装匹配的凸管的插口端以形 成管接头且所述管正在运送流体时，由于所述管中的流体而产生的液压力作用于所述硬质 塑料带上的所述楔形物，以推动所述楔形物与匹配的凸管件和凹管件更紧密地接合，从而 防止所述垫圈从在所述热塑性管的凹插座端中所设置的凹槽挤出。10. 根据权利要求9所述的方法，其中，所述垫圈的所述主要本体部分由天然橡胶或合 成橡胶形成。11. 根据权利要求10所述的方法，其中，所述垫圈的所述主要本体部分由选自于由丁苯 橡胶、三元乙丙橡胶和丁腈橡胶组成的组中的橡胶形成。12. 根据权利要求11所述的方法，其中，所述硬质塑料带由合成塑料材料形成，所述合 成塑料材料的硬度大于所述垫圈的所述主要本体部分的硬度，同时所述合成塑料材料足够 柔性，以允许所述垫圈在被安装到在所述热塑性管的凹插座端中所设置的凹槽内期间接受 反曲率。13. 根据权利要求12所述的方法，其中，所述合成塑料材料是改性聚苯醚。14. 一种将垫圈安装到在凹管件的扩口端内所设置的垫圈容纳滚道内的方法，所述垫 圈具有嵌入的增强硬质塑料带，所述扩口端具有开口，所述开口能与匹配的塑料凸管部的 插口端接合以形成管接头，所述方法包括以下步骤： 提供具有预成型的凹扩口端开口的塑料管部，所述凹扩口端开口具有垫圈容纳滚道； 通过将密封垫圈弯曲以使所述垫圈从大致圆柱形的形状暂时转变成大致椭圆形的形 状，将所述垫圈放在所述垫圈容纳凹槽内且释放所述垫圈，由此所述垫圈回到所述大致圆 柱形的形状，从而将所述垫圈安装在所述垫圈容纳滚道内； 其中，所述垫圈形成为环形弹性本体，所述环形弹性本体具有由橡胶形成的主要本体 部分，当在横截面中看时，所述主要本体部分包括前鼻部区域、下压缩区域和后尾部区域， 一旦将所述垫圈插入所述管内，所述前鼻部区域便大致面向所述管的凹插座端； 其中，通过形成为由柔性条互相连接的一系列整体式隔开的楔形物形式的硬质塑料 带，来增强所述垫圈的所述主要本体部分的所述前鼻部区域，在所述垫圈的制造期间，所述 硬质塑料带嵌入所述垫圈的所述主要本体部分的所述前鼻部区域内，在横截面中看时，每 个所述楔形物具有前边缘、后边缘和相对的侧边缘，并且其中，所述相对的侧边缘在所述垫 圈的所述前鼻部区域的方向上均匀地倾斜;并且 其中，一旦安装匹配的凸管的插口端以形成管接头且所述管正在运送流体，由于所述 管中的流体而产生的液压力作用于所述硬质塑料带上的所述楔形物，以推动所述楔形物与 匹配的凸管件和凹管件更紧密地接合，从而防止所述垫圈从在所述热塑性管的凹插座端中 所设置的所述滚道挤出。
【专利摘要】本发明示出了一种管密封垫圈，该垫圈被设计为容纳于在凹扩口塑料管端的插座端内所设置的滚道内，该凹扩口塑料管端与匹配的凸管端装配以形成塑料管接头。在制造期间预先形成凹扩口塑料管端中的滚道，然后安装垫圈。垫圈具有橡胶本体部分，该橡胶本体部分由形成为一系列的通过柔性条互相连接的整体式隔开的楔形物的硬质塑料带进行增强。硬质塑料带用来防止垫圈在各种压力条件期间被挤出，并防止在现场装配期间移位。
【IPC分类】F16J15/10, F16L21/025
【公开号】CN105492815
【申请号】CN201480046164
【发明人】吉列尔莫·蒙泰尔
【申请人】S&B技术产品公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年5月9日
【公告号】CA2916232A1, EP3011213A2, US20140374994, WO2014204591A2, WO2014204591A3
最新回复(0)