CN100346094C - 用于阀门的环形间隙密封件 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于阀门的环形间隙密封件(20)，借助于该环形间隙密封件可以将流体从阀门的高压侧到一低压侧的流动阻挡在一阻塞位置，其中，该阀门具有一个可被流体流过的缸体，以及在该缸体内有一活塞可沿轴向移动，并且在所述阻隔位置借助于装入该缸体中的一环形凹槽内的所述环形间隙密封件(20)可以密封活塞与缸体之间的一环形间隙，为了提高该环形间隙密封件(20)的密封效果，尤其在高压侧与低压侧之间的压力差增大时为了达到自动增强所述密封效果以及确保不仅沿规定流动方向的密封性而且也确保沿与流动方向相反方向的密封性，本发明建议，镜像对称地在所述凹槽中相邻设置两个密封圈(24、25)，其中，在所述阻塞位置通过所述高压侧的流体，可使朝向所述低压侧的第一个密封圈(24、25)的一密封唇片(27)对流体形成密封地压靠到所述活塞上以及可使该第一个密封圈(24、25)的一密封面(29)对流体形成密封地压靠到凹槽壁上。

Description

用于阀门的环形间隙密封件

技术领域

本发明涉及一种用于阀门的环形间隙密封件，借助于该环形间隙密封件可以将一流体从阀门的高压侧到一低压侧的流动阻挡在一阻塞位置，其中，该阀门具有一个可被流体流过的缸体，以及在该缸体内有一活塞可沿轴向移动，并且在所述阻隔位置借助于装入该缸体中的一环形凹槽内的所述环形间隙密封件可以密封所述活塞与缸体之间的一环形间隙。

背景技术

这类用于阀门的环形间隙密封件通常是已知的。例如DE 37 31 349 A1公开了一种梯形的环形间隙密封件，该环形间隙密封件附加在一个同样梯形的槽内以及可借助于一个弹簧垫圈被施加预应力。例如由DE 29 29 389A1公开了一种调节阀，在该调节阀中典型地采用了一种此类环形间隙密封件。

所述已知的环形间隙密封件表现为在阻隔位置中有泄漏流，该泄漏流在工业的生产和控制过程中从保证质量的角度考虑要越来越小地规定其公差。这种泄漏流的原因除了密封件的封闭和老化现象，还在于这些已知的环形间隙密封件不具有足够的径向阻塞能力以及在运行温度变化时其材料特性缺乏稳定性。

因此导致这些已知的环形间隙密封件恰恰也是由于泄漏流的原因而只是非常受限地用于保证设备构件防止反冲流。

发明内容

本发明的目的是建议一种确保不仅沿规定流动方向的密封性而且也确保沿与流动方向相反方向的密封性的环形间隙密封件，尤其是同时也能达到在不同运行温度下使泄漏流最小化。

从已知的环形间隙密封件出发，本发明的目的按照本发明通过两个镜像对称地在所述凹槽中相邻设置的密封圈得以实现，其中，在所述阻塞位置通过来自于所述高压侧的流体，可使朝向所述低压侧的第一个密封圈的一密封唇片对流体形成密封地压靠到所述活塞上以及可使该第一个密封圈的一密封面对流体形成密封地压靠到一凹槽壁上。

将所述环形间隙密封件分成两个密封圈可以实现有关在高压侧与低压侧之间的压力差增大时自动增强所述密封效果方面的结构优化。通过镜像对称的设计结构，按照本发明的环形间隙密封件沿规定流动方向和逆着规定的流动方向起到相同的有效密封作用。

这样设计按照本发明的环形间隙密封件，即，通过来自于所述高压侧的流体，可使朝向所述低压侧的第一个密封圈的一密封肩对流体形成密封地压靠到一个沿轴向突入所述凹槽内的环形凸鼻上。一个密封肩与一个在所述凹槽内的环形凸鼻的配对设计确保了进一步提高在阀门外壳上所述密封圈与所述凹槽壁之间的密封效果。

本发明环形间隙密封件的密封圈特别有利地具有一C形的成型段，以及在所述阻塞位置通过来自于所述高压侧的流体，可使朝向所述低压侧的第一密封圈的C形成型段扩张。通过这种扩张将本发明环形间隙密封件的密封圈附加地夹固到所述凹槽底与所述活塞的外表面之间，由此再次提高了密封圈与凹槽底(亦即外壳)以及与活塞外表面之间的密封效果。

按照本发明将环形间隙密封件的尺寸设计得与所述活塞与槽底之间的间距略大，也以特别简单的方式提高了密封效果，因此可以将所述环形间隙密封件预压紧地嵌入到所述凹槽中。

在一特别有利的实施方式中，按照本发明的环形间隙密封件具有一个稳定件，该稳定件可沿所述凹槽的方向与所述密封圈嵌装在一起。这样一种稳定件优选由一种其性质在工作温度范围内至多承受微小振动的材料制成。在很多使用状况下证明采用钢作为所述材料是适合的，此外，通过不同的合金还以通常已知的方式提高该材料的耐老化性和耐介质性并且满足所述要求。

所述稳定件尤其有利地是一个可呈圆环面状地装入的螺旋弹簧。该螺旋弹簧尤其可以实现将所述密封圈的密封唇片沿径向朝活塞的方向预紧。

附图说明

下面借助于一种实施方式对本发明予以详细说明。附图中：

图1a表示一个带有本发明环形间隙密封件的阀门的剖面图；

图1b表示在该阀门中的环形间隙密封件的详细局部图；

图1c表示在该阀门中的环形间隙密封件的更狭小局部；

图2表示所述环形间隙密封件的一个剖面分解示意图；

图3a表示所述环形间隙密封件的稳定件；

图3b表示所述稳定件的另一视图；

图4a表示在阀门打开时所述环形间隙密封件的局部视图；

图4b表示在通常压力状态下在阻塞位置的局部视图；以及

图4c表示沿与规定流动方向相反方向流动时在阻塞位置的局部视图；

具体实施方式

图1表示出一阀门1，借助于该阀门可以调节一种未示出的流体从阀门1的阀门入口2到阀门出口3的流动。阀门入口2和阀门出口3的标注与对通过阀门1的流体所规定的流动方向有关，沿该流动方向在阀门1处于图中未示出的打开位置中时实现最大流通率以及最小地磨损阀门1。该示范性地示出的阀门1具有一个24英寸的额定直径、在阀门入口2和阀门出口3处对于一900psi的额定压力具有按照美国国家标准协会(ANSI)的标准900RTJ的法兰面6以及在这两个法兰面6之间具有一1568mm的总长度7。结构原理相同的阀门具有对应于150至2500Psi额定压力的界于2至48英寸之间的额定直径，这样的阀门用于调节例如油、气或水或多相混合物的流通量。另外，也可以选择按照美国石油组织(API)标准设计所述阀门。

阀门1具有一个在一铸造外壳8中的缸体9，所述流体可流过该缸体。流体通过一设计为笼形件10的部段沿径向挤入到缸体9中以及沿所述规定的流向4离开该缸体9和阀门1。所述笼形件10借助于缸体9的一个按照锁紧螺母形式旋紧到阀门1的外壳8中的出口套筒11固定在该外壳8中。

一活塞12可在缸体9中沿轴向移动。该活塞12无端面并借助于径向延伸的辐条13与一轴向延伸的活塞杆14固定连接。该活塞杆14具有一个带有45°斜齿的平面15，该平面与一个径向延伸且可沿径向移动的开关杆17的一个同样带有45°斜齿的平面16啮合。这样的话，该开关杆17直线的径向运动直接无迟滞与间隙地引起活塞杆14的直线的轴向运动并因此实现活塞12在缸体9内的精确定位。

活塞12、活塞杆14和开关杆17在各运行位置上实现力平衡。所述阀门1与压力状况无关地可以不受限制地开关，开关过程的速度对阀门1而言只是受到活塞12、活塞杆14和开关杆17的质量惯性限制。

当活塞12在缸体9中移动时它的外表面18封闭了所述笼形件10中的图中未示出的开孔以及因此在阻塞位置阻挡流体流过阀门1。在阻塞位置存在于所述活塞12外表面18与缸体9之间的环形间隙19可借助于一个环形间隙密封件20来密封。缸体9在阻塞位置以及在该位置形成的相对于缸体9的环形间隙19只是在局部视图4b及图4c中有所表示。

如从局部视图1b及图1c中所看到的那样，环形间隙密封件20嵌装在一个环绕在所述缸体9中的凹槽21内，该凹槽设计在所述笼形件10与出口套筒11之间。借助于一个设置在所述笼形件10与出口套筒11之间的第二个凹槽内的唇形密封圈23将它们相对于外壳8密封。

在图2中以爆炸分解图的方式在断面剖视图中表示出的环形间隙密封件20由一个相对于阀门1而言在内侧的密封圈24和一个镜像对称结构的外侧密封圈25组成，它们例如由聚丙烯制成并且借助于一个稳定件26来稳定它们的形状。每个密封圈24、25具有一个密封唇片27，它们在阻塞位置中可对流体形成密封地压靠到活塞12的外表面18上。与密封唇片27相连的是一C形的成型段28，该成型段的外密封面29与侧面的凹槽壁30相适配以及可对流体形成密封地压靠到该凹槽壁30上。C形成型段28在所述密封唇片27之下构成一密封肩31，该密封肩与凹槽21的沿轴向突出的环形凸鼻32的形状相适配以及可对流体形成密封地压靠到该凸鼻32上。所述C形成型段28截止于一个下侧密封边33，该下侧密封边33可压靠到凹槽21的槽底34上。

所述弯曲成圆环面形的螺旋弹簧形式的稳定件26被嵌入到密封圈24、25的C形成型段28之间。如从图3a及图3b中所看到的那样，螺旋弹簧的螺纹(Gnge)相对于该螺旋弹簧的纵轴线36倾斜成一大约10°的角度35。因此，螺旋弹簧(相对于活塞12)沿径向被压缩地嵌入到密封圈24、25之间，由此，沿径向对密封圈24、25施加预紧力。为了达到装配目的，将一个仅在图1c和图2中表示的支撑环S装入到所述螺旋弹簧中。

如图4a所示，在阀门1打开时密封唇片27略微从所述凹槽21中突出，也就是正好使密封唇片27与活塞12的外表面18在阻塞位置保持接触以及封闭活塞12的外表面18与缸体9之间的环形间隙19。在图4b及图4c所示的阻塞位置，阀门1的阀门入口2和阀门出口3之间的每次压力差的升高都引起按照本发明的环形间隙密封件密封效果的自动加强。

在图4b所示的运行状态下，在阻塞位置在阀门入口2处的压力高于在阀门出口3处的压力。这是指按规定流动方向4的通常情况：有关各压力在此在阀门入口2处是高压侧37，在阀门出口3处是低压侧38。在密封圈24、25之间形成一压力降：在它们各自的C形成型段28之间的间隙39中首先形成一界于高压侧37压力与低压侧38压力之间的中间压力。

在所述压力差的影响下，密封圈24、25变形：内侧密封圈24通过与所述中间压力相比更高的高压侧37压力被径向压缩，并暂时贴靠到所述稳定件26上以及通过由此增大的环形间隙19使得所述高压侧37与两个C形成型段28之间的所述间隙39之间容易实现压力平衡。外侧密封圈25通过比低压侧38更高的所述中间压力或者稍后通过高压侧37压力沿径向被扩张并且以其外密封面29贴靠到凹槽壁30上，尤其以所述密封肩31贴靠到构成在所述凹槽21上的凸鼻32上。此外，外侧密封圈25随着逐渐增大的压力差而以其密封边33压靠到凹槽槽底34上。另外，通过所述径向扩张也提高了从外侧密封圈25的密封唇片27压靠到活塞12的外表面18上的压力。总之，增大了所述环形间隙密封件20的密封效果。

图4c所示的工作状态相当于通常所不希望出现的、但恰恰在快速开关过程中又经常发生的逆着规定的流动方向4而出现反冲流的情况。与图4b所示的正常情况相比，现在在阀门出口3处构成高压侧37，在阀门入口2处构成低压侧38。基于环形间隙密封件20的镜像对称结构，现在外侧密封圈25被沿径向压缩以及内侧密封圈24被沿径向扩张。也就是说，对于逆规定的流动方向4而出现的反冲流情况，也能够借助于按照本发明的环形间隙密封件20提高密封效果。

附图标记清单

1   阀门

2   阀门入口

3   阀门出口

4   规定的流动方向

5   额定直径

6   法兰面

7   总长度

8   外壳

9   缸体

10  笼形件

11  出口套筒

12  活塞

13  辐条

14  活塞杆

15  平面

16  平面

17  开关杆

18  外表面

19  环形间隙

20  环形间隙密封件

21  凹槽

22  凹槽

23  唇形密封圈

24  内侧密封圈

25  外侧密封圈

26  稳定件

27  密封唇片

28C 形的成型段

29  密封面

30  凹槽壁

31  密封肩

32  凸鼻

33  下侧密封边

34  槽底

35  角度

36  纵轴线

37  高压侧

38  低压侧

39  间隙

S   支撑环

Claims (6)

1.一种用于阀门(1)的环形间隙密封件(20)，借助于该环形间隙密封件可以将一流体从阀门(1)的高压侧(37)到一低压侧(38)的流动阻挡在一阻塞位置，其中，该阀门(1)具有一个可被流体流过的缸体(9)，以及在该缸体内有一活塞(12)可沿轴向移动，并且在所述阻隔位置借助于装入该缸体(9)中的一环形凹槽(21)内的所述环形间隙密封件(20)可以密封活塞(12)与缸体(9)之间的一环形间隙(19)，其中，所述凹槽(21)两侧分别具有一个沿轴向突起的环形凸鼻(32)，该环形间隙密封件(20)有两个镜像对称地在所述凹槽(21)中沿轴向相邻设置的密封圈(24、25)，以及在所述阻塞位置通过来自于所述高压侧(37)的流体，可使朝向所述低压侧(38)的第一个密封圈(24、25)的一密封面(29)对流体形成密封地压靠到凹槽壁(30)上，其特征在于，在所述阻塞位置通过来自于所述高压侧(37)的流体，可使朝向所述低压侧(38)的第一个密封圈(24、25)的一密封肩(31)对流体形成密封地压靠到所述在凹槽(21)内沿轴向突起的环形凸鼻(32)上以及可使朝向所述低压侧(38)的该第一个密封圈(24、25)的一密封唇片(27)对流体形成密封地压靠到所述活塞(12)上。

2.如权利要求1所述的环形间隙密封件(20)，其特征在于，所述密封圈(24、25)具有一C形的成型段(28)，以及在所述阻塞位置通过来自于所述高压侧(37)的流体，可使朝向所述低压侧(38)的第一密封圈(24、25)的C形成型段(28)扩张。

3.如权利要求1或2所述的环形间隙密封件(20)，其特征在于，所述环形间隙密封件的尺寸设计得比所述活塞(12)与槽底(34)之间的间距大，并由此使所述环形间隙密封件(20)被预压紧地嵌入到所述凹槽(21)中。

4.如权利要求1或2所述的环形间隙密封件(20)，其特征在于具有一个稳定件(26)，该稳定件可沿所述凹槽(21)的方向与所述密封圈(24、25)嵌装在一起。

5.如权利要求4所述的环形间隙密封件(20)，其特征在于，所述稳定件(26)是一个可呈环面状地装入的螺旋弹簧。

6.如权利要求4所述的环形间隙密封件(20)，其特征在于，所述密封圈(24、25)借助于所述稳定件(26)沿径向朝向所述活塞(12)可被预紧。

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