CN1025927C

CN1025927C - 窝接式接头管的锁固组件用的复合衬圈

Info

Publication number: CN1025927C
Application number: CN90109956A
Authority: CN
Inventors: 杰克·德穆松; 米歇尔·胡萨德; 阿伦·佩西布瓦
Original assignee: Pont a Mousson SA
Current assignee: Pont a Mousson SA
Priority date: 1989-12-11
Filing date: 1990-12-07
Publication date: 1994-09-14
Anticipated expiration: 2005-12-07
Also published as: DK0433202T3; LTIP615A; EP0433202B1; LV10664B; EG19028A; CA2031431A1; ES2056775T1; BR9006263A; PT96128A; ATE119640T1; ES2056775T3; MA22011A1; LV10664A; TR25643A; RU2068524C1; KR910012588A; AU632190B2; OA09277A; LT3250B; JPH0743061B2

Abstract

一种用于在一带有一承窝15的第一管T1和一带有一管端20的第二管T2之间的锁固组件的复合衬圈。衬圈(G)包括多个带有用于抓啮在管端20上的尖端11的锁固镶嵌件7。镶嵌件7能够进行一种改变它们相对于衬圈G的轴线X-X的倾斜度的角向运动。本发明用来对具有较宽的直径加工公差的管件进行锁固。

Description

本发明涉及一种用于同轴的窝接式接头管的套筒式锁固组件的复合衬圈。

更准确地说，本发明涉及这样一种复合衬圈，在其本体中，嵌置有特定数量的用以将一根管的管端相对于另一根管的承窝锁固起来的多个镶嵌片，该衬圈在管端和承窝之间径向受压。

在该组件中，由硬质材料制成的每一个镶嵌件以特定的倾斜度支衬在第一根管的承窝和第二根管的管端之间。

作这样的锁固可防止一根管相对于另一根管的轴向运动，这样的锁固可兼顾到该衬圈的有效密封，并且在由容纳在管内的流体的压力所产生的轴向分离力的作用下甚至也未能使最初组装好的两根管完全分开。

这种锁固可有利地取代用以将管道固定到锚固在地面上的基础上的昂贵系统。

法国专利1，490，680号公开了一种配置有锁固镶嵌片的复合衬圈和一种上述类型的套筒式锁固组件。根据此专利，每一镶嵌片，以固定的并且相对于衬圈轴线较低的倾斜角或者以在由一个穿通承窝的小孔所允许的狭窄限制范围内可变的倾斜角卡合于一根管的管端上制出的凹槽内。根据其一个实施例，所制出的每一镶嵌片都是可拧入嵌置在衬圈上的螺帽内的钉齿形式，以便在直径较大的两根管未严格处在一直线的情况下调整锁固钉齿的有效长度。

从必须使锁固镶嵌件依靠一条环形凹槽压在管端上的锁固镶嵌件较低的倾斜角的观点来看，并且还从该镶嵌件角向运动的窄小范围的角度来看，可以用这种方式锁固的管子的管端的直径公差同样过于窄小。

申请本案的公司自身解决了不需要在管端上加制凹槽以及在不改变镶嵌件的长度的情况下，确保每一镶嵌件支撑在管端上，同时还确保在管端直径公差尽可能宽的情况下进行有效锁固的问题。

此问题是利用本发明的复合衬圈解决的。

因此，本发明的主题是一种用于在带有一承窝的第一根管和带有一管端的第二根管之间的一种套筒式锁固组件的复合衬圈，这种衬圈包括：一个由弹性材料制成的实体和一由弹性材料制成的环形棱部以及特定数量的由硬度很高的材料制成并且沿一个具有与衬圈同一轴线的锥体的母线嵌置在环形棱部内的多个镶嵌件，每一镶嵌件都从衬圈上向衬圈的轴线伸出，上述衬圈的特征在于：每一个配置有一个用以抓啮在上述第二根管的管端上的尖端的镶嵌件，在对具有较宽的直径加工公差的管端进行定位和锁固的过程中，能够有角向运动，同时压靠在该衬圈的本体上。

由于镶嵌件存在相对于它所进行镶嵌的衬圈的角向运动的可能性，每个镶嵌件都可以适合管子管端或承窝的直径变化，即可以称适合它们的直径公差，也就是说可以适合在管端和承窝之间的可变的环形游隙，以获得最佳的支撑倾斜度。这种，根据所遇到的直径公差，一个单一的最佳镶嵌件长度就足以获得一根管的管端相对于另一根管的承窝的良好锁固效能。

本发明的另一个主题是一个利用上述复合衬圈在两管之间锁固的套筒式密封组件，该组件的第一管具有一个承窝，第二管具有一个插入该承窝内同时径向压挤上述复合衬圈的管端，该衬圈的实体在第一管的容腔和第二管的管端之间受到径向压挤，环形棱部在承窝入口处压靠在一条环形接纳槽内，每个镶嵌件以其头部压靠在承窝环形入口槽上，并以其抓啮尖端压靠在管端上，上述组件的特征在于：每个镶嵌件都呈现相对于衬圈和同轴的两管的总线的倾斜度，该倾斜度取决于管端直径的加工公差，因而也就取决于在管端和承窝入口凹槽之间存在的环形游隙。

每个镶嵌件以其头部压靠在承窝入口槽的至少一个点上，同时，依靠其抓啮尖端支撑在管端上。无论管端直径公差是多大，由于镶嵌件绕两个转动转点之一转动的原因，该镶嵌片总呈现相对于衬圈和两管的轴线的最佳倾斜度。

每个镶嵌件以其头部压靠在承窝入口凹槽的两个点上，同时，依靠其抓啮尖端支撑在管端上。

这样，在组装好的两管之间具有较小环形游隙的情况下，镶嵌片就好象是有较短的长度，而在较大环形游隙的情况下，它又好象有较长的长度。这是利用镶嵌片的最佳倾斜度获得的效果，该镶嵌片相对于承窝，在第一公差范围内绕第一理论转动枢转动点转动，在第二公差范围内绕第二理论转动枢转点转动。

本发明的其它特征和优点将可从以下结合纯粹以非限制性的实例给出的附图所进行的说明中看出，其中：

图1是本发明的复合衬圈的局部中间剖视图;

图2是沿图1中2-2线方向观察的衬圈的局部视图;

图3是比图1和图2具有更大比例的第一趋向件的正视图;

图4A和4B分别是在本发明的锁固组件装配好之前和之后，两管及插放在该两管之间的复合衬圈的比图1和图2具有缩小比例的中间截面剖视图;

图5、6和7是比例放大的局部中间截面剖视图，示出在两管的承窝和管端之间的不同环形游隙情况下镶嵌件的不同位置;

图8是比例放大的几何图，示出镶嵌片在不同环形游隙情况下受管端反作用而具有的不同倾斜度，镶嵌件与不同直径的管端之间的接触点的走向曲线，和与镶嵌件每一倾斜度对应的反作用角的正切值。

根据图1所示的典型实施例，本发明采用的是具有轴线X-X的衬圈G。根据其中间截面示出它包括：一个由弹性体材料制成的环形实体1和一个同样由弹性体材料制成的环形棱部2。实体1和棱部2由一条向上的环形凹槽3和一条环形内槽4分隔开。内槽4在棱部2的一侧受一相对于轴线X-X倾斜的环形内唇缘5限制，厚度较薄并可挠曲的弹性体唇缘5在接近实体1的最小内径处朝着轴线X-X收敛。

衬圈G包括特定数量的多个由硬度较大的材料挤压或烧结制成的，例如由硬的金属合金或由陶瓷制成的镶嵌件7。镶嵌件7均匀分布在衬圈G的整个圆周上。每个镶嵌件7都是一个具有矩形横截面8和弯曲轮廓的本体，它是由一个近似矩形的宽阔头部9和一个相对于头部9的两个偏斜钝角a和a1形成的细长体10构成的。每个头部9和每个细长体10的大部分都嵌在衬圈G的环形棱部2内，并由棱部2的弹性材料覆盖住。尖端11和细长体10的一部分相对于衬圈G的环形内槽4伸向该衬圈的轴线X-X。

内槽4包括一个靠近实体1的斜侧面和一个由斜唇缘5构成的倾侧面。在镶嵌件7和这两个倾侧面之间形成两个环形空隙12和13。

带有镶嵌件的复合衬圈G欲装在例如由球墨铸铁制成的两管T1和T2之间。其中一管带有承窝15的管T1在从上述承窝15底部朝向入口的方向上依次包括：一个用于另一管的管端的运动的环形内腔16，一条相对于该内腔16向内侧突出的挡边17，一个用于容纳衬圈G的棱部2的凹槽18，和一个界定凹槽18并且其内侧直径明显小于挡边17的内侧直径的入口突缘19。该入口突缘19依靠一倒圆的表面14连到凹槽18。

带有一圆筒形管端20的另一管T2的直径具有对应于最大外径d2，中等外径d3和最小外径d4的制造直径公差。具有外径d3和d4的管在图4B中分别以T3和T4标示。

组装时，使管T1和T2相互靠近并根据它们的轴线X-X（图4A）将它们对准。接着把衬圈G插入管T1的承窝15内，本体1在内腔16中占据其位置，而棱部2配合到接纳凹槽18内，衬圈G的轴线X与管T1和T2的轴线重合。

然后将管T2的管端20穿过衬圈G插放进去，首先是将唇边5推向一侧，该唇边以一定的压力贴压在管端20的外表面。当管端20擦过镶嵌件7的门槛口时，由于有镶嵌件在空隙12内朝本体1的角向运动，该镶嵌件会出现倾斜。管端20再继续向内插入直到其端缘接近环内腔16的底部为止。然后，管端20沿轴向向后返回以便使镶嵌件7返回。由于角向运动受到前述管的阻挡以及由于在空隙13内朝圆形唇缘5的角向运动范围较小，使得镶嵌件7相对于轴线X-X的倾斜度发生改变。在此返回过程中，镶嵌件7的尖端11抓啮在管端20的外表面上，从而可提供足以阻挡管端20继续进行轴向抽回运动的可观阻力。这样就实现了管T1和T2的套筒式组件的锁固。

以下将描述本发明装置关于各种特定直径公差情况的工作过程。

在管T1和T2的组装过程中出现上述角向运动之后，每个镶嵌件7会在其锁固位置呈现与直径d2、d3或d4对应的不同支承点和倾斜度。

在最小直径d4使管端20和承窝的凹槽18之间存在最大环形游隙j4的情况下，尖端11在点k处与管端20接触。头部9在单一的点c压在凹槽18上。这样，对镶嵌件7抵压在管端20上所受到的反作用力F起着支承作用的镶嵌件7的倾斜中线就通过理论转动枢转点R2。在此情况下，镶嵌件7相对轴线X-X的倾斜度是最高的，此时仍有良好的锁固。

在最大直径d2使管端20和承窝的凹槽18之间存在最小环形游隙j2的情况下，尖端11在抓啮点D与管端20接触，此刻头部9在点A和点B两点处压在凹槽18上。

接触点A和B的两条法线的交点确定了一个新的理论枢转点R1，与枢转点R2相比，它距端面19更远些，将其与点D相连得到的直线段是反作用力F的支承线。在此情况下，镶嵌件又相对于轴线X-X的倾斜度最低，同时保证对管端具有良好的锁固。

在这两个极限值之间，存在一个有特征中径d3，它使管端20和承窝凹槽18之间存在中等环形游隙j3，这时，尖端11在支撑点H与管端20接触，而头部9压在伸延到入口突缘19的倒圆表面14和压在凹槽18两处。在此情况下，镶嵌件7的倾斜度是前述两种情况的倾斜度之间的中间值。

如图5和6所示，此过渡点是由连接枢转点R1和尖端11的尖点的线段和与套端的凹槽18相对的头部9的上端面之间角a2的值所确定的。

从这三种情况可见，为获得可能最好的锁固，反作用角X也就是上述反作用力F与在接触点D、H或K处管端20母线的垂线之间的夹角必须介于特定的限定值之间，该特定的限定值取决于要求的锁紧力、管T1和T2的材料以及这些管的表面状态。

因此，存在管T2和管端20相对于管T1的承窝15的锁紧力，这样以其头部9压在承窝的凹槽18上的镶嵌件7必须朝管端20施加一个反作用力F。该力F是沿连接尖端11在管端20上的支撑点和理论转动枢转点R1或R2的直线段作用。

反作用力F与在接触点D、H或K处管端20母线的垂线之间形成一夹角X。

如果反作用角X较大，力F平行于轴线X-X的分量将大于其垂于轴线X-X的分量，这样在理论上有利于进行良好的锁固。尽管如此，如果反作用力F的角度X不超过特定的最大限定值，使尖端11有效地抓啮住管端20的外表面还是比较容易的，但如果超过了该值，镶嵌件7就不再抓啮在管端20的外表面而是简单地滑靠在其上。

相反，如果反作用角X较小，反作用力F的水平分量相对于垂直于管端的轴线的分量而言就可忽略掉，因此，虽然尖端11在这种情况下实际上刺入管端20的表面，但力F并不能有效地抵抗管T2受到的沿轴线X-X相对于管T1的推动，因此，也不能阻止抽回运动。

在图8中，尖端11与管端20外表面的其它接触点标以字母M和L，它们分别对应于直径大于d3和直径小于d4的情况。理论枢转点R1（头部9在凹槽18上有两个支承点A和B的情况）和R2（头部9在凹槽18上有一个单一支承点C的情况）是镶嵌件7的转动中心在撤除管端20的锁固时的角向运动过程中所处的区域。尖端11与管端20的不同接触点D、H、K、M和L连接到枢转点R1和R2的转动半径起承受作用在镶嵌件7上的反作用力F的作用。

一条曲线Z将尖端11与管端20外表面的各个接触点D、H、K、M和L连接起来，该管端的直径随制造公差而变化。

曲线Y表示角度X的正切值的，即tgx值的变化，作为管端直径公差的函数，也就是说作为环形游隙j2、j3和j4的函数。曲线Y的走向在直径d3附近的S1和S2两处有两次突变，即回转。在这方面应该注意到，tgx不能认为是类似于摩擦系数的数值。

这样，当环形游隙减小时，也就是说当管端的直径增加时，tgx因x增大而增大到点S2。这种增大在经过点S1的直径和对应最小游隙j2的直径d2之间仍然如此。相反，在点S2和S1之间则出现tgx反向减小的趋势。此种反向对应于一种镶嵌件7不再有与承窝内表面抵压接触的一个单一接触点C而且也还未有与入口突缘19抵压接触的支承点A和与凹槽18抵压接触的支承点B的中间状态。在此中间状态中，已经有与凹槽18抵压接触的支承点B的镶嵌片7还有与倒圆表面14抵压接触的支承点A。在此情况下，点A的法线不与入口突缘19的垂直线平行，这样就使枢转点的位置产生错移，因此导致反作用力的角度X发生变化。这种情况示出在图6中。

在图8中，管端20的母线随tgx从0.4变化到1而逐渐变化。曲线Y在这样逐渐变化的母线上的每一投影点就是tgx的值，由该值即可以得出对应于管端20的通过曲线Y特定点的直径的X值。

例如，对于点D、M和K三点，曲线Y给出了对应的tgx值：大于1的值（X＝46′），介于0.7和0.8之间的值（X＝37°），以及介于0.5和0.6之间的值（X＝29°）。

作为比较，用三条虚线表示出法国专利1，490，680号公开的一种镶嵌件的转动半径和该镶嵌件在不同直径的管端上的三个支撑点N、Q和H。

管端作用在镶嵌件上的反作用力V标示在通过一单一枢转点R2的转动半径上，因为在镶嵌件和承窝之间只有一个单一接触点。一条曲线Z1与三个接触点N、Q和H相连。同样，由虚线表示的曲线Y1示出这一解决方案的tgx的值。由此可见，根据法国专利1，490，680号的镶嵌件的角向运动的可能性要较本发明的镶嵌件的角向运动可能性受到更多的限制，并且，可以为这种已知镶嵌件所接受的直径公差要比本发明中的要低，这一改进是枢转点R2在直径d3附近向秘枢转点R1转移的结果。与现有技术有关的改进可以概括为出现接触点B抵压接触在承窝凹槽18上这一现象，这倾向于使镶嵌件7置于靠管端上，这样，尽管直径游隙较小，也能使镶嵌件比较容易抓啮在管端上，因此，镶嵌件7相对于总线X-X的倾斜度也就较小。

镶嵌件增强了衬圈G的蠕变强度，并防止其在管道容纳的有高压流体时被挤出套管15的外面。镶嵌件7还改进了衬圈G的棱部2在承窝凹槽18内的锚固性。

固角度a1的关系，镶嵌件7的端面9实际上垂直于轴线X-X和平行于承窝挡边17与其相对的挡面。

由于本体1是可压缩的特性块和可挠曲唇缘5的结构特点使镶嵌件7可能相对于轴线X-X的自由状态倾斜度（图1至图4）和倾斜度或角向运动的灵活性，使镶嵌件7刺触管端只会产生微小的阻力并且使管T2的管端20能够比较容易插入管T1的承窝15内（图44），以及为达到最佳锁固倾斜度提供较小的轴向抽拔力。

借助完全盖住承窝15的入口衬圈G的唇缘5来保护镶嵌件7的尖端11在管端20上的锚固区域免受外部流体的侵袭（图4B）。

由于镶嵌件7在承窝凹槽18上支承接触点的变化（图5至7），也就是说由于存在从一个支承点C过渡到二个支承点A、B的可能性以及因此所导致的作为待锁固管T2的管端20外径d2，d3，d4函数的转动枢转点R1，R2的变化，反作用角X就在一个最佳值附近变动，从而可以在管端20介于d2和d4之间的较宽的直径公差范围内都能够进行有效的锁固。

由于头部9在凹槽上支承状态的变化以及由此所导致的理论枢转点R1，R2错移的结果，镶嵌件7在较小的环形游隙（j2）情况下就象是有较短的长度和较高的倾斜度，这时能够使尖端11较容易抓啮在表面上，而在较大的环形游隙（j4）情况下又象是有较长的长度和较低的倾斜度，这同样可确保有效地锁固。

最后，可锁固管T2的直径公差，也就是说其直径（d2，d3，d4）的范围可以大大放宽。

Claims

1、一种用于在带有一承窝(15)的第一根管(T1)和带有一管端(20)的第二根管(T2)之间的一种套筒式锁固组件的复合衬圈(G、G1)，此复合衬圈(G、G1)包括：一个由弹性材料制成的实体(1)和一由弹性材料制成的环形棱部(2)以及特定数量的由高硬度材料制成并且沿一个具有与衬圈(G，G1)同一轴线(XX)的锥体的母线嵌置在环形棱部(2)内的多个镶嵌件(7)，每一镶嵌件(7)都从衬圈(G，G1)上向着后者的轴线(XX)伸出，每一个配置有一个用以抓啮在上述第二根管(T2)的管端(20)上的尖端(11)的镶嵌件(7)，在对具有较宽的直径加工公差的管端(20)进行定位和锁固的过程中，能够产生角向运动，同时压靠在该衬圈(G，G1)的本体上。

其特征在于，每一个镶嵌件(7)都包括有：

一个嵌置在衬圈(G，G1)的环形棱部(2)内的较宽头部(9)，一个相对于衬圈轴线(XX)倾斜地通过所述棱部并且形成一个相对于头部(9)的钝偏角或钝弯角(a，a2)的细长体(10)，和一个从衬圈(G，G1)伸向该衬圈的轴线(XX)的鼻形尖端(11)，嵌置在衬圈(G，G1)的环形棱部(2)内的每个镶嵌件(7)的端头或头部(9)由衬圈(G，G₁)的弹性材料完全覆盖住，该复合衬圈(G，G1)在其环形棱部(2)的延伸范围内，在棱部(2)的径向相反方向有一个朝着衬圈的轴线(XX)收敛并至少达到衬圈(G，G1)的实体(1)的最小内径处的倾斜环形唇缘(5)，该唇缘(5)与实体(1)一起形成一环形内槽(4)，每个镶嵌件(7)以其尖端(11)和其细长体(10)的一部分伸入该内槽。

2、如权利要求1所述的复合衬圈（G，G1），其特征在于，每一个由具有矩形横截面（8）的薄片构成的镶嵌件（7）具有完全的轮廓。

3、如权利要求1所述的复合衬圈（G，G1），其特征在于，倾斜环形唇缘（5）和每一个镶嵌片（7）具有近似一样的相对衬圈轴线（XX）的倾斜度。

4、如权利要求1所述的复合衬圈（G，G1），其特征在于：环形内槽（4）包括一个靠近实体（1）的斜侧面和一个由倾斜唇缘（5）构成的斜侧面，在每个镶嵌件（7）和靠近实体（1）的斜侧面之间形成有一环形空隙（12），而在每个镶嵌件（7）和由倾斜唇缘（5）构成的斜侧面之间形成有另一环形空隙（13）。

5、一种在同轴线的第一和第二管（T1和T2）间的锁固套筒式密封组件，第一管（T1）具有一个承窝（15），第二管具有一个插入承窝（15）内同时径向压挤一个复合衬圈（G，G1）的管端（20），上述复合衬圈（G，G1）具有一个实体部分（1），一个与上述实体部分（1）连接的环形棱部（2）以及许多个镶嵌件（7），每个镶嵌件（7）在其一端有一个嵌置在上述环形棱部（2）内的头部（9），在其另一端有一个从上述衬圈（G，G1）伸向其轴线（XX）的尖端（11），从而使上述镶嵌件（7）的上述尖端（11）靠着上述管端（20），上述衬圈（G，G1）的实体部分（1）在第一管（T1）的内腔（16）和第二管（T2）的管端（20）之间受到径向压挤，环形棱部（2）在承窝（15）的入口处压靠在一条环形接纳槽（18）内，每个镶嵌件（7）以上述头部（9）与位于它们之间的上述衬圈（G，G1）压在环形接纳槽（18）上，并以上述尖端（11）压在管端（20）上，

其特征在于，每个镶嵌件（7）包括有使每个镶嵌件绕两个轴线作枢轴转动的装置，该两个轴线在将上述管端（20）插入上述衬圈（G，G1）时互相置换，每个镶嵌件（7）都呈现相对于衬圈（G，G1）和同轴的两管的轴线（XX）的倾斜度，该倾斜度取决于管端（20）的直径（d2，d3，d4）的加工公差，因而也就取决于在管端（20）和承窝（15）的接纳凹槽（18）之间存在的游隙（j2，j3，j4）。

6、如权利要求5所述的组件，其特征在于，每个镶嵌件（7）以其头部（9）压靠在承窝入口凹槽（18）的至少一个点（A，B，C，E）上，同时，依靠其尖端（11）支撑在管端（20）上，无论管端（20）的直径公差（d2，d3，d4）是何值，由于镶嵌件绕两个转动枢转点（R1，R2）之一转动的原因，镶嵌件总呈现相对于衬圈（G，G1）和两管（T1，T2）的轴线（XX）的最佳的倾斜度。

7、如权利要求6所述的组件，其特征在于，每个镶嵌件（7）以其头部（9）压靠在管套入口凹槽（18）的两个点上，同时依靠其抓啮尖端（11）支撑在管端（20）上。