RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 178455 (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: 313667 (2)Data zgłoszenia: 04.04.1996 (51) IntCl6. F16L 21/02 (54) Złącze kielichowe rur z tworzyw sztucznych (43) Zgłoszenie ogłoszono: 30.09.1996 BUP 20/96 (73) Uprawniony z patentu: Zakłady Tworzyw Sztucznych "GAMRAT" Spółka Akcyjna, Jasło, PL (4 5 ) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.05.2000 WUP 05/00 (72) Twórcy wynalazku: Andrzej Matłok, Jasło, PL Andrzej Adamkowski, Krosno, PL Witold Fiołek, Jasło, PL Janusz Twaróg, Jasło, PL PL 178455 B1 (5 7 ) 1. Złącze kielichowe rur z tworzyw sztucznych, posiadające w przestrzeni między pierścieniowym rowkiem kielicha jednej rury, a wprowadzanym do niego fazowanym bosym końcem drugiej rury lub łącznika elastyczną uszczelkę, która jest ułożona w pierścieniowym rowku kielicha swą zewnętrzną powierzchnią dostosowaną do jego profilu, a jej wewnętrzna powierzchnia wyposażona w co najmniej jedną wargę uszczelniającą, która stanowi jej wewnętrzne uszczelnienie zaopatrzona jest w pierścieniowy rowek z osadzonym w nim pierścieniem, znamienne tym, że w pierścieniowym rowku (8) elastycznej uszczelki (5) osadzany jest twardy, sprężysty, przecięty poprzecznie pierścień (9) rozpierający, który ma w miejscach przylegania do elastycznej uszczelki (5) średnicę zewnętrzną (D2), korzystnie od 3 do 6 mm i/lub szerokość (B2), korzystnie od 10 do 20% większą odpowiednio od średnicy wewnętrznej (DI) i szerokości (BI) pierścieniowego rowka (8) elastycznej uszczelki (5) przed osadzeniem w nim pierścienia (9) rozpierającego, i którego końce pierwotnie zachodzące na siebie po osadzeniu go w pierścieniowym rowku (8) są tak rozparte, że przylegają do siebie czołowo. Fig. 2
Złącze kielichowe rur z tworzyw sztucznych Zastrzeżenia patentowe 1. Złącze kielichowe rur z tworzyw sztucznych, posiadające w przestrzeni między pierścieniowym rowkiem kielicha jednej rury, a wprowadzanym do niego fazowanym bosym końcem drugiej rury lub łącznika elastyczną uszczelkę, która jest ułożona w pierścieniowym rowku kielicha swą zewnętrzną powierzchnią dostosowaną do jego profilu, a jej wewnętrzna powierzchnia wyposażona w co najmniej jedną wargę uszczelniającą, która stanowi jej wewnętrzne uszczelnienie zaopatrzona jest w pierścieniowy rowek z osadzonym w nim pierścieniem, znamienne tym, że w pierścieniowym rowku (8) elastycznej uszczelki (5) osadzany jest twardy, sprężysty, przecięty poprzecznie pierścień (9) rozpierający, który ma w miejscach przylegania do elastycznej uszczelki (5) średnicę zewnętrzną (D2), korzystnie od 3 do 6 mm i/lub szerokość (B2), korzystnie od 10 do 20% większą odpowiednio od średnicy wewnętrznej (DI) i szerokości (BI) pierścieniowego rowka (8) elastycznej uszczelki (5) przed osadzeniem w nim pierścienia (9) rozpierającego, i którego końce pierwotnie zachodzące na siebie po osadzeniu go w pierścieniowym rowku (8) są tak rozparte, że przylegają do siebie czołowo. 2. Złącze według zastrz. 1, znamienne tym, że pierścień (9) rozpierający w przekroju poprzecznym kształtem odpowiada kształtowi pierścieniowego rowka (8) elastycznej uszczelki (5), w którym ma być osadzony. 3. Złącze według zastrz. 2, znamienne tym, że zewnętrzna powierzchnia pierścienia (9) rozpierającego w przekroju poprzecznym ma co najmniej jeden bok skośny w kierunku osiowym, korzystnie jest utworzona z trzech takich boków. 4. Złącze według zastrz. 1, znamienne tym, że pierścień (9) rozpierający wykonany jest z materiału o module sprężystości podłużnej nie mniejszym niż 1500 MPa, korzystnie wykonany jest z PCV. * * * Przedmiotem wynalazku jest złącze kielichowe rur z tworzyw sztucznych pracujących pod ciśnieniem w systemach wodociągowych i kanalizacyjnych zwłaszcza rur dużych średnic. Rury i łączniki kielichowe z tworzyw sztucznych dla połączeń rozłącznych posiadają w kielichach pierścieniowe rowki na elastyczną uszczelkę. Złącze takie powstaje przez umieszczenie w przestrzeni między pierścieniowym rowkiem kielicha jednej rury, a wprowadzanym do niego sfazowanym, bosym końcem drugiej rury lub łącznika elastycznej uszczelki, która jest ułożona w pierścieniowym rowku kielicha swą zewnętrzną powierzchnią dostosowaną do jego profilu. Wewnętrzna powierzchnia elastycznej uszczelki wyposażona jest zazwyczaj w jedną lub wiele warg uszczelniających, które stanowią jej wewnętrzne uszczelnienie. Szczelność tak utworzonego złącza w czasie eksploatacji rurociągu uwarunkowana jest współosiowością bosej końcówki rury lub łącznika z kielichem. Brak współosiowości może powodować deformację elastycznej uszczelki i rozszczelnienie złącza. W czasie eksploatacji rurociągów podziemnych, pracujących zwłaszcza w gruncie niestabilnym, rozszczelnianie spowodowane jest zazwyczaj występującymi odkształceniami poosiowymi oraz kątowymi pochodzącymi od deformacji terenu. W technice łączenia rur kielichowych stosuje się przeróżne rozwiązania spełniające funkcję zabezpieczającą rozszczelnianie złącz. Osiągnąć to można bądź przez zastosowanie elastycznej uszczelki o niejednorodnej twardości, bądź przez osadzone w jednorodnej uszczelce lub występujące wespół z nią dodatkowe elementy wzmacniająco-zabezpieczające, które pełnią rolę pierścieni oporowych, bądź też wreszcie przez kombinację tych możliwości tj. dodatkowe elementy osadzone lub występujące z niejednorodną uszczelką. Pierścienie
178 455 3 oporowe, elementy wzmacniająco - zabezpieczające lub wkładki usztywniające różnią się przy tym co do konstrukcji i miejsca usytuowania względem uszczelki i rowka kielicha. Dla zapewnienia dostatecznej szczelności połączeń stosuje się np. elastyczne uszczelki posiadające na wewnętrznej powierzchni pierścieniowy rowek, w którym osadzany jest jednolity pierścień usztywniający. Twardość takich pierścieni, zazwyczaj większa od twardości elastycznej uszczelki, ograniczona jest możliwością jego montażu w uszczelce, a wraz z nią w rowku kielicha rury. Zastosowanie uszczelek tego typu do złącz kielichowych prowadzi do wzrostu szczelności połączeń, także przy występowaniu poosiowych i kątowych odkształceń rurociągu, jednakże skuteczność i pewność tego rozwiązania nie odnosi się do rur dużych średnic. W trakcie montażu złącza, ciężar rury jest przenoszony przez dolną część elastycznej uszczelki, a znaczny jej ciężar, np. rura z PCV, PN 16 o średnicy 630 mm i długości 6 m ma ciężar 770 kg, powoduje występowanie dużych sił tarcia i w trakcie wsuwania jej bosego końca w kielich, uszczelka może być wypchnięta z rowka kielicha co prowadzi do nieszczelności złącza w trakcie eksploatacji rurociągu. Podobnie ma się rzecz przy odkształceniach poosiowych oraz kątowych rurociągu, zwłaszcza gdy pracuje on w gruncie niestabilnym, a także przy występowaniu dużych ciśnień przepływającego w nim medium. Zaznaczyć przy tym należy, że formowanie kielicha na rurach wykonuje się metodą formowania plastycznego i przy dużych średnicach wzrost grubości ścianki utrudnia wykonanie pierścieniowego rowka na uszczelkę o względnie stromych bokach, przez co uszczelka w takim rowku jest stosunkowo labilna. Celem wynalazku jest złącze kielichowe eliminujące zagrożenia braku szczelności połączeń rozłącznych w rurociągach budowanych z rur z tworzyw sztucznych, zwłaszcza dużych średnic, w których występują odkształcenia poosiowe i kątowe. Proponowane rozwiązanie eliminuje powstawanie wad podczas montażu i eksploatacji oraz ułatwia sam montaż. Istota rozwiązania według wynalazku charakteryzuje się tym, że w pierścieniowym rowku elastycznej uszczelki osadzony jest twardy, sprężysty, przecięty poprzecznie pierścień rozpierający, który ma w miejscach przylegania do uszczelki średnicę zewnętrzną, korzystnie od 3 do 6 mm i/lub szerokość, korzystnie od 10 do 20% większą odpowiednio od średnicy wewnętrznej i szerokości pierścieniowego rowka elastycznej uszczelki przed osadzeniem w nim pierścienia rozpierającego, a jego końce pierwotnie zachodzące na siebie po osadzeniu w pierścieniowym rowku są tak rozparte, że przylegają do siebie czołowo. Korzystnie pierścień rozpierający w przekroju poprzecznym, kształtem odpowiada kształtowi pierścieniowego rowka elastycznej uszczelki, w którym ma być osadzony. Równie korzystnym jest to, że zewnętrzna powierzchnia pierścienia rozpierającego, w przekroju poprzecznym, ma co najmniej jeden bok skośny w kierunku osiowym złącza, korzystnie jest utworzona z trzech takich boków. Korzystnym jest także to, że pierścień rozpierający jest wykonany z materiału o module sprężystości podłużnej nie mniejszym niż 1500 MPa, korzystnie wykonany jest z PCV. Umieszczenie w pierścieniowym rowku elastycznej uszczelki twardego, sprężystego, przeciętego poprzecznie pierścienia rozpierającego o średnicy zewnętrznej i/lub szerokości większej od odpowiednich pierwotnych wymiarów tego rowka, tj. przed osadzeniem w nim pierścienia rozpierającego, powoduje podczas jego osadzania znaczny docisk elastycznej uszczelki swą zewnętrzną powierzchnią do pierścieniowego rowka kielicha rury. Zwiększa to stabilność i trwałość jej usytuowania w tym rowku, zarówno podczas montażu złącza, jak i jego pracy, a także w przypadku gdy nie jest do kielicha wsunięty bosy koniec rury, co ma znaczenie podczas montażu, magazynowania i transportu eliminując wypadanie uszczelki lub kradzież. Wynalazek umożliwia wykonanie rurociągów podziemnych w miejscach o mało stabilnym gruncie eliminując jego rozszczelnianie podczas ruchów odkształceniowych poosiowych i kątowych. Zabezpiecza także wypychanie elastycznej uszczelki z pierścieniowego rowka kielicha podczas montażu, jak również ułatwia sam montaż, gdyż dzięki wynalazkowi można stosować elastyczne uszczelki o znacznie mniejszej twardości, które skuteczniej uszczelniają. W rozwiązaniach tradycyjnych znaczne siły tarcia występują dopiero po wsunięciu bosego końca do kielicha. Wywołane są siłami sprężystości występującymi pomiędzy bosym
4 178 455 końcem a kielichem. W rozwiązaniu według zgłoszonego wynalazku siły te wywołane są ściśnięciem uszczelki pomiędzy ścianką kielicha a pierścieniem rozpierającym. Wprowadzenie bosego końca do kielicha tylko nieznacznie je zwiększa. Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój wzdłużny złącza kielichowego, w części górnej przy nie wsuniętej bosej końcówce rury lub łącznika, zaś w części dolnej przy wsuniętej bosej końcówce w kielich, fig. 2 - przekrój wzdłużny kielicha rury z fig. 1 z umieszczoną w jego rowku elastyczną uszczelką z osadzonym w niej pierścieniem rozpierającym, gdzie linią przerywaną zaznaczono rowek uszczelki przed osadzeniem w nim pierścienia rozpierającego, zaś fig. 3 przedstawia przekrój poprzeczny pierścienia rozpierającego. Jak uwidoczniono na fig. 1 złącze składa się z kielicha 1 z pierścieniowym rowkiem 2 rury 3 oraz poosiowo wciśniętego do niego bosego sfazowanego końca 4 rury lub łącznika. W przestrzeni między pierścieniowym rowkiem 2 kielicha 1, a wprowadzonym końcem 4 umieszczona jest elastyczna uszczelka 5 z gumy o twardości 40-70 Shore' a ułożona w rowku 2 swą zewnętrzną powierzchnią 6 dostosowaną do jego profilu. Wewnętrzna powierzchnia elastycznej uszczelki 5 z zaukosowaniem 7 od strony wejścia kielicha 1 posiada pierścieniowy rowek 8, w którym osadzony jest pierścień 9 rozpierający oraz wyposażona jest w uszczelniającą wargę 10, która stanowi jej wewnętrzne uszczelnienie. Pierścień 9 rozpierający wykonany jest z twardego, sprężystego materiału, korzystnie z PCV, tak by sprężyście przylegał na całym obwodzie do rowka 8 elastycznej uszczelki 5. Uszczelniająca warga 10 przy nie wprowadzonym końcu 4 usytuowana jest zbieżnie w kierunku jego wciskania. Elastyczna uszczelka 5, od strony przeciwnej do wejścia kielicha 1 ma obwodowy kanałek 11 odciążający zaciskanie, otwarty do wewnątrz rury 3. Jak uwidoczniono na fig. 2 twardy, sprężysty, poprzecznie przecięty pierścień 9 rozpierający osadzony w pierścieniowym rowku 8 ma, w miejscach przylegania do elastycznej uszczelki 5, średnicę zewnętrzną D2, korzystnie od 3 do 6 mm i szerokość B2, korzystnie od 10 do 20% większą odpowiednio od średnicy wewnętrznej DI i szerokości BI rowka 8 w stanie początkowym, to jest przed osadzeniem w nim pierścienia 9 rozpierającego. Końce pierścienia 9 rozpierającego, pierwotnie zachodzące na siebie, po osadzeniu go w rowku 8 są tak rozparte, że przylegają do siebie czołowo. Linią przerywaną na fig. 2 zaznaczono zarys pierścieniowego rowka 8 z jego średnicą wewnętrzną Dl i szerokością B I przed umieszczeniem w nim pierścienia 9 rozpierającego. W przekroju poprzecznym kształt pierścienia 9 rozpierającego jest taki sam jak kształt rowka 8, w którym ma być osadzony. Zewnętrzna powierzchnia pierścienia 9 rozpierającego w przekroju poprzecznym jest utworzona z trzech boków skośnych tak, że ma on profil trapezoidu, jak uwidoczniono na fig. 3. Taki sam kształt ma też pierścieniowy rowek 8. Osadzony pierścień 9 rozpierający całą zewnętrzną powierzchnią przylega do pierścieniowego rowka 8, który powiększa swoją średnicę wewnętrzną Dl do średnicy zewnętrznej D2 pierścienia 9 rozpierającego, a szerokość BI do jego szerokości B2. Elastyczna uszczelka 5 jest sprężyście odkształcona, a występujące siły dociskają ją na całej zewnętrznej powierzchni 6 do pierścieniowego rowka 2 kielicha 1 powodując stabilne i trwałe jej usytuowanie w tym rowku 2, zarówno przed montażem złącza, podczas montażu jak i jego pracy. Przy wykonywaniu połączenia do pierścieniowego rowka 2 kielicha 1 rury 3 wkłada się elastyczną gumową uszczelkę 5 o pokrytej czynnikiem poślizgowym wewnętrznej powierzchni osadzając ją w rowku 2 zewnętrzną powierzchnią 6 i wprowadza się do jej wewnętrznego pierścieniowego rowka 8 twardy, sprężysty, przecięty poprzecznie pierścień 9 rozpierający o zachodzących wzajemnie na siebie końcach, które za pomocą narzędzia rozpierającego np. siłownika rozpiera się dotąd aż zejdą się ze sobą czołowo, a następnie do kielicha 1 rury 3 wciska się poosiowo bosy koniec 4 rury lub łącznika.
178 455 Fig. 2 Fig. 3
178 455 Fig. 1 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.