ВСТАВНОЙ ТРУБНЫЙ СОЕДИНИТЕЛЬ С УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫМ ЗАЖИМНЫМ УЗЛОМ
PLUG-IN PIPE CONNECTOR WITH IMPROVED CLAMPING ASSEMBLY

Изобретение относится к зажимному узлу для использования в трубном соединителе вставного типа, в котором зажимной узел предназначен для удерживания вставленной в соединитель трубы, когда указанная труба нагружена. Изобретение также относится к соединителям, снабженным таким зажимным узлом.
Зажимные узлы известны, например, из документа JP2005180654. На фиг.6 показан известный узел с только что вставленной трубой, на фиг.7 показан тот же зажимной узел со вставленной нагруженной трубой (в направлении извлечения). Зажимной узел содержит кольцевое зажимное средство с V-образным или седлообразным сечением, имеющее наклонные зубцы, проходящие радиально внутрь, и наклонные лапки, проходящие в радиальном направлении наружу. Узел также содержит опорный элемент, содержащий конический паз для расположения лапок зажимного средства. Паз образован между наклонной внешней стенкой и наклонной внутренней стенкой, которые имеют одинаковый угол наклона. Этот угол задан большим, чем угол лапок зажимного средства. В этом описании термин "наклонный" рассматривается относительно центральной оси соединителя.
Перед вставкой трубы это известное зажимное средство будет опираться концами его лапок на внутреннюю наклонную стенку паза, при этом концы его зубцов проходят в канал для трубы. В ходе вставки труба будет прилагать крутящий момент к этим зубцам, таким образом, вызывая их отклонение наружу, то есть, из канала трубы. Одновременно зажимное средство будет втягиваться в осевом направлении, вызывая движение концов лапок вдоль внутренней стенки и наружу вследствие того факта, что угол наклона этой внутренней стенки больше угла наклона лапок.
Недостаток этого известного зажимного узла состоит в том, что деформация зубцов и лапок требует относительно большой силы для вставки. Кроме того, энергия деформации, создаваемая в зажимном средстве, вызывает довольно сильное смещение к внешней поверхности трубы. Это может вызывать образование царапин на внешней поверхности, что затрудняет создание герметичного уплотнения вокруг указанной поверхности, которая находится после зажимного средства (в направлении вставки). В результате, необходимо выполнять уплотнение или против внутренней стороны трубы, или против внешней стороны трубы перед зажимным средством. Первый вариант (показанный в вышеупомянутом документе предшествующего уровня техники JP 2005180654) требует, чтобы соединитель был снабжен дополнительной втулкой для удерживания уплотнения в трубе. Такой соединитель с внутренним уплотнением не пригоден для любого типа труб, например, не пригоден для медных труб. Второй вариант (уплотнение перед зажимным средством) может приводить к погрешностям установки. Труба может быть вставлена недостаточно далеко, поскольку сопротивление уплотнительного кольца может вызвать ошибочное предположение монтера, что соединение было уже сделано. Труба впоследствии может прорваться во время использования, поскольку она не будет должным образом удерживаться зажимным средством.
Целью настоящего изобретения является получение зажимного узла вышеупомянутого типа, который преодолевает или, по меньшей мере, уменьшает недостатки известного зажимного узла. С этой целью зажимной узел согласно изобретению отличается тем, что паз для расположения лапок зажимного средства имеет ширину, которая при взгляде на радиальное сечение увеличивается от стороны входа паза к стороне основания паза.
Благодаря такой конфигурации лапки, расположенные в пазу, могут поворачиваться на определенный угол, таким образом, позволяя поворачиваться всему зажимному средству (то есть, вокруг тангенциальной оси). Таким образом, подвергаясь воздействию крутящего момента при вставке трубы, вместо деформации или отклонения зубцы будут (по меньшей мере, первоначально) поворачиваться без помех. Поскольку поворот зажимного средства будет требовать меньшей силы, чем деформация зубцов, усилие для вставки может быть уменьшено. Кроме того, риск повреждения трубы зубцами уменьшается, поскольку сила упругой деформации, которая смещает зубцы к внешней поверхности трубы, будет намного меньше или будет отсутствовать вообще. В результате, уплотнение может быть расположено после зажимного средства, то есть, вокруг части трубы, которая уже прошла зажимное средство. Это может предотвращать указанные выше неудобства, связанные с предшествующим уплотнением или внутренним уплотнением.
Расширение паза может быть любым, например, линейным, прогрессивным, дегрессивным и т.д.
Согласно другому объекту изобретения внутренняя стенка может быть снабжена выпукло изогнутой или округленной кромкой на входе паза. Такая кромка может действовать как стопор для зажимного средства в направлении вставки и может также действовать как точка опоры. В результате, остановка и/или поворот зажимного средства могут произойти в определенном заданном месте. Как таковое, поведение зажимного средства во время соединения трубы можно контролировать, по меньшей мере, до некоторой степени, что позволяет конфигурировать остальную часть опорного элемента (в частности, геометрию паза) для удерживания и дальнейшего направления зажимного средства в предпочтительном направлении.
Согласно другому объекту изобретения внешняя стенка, проходящая за пределы паза, может быть снабжена вогнуто изогнутым или округленным уступом. Этот уступ будет действовать как стопор для зажимного средства, когда вставленная труба будет нагружена, таким образом, ограничивая движение трубы и зажимного средства в направлении извлечения. Уступ также может действовать как точка опоры для зажимного средства, позволяя средству поворачиваться в нужное положение, посредством чего зубцы глубже врезаются в трубу.
Благодаря особой форме уступа, то есть вогнуто изогнутой, зажимное средство будет остановлено в определенном заданном положении независимо от его точной ориентации в этом положении (то есть, его угла поворота вокруг тангенциальной оси) и независимо от его деформации в этом положении (то есть размера его вершины, определенного степенью, до которой его зубцы и/или лапки были отклонены внутрь или наружу во время предшествующего процесса вставки и извлечения). Это отличается, например, от V-образного уступа, показанного в ранее упомянутом документе предшествующего уровня техники JP2005180654, согласно которому точное положение остановки и последующие возможности поворота зажимного средства будут очень зависеть от мгновенной ориентации и деформации зажимного средства, когда оно достигает уступа. Эти мгновенная ориентация и деформация зажимного средства могут изменяться мгновенно, например, вследствие диапазона допусков для внешнего диаметра используемых труб. Например, с трубами относительно большого внешнего диаметра зубцы, могут отклоняться дальше к тому моменту, когда зажимное средство достигает уступа, чем с более малыми трубами. Как следствие, вершина зажимного средства будет меньшей и будет притянута далее в V-образный уступ при извлечении трубы. Это не только вызовет остановку извлечения трубы в более позднем положении, но также и вызовет заклинивание зажимного средства в уступе, таким образом, дающее небольшую возможность поворачиваться, чтобы позволить зубцам увеличивать свой захват на трубе. Если они проходят слишком далеко в уступ, лапки зажимного средства могут даже вытесняться из паза, что может быть вредным для хорошего функционирования зажимного средства.
Таким образом, геометрия зажимного узла согласно изобретению взаимодействует таким образом, чтобы позволить зажимному средству действовать должным образом согласно заданной схеме и по существу независимо от внешних переменных, таких как технологические допуски для внешнего диаметра трубы и/или изменений условий нагрузки на трубу. Как следствие, зажимной узел может быть разработан для обладания хорошими характеристиками вставки (например, малым усилием для вставки, небольшим царапанием поверхности трубы и т.д.) и хорошими свойствами удерживания (например, эффективным зажимным усилием, вызывающим минимальное повреждение и ослабление труб, ограниченную глубину проникновения зубцов и т.д.).
Ограничение глубины проникновения зубцов, согласно настоящему изобретению, может осуществляться посредством регулирования максимального угла поворота зажимного средства. Это, в свою очередь, может быть сделано посредством зацепления конструкций уступа и паза друг с другом, когда уступ может точно установить конечное положение зажимного средства, как описано выше, и когда паз может впоследствии определять максимальный допустимый угол поворота устройства в указанном конечном положении. Соответственно, максимальный угол поворота зубцов и, посредством этого, их глубину проникновения в трубу можно точно регулировать. Это, в частности, может относиться к многослойным трубам, таким как трубы с барьерным слоем или металлопластиковые трубы. Это может содействовать предотвращению проникновения зубцов сквозь определенный слой, что могло бы, например, нарушать целостность трубы или приводить к электрокоррозии (в случае с металлопластиковой трубой).
Согласно другому объекту изобретения количество зубцов зажимных узлов может быть нечетным. Такое нечетное количество зубцов может облегчить осевое выравнивание при вставке трубы.
Согласно другому объекту изобретения ширина зубцов может быть по существу равной ширине интервалов между смежными зубцами, по меньшей мере, при измерении в начальной окружности, которая соответствует внешней окружности трубы, которая при использовании может быть вставлена в зажимной узел, то есть, трубы, для которой предназначен зажимной узел. (Напомним, что трубы обычно соответствуют стандартным диаметрам. Соответственно, трубные соединители и зажимные узлы также соответствуют стандартным размерам в соответствии с указанными стандартными размерами труб). С такой конструкцией обеспечивается то, что ширина не зажатых частей трубы будет по существу равна ширине зажатых частей трубы, приводя к получению коэффициента перекрытия приблизительно 50% с преимуществами, которые будут указаны ниже.
В этом описании коэффициент перекрытия определен как круговая длина, по которой зажимной узел, в частности, его зубцы входят в контакт со вставленной трубой, и выражен как процентное отношение к полной круговой длине указанной трубы.
Согласно другому объекту изобретения зажимной узел может использоваться для соединения труб различного внешнего диаметра. В таком случае, коэффициент перекрытия соответствующих зажимных узлов, предпочтительно, сохраняется по существу постоянным во всем диапазоне диаметров. Благодаря этому, возникновение явления, названного "откусыванием", можно уменьшить, особенно для труб относительно большого внешнего диаметра, например, больше 20 мм.
Было обнаружено, что зажимные узлы предшествующего уровня техники имеют тенденцию увеличивать их коэффициент перекрытия с увеличением диаметра трубы. Например, для относительно малых труб коэффициент перекрытия может составлять приблизительно 40%, тогда как для больших труб коэффициент перекрытия может составлять 60% или больше. Заявитель обнаружил, что предел прочности зажатой трубы в значительной степени определяется "не зажатыми"частями, то есть, частями трубы, проходящими между смежными зубцами зажимного узла. Если эти не зажатые части становятся слишком малыми, локальные напряжения могут достигнуть точки, когда указанные части начинают подвергаться пластической деформации, неизбежно приводящей к "откусыванию" трубы. Таким образом, посредством выбора надлежащего коэффициента перекрытия и поддержания этого коэффициента постоянным во всем диапазоне диаметров, может быть достигнута постоянная целостность во всем диапазоне диаметров. Конечно, на восприимчивость к явлению откусывания могут влиять другие параметры, такие как толщина стенки соответствующих труб, материал трубы и/или зажимного узла, глубина "закусывания" зажимных зубцов, общих условий нагрузки, которой подвергаются трубы и т.д. Поэтому оптимальный коэффициент перекрытия может отличаться для диапазонов и предназначенного применения.
В целом, предпочтительный коэффициент перекрытия будет выше 30%-40% для обеспечения того, что зубцы будут иметь достаточную прочность и будет достигнуто достаточное полное зажимное усилие, и будет ниже 60%-70%, для обеспечения того, что не зажатые части будут иметь достаточную прочность для предотвращения такого повреждения, как откусывание. Коэффициент перекрытия, составляющий приблизительно 50%, может обеспечивать оптимальные результаты, обеспечивая достаточный захват, с одной стороны, и сохраняя целостность трубы, с другой стороны.
Следует отметить, что термин "постоянный" не должен интерпретироваться как слишком ограничивающий. Термин "по существу" был добавлен, чтобы допускать определенные допуски, например, +/-5% относительно постоянной номинальной величины, поскольку на практике фактический коэффициент перекрытия может показывать некоторые отклонения от номинальной величины вследствие неизбежных технологических допусков, и для соединителей и для зажимных узлов непосредственно, а также для внешнего диаметра труб, для которых предназначены соединители.
Постоянный коэффициент перекрытия может быть получен посредством увеличения количества зубцов с увеличением внешнего диаметра при сохранении их размеров по существу постоянными. В альтернативном варианте размеры зубцов могут быть увеличены при сохранении количества зубцов постоянным во всем диапазоне диаметров. Конечно, возможны комбинации, посредством чего и размеры, и количество зубцов изменяются.
Следует отметить, что постоянный коэффициент перекрытия и составляющие признаки также могут быть полезно применены для ряда зажимных узлов, которые не включают ограничивающие признаки основного пункта формулы изобретения. Фактически, постоянный коэффициент перекрытия, например, может быть применен с зажимными узлами, которые основаны на заклинивании, а не повороте, или на некотором другом замысле для захвата.
Другие предпочтительные варианты выполнения зажимного узла согласно изобретению и снабженных им соединителей указаны в зависимых пунктах.
Для пояснения изобретения далее будет описан типичный вариант его осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 - вид сечения одного варианта выполнения соединителя с зажимным узлом согласно изобретению, в котором зажимной узел находится в состоянии, готовом для приема трубы;
фиг.2 - увеличенный вид зажимного узла, показанного на фиг.1;
фиг.3 - вид сверху варианта выполнения зажимного средства для использования в зажимном узле согласно изобретению;
фиг.4 - вид в перспективе зажимного средства, показанного на фиг.3;
фиг.5 - вид зажимного узла согласно изобретению в ходе работы, причем на левой стороне показан зажимной узел сразу после вставки трубы, а на правой стороне показан зажимной узел с трубой, нагруженной в направлении извлечения;
фиг.6 - вид зажимного узла предшествующего уровня техники в ситуации, сопоставимой с левой стороной на фиг.5, то есть, сразу после вставки трубы; и
фиг.7 -вид зажимного узла предшествующего уровня техники, показанного на фиг.6, в ситуации, сопоставимой с правой стороной на фиг.5, то есть, со вставленной трубой, подвергаемой нагрузке при извлечении.
В этом описании идентичные или соответствующие части имеют идентичные или соответствующие ссылочные позиции (за исключением вариантов осуществления устройства предшествующего уровня техники, показанных на фиг.6 и 7).
На фиг.1 показан вставной соединитель 1, соответствующий изобретению, содержащий гнездо 2 с каналом 3 для приема трубы 4 (показанной на фиг.5). Канал 3 снабжен зажимным узлом 5 и также может быть снабжен уплотнением 6 и/или освобождающей втулкой 7.
Соединитель 1 может быть сформирован на конце трубы или может быть частью соединительной арматуры, например, такой как соединение или колено для соединения друг с другом двух отрезков трубы или более сложной соединительной арматуры, такой Т-образное разветвление, коллектор или клапан. Некоторые из этих соединительных арматур будут включать другие гнезда, и они могут, но необязательно, иметь конструкцию, подобную показанной. Соединитель 1 и, более конкретно, гнездо 2 может быть сформировано из разнообразных материалов, включая различные пластмассы (такие как полибутилен) и металлы (такие как медь) и их комбинации.
Уплотнение 6 приспособлено для обеспечения уплотнения между радиально внутренней поверхностью канала 3 и радиально внешней поверхностью трубы 4, когда труба 4 полностью вставлена внутрь канала 3. В показанном варианте осуществления изобретения уплотнение 6 расположено дальше зажимного узла 5 в направлении I вставки трубы 4. Конкретная форма и конфигурация уплотнения 6 не относится к изобретению, и вместо него может использоваться множество альтернативных уплотнений.
Как лучше видно на фиг.2, зажимной узел 5 содержит зажимное средство 8 и опорный элемент 10, расположенные соосно внутри канала 3 гнезда 2.
На фиг.3 и 4 показан вариант выполнения зажимного средства 8 согласно изобретению. Зажимное средство 8 имеет по существу V-образное сечение с наклонными зубцами 11, проходящими радиально внутрь, и наклонными лапками 12, проходящими радиально наружу. Зубцы 11 и лапки 12 связаны изогнутыми перемычками 13, которые совместно формируют вершину 14 зажимного средства 8. В этом варианте осуществления изобретения ширина w зубцов 11 соответствует ширине w' интервалов между смежными зубцами 11 при измерении вдоль начальной окружности S, которая соответствует внешнему диаметру конца трубы 4, для которой заданы размеры зажимного средства 8. В результате, при вставке трубы 4 ширина w' не зажатых частей трубы будет по существу равна ширине w зажатых частей, что дает предпочтительный коэффициент перекрытия, составляющий приблизительно 50%. Другое преимущество состоит в том, что эти нормы проектирования могут быть легко применены для зажимных средств 8 другого размера для труб других диаметров, что допускает определенную степень стандартизации в диапазоне диаметров. Зажимное средство 8 может быть сформировано из различных материалов, предпочтительно, гибких материалов, таких как металл или различные пластмассы или их комбинации.
Опорный элемент 10 содержит кольцевой паз 15, который приспособлен для приема лапок 12 зажимного средства 8. Паз 15 образован между внутренней стенкой 16 и внешней стенкой 18. Обе стенки 16, 18 имеют радиус, который уменьшается в направлении, противоположном направлению I вставки трубы 4. Радиус внешней стенки 18 уменьшается больше, в конечном счете, чем радиус внутренней стенки 16. Соответственно, паз 15 имеет максимальную ширину X в его основании B и минимальную ширину вблизи его входа E. Хотя на фиг.2 стенки 16 и 18 показаны как имеющие наклонную коническую форму, в альтернативных вариантах осуществления изобретения уменьшение радиуса может иметь нелинейный характер.
Внутренняя стенка 16 заканчивается у входа E паза 15 выпукло округленной кромкой 20. Внешняя стенка 18 заканчивается вне входа E паза 15 в вогнуто округленным уступом 22.
В показанном варианте осуществления изобретения внутренняя стенка 16 сформирована внешней стороной кольцевой опоры 17 с по существу треугольным сечением. Внешняя стенка 18 сформирована внутренней поверхностью охватывающей крышки 19, которая формирует часть гнезда 2. Такая модульная конфигурация может давать удобство в производстве. В альтернативных вариантах осуществления изобретения соединитель 1 и/или опорный элемент 10 может быть сформирован как единая составная часть или выполнен из компонентов, которые скомбинированы другим способом.
Теперь будет описана работа зажимного узла 5 со ссылками на фиг.1, 2 и 5. Как лучше видно на фиг.2, внутренняя стенка 16 и зажимное средство 8 имеют такие размеры, что пока зажимное средство 8 не нагружено, оно опирается концами его лапок 12 на часть внутренней стенки 16, расположенную вблизи входа E паза 15.
1
Когда трубу 4 вставляют в канал 3, это вызывает перемещение зажимного средства 8 вдоль оси внутрь и поворот вокруг тангенциальной оси в направлении, обозначенном стрелкой R. Эти перемещения могут происходить одновременно или последовательно (не в каком-либо определенном порядке). Поворот вызывается трубой 4, прилагающей крутящий момент к зубцам 11, и сделан возможным благодаря расширяющейся форме паза 15, позволяя лапкам 12 поворачиваться радиально наружу (что на фиг.2 соответствует направлению вверх). Во время осевого движения зажимного средства 8 его лапки 12 могут двигаться вдоль наклонной поверхности внутренней стенки 16, которая также может способствовать повороту этих лапок 12 вверх.
Поворот вызывает расширение прохода через зажимное средство 8, таким образом, позволяя вводить трубу 4 с небольшим сопротивлением и с небольшим риском царапания. Зубцы 11 по существу не сгибаются, а поворачиваются от канала для прохождения трубы 4. Поскольку этот поворот будет требовать меньшего количества силы, чем изгибание (деформация) зубцов 11, труба 4 может быть вставлена с небольшим усилием.
Когда труба 4 полностью вставлена, зажимное средство 8 может лежать своей вершиной на округленной кромке 20 внутренней стенки 16. Зубцы 11 будут полностью повернуты от канала для прохождения трубы 4, при этом последняя часть этого поворота может происходить с упругой деформацией.
Эта упругая деформация будет вызывать отклонение зубцов 11 внешней поверхностью трубы 4, но с уменьшенной силой. Лапки 12 будут поворачиваться вверх, пока их концы не упрутся во внешнюю стенку 18 узла 5.
2
При использовании соединение будет сжато, вызывая нагрузку на трубу 4 в осевом направлении, как показано на правой стороне фиг.5. Это вызывает движение трубы 4 в направлении, обозначенном стрелкой L, и она будет тянуть зажимное средство 8 вперед, пока оно не упрется в уступ 22. При попытке извлечения трубы 4 зажимное средство 8 может поворачиваться в направлении Rс использованием уступа 22 как точки опоры, таким образом, позволяя зубцам 11 врезаться глубже в трубу 4, усиливая их захват и эффективно блокируя дальнейшее извлечение трубы 4. Конечно, поворот зажимного средства 8 может начинаться еще до достижения уступа 22.
Для отсоединения трубы 4 освобождающая втулка 7 может быть притянута в осевом направлении внутрь в канал 3 таким образом, что ее передняя кромка воздействовала на зубцы 11. Дальнейшее давление внутрь вызовет отцепление зубцов 11 от внешней поверхности трубы, таким образом, позволяя извлекать трубу 4 из канала 3. Соединитель 1 может затем использоваться повторно.
Соединитель 1 может иметь различные размеры для соединения труб различных диаметров, например, от 10 мм или меньше до 32 мм или больше. Эти величины никоим образом не должны рассматриваться как ограничивающие объем охраны. Все соединители 1 могут быть снабжены зажимным узлом 5, как описано, предпочтительно, с коэффициентом перекрытия, который является по существу постоянным во всем диапазоне диаметров. Такой постоянный коэффициент перекрытия, конечно, может применяться с другими типами зажимных узлов 5, имеющих другое зажимное средство 8 и/или другой опорный элемент 10, отличающийся от показанного на фиг.1-5.
Для обсуждения дальнейших преимуществ работы и конструктивных признаков зажимного узла 5 следует обратиться к вводной части этого описания.
Изобретение никак не ограничено типичным вариантом его осуществления, представленным в описании и на чертежах. Все комбинации (частей) варианта осуществления изобретения, показанного и описанного, следует рассматривать как включенные в это описание и как входящие в объем изобретения. Кроме того, возможно много изменений в рамках объема изобретения, определенного прилагаемой формулой изобретения.