固定在適當(dāng)位置以密封管道的墊圈的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明主要涉及用于塑料管道中的管接頭(pipe joint，管接合部）的密封墊圈 (gasket，襯墊)和密封系統(tǒng)，其中，將凸插口管部分(male spigot pipe section)安裝在匹 配的凹插座管部分(female socket pipe section)內(nèi)以形成管接頭，更具體地，涉及一種 改進(jìn)的墊圈、簡化的制造方法，以及用于將鎖入型墊圈安裝在管的用來形成管接頭的部分 中的預(yù)成型墊圈凹槽內(nèi)的安裝方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在多種行業(yè)中使用應(yīng)用于流體輸送塑料管的流體密封系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中使用的 管通常由熱塑性材料形成，包括聚烯烴和PVC。當(dāng)在管的部分之間形成接頭時(shí)，將插口管或 凸管的端部插入凹管或插座管的端部內(nèi)。環(huán)形的彈性環(huán)或墊圈通常位于在熱塑性管的插座 端部中形成的凹槽內(nèi)。當(dāng)將插口插入插座內(nèi)時(shí)，墊圈對接頭提供主要的密封能力。已經(jīng)使用 多種類型的密封技術(shù)來確保管接頭的密封完整性。重要的是，在接頭組成過程中不取出密 封墊圈，并且，墊圈在現(xiàn)場應(yīng)用中不扭曲或以其他方式損壞。還重要的是，墊圈在各種壓力 條件下不從管凹槽擠出。
[0003] 早期的裝有墊圈的密封系統(tǒng)是已知的，其中，均質(zhì)橡膠墊圈通常是可變形的，允許 其用手彎折或彎曲，接受反曲率，并插入匹配的形成于凹的擴(kuò)口管端(belled pipe end)中 的內(nèi)部滾道(raceway)內(nèi)。用可折疊的心軸擴(kuò)口工具在管制造設(shè)備處預(yù)成型凹管擴(kuò)口端中 的滾道?，F(xiàn)有技術(shù)嘗試確保這種管接頭的完整性，包括使用這樣的管墊圈：該管墊圈具有第 一不同本體區(qū)域，該第一不同本體區(qū)域由可彈性屈服的密封材料(例如橡膠)形成，并與由 更硬的材料(例如硬質(zhì)塑料)形成的第二不同本體區(qū)域結(jié)合。目的是，墊圈的硬質(zhì)本體區(qū)域 將幫助使墊圈保持在管凹槽內(nèi)的適當(dāng)位置中。解決該問題的其他方法包括使用均質(zhì)橡膠 環(huán)，其具有插入位于橡膠環(huán)的內(nèi)直徑上的匹配凹槽的加勁帶(stiffening band)。在其他現(xiàn) 有技術(shù)系統(tǒng)中，使均質(zhì)橡膠墊圈本體與內(nèi)部或外部金屬、或塑料、加勁帶或者內(nèi)部金屬帶或 環(huán)結(jié)合。這些解決方案均具有嚴(yán)重的限制。例如，現(xiàn)有技術(shù)塑料/橡膠化合物有時(shí)允許污物 和碎片在擴(kuò)口滾道與墊圈的外直徑之間滲透。在一些情況中，塑料區(qū)域減小橡膠表面接觸 面積，有時(shí)在所有條件下(包括高壓、低壓和循環(huán)波動)提供所需密封時(shí)產(chǎn)生問題。當(dāng)使均質(zhì) 橡膠墊圈本體與塑料增強(qiáng)帶結(jié)合時(shí)，兼容材料是必要的。較差的結(jié)合會導(dǎo)致兩個(gè)元件分離。 增強(qiáng)帶會在雙零件系統(tǒng)中放錯地方且損壞。因此，在一些情況中，現(xiàn)有技術(shù)解決方案無法提 供所需的接頭完整性，通常會增加復(fù)雜性并增加制造操作和現(xiàn)場設(shè)備的費(fèi)用。
[0004] 在20世紀(jì)70年代早期，挪威卑爾根的里伯父子公司（Rieber&Son)開發(fā)了一種新技 術(shù)，在行業(yè)中叫做"里伯接頭(Rieber Joint)"。里伯系統(tǒng)使用組合的模具元件和密封環(huán)，用 于密封兩個(gè)由熱塑性材料形成的配合管的插座端和插口端之間的接頭。在里伯工藝中，當(dāng) 同時(shí)形成凹端或擴(kuò)口端時(shí)，將彈性本體墊圈安裝在凹管的插座端中的內(nèi)部凹槽內(nèi)。并不使 用預(yù)成型凹槽，里伯工藝在擴(kuò)口操作過程中提供預(yù)加應(yīng)力的且錨定的彈性本體墊圈。因?yàn)?與擴(kuò)口管端的形成同時(shí)地安裝墊圈，所以可將硬質(zhì)的、嵌入的增強(qiáng)環(huán)提供為墊圈的一部分。 因?yàn)楣馨疾墼谀撤N意義上與其嵌入的增強(qiáng)環(huán)一起形成于墊圈周圍，所以將墊圈牢固地保持 在適當(dāng)位置中，且墊圈不會趨向于扭曲或翻轉(zhuǎn)或以其他方式允許雜質(zhì)進(jìn)入接頭的密封區(qū) 域，從而增加接頭的可靠性并降低由于磨損而產(chǎn)生泄漏或可能的故障的危險(xiǎn)。在以下授權(quán) 的美國專利中描述了里伯工藝，其中：美國專利號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] 盡管里伯工藝取得了進(jìn)步，但是擴(kuò)口操作有時(shí)比較復(fù)雜且昂貴。而且，存在某些這 樣的情況:將希望手動地去除一個(gè)墊圈并將另一個(gè)墊圈重新安裝在所選管端中的預(yù)成型滾 道內(nèi)，而不是使用整體安裝的墊圈（其中，管中的凹槽形成于墊圈周圍）。例如，市政工程師 和顧問工程師將基于管道最終用途和土壤條件規(guī)定專用彈性本體。雖然丁苯橡膠(SBR)是 北美最常使用的橡膠，但是工程師將基于水處理技術(shù)指定三元乙丙橡膠(EPDM)，并當(dāng)存在 由于汽油或石油污染而產(chǎn)生的烴土壤污染時(shí)指定丁腈橡膠。批發(fā)商和承包商無法在其管庫 存中交換里伯工藝墊圈。
[0006] 因此，與那些類似里伯系統(tǒng)的系統(tǒng)(其中，在凹管端的制造期間圍繞密封墊圈形成 凹管端)相反，能夠?qū)⒕哂性鰪?qiáng)元件的類型的墊圈安裝在之前擴(kuò)口的管端內(nèi)將是有利的。然 而，具有增強(qiáng)元件的現(xiàn)有技術(shù)墊圈受到損壞且不容易用手彎曲或彎折，從而在該領(lǐng)域中通 常不用手進(jìn)行裝配。與墊圈本體結(jié)合的增強(qiáng)元件的尺寸和位置通常比擴(kuò)口管端的開口的直 徑大，使得裝配更復(fù)雜。
[0007] 授予Guzowski且由本申請人共同擁有的2000年4月4日授權(quán)的美國專利號6，044， 539描述了一種用于插入"搭扣配合(snap-fit)"墊圈的機(jī)器，其無法接受反曲率，具有嵌入 擴(kuò)口管端中的預(yù)成型墊圈容納凹槽的增強(qiáng)環(huán)。然而，這種機(jī)器在建造時(shí)相當(dāng)昂貴且對本領(lǐng) 域中的工人來說在用手處理時(shí)比較困難。本發(fā)明的一個(gè)目的是，提供一種改進(jìn)的用于管接 頭的管墊圈，其提供里伯類型密封的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)允許墊圈接受反曲率，以用手安裝在預(yù)成型 凹槽中，或者安裝在制造廠處或安裝在現(xiàn)場操作中。
[0008] 本發(fā)明的另一目的是，提供一種改進(jìn)的不用必須使用單獨(dú)的保持帶而牢固保持在 預(yù)成型管凹槽內(nèi)的墊圈。
[0009] 本發(fā)明的另一目的是，提供一種改進(jìn)的塑料/橡膠種類的密封墊圈，其可優(yōu)化墊圈 與管擴(kuò)口滾道的橡膠密封面接觸。
[0010] 本發(fā)明的另一目的是，提供一種不需要與橡膠元件結(jié)合的增強(qiáng)元件，從而產(chǎn)生由 多種材料制成的可能性。
[0011] 本發(fā)明的另一目的是，提供這種具有特殊增強(qiáng)屬性的密封墊圈：該增強(qiáng)屬性允許 其在多種壓力條件下密封，在現(xiàn)場裝配過程中不會扭曲或擠出或移位，并且仍可用手將其 安裝在擴(kuò)口滾道中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的密封墊圈具有橡膠/塑料固定設(shè)計(jì)，其在密封具有擴(kuò)口端(bell end，承 口端，承插端）的PVC管時(shí)特別有用，該擴(kuò)口端用可折疊心軸工具制成。用增強(qiáng)元件或增強(qiáng)帶 (其由一系列通過柔性條互相連接的楔形物組成)增強(qiáng)墊圈。增強(qiáng)帶優(yōu)選地嵌在墊圈的橡膠 本體部分內(nèi)，避免使用結(jié)合元件。墊圈的橡膠元件提供主要密封能力，同時(shí)塑料元件增加了 對由于水壓和現(xiàn)場裝配期間的移位而產(chǎn)生的擠出的阻力。
[0013] 墊圈接受反曲率（inverse curvature)，以允許用手簡單地安裝在預(yù)成型的管擴(kuò) 口滾道中。一旦安裝了墊圈，那么其