CN100383439C - 用于非常高的温度下的具有板状内部结构的密封接头 - Google Patents
用于非常高的温度下的具有板状内部结构的密封接头 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种密封接头，其包括：一叠压于两个部件之间而由偏置的支承件(9)隔开的柔性簧片、一容纳所述结构(7)以及确保其密封的壳体(1)。当受压时，簧片在支承件周围变形，该簧片对于小变形具有很高的刚性。因此，材料的应变松弛几乎不会引起任何危险，在高温时尤其如此。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有板状内部结构的密封接头，用于非常高的温度下，典型的温度范围为600至1000℃。
背景技术
在可能受到压力或温度冲击的管子凸缘或类似组件的静态密封领域中，我们通常使用金属的弹簧接头，所述的弹簧接头在把金属凸缘紧固到金属件的同时，还提供了适当的密封以及良好的抗应力性能，所述的应力由压力、膨胀或外力而引起。
这些接头通过持续的压缩而起作用，所述的压缩由配合在凸缘座面之间的套管的深度或定距环的厚度而确定。它们包括一内弹性芯部以及一连续外壳，该芯部产生密封所需要的反作用力，所述连续外壳压靠凸缘而形成密封。在此领域中最常规使用的弹性构件为开口或闭合的管子、具有连接起来的螺线的卷簧或者甚至是具有C、U或E形状的不同轮廓。
所述的芯部用于在特定的机械和热约束下维持应变不随时间的流逝而变化。通常，芯部的弹性性能决定了接头的状态及其使用寿命。实际上，由于接头的持续压缩，芯部会随着时间而松弛，从而使张紧应力变小。在高温下，这个现象会进一步地增强。
通过把内部结构分成几个单元，使每个所述的单元受较少的约束，从而对接头芯部的机械约束加以限制而可以减少松弛。在专利US A4901987和5 639 074中给出了一些例子。这些例子由不松弛的绕卷弹簧组成。相邻绕卷层之间的接触形成弹簧的刚度。然而，由于绕卷的连续特性，这些现有弹簧的最终实施例不能产生我们考虑的本应用中所需要的刚度，此外，它们也不是为了密封场合而设计的。
发明内容
因此，本发明的主要目的是制造一种具有内部弹性单元的密封接头，该弹性元件可以在600至1000℃的温度下在相当长的使用寿命期间维持其弹性性能。接头具有适当的弹性刚度，同时作用力沿整个结构良好地分布。
为此，所述的接头结合了一外金属壳体以及一内部弹性结构，所述的内部弹性结构包括一组簧片，所述的簧片在接头整体受压时通过交错设置的支承件以及下沉而彼此接触。
与上述专利所示的相反，弹性单元由分开和层叠的簧片组成，由于接头是环形的，所述的簧片折回到其自身，因此其单独刚度大于形成单个簧片的螺线的刚度。
附图说明
在附图中示出了本发明几个特定的实施例：
图1a和1b示出了本发明单个实施例的两种可选方案；
图1c示出了工作状态；
图1d示出了接头的一个特定的单元；
图1e示出了接头的俯视剖面图；
图2a、2b、2c、2d以及2e示出了各种类型的合适的簧片。
具体实施方式
在图1a中示出了第一实施例；此实施例包括一个在两个支承表面2和3的外侧具有突起6的金属壳体1，支承表面2和3设计为在凸缘4和5之间形成密封，突起6的边缘接触凸缘4和5以集中张紧应力。此实施例还包括一个由几个柔性弹簧板8所组成的内部结构7，所述的弹簧板8压靠在将弹簧板8隔开的中间块体9上。
因此，在从一个凸缘4延伸到另一个凸缘5的竖直平面中，接头的芯部包括交替的簧片层8和块体层9。块体9形成一交错的网状组织且沿一竖直行分布，其中块体9每隔一层簧片地占据簧片8之间的空间。如果我们从一个与整个接头的对称轴正交的、位于两个簧片8之间的、水平且平行于凸缘4和5的平面观察该接头，那么同样地，每隔一个所穿过的竖直的行我们就发现一块体9。
图1a所示的接头具有一径向的结构，其中块体9为具有不同半径的同心环。为了使张紧应力达到最大，在图中有三行与外侧簧片8相接触的块体9的半径与突起6的半径相同，从而在突起6的下方延伸，其中所述外侧簧片8的另一面压靠支承面2和3，而块体9的其它的行在两个突起6的中间位置处延伸。两个外侧簧片8与金属壳体1相接触。此接触是平滑的。
视两个外侧簧片8的刚性，块体可以处于其它位置处，所述的外侧簧片8的主要作用是把簧片结构的反作用力分布到金属壳体1上。
上述的接头也可以具有径向垂直的结构，其中如图1b所示，块体9’呈辐射状延伸。从一通过接头的水平剖面观察，与图1a类似，块体仍然是交错的。
上述两个结构的作用机制大致上是相同的。接头的压缩导致簧片8在偏置的块体9或9’之间交替地下沉。簧片8变形直至与块体对9或9’相互接触，如图1c所示，在每个竖直的行中，以块体9交替间隔开的簧片8之间的间隔不存在了。此接头芯部的刚度取决于块体之间的距离，且此接头芯部可以很好地维持张紧压力，原因是在高温时簧片应力未达到弹性极限，这不会引起材料的任何松弛。
对簧片材料的选择需依据所承受的温度以及弹性极限来进行。因为簧片8所经受的变形程度较低，我们建议使用镍基的超耐热合金、氧化物弥散合金或陶瓷。块体9或9’可用相同的材料制造。最后，同时依据流体密封的类型，也要对壳体1所采取的材料进行选择以耐受高温。因为可以形成一在高温时抗腐蚀的氧化层，也可以采用镍基或铁基的合金。
本发明的一个精确实施例可以在每个支承表面2和3上都包括三个突起，且包括8个柔性簧片8。块体9可由圆截面的缆线组成。可依据不同的可选方案而构造内部结构，这取决于成本和与接头的截面尺寸或标称直径相关的技术参数。依据所使用材料的容许约束(permittedconstraints)，对径向结构或径向垂直结构的选择取决于尺寸标准和机械标准。
在每个例子中，同一层的块体9或9’可通过连接簧片而结合到一起。在径向垂直结构的情况下，这些连接簧片包括两个环或一个单独的环10，所述的单个环10沿簧片8的边缘延伸且把簧片8结合到一起，如图1d所示。
这个附图以及图1e显示了所述接头一些通常的特征：所述接头整体上是以孔12为中心的环形，所述的孔12穿过凸缘4和5；壳体1的截面为U形，其朝向环形的内侧以及孔12方向闭合而朝外侧张开；簧片8为一闭合的环形，这使得所述的簧片8具有良好的刚度以抵抗松弛所导致的变形；簧片8彼此之间也是分开的，在接头处于未受压状态时，簧片8是完全平直的且具有一致的表面；突起6是线形的(linear)，更确切地说是圆形的，且围绕孔12延伸；虽然没有显示，我们理解，类似于图1e所示，图1a中径向结构的块体9的位置与突起6相同。
在下文将描述本发明的另一些实施例。
图2a示出了金属簧片8a的截面，簧片8a的支承件9a并不是由分开的块体形成的，而是由靠近簧片本身的褶形成的。此可选方案同样可以是径向或径向垂直的。
图2b示出了一陶瓷簧片8b的截面，簧片8b的支承件9b由陶瓷块形成，但所述的支承件9b结合在簧片上。此可选方案适合于径向垂直的结构。
通过两个相继簧片之间的偏置的支承件(褶、陶瓷块、焊带)之间的接触，形成了图2a、2b和2c中所示的簧片的叠层。
图2c示出了金属簧片8c的截面，簧片8c的支承件9c由例如焊带的填充物形成，所述的焊带通过焊接设备以规则的间距熔敷。此可选方案可同样地用于径向或径向垂直的结构。
在图2a、2b和2c中所示的簧片的叠层通过两个相继簧片之间的偏置的支承件(褶、陶瓷块、焊带)之间的接触而形成。
图2d示出了波纹状金属簧片8d的截面，所述的金属簧片8d以与上述簧片类似的方式工作，但可通过多层结合而获得另外的组合方式，从而使得刚度发生变化，如图2e所示，图2e示出了簧片8d成对地组合。此波纹状的结构也可用于径向垂直或径向的结构，只要所述的波纹是环形的或者是径向的。在这种类型的实施例中，支承件9d由相邻簧片波纹彼此面对的隆脊之间的接触形成。虽然簧片8d的变形与前述实施例中不同，因为簧片8d在压力作用下变平而不是弯曲，但是这样一个实施例的接头的作用机制是相同的。应该注意防止簧片8d在相切处的滑移。为此，所述的簧片可以通过焊点11、铆钉等一起连接到支承件上。
Claims (14)
1.一种密封接头，包括一个外金属壳体(1)以及一个柔性内部结构，其特征在于：所述的内部结构由柔性簧片(8、8a、8b、8c、8d)组成，所述簧片层叠且由支承件(9、9a、9b、9c、9d)分开，所述支承件交错地位于所述簧片的任一侧，其中所述支承件包括成行地分布的块体，所述行沿垂直于所述簧片的第一方向延伸，所述块体沿所述行每隔一个空间地占据所述簧片之间的空间、并且在平行于所述簧片的第二方向上每隔一行地设置所述块体。
2.如权利要求1所述的密封接头，其中所述簧片为具有弹性极限的弹簧板，且所述接头是能够压缩的，直至所述板在未达到弹性极限时在成对支承件之间彼此接触。
3.如权利要求1所述的密封接头，其特征在于：接触所述壳体的一些所述支承件在设置在所述壳体外表面上的突起(6)的下方延伸。
4.如权利要求3所述的密封接头，其特征在于：所述的支承件和突起是线形的。
5.如权利要求1至4中任一项所述的密封接头，其特征在于：所述的柔性簧片是分开的，分别具有一闭合的轮廓。
6.如权利要求1至4中任一项所述的密封接头，其特征在于：所述的柔性簧片是均质的，且由作为支承件的中间块体分隔。
7.如权利要求6所述的密封接头，其特征在于：所述的密封接头包括有环，每个环支撑位于各对柔性簧片之间的所述块体。
8.如权利要求6所述的密封接头，其特征在于：所述的柔性簧片由金属、陶瓷或氧化物弥散合金制成。
9.如权利要求1至4中任一项所述的密封接头，其特征在于：所述的柔性簧片为波纹状的，波纹对之间的接触形成所述的支承件。
10.如权利要求1至4中任一项所述的密封接头，其特征在于：所述的支承件沿相继的行分布，所述的行通过两个与所述壳体相对的支承面而横跨该接头，在每个行中以及从一个行到另一个行，把柔性簧片隔开的支承件和空间交替分布。
11.如权利要求1至4中任一项所述的密封接头，其特征在于：所述的柔性簧片是同心的。
12.如权利要求1至4中任一项所述的密封接头，其特征在于：所述的柔性簧片是环形平的。
13.如权利要求1至4中任一项所述的密封接头，其特征在于：所述的支承件呈辐条状。
14.如权利要求1至4中任一项所述的密封接头，其特征在于：所述的支承件是具有不同直径的同心环。
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