CN101581365A - 内压式密封环 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种内压式密封环，特别是一种适于密封等级随温度变化的场合应用的密封环。它包括一个由填料形成的本体、和设于所述的本体的内部的密封的金属管，所述的金属管内预充有介质，所述的介质在预定的环境温度下至少有部分为气态，使所述的金属管内腔的压力增大并发生弹性变形，从而增加密封环的密封比压，使密封环能够实现随环境温度的改变而变化密封比压，保证了密封的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种密封环，特别是一种适于在密封等级随温度变化的场合应用的密封环。
背景技术
现有技术中，用于密封的垫片和填料环通常属于被动受压，其密封比压(指单位面积上的密封力)是由外力压紧产生，如压盖螺栓，因此其密封比压固定不变。在某些特殊的应用场合下，例如阀门的阀杆与阀体密封，对填料环安装的初始密封比压要求不高，然而随温度的升高，对密封环的密封比压要求越高；对于传统的密封环，提高密封比压必须通过提高初始安装时的扭矩实现，然而填料环本身材料和结构的限制，扭矩不能够无限制增大。
发明内容
本发明的目的是提供一种随工作环境温度的变化而改变密封比压的内压式密封环。
本发明具体采用的技术方案是：一种内压式密封环，它包括一个由填料形成的本体、和设于所述的本体的内部的密封的金属管，所述的金属管内预充有介质，所述的介质在预定的环境温度下至少有部分为气态，使所述的金属管内腔的压力增大并发生弹性变形。
根据理想气体状态方程PV＝nRT，一定物质的量的气体处于平衡态，其压强、体积和温度满足一定的变化关系，其中R为理想气体常数。因此我们利用液体在温度升高时发生气化，而气体在温度升高时体积膨胀的这一特性，使金属管的管腔内的压力增大，甚至发生弹性变形，从而保证密封环在正常工作的温度下的自紧性。
本发明进一步地技术方案是：所述的介质为液体，当介质所处的环境温度到达预定的环境温度时至少有部分发生气化。
更进一步地，所述的介质为纯净物。所述的介质优选水、液氮、液氨、液态二氧化碳、丙三醇中的其中一种。
所述的介质还可以为混合物，所述的介质优选水和丙三醇的混合物。
或者，所述的介质选用气体，并且所述的介质以设定的压力预充在所述的金属管内。
所述的介质优选氮气、二氧化碳、空气中的一种。
在所述的预定的环境温度下，所述的金属管的直径比初始状态下增大1％至20％。
在所述的预定的环境温度下，所述的金属管的内腔的压力接近于所述的介质的饱和蒸气压。
在所述的预定的环境温度下，所述的金属管的内腔的压力为1.05～2MPa。
本发明具有如下优点：本发明由于在金属管的内部填充介质，该介质能够在环境温度增加的时候气化膨胀，从而使金属管膨胀变形，以此增加密封环的密封比压，使密封环能够实现随环境温度的改变而变化密封比压，保证了密封的可靠性。
附图说明
附图为本发明的主剖视图；
具体实施方式
本发明的内压式密封环，可以是垫片或填料环。下面以填料环为例进行说明，参见附图所示，该密封环由填料4构成的本体1和埋设在本体1内部的直径为D的金属管2构成，金属管的两端部密封，并且内部预充有介质3，该介质可以在预定的环境温度下至少有部分以气体的形式存在，使所述的金属管的管腔内的压力增大，甚至发生弹性变形，从而保证本体在该温度下的自紧性。
通常情况下，该预定的环境温度指的是密封环正常工作时的环境温度，因此，本体在初始安装时，通过一个较小的扭矩就可以达到的初始的密封比压要求；当应用设备正常工作时，随着温度的升高，对密封环的密封要求也增高，此时由于金属管内部的介质发生气化，使金属管的内腔压力增大，从而使金属管发生膨大，进而增加密封比压。
对于不同的应用场合，密封环正常工作时的温度以及密封比压各有不同，通过调整金属管内充入的介质的量、以及选择合适沸点的介质，可以使密封环达到预定的密封要求。
一般来说，密封环从初始状态达到正常工作的状态，金属管的直径D的变形量应控制在1％至20％之间，金属管内腔的压力为1.05至2.0MPa。理想情况下，密封环到达正常工作状态后，环境温度变化不大，金属管内腔的压力接近于该温度下所述的介质的饱和蒸气压，金属管的体积基本保持固定。饱和蒸气压是指在一定温度下，与液体或固体处于相平衡的蒸气所具有的压力。同一物质在不同温度下有不同的蒸气压，并随着温度的升高而增大。下表列出了不同直径规格的金属管，在内腔的压力不同的情况下，金属管直径D的变形量。
此外，在选用介质时，应选用沸点低于或接近于密封环正常工作温度的介质，也可以根据密封环的正常工作温度，设计填充介质。所述的介质优选液体，所述的介质也可以是以设定的压力预充在所述的金属管内的气体，气体可以选择如氮气、二氧化碳、空气等。液体介质可以选水、丙三醇、乙醇等，也可以选用混合物介质，如水和丙三醇的混合物，采用不同的配比就可以得到沸点从100～182℃的理想介质，实际应用时还可以采用多种物质混合得到特定沸点的混合物，从而得到不同的金属管的变形量。一般来说正常工作的环境温度在20～100℃时，优选乙醇介质；101～150℃时，优选水介质。151～200℃时，优选混合物介质。
对于空气分离装置、深冷技术等领域，适于选择二氧化碳、氮气等沸点较低的气体介质。由于升温和降温是两个相对的过程，降温过程中如果环境温度低于介质的沸点，介质由气态转化为液态就失去了密封环的密封作用，因此气体介质应选择沸点低于密封环正常工作时的温度的介质。
本发明作为填料环实施，其常见的结构有O形和C形，填料环为O形环时，所述的金属管的首尾相接形成与所述的本体的中心重合的O型密封环；填料环为C形环时，所述的金属管的轴心线方向沿所述的本体的延伸方向延伸。
Claims (10)
1、一种内压式密封环，其特征是：它包括一个由填料形成的本体、和设于所述的本体的内部的密封的金属管，所述的金属管内预充有介质，所述的介质在预定的环境温度下至少有部分为气态，使所述的金属管的内腔压力增大并发生弹性变形。
2、根据权利要求1所述的内压式密封环，其特征是：所述的介质为液体。
3、根据权利要求2所述的内压式密封环，其特征是：所述的介质为纯净物。
4、根据权利要求3所述的内压式密封环，其特征是：所述的介质为水、液氮、液态二氧化碳、液氨、丙三醇中的其中一种。
5、根据权利要求2所述的内压式密封环，其特征是：所述的介质为混合物。
6、根据权利要求5所述的内压式密封环，其特征是：所述的介质为水和丙三醇的混合物。
7、根据权利要求1所述的内压式密封环，其特征是：所述的介质为气体，并且所述的介质以设定的压力预充在所述的金属管内。
8、根据权利要求1所述的内压式密封环，其特征是：在所述的预定的环境温度下，所述的金属管的直径增大1％至20％。
9、根据权利要求1所述的内压式密封环，其特征是：在所述的预定的环境温度下，所述的金属管的内腔的压力接近于所述的介质的饱和蒸气压。
10、根据权利要求9所述的内压式密封环，其特征是：在所述的预定的环境温度下，所述的金属管的内腔的压力为1.05～2MPa。
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