[发明专利]管密封垫圈及其制造和安装方法

说明书

技术领域

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

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。

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。

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。

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。