УПЛОТНЕНИЕ МУФТЫ, ИМЕЮЩЕЕ НАКЛОННЫЕ ПОВЕРХНОСТИ
COUPLING SEAL HAVING INCLINED SURFACES

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к уплотнениям для устройств управления текучей средой, таким как механические муфты и клапаны, включающие механические муфты.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Механические муфты для трубопроводов в соответствии с предшествующим уровнем техники содержат множество сегментов, соединенных встык и окружающих кольцевое уплотнение, которое образует непроницаемое для текучей среды соединение между элементами трубопровода. Кольцевое уплотнение имеет внешнюю окружную поверхность, которая зацепляет внутреннюю поверхность сегментов. Выступающие части расположены на противоположных сторонах кольцевого уплотнения. Выступающие части имеют радиально обращенные уплотняющие поверхности, которые зацепляют элементы трубопровода. Кольцевое уплотнение сжимается между сегментами и элементами трубопровода для обеспечения непроницаемого для текучей среды соединения. Когда сегменты притягиваются друг к другу для прижатия уплотнения к элементам трубопровода, сегменты могут защемлять уплотнения и/или вызвать нежелательную деформацию уплотнений на стыке между сегментами. Это может привести к повреждению уплотнений, что приведет к утечке или слабой эффективности сжатия. Очевидным является преимущество в предотвращении или уменьшении защемления уплотнений при образовании соединений трубопровода, использующих механические муфты.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к уплотнению. В одном примере варианта осуществления, уплотнение содержит внешнее кольцо, окружающее ось, ориентированную соосно с внешним кольцом. Внешнее кольцо имеет внешнюю поверхность, обращенную от оси. Первая и вторая наклонные поверхности расположены прилегающими друг к другу на внешней поверхности. Первая и вторая наклонные поверхности являются смежными вдоль первой вершины, выступающей наружу от внешней поверхности. Первая и вторая наклонные поверхности ориентированы под углом относительно первой линии, проходящей радиально от оси до первой вершины.
Пример варианта осуществления дополнительно содержит третью и четвертую наклонные поверхности, расположенные прилегающими друг к другу на внешней поверхности. Третья и четвертая наклонные поверхности являются смежными вдоль второй вершины, выступающей наружу от внешней поверхности. Третья и четвертая наклонные поверхности ориентированы под углом относительно второй линии, проходящей радиально от оси до второй вершины. В примере варианта осуществления, первая и вторая вершины являются диаметрально противоположными друг к другу. Пример варианта осуществления дополнительно содержит выступающую часть, проходящую по окружности вокруг первой стороны внешнего кольца. Выступающая часть имеет внешнюю поверхность, обращенную от оси, и уплотняющую поверхность, обращенную к оси. Пример варианта осуществления дополнительно содержит пятую и шестую наклонные поверхности, расположенные прилегающими друг к другу на внешней поверхности выступающей части. Пятая и шестая наклонные поверхности являются смежными вдоль третьей вершины, выступающей от внешней поверхности выступающей части. Пятая и шестая наклонные поверхности ориентированы под углом относительно третьей линии, проходящей радиально от оси до третьей вершины. В конкретном примере варианта осуществления, первая и третья вершины выровнены друг с другом.
Пример варианта осуществления дополнительно содержит седьмую и восьмую наклонные поверхности, расположенные прилегающими друг к другу на внешней поверхности выступающей части. Седьмая и восьмая наклонные поверхности являются смежными вдоль четвертой вершины, выступающей от внешней поверхности выступающей части. Седьмая и восьмая наклонные поверхности ориентированы под углом относительно четвертой линии, проходящей радиально от оси до четвертой вершины. В конкретном примере варианта осуществления седьмая и восьмая вершины выровнены друг с другом.
Пример варианта осуществления дополнительно содержит закраину, проходящую по окружности вокруг стороны внешнего кольца, противоположной выступающей части. Закраина имеет внешнюю поверхность, обращенную от оси, и смещенную от внешней поверхности внешнего кольца. Девятая и десятая наклонные поверхности расположены прилегающими друг к другу на внешней поверхности закраины. Девятая и десятая наклонные поверхности являются смежными вдоль пятой вершины, выступающей из внешней поверхности закраины Девятая и десятая наклонные поверхности ориентированы под углом относительно пятой линии, проходящей радиально от оси до пятой вершины.
Дополнительный пример варианта осуществления содержит одиннадцатую и двенадцатую наклонные поверхности, расположенные прилегающими друг к другу на внешней поверхности закраины. Одиннадцатая и двенадцатая наклонные поверхности являются смежными вдоль шестой вершины, выступающей из внешней поверхности закраины. Одиннадцатая и двенадцатая наклонные поверхности ориентированы под углом относительно шестой линии, проходящей радиально от оси до шестой вершины. В конкретном примере варианта осуществления, пятая и шестая вершины являются диаметрально противоположными друг другу. В конкретном примере варианта осуществления, пятая вершина выровнена с первой вершиной, а шестая вершина выровнена со второй вершиной.
Другой пример варианта осуществления содержит внутреннее кольцо, расположенное между внешним кольцом и осью. Внутреннее кольцо прикреплено между внешним кольцом и выступающей частью и образует противоположно обращенные поверхности, ориентированные перпендикулярно оси. Пример варианта осуществления дополнительно содержит внутреннее кольцо, расположенное между внешним кольцом и осью. Внутреннее кольцо прикреплено к выступающей части и образует противоположно обращенные поверхности, ориентированные перпендикулярно оси.
Изобретение также включает в себя уплотнение, содержащее внешнее кольцо, окружающее ось, ориентированную соосно с внешним кольцом. Внешнее кольцо имеет внешнюю поверхность, обращенную от оси. Первая и вторая наклонные поверхности расположены прилегающими друг к другу на внешней поверхности. Первая и вторая наклонные поверхности являются смежными вдоль первой вершины, выступающей наружу от внешней поверхности. Первая и вторая наклонные поверхности ориентированы под углом относительно первой линии, проходящей радиально от оси до первой вершины. Третья и четвертая наклонные поверхности расположены прилегающими друг к другу на внешней поверхности. Третья и четвертая наклонные поверхности являются смежными вдоль второй вершины, выступающей наружу от внешней поверхности. Третья и четвертая наклонные поверхности ориентированы под углом относительно второй линии, проходящей радиально от оси до второй вершины. Первая и вторая вершины являются диаметрально противоположными друг другу в конкретном варианте осуществления.
Другой пример варианта осуществления содержит выступающую часть, проходящую по окружности вокруг первой стороны внешнего кольца. Выступающая часть имеет внешнюю поверхность, обращенную от оси, и уплотняющую поверхность, обращенную к оси. Пятая и шестая наклонные поверхности расположены прилегающими друг к другу на внешней поверхности выступающей части. Пятая и шестая наклонные поверхности являются смежными вдоль третьей вершины, выступающей из внешней поверхности выступающей части. Пятая и шестая наклонные поверхности ориентированы под углом относительно третьей линии, проходящей радиально от оси до третьей вершины. Седьмая и восьмая наклонные поверхности расположены прилегающими друг к другу на внешней поверхности выступающей части. Седьмая и восьмая наклонные поверхности являются смежными вдоль четвертой вершины, выступающей от внешней поверхности выступающей части. Седьмая и восьмая наклонные поверхности ориентированы под углом относительно четвертой линии, проходящей радиально от оси до четвертой вершины.
В примере варианта осуществления, первая и третья вершины выровнены друг с другом, и вторая и четвертая вершины выровнены друг с другом. Другой пример варианта осуществления содержит закраину, проходящую по окружности вокруг стороны внешнего кольца, противоположной выступающей части. Закраина имеет внешнюю поверхность, обращенную от оси, и смещенную от внешней поверхности внешнего кольца. Девятая и десятая наклонные поверхности расположены прилегающими друг к другу на внешней поверхности закраины. Девятая и десятая наклонные поверхности являются смежными вдоль пятой вершины, выступающей от внешней поверхности закраины Девятая и десятая наклонные поверхности ориентированы под углом относительно пятой линии, проходящей радиально от оси до пятой вершины. Одиннадцатая и двенадцатая наклонные поверхности расположены прилегающими друг к другу на внешней поверхности закраины. Одиннадцатая и двенадцатая наклонные поверхности являются смежными вдоль шестой вершины, выступающей от внешней поверхности закраины. Одиннадцатая и двенадцатая наклонные поверхности ориентированы под углом относительно шестой линии, проходящей радиально от оси до шестой вершины. Пятая и шестая вершины являются диаметрально противоположными друг другу в конкретном примере варианта осуществления. В дополнительном примере варианта осуществления, третья и пятая вершины выровнены с первой вершиной, а четвертая и шестая вершины выровнены со второй вершиной.
Дополнительный пример варианта осуществления содержит внутреннее кольцо, расположенное между внешним кольцом и осью. Внутреннее кольцо прикреплено между внешним кольцом и выступающей частью и образует противоположно обращенные поверхности, ориентированные перпендикулярно оси. Пример варианта осуществления дополнительно содержит внутреннее кольцо, расположенное между внешним кольцом и осью. Внутреннее кольцо прикреплено к выступающей части и образует противоположно обращенные поверхности, ориентированные перпендикулярно оси.
Изобретение дополнительно включает в себя, в комбинации, уплотнение и муфту для соединения элементов трубопровода. В одном примере варианта осуществления, уплотнение содержит внешнее кольцо, окружающее ось, ориентированную соосно с внешним кольцом. Внешнее кольцо имеет внешнюю поверхность, обращенную от оси. Первая и вторая наклонные поверхности расположены прилегающими друг к другу на внешней поверхности. Первая и вторая наклонные поверхности являются смежными вдоль первой вершины, выступающей наружу от внешней поверхности. Первая и вторая наклонные поверхности ориентированы под углом относительно первой линии, проходящей радиально от оси до первой вершины. Третья и четвертая наклонные поверхности расположены прилегающими друг к другу на внешней поверхности. Третья и четвертая наклонные поверхности являются смежными вдоль второй вершины, выступающей наружу от внешней поверхности. Третья и четвертая наклонные поверхности ориентированы под углом относительно второй линии, проходящей радиально от оси до второй вершины. Первая и вторая вершины являются диаметрально противоположными друг другу в примере варианта осуществления. В примере варианта осуществления, муфта содержит множество сегментов, прикрепленных друг к другу встык, окружающих уплотнение. Каждый сегмент имеет крепежные элементы, расположенные на противоположных концах. Каждый сегмент имеет дугообразные поверхности, расположенные на их противоположных сторонах для зацепления с элементами трубопровода.
В конкретном примере варианта осуществления, крепежные элементы содержат выступы, проходящие наружу от противоположных концов каждого сегмента. Каждый выступ образует отверстие для приема крепежной детали. В качестве примера, дугообразные поверхности выступают из сегментов радиально к оси.
В примере варианта осуществления, комбинация дополнительно содержит выступающую часть, проходящую по окружности вокруг первой стороны внешнего кольца. Выступающая часть имеет внешнюю поверхность, обращенную от оси, и уплотняющую поверхность, обращенную к оси для зацепления с одним из элементов трубопровода. Пятая и шестая наклонные поверхности расположены прилегающими друг к другу на внешней поверхности выступающей части. Пятая и шестая наклонные поверхности являются смежными вдоль третьей вершины, выступающей от внешней поверхности выступающей части. Пятая и шестая наклонные поверхности ориентированы под углом относительно третьей линии, проходящей радиально от оси до третьей вершины. Седьмая и восьмая наклонные поверхности расположены прилегающими друг к другу на внешней поверхности выступающей части. Седьмая и восьмая наклонные поверхности являются смежными вдоль четвертой вершины, выступающей от внешней поверхности выступающей части. Седьмая и восьмая наклонные поверхности ориентированы под углом относительно четвертой линии, проходящей радиально от оси до четвертой вершины.
В конкретном примере варианта осуществления, первая и третья вершины выровнены друг с другом, и вторая и четвертая вершины выровнены друг с другом. В качестве примера, комбинация дополнительно содержит закраину, проходящую по окружности вокруг стороны внешнего кольца, противоположной выступающей части. Закраина имеет внешнюю поверхность, обращенную от оси, и смещенную от внешней поверхности внешнего кольца. Девятая и десятая наклонные поверхности расположены прилегающими друг к другу на внешней поверхности закраины. Девятая и десятая наклонные поверхности являются смежными вдоль пятой вершины, выступающей от внешней поверхности закраины. Девятая и десятая наклонные поверхности ориентированы под углом относительно пятой линии, проходящей радиально от оси до пятой вершины. Одиннадцатая и двенадцатая наклонные поверхности расположены прилегающими друг к другу на внешней поверхности закраины. Одиннадцатая и двенадцатая наклонные поверхности являются смежными вдоль шестой вершины, выступающей от внешней поверхности закраины. Одиннадцатая и двенадцатая наклонные поверхности ориентированы под углом относительно шестой линии, проходящей радиально от оси до шестой вершины. В конкретном варианте осуществления, пятая и шестая вершины являются диаметрально противоположными друг другу. В дополнительном примере варианта осуществления, третья и пятая вершины выровнены с первой вершиной, а четвертая и шестая вершины выровнены со второй вершиной.
Другой пример варианта осуществления содержит корпус клапана, расположенный между кольцом и осью. Закрывающий элемент клапана расположен внутри корпуса клапана. Закрывающий элемент клапана является подвижным между закрытым положением и открытым положением. Шток клапана прикреплен к закрывающему элементу клапана и проходит через один из сегментов в примере варианта осуществления.
Другой пример варианта осуществления содержит внутреннее кольцо, расположенное между внешним кольцом и осью. Внутреннее кольцо прикреплено между внешним кольцом и выступающей частью и образует противоположно обращенные поверхности, ориентированные перпендикулярно оси. Одна из противоположно обращенных друг к другу поверхностей является зацепляемой с концом одного из элементов трубопровода, а другая из противоположно обращенных друг к другу поверхностей является зацепляемой с корпусом клапана. В примере варианта осуществления, внутреннее кольцо расположено между внешним кольцом и осью. Внутреннее кольцо прикреплено к упомянутой выступающей части и образует противоположно обращенные поверхности, ориентированные перпендикулярно оси. Одна из противоположно обращенных поверхностей является зацепляемой с концом одного из элементов трубопровода. Другая из противоположно обращенных поверхностей является зацепляемой с корпусом клапана.
В конкретном примере варианта осуществления, множество сегментов содержат не более чем два сегмента. В качестве дополнительного примера, каждый из сегментов содержит заднюю стенку, проходящую между противоположными концами. Задняя стенка имеет внутреннюю поверхность, обращенную к оси. Первая и вторая ориентированные под углом поверхности расположены на внутренней поверхности задней стенки на противоположных концах сегментов.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 представляет собой изометрический вид примера варианта осуществления муфты клапана согласно изобретению, причем муфта клапана показана в предварительно собранном состоянии;
Фиг.2 представляет собой изометрический вид примера корпуса клапана, используемого с муфтой клапана по фиг.1;
Фиг.3 представляет собой вид продольного сечения муфты клапана, показанной на фиг.1;
Фиг.4 представляет собой изометрический вид примера уплотнения согласно изобретению;
Фигуры 4А-4D представляют собой осевые виды участка примера уплотнения, показанного на фиг.4;
Фиг.4Е представляет собой вид сечения, выполненного по линии 4Е-4Е на фиг.4;
Фиг.5 представляет собой изометрический вид примера уплотнения согласно изобретению;
Фигуры 5A-5F представляют собой осевые виды участка примера уплотнения, показанного на фиг.4;
Фиг.5G представляет собой вид сечения, выполненного по линии 5G-5G на фиг.5;
Фигуры 6 и 7 представляют собой виды продольного сечения, изображающие образование соединения между элементами трубопровода посредством использования примера муфты клапана по фиг.1;
Фиг.8 представляет собой осевую проекцию муфты клапана, показанной на фиг.1, в предварительно собранном состоянии;
Фиг.9 представляет собой осевую проекцию муфты клапана, показанной на фиг.1 в использовании;
Фигуры 10 и 11 представляют собой частичные виды сечения примера муфты клапана, показанной соответственно на фигурах 1 и 9;
Фиг.12 представляет собой осевую проекцию примера варианта осуществления муфты, использующей пример уплотнения согласно изобретению; а также
Фиг.13 представляет собой покомпонентный изометрический вид муфты и уплотнения, показанных на фиг.12.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Фиг.1 показывает пример варианта осуществления комбинации клапана и механической муфты 10, далее называемой как муфта клапана. Муфта 10 клапана содержит множество сегментов, в этом примере два сегмента 12 и 14, прикрепленные друг к другу встык, окружают и образуют центральное пространство 16. Прикрепление сегментов 12 и 14 осуществляется посредством регулируемых крепежных элементов 18, расположенных на каждом конце каждого сегмента. В этом примере крепежные элементы содержат выступы 20, которые проходят наружу от сегментов 12 и 14, причем выступы имеют отверстия 22, которые принимают регулируемые крепежные детали, такие как болты 24 и гайки 26. Затягивание гаек 26 притягивает сегменты 12 и 14 друг к другу, как описывается ниже.
Сегменты 12 и 14 имеют дугообразные поверхности 28, расположенные на противоположных сторонах 30 и 32 сегментов. Дугообразные поверхности 28 обращены к продольной оси 34, которая проходит через центральное пространство 16, и являются зацепляемыми с элементами трубопровода, когда они вставлены между сегментами 12 и 14 и в центральное пространство 16, как описывается ниже. Как показано, дугообразные поверхности 28 могут содержать выступы, известные как «замки», которые выступают в направлении оси 34 и зацепляются с круговыми канавками в элементах трубопровода при затягивании крепежных элементов 18 для обеспечения механического зацепления, закрепления элементов трубопровода встык относительно формы соединения. Замки могут также зацеплять элементы трубопровода, имеющие гладкий конец, или концы, имеющие заплечик и/или буртик, как известно в данной области техники.
Фигуры 1 и 2 показывают корпус 36 клапана, который расположен внутри центрального пространства 16 и зафиксирован между сегментами 12 и 14. Корпус 36 клапана содержит цилиндрический кожух 38, в котором запорный элемент клапана, в этом примере диск 40, установлен с возможностью перемещения. Как показано на фиг.3, диск 40 вращательно установлен на штоках 42 и 44 клапана и перемещается внутри кожуха 38 между открытым положением и закрытым положением. Штоки 42 и 44 принимаются в соответствующие колпачки 46 и 48, которые проходят из кожуха 38 и содержат подшипники для штоков клапана. Колпачки 46 и 48, в свою очередь, проходят через соответствующие отверстия 50 и 52 в сегментах 12 и 14. Зацепление колпачков 46 и 48 с сегментами 12 и 14, где колпачки выступают через сегменты, помогает стабилизировать корпус 36 клапана внутри центрального пространства 16. Как показано на фиг.3, уплотнение 54 установлено внутри кожуха 38. Уплотнение 54 окружает центральное пространство 16 и обеспечивает уплотнение между кожухом 38 и диском 40, когда диск находится в закрытом положении.
Дополнительные уплотнения 56 и 58, показанные, соответственно, на фигурах 4 и 5, расположены между сегментами 12 и 14 и корпусом 36 клапана, как показано на фиг.3. Уплотнения 56 и 58 создают уплотнение между сегментами 12 и 14, корпусом 36 клапана и элементами трубопровода, когда соединение создается за счет затягивания крепежных элементов 18 для притягивания сегментов друг к другу и зацепления элементов трубопровода.
Как показано на фиг.4, уплотнение 56 содержит внешнее кольцо 60, которое окружает ось 34, ориентированную соосно с внешним кольцом. Внешнее кольцо 60 имеет внешнюю поверхность 62, которая обращена от оси 34. Первая и вторая наклонные поверхности 64 и 66 расположены прилегающими друг к другу на внешней поверхности 60. Наклонные поверхности 64 и 66 являются смежными вдоль первой вершины 68, которая проходит параллельно оси 34 и выступает наружу от внешней поверхности 62. Как показано на фиг.4А, наклонные поверхности 64 и 66 ориентированы под углом относительно первой линии 70, которая проходит радиально от оси 34 к вершине 68. Ориентация углов 72 возможна от примерно 45° до примерно 90°, при этом ориентация угла примерно 80° считается предпочтительной, как описывается ниже.
Как показано на фиг.4С, пример уплотнения 56 может также иметь третью и четвертую наклонные поверхности 74 и 76, расположенные прилегающими друг к другу на внешней поверхности 60. Наклонные поверхности 74 и 76 являются смежными вдоль второй вершины 78, которая проходит параллельно оси 34 и выступает наружу от внешней поверхности 62. Наклонные поверхности 74 и 76 ориентированы под углом относительно второй линии 80, которая проходит радиально от оси 34 к вершине 78. Ориентация углов 82 возможна от примерно 45° до примерно 90°, при этом ориентация угла примерно 80° считается предпочтительной. В этом примере варианта осуществления, первая и вторая вершины 68 и 78 являются диаметрально противоположными друг другу на внешнем кольце 60, как показано на фиг.4.
Как показано на фигурах 4 и 4Е, уплотнение 56 может дополнительно содержать выступающую часть 84. Выступающая часть 84 проходит по окружности вокруг первой стороны 86 внешнего кольца 60. Выступающая часть 84 имеет внешнюю поверхность 88, которая обращена от оси 34, и уплотняющую поверхность 90, которая обращена к оси 34. Как поясняется ниже, уплотняющая поверхность 90 герметично входит в зацепление с элементами трубопровода, соединенными муфтой 10 клапана. Как показано на фигурах 4 и 4В, пятая и шестая наклонные поверхности 92 и 94 могут быть расположены прилегающими друг к другу на внешней поверхности 88 выступающей части 84. Наклонные поверхности 92 и 94 являются смежными вдоль третьей вершины 96, которая выступает от внешней поверхности 88 выступающей части 84. Наклонные поверхности 92 и 94 ориентированы под углом относительно третьей линии 98, которая проходит от оси 34 к третьей вершине 78. Ориентация углов 100 возможна от примерно 45° до примерно 90°, при этом ориентация угла примерно 74° считается предпочтительной.
Пример уплотнения 56 может также иметь седьмую и восьмую наклонные поверхности 102 и 104, расположенные прилегающими друг к другу на внешней поверхности 88 выступающей части 84. Как показано на фигурах 4 и 4D, наклонные поверхности 102 и 104 являются смежными вдоль четвертой вершины 106, выступающей наружу от внешней поверхности 88. Наклонные поверхности 102 и 104 ориентированы под углом относительно четвертой линии 108, которая проходит радиально от оси 34 к вершине 106. Ориентация углов 110 возможна от примерно 45° до примерно 90°, при этом ориентация угла примерно 74° считается предпочтительной. В этом примере варианта осуществления, как показано на фиг.4, третья и четвертая вершины 96 и 106 являются диаметрально противоположными друг другу на выступающей части 84. Дополнительно в этом примере, первая и третья вершины 68 и 96 являются выровненными друг с другом вдоль оси 34, и вторая и четвертая вершины 78 и 106 являются выровненными друг с другом вдоль оси 34.
Как показано на фиг.4Е, уплотнение 56 может дополнительно содержать внутреннее кольцо 112, расположенное между внешним кольцом 60 и осью 34. Внутреннее кольцо 112 прикреплено к уплотнению 56 между внешним кольцом 60 и выступающей частью 84 и образует противоположно обращенные поверхности 114 и 116.
Как показано на фиг.5, уплотнение 58 содержит внешнее кольцо 61, которое окружает ось 34, ориентированную соосно с внешним кольцом. Внешнее кольцо 61 имеет внешнюю поверхность 63, которая обращена от оси 34. Как показано на фигурах 5 и 5А, первая и вторая наклонные поверхности 65 и 67 расположены прилегающими друг к другу на внешней поверхности 61. Наклонные поверхности 65 и 67 являются смежными вдоль первой вершины 69, которая проходит параллельно оси 34 и выступает наружу от внешней поверхности 63. Наклонные поверхности 65 и 67 ориентированы под углом относительно первой линии 71, которая проходит радиально от оси 34 к вершине 69.
Ориентация углов 73 возможна от примерно 45° до примерно 90°, при этом ориентация угла примерно 74° считается предпочтительной, как описывается ниже.
Как показано на фигурах 5 и 5D, пример уплотнения 58 может также иметь третью и четвертую наклонные поверхности 75 и 77, расположенные прилегающими друг к другу на внешней поверхности 61.
Наклонные поверхности 75 и 77 являются смежными вдоль второй вершины 79, которая проходит параллельно оси 34 и выступает наружу от внешней поверхности 63. Наклонные поверхности 75 и 77 ориентированы под углом относительно второй линии 81, которая проходит радиально от оси 34 к вершине 79. Ориентация углов 83 возможна от примерно 45° до примерно 90°, при этом ориентация угла примерно 74° считается предпочтительной. В этом примере варианта осуществления, первая и вторая вершины 69 и 79 являются диаметрально противоположными друг другу на внешнем кольце 61, как показано на фиг.5.
Как показано на фигурах 5 и 5G, уплотнение 58 может дополнительно содержать выступающую часть 85. Выступающая часть 85 проходит по окружности вокруг первой стороны 87 внешнего кольца 61. Выступающая часть 85 имеет внешнюю поверхность 89, которая обращена от оси 34, и уплотняющую поверхность 91, которая обращена к оси 34. Как поясняется ниже, уплотняющая поверхность 91 герметично входит в зацепление с элементами трубопровода, соединенными муфтой 10 клапана. Как показано на фигурах 5 и 5В, пятая и шестая наклонные поверхности 93 и 95 могут быть расположены прилегающими друг к другу на внешней поверхности 89 выступающей части 85. Наклонные поверхности 93 и 95 являются смежными вдоль третьей вершины 97, которая выступает от внешней поверхности 89 выступающей части 85. Наклонные поверхности 93 и 95 ориентированы под углом относительно третьей линии 99, которая проходит от оси 34 к третьей вершине 97.
Ориентация углов 101 возможна от примерно 45° до примерно 90°, при этом ориентация угла примерно 74° считается предпочтительной.
Как показано на фигурах 5 и 5Е, пример уплотнения 58 может также иметь седьмую и восьмую наклонные поверхности 103 и 105, расположенные прилегающими друг к другу на внешней поверхности 89 выступающей части 85. Наклонные поверхности 103 и 105 являются смежными вдоль четвертой вершины 107, которая выступает наружу от внешней поверхности 89. Наклонные поверхности 103 и 105 ориентированы под углом относительно четвертой линии 109, которая проходит радиально от оси 34 к вершине 107. Ориентация углов 111 возможна от примерно 45° до примерно 90°, при этом ориентация угла примерно 74° считается предпочтительной. В этом примере варианта осуществления, третья и четвертая вершины 97 и 107 являются диаметрально противоположными друг другу на выступающей части 85, как показано на фиг.5. Дополнительно в этом примере, первая и третья вершины 69 и 97 являются выровненными друг с другом вдоль оси 34, и вторая и четвертая вершины 79 и 107 являются выровненными друг с другом вдоль оси 34.
Как показано на фиг.5G, уплотнение 58 может дополнительно содержать внутреннее кольцо 113, расположенное между внешним кольцом 61 и осью 34. Внутреннее кольцо 113 прикреплено к выступающей части 85 и образует противоположно обращенные поверхности 115 и 117.
Как дополнительно показано на фигурах 5 и 5G, уплотнение 58 может дополнительно содержать закраину 118, которая проходит по окружности вокруг второй стороны 120 внешнего кольца 61, противоположной выступающей части 85. Закраина 118 имеет внешнюю поверхность 122, которая обращена от оси 34 и смещена от внешней поверхности 63 внешнего кольца 61. Как показано на фигурах 5 и 5С, девятая и десятая наклонные поверхности 124 и 126 могут быть расположены прилегающими друг к другу на внешней поверхности 122 закраины 118. Наклонные поверхности 124 и 126 являются смежными вдоль пятой вершины 128, которая выступает от внешней поверхности 122 закраины 118. Наклонные поверхности 124 и 126 ориентированы под углом относительно пятой линии 130, проходящей радиально от оси 34 к вершине 128. Ориентация углов 127 возможна от примерно 45° до примерно 90°, при этом ориентация угла примерно 80° считается предпочтительной. Как показано на фигурах 5 и 5F, одиннадцатая и двенадцатая наклонные поверхности 132 и 134 могут также быть расположены прилегающими друг к другу на внешней поверхности 122 закраины 118. Наклонные поверхности 132 и 134 являются смежными вдоль шестой вершины 136, которая выступает от внешней поверхности 122 закраины 118. Наклонные поверхности 132 и 134 ориентированы под углом относительно шестой линии 138, проходящей радиально от оси 34. Ориентация углов 137 возможна от примерно 45° до примерно 90°, при этом ориентация угла примерно 80° считается предпочтительной. В этом примере, как показано на фиг.5, пятая и шестая вершины 128 и 136 являются диаметрально противоположными друг другу. Пятая вершина 128 выравнивается с первой вершиной 69, а шестая вершина 136 выравнивается со второй вершиной 79.
При использовании, как показано на фиг.6, муфта 10 клапана предусмотрена в предварительно собранном состоянии (см. также фиг.1) с сегментами 12 и 14, расположенными на расстоянии друг от друга, достаточном для обеспечения вставки элементов трубопровода в центральное пространство 16 без демонтажа муфты 10 клапана. Элементы 140 и 142 трубопровода затем вставляются в центральное пространство 16 между сегментами 12 и 14 и в соответствующее зацепление с уплотнениями 56 и 58. В этом примере, элементы трубопровода имеют кольцевые канавки 144, которые принимают дугообразные поверхности 28 в выступающих замках 146, расположенных на противоположных сторонах 30 и 32 сегментов. Как показано на фиг.7, крепежные элементы 18 (см. также фиг.1) затягиваются для притягивания сегментов 12 и 14 друг к другу и в зацепление с элементами 140 и 142 трубопровода, причем замки 146 зацепляют кольцевые канавки 144 в элементах трубопровода. Когда сегменты 12 и 14 притягиваются друг к другу, уплотнения 56 и 58 сжимаются между сегментами, корпусом 36 клапана и элементами 140 и 142 трубопровода для образования герметичного соединения. Уплотняющая поверхность 90 выступающей части зацепляет элемент 140 трубопровода; уплотняющая поверхность 91 выступающей части зацепляет элемент 142 трубопровода; конец элемента 140 трубопровода зацепляет поверхность 114, а конец элемента 142 трубопровода зацепляет поверхность 115.
Уплотнения 56 и 58 не сжимаются равномерно, так как сегменты 12 и 14 притягиваются друг к другу для образования соединения. Как описывается со ссылкой к фигурам 6 и 8, в отсутствие одной или нескольких наклонных поверхностей 64, 66, 74, 76, 92, 96, 124, 126, 132 и 134, внутренняя поверхность задней стенки 148 сегмента 12 первоначально будет контактировать с уплотнениями 56 и 58 вдоль, по существу, радиально направленных линий 150, 152 примерно в десяти часовом и двухчасовом положениях, соответственно, когда муфта 10 клапана рассматривается в осевом направлении со штоками 42 и 44 в двенадцати и шести часовом положениях, соответственно. Аналогично, внутренняя поверхность задней стенки 154 сегмента 14 первоначально будет контактировать с уплотнениями 56 и 58 вдоль радиально направленных линий 156 и 158 в восьмичасовом и четырехчасовом положениях, соответственно. Если крепежные элементы 18 были дополнительно затянуты, для дополнительного притягивания сегментов 12 и 14 вместе, линии 150 и 156 контакта между внутренними поверхностями задних стенок 148, 154 и уплотнения 56, 58 будут перемещаться к девятичасовому положению, а линии 152 и 158 контакта будут перемещаться в направлении трехчасового положения (с трех- и девятичасовыми положениями, расположенными на стыках между крепежными элементами 18 на сегментах 12 и 14). Контакт между внутренней поверхностью задних стенок 148, 154 и уплотнениями 56 и 58 будет постепенно устанавливаться сначала по участкам задней стенки между десятичасовым и двухчасовым положениями для сегмента 12 и между восьмичасовым и четырехчасовым положениями для сегмента 14. Как показано на фиг.9, в общем случае равномерный контакт между внутренней поверхностью задних стенок 148 и 154 и уплотнениями 56 и 58 будет установлен, как только контакт будет выполнен в двенадцати и шестичасовом положениях.
Если сегменты 12 и 14 были притянуты вместе в отсутствие одной или нескольких наклонных поверхностей 64, 66, 74, 76, 92, 96, 124, 126, 132 и 134, линии 150, 156 и 152, 158 контакта будут перемещаться, соответственно, к девятичасовому и трехчасовому положениям, после чего несколько факторов могут вызвать защемление уплотнений 56 и 58 между сегментами 12 и 14 в трех- и девятичасовом положениях. Например, трение между внутренней поверхностью задних стенок 148 и 154 и уплотнениями 56 и 58 может вызвать защемление. Защемление может также может быть вызвано, когда уплотнения деформируются в овальную форму, когда сегменты 12 и 14 перемещаются вдоль них, когда они притягиваются друг к другу. Защемление может привести к повреждению одного или обоих уплотнений 56 и 58 и препятствовать образованию герметичного соединения, что потребует замены уплотнений и демонтажа и повторной сборки соединения. Чтобы смягчить или даже устранить защемление, выгодно разместить одну или несколько наклонных поверхностей 64, 66, 74, 76, 92, 96, 124, 126, 132 и 134 на внешних поверхностях уплотнений 56 и 58, как показано на фигурах 4 и 5 и описано выше. Как показано на фиг.4, наклонные поверхности, предпочтительно, расположены парами, диаметрально противоположными друг другу на уплотнении 56, чтобы позволить вершинам 68 и 96 (когда они имеются) располагаться в девятичасовом положении на муфте 10 клапана, а вершинам 78 и 106 (если они имеются) располагаться в трехчасовом положении, когда уплотнение 56 установлено между сегментами 12 и 14, как показано на фиг.8. Аналогично, как показано на фиг.5, наклонные поверхности, предпочтительно, расположены парами, диаметрально противоположными друг другу на уплотнении 58, чтобы позволить вершинам 69, 97 (когда они имеются) располагаться в девятичасовом положении на муфте 10 клапана, а вершинам 79 и 107 (если они имеются) располагаться в трехчасовом положении, когда уплотнение 58 установлено между сегментами 12 и 14. Наклонные поверхности создают начальный контакт между внутренней поверхностью задних стенок 148, 154 и внешними поверхностями 62, 61 уплотнений 56 и 58 ближе к трех и девяти часовому положениям, когда сегменты 12 и 14 притягиваются по направлению друг к другу и обеспечивают под углом ориентированные поверхности зацепления, которые перенаправляют компонент тангенциальной силы между сегментами и уплотнением радиально внутрь. То же самое относится к другим наклонным поверхностям (92, 94, 102, 104, 124, 126, 134, 136.) Это перенаправление сил уменьшает склонность уплотнений 56 и 58 к защемлению между сегментами 12 и 14 при их притягивании вместе. Это действие проиллюстрировано на фигурах 8 и 9, которые показывают муфту 10 клапана, когда сегменты 12 и 14 притянуты вместе. Тангенциальные силы 160, действующие в девятичасовом и трехчасовом положениях между сегментами 12 и 14 и уплотнениями 56 и 58, превращаются в силы 162 вдоль наклонных поверхностей (например, наклонов 64 и 66, 74 и 76), и силы 164, перпендикулярные к ним. Превращение сил, таким образом, наряду с тенденцией наклонов вызывает начальный контакт ближе к трех- и девятичасовому положениям, уменьшая тенденцию к защемлению уплотнения 56 и 58 между сегментами 12 и 14. Еще одно преимущество реализуется, поскольку наклонные поверхности также увеличивают сжимающую силу, оказываемую на уплотнения 56 и 58 сегментом 12 и 14 в трех- и девятичасовом положениях. В отсутствие наклонных поверхностей, сжимающее усилие между сегментами 12 и 14 и уплотнениями 56 и 58 ослабевает при переходе от двенадцати или шестичасового положений к трех- и девятичасовому положениям. Это объясняется тем, что силы, по существу, радиально направлены к двенадцати и шести часам, но по существу, тангенциально к трем и девяти часам. Путем перенаправления контактных сил между сегментами 12 и 14 и уплотнениями 56 и 58, наклонные поверхности компенсируют это неравномерное сжатие уплотнения.
Фиг.9 показывает окончательную конфигурацию муфты 10 клапана при совместной установке, причем элементы трубопровода не показаны для ясности. Следует отметить, что в этом примере варианта осуществления, соединительные элементы 18 встречаются в так называемом «контактном» зацеплении, когда муфта 10 клапана правильно установлена. Эта конструкция является предпочтительной, поскольку она позволяет быстрый визуальный осмотр, подтверждающий правильную установку, и устраняет необходимость затягивания болтов 24 с определенным значением крутящего момента, хотя могут использоваться другие виды интерфейса соединительных элементов, известные в данной области техники. Такие виды включают в себя интерфейсы выступа и выемки, или интерфейсы, в которых соединительные элементы не контактируют, а вместо этого исходят из определенной величины крутящего момента, действующего на соединительные элементы, посредством болтов или других средств для поддержания муфты клапана в ее окончательной конфигурации.
Под углом ориентированные наклонные поверхности 64, 66, 74, 76, 92, 96, 124, 126, 132 и 134 на внешних поверхностях уплотнений 56 и 58, как показано на фигурах 4 и 5, обеспечивают многочисленные преимущества. Например, под углом ориентирующиеся наклонные поверхности обеспечивают зазор между уплотнениями 56 и 58 и сегментами 12 и 14, когда муфта клапана предварительно собрана (см. фиг.1). Как правило, в предварительно собранной муфте клапана, взаимное влияние между сегментами и уплотнением вблизи трехчасовой и девятичасовой областей заставляет уплотнение сжиматься внутрь в радиальном направлении, вытесняя его из круга. Не круглое уплотнение может мешать элементам трубопровода во время установки. Наклонные поверхности помогают смягчить эту потенциальную проблему. Кроме того, как показано на фигурах 10 и 11, наклонные поверхности обеспечивают постепенное сжатие уплотнений 56 и 58 (56 показано) посредством зацепления с соответствующими угловыми поверхностями 166 на сегментах 12 и 14. Поскольку сегменты 12 и 14 притягиваются друг к другу для образования соединения трубопровода, угловые поверхности 166 контактируют с наклонными поверхностями для сжатия радиально уплотнений 56 и 58 (56 показано) в трех- и девятичасовом положениях. Как правило, начальный контакт между сегментами и уплотнением без наклонных и угловых поверхностей будет точечным или линейным контактом, что может привести к защемлению уплотнения между сегментами.
В зависимости от специфической геометрии сегментов, может оказаться невозможным достижение равномерного сжатия уплотнения в трех- и девятичасовом положениях. Отсутствие равномерного сжатия может привести к более низким пределам максимального давления, ограниченным температурным диапазонам работы, или потребовать увеличения сжатия уплотнения, что может привести к чрезмерному сжатию в других областях. Сжатие уплотнения в трех- и девятичасовых положениях через зацепляющиеся наклонные поверхности и угловые поверхности 166 обеспечивает дополнительное сжатие уплотнения точно там, где это необходимо.
В то время как уплотнения 56 и 58, имеющие наклонные поверхности, были проиллюстрированы при использовании с муфтой клапана, специалисту в данной области будет ясно, что уплотнение в соответствии с изобретением обеспечит те же преимущества для механических муфт, которые не включают клапаны. Пример варианта осуществления такой муфты 168 показан на фигурах 12 и 13. Фиг.12 показывает муфту 168 в предварительно собранном состоянии, которая предполагается к приему пользователем. Муфта 168 содержит множество сегментов, в этом примере два сегмента 170 и 172, прикрепленных друг к другу встык, вокруг центрального пространства 174. Сегменты удерживаются на расстоянии, достаточном для того, чтобы можно было вставить элементы трубопровода в центральное пространство 174 (как описано для муфты 10 клапана со ссылкой на фигуры 6 и 7). Прикрепление сегментов 170 и 172 осуществляется посредством регулируемых крепежных элементов 176, расположенных на каждом конце каждого сегмента. В этом примере крепежные элементы содержат выступы 178, которые проходят наружу от сегментов 170 и 172, причем выступы имеют отверстия 180, которые принимают регулируемые крепежные детали, такие как болты 24 и гайки 26. Затягивание гаек 26 притягивает сегменты 170 и 172 друг к другу.
Как показано на фиг.13, каждый из сегментов 170 и 172 имеет дугообразные поверхности 182, расположенные на противоположных сторонах 184 и 186 сегментов. Дугообразные поверхности 182 обращены к продольной оси 188, которая проходит через центральное пространство 174, и входят в зацепление с элементами трубопровода, когда они вставлены между сегментами 12 и 14 и в центральное пространство 16, как описывается ниже. Как показано, дугообразные поверхности 182 могут содержать выступы, известные как «замки», которые выступают в направлении оси 188 и зацепляются с круговыми канавками в элементах трубопровода при затягивании крепежных элементов 176 для обеспечения механического зацепления, закрепления элементов трубопровода встык относительно формы соединения. Замки могут также зацеплять элементы трубопровода, имеющие гладкий конец, или концы, имеющие заплечик и/или буртик, как известно в данной области техники.
Сегменты поддерживаются на расстоянии друг от друга уплотнением 190. В примере варианта осуществления, показанном на фиг.13, уплотнение 190 содержит кольцо 192, имеющее проходящие по окружности уплотняющие поверхности 194 на противоположных сторонах уплотнения. Уплотняющие поверхности 194, обращены к оси 188 и герметично зацепляются с элементами трубопровода, когда они вставлены в центральное пространство 174. Кольцо 192 дополнительно содержит внешнюю поверхность 196, на которой расположены наклонные поверхности 198, 200, 202 и 204. Наклонные поверхности 198 и 200 являются смежными с вершиной 206, которая проходит наружу от оси 188. Подобным образом, наклонные поверхности 202 и 204 являются смежными с вершиной 208, которая проходит наружу от оси 188. Наклонные поверхности 198 и 200 и их вершина 206 расположены диаметрально противоположно наклонным поверхностям 202 и 204 и их вершине 208. Наклонные поверхности под углом ориентированы относительно линии 210, проходящей радиально от оси 188 к соответствующим вершинам. Ориентация углов 212 возможна от примерно 45° до примерно 90°, при этом ориентация угла примерно 80° считается предпочтительной.
Когда сегменты 170 и 172 собраны для образования муфты 168, уплотнение 190 располагается между сегментами так, что вершины 206 и 208 находятся в трех- и девятичасовом положениях, прилегающими к крепежным элементам 176, как показано на фиг.12. В этом положении, наклоны 198, 200, 202 и 204 уменьшают или предотвращают защемление уплотнения 190 путем определения, где сегменты 170 и 172 будут первоначально контактировать с уплотнением (около трех- и девятичасового положений) и предпочтительно, раскладывают силы контакта на нормальную силу компонентов к наклонным поверхностям и силу компонентов вдоль наклонных поверхностей, как описано выше для муфты 10 клапана.