CN106895207A - 用于压紧密封件和填料的柔性板装置 - Google Patents

Abstract

一种用于压紧密封件和填料的柔性板装置和相关套件。该装置提高了工业机械和装备中的阀杆或旋转轴的密封性能。该装置是由多个在载荷条件下提供折曲而没有材料疲劳的板构成。

Description

用于压紧密封件和填料的柔性板装置

相关申请的交叉引用

本发明要求在2015年10月13日提交的美国临时申请号62/240,627的优先权，其以整体内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及在工业机械的阀杆或旋转轴的密封保护中使用的密封件。

背景技术

在工业设置中，存在各种机构来防止阀杆、旋转轴、或其它承压结构的填料箱区域泄漏。事实上，由于美国环境保护局(EPA)和其他全球性组织对“无组织排放”的要求日益严格，出现了对更好的杆或轴密封件的需要。无组织排放是从阀门、管道接头、泵和流体(气体和液体)通过其进行传输或存储的其他加工装备发生的到大气的泄漏。这些排放在动态轴/杆密封件中最普遍，因为由于摩擦磨损、挤压和因热效应导致的密封件收缩，减小了密封件的压缩负荷。

尤其在压紧法兰或垫圈弱化导致抗压强度减小时，可能会发生填料箱内衬腐蚀。在这种情况下，当在阀门操作中升高或降低杆时，密封件弱化会造成部分流体产品沿着填料箱迁移并与其中的填充材料接触。随着时间的推移，材料的腐蚀性会引起填料箱点蚀并且腐蚀填充材料本身，从而导致部件失效。对无组织排放的严格规定为减少这种部件失效提供了充分的动因。

杆/轴密封件或填料一般由多个填料环和从动件组成。填料可以是编织型或压铸成形石墨、弹性体、聚合物、合成或天然存在的材料。从动件用于压紧填料，使材料向内和向外膨胀来形成轴和壳体之间的密封。从动件本身通常在有或没有诸如压板或垫圈之类的额外压紧元件的情况下，通过螺栓或螺母压紧(或加载)。授予Brown的美国专利5454547示出并描述了这种密封件的一个示例。

弹簧垫圈，也称为贝氏垫圈，已经使用了许多年。这种垫圈也被称为锥面碟形弹簧、锥形弹簧垫圈、碟形弹簧、或盘形弹簧垫圈。它们基本上是一类形状像垫圈的弹簧，该垫圈具有给与垫圈弹簧特性的截头圆锥形状。这些垫圈的大小有限，并且可用的力量范围有限。贝氏垫圈通常用作弹簧，或者用来向现有技术图1和图2所示的螺栓接头或轴承施加柔性预载荷。利用贝氏垫圈的阀门或泵的轴或杆密封件设计通常被称为“活载”。阀门设计通常需要进行修改，以将贝氏垫圈所需的较长的压盖螺栓考虑在内。由于垫圈的大小限制，它们针对轴密封件提供的载荷能力有限。图1示出了垫圈10、11在轴周围适当位置的第一配置100，而图2的配置200示出了在螺栓周围适当位置的垫圈20。

大多数阀门只是通过使用如现有技术图3和图4所示的压板或压盖法兰来压紧杆填料。这里，板35通过螺母30、34和螺栓31、33加载到轴32上。通常情况下，设置两个或两个以上的螺栓/螺柱。压盖法兰通常是铸钢或者锻钢而且较厚，以免在加载到合适水平时发生变形。如此，压盖法兰不像弹簧垫圈一样提供任何储存的势能。随着时间的推移，它们可能不会在给定的各种操作条件和温度下提供主动压紧。

这将有利于消除或减轻公知的杆/轴密封布置的缺点。

发明内容

本发明提供了一种具有成本效益的解决方案，以减少新的以及返工的和改装的阀门和轴装置中的无组织排放。因此，本发明具有允许所使用的阀门翻新以减少无组织排放来延长持续时间的环境效益。这些返工的或改装的阀门将另外在填埋中找到出路，因此，本发明还通过使改装和翻新阀门行业能够继续使用而提供了一种额外的环境效益。

本发明使用多个堆叠在一起的薄板替换压板或压盖法兰。板的厚度、形状和数量均设计成供应密封件/填料所需的抗压应力。板以和标准压盖法兰相同的方式装配，而且压盖螺母扭转成所需的量。允许累积的板屈折，这会像弹簧垫圈一样(尽管和片簧更相似)形成储蓄的势能。因为板更薄，其中的应力不会超出其屈服强度，因此板会返回到其原始形状。就改装现有阀门和轴装置而言，本发明的板的一般整体形状可以和先前存在的单个压板相似，因此，无需对本发明设置在其中的给定阀门/泵进行重大设计更改。

根据本发明第一方面，提供了一种用于压紧密封件和填料的柔性板装置，该装置包括：多个板，每个板均包括中心孔和至少两个侧向孔，其中，中心孔被配置成容纳轴，并且侧向孔被配置成容纳其上安装对应螺母的螺柱，并且拧紧螺母会抵靠阀门填料压紧多个板。

根据本发明第二方面，提供了一种阀杆密封设备，该设备包括：可从第一位置移动到第二位置的杆；围绕该杆以保持第一环境和第二环境之间的密封件的填料；多个由金属薄片形成的板，每个板均包括中心孔，杆可以穿过中心孔移动并且通过杆从第一位置到第二位置的各种移动在填料上提供足以防止第一环境和第二环境之间泄漏的活载力。

根据本发明第三方面，提供了一种用于改装杆密封件的套件，所述套件包括：多个能够在荷载下提供防止永久弯曲的屈服强度的板，每个板均包括中心孔和至少两个侧向孔，中心孔能够容纳杆轴，并且侧向孔能够容纳其上可安装对应螺母的螺柱，其中拧紧螺母会抵靠围绕杆轴的阀门填料压紧多个板。

在结合附图审查以下对本发明具体实施例的描述后，本发明的其它方面和特征对本领域普通技术人员而言将变得显而易见。

附图说明

现在将参照附图，仅通过示例的方式对本发明实施例进行描述，其中：

图1是第一种已知类型的弹簧垫圈布置。

图2是第二种已知类型的弹簧垫圈布置。

图3是已知类型的压盖法兰布置。

图4是图3的压盖法兰的透视图。

图5是示出了根据本发明一实施例的多板布置的透视图。

图6是处于加载力之前的状态中的图5的多板布置的俯视图。

图7是处于加载力状态中的图6的多板布置的俯视图。

图6a是处于加载力之前的状态中的与图5相似的尽管包括预弯曲板的备选多板布置的俯视图。

图7是处于加载力状态中的图6a的备选多板布置的俯视图。

图8是图5的多板布置类型的三个板的透视图。

图9是根据本发明实施例的多板布置的备选版本的板的透视图。

具体实施方式

首先参照图5至图8，其示出了根据本发明一实施例的用于压紧密封件和填料的柔性板装置。

图5表示使用本发明柔性板装置的阀门配置。当然，阀门配置的基本结构包括阀柄52和阀门机构61。阀门机构61和内密封填料的细节在本领域中是公知的，不再进一步描述或示出。就本发明的发明性方面而言，本发明的柔性板装置包括多个薄压板(示出四个)56、57、58、59。因为根据本发明的压板是由薄金属制成，所以，压板允许弯曲而非屈服。换句话说，压板避免了任何永久弯曲，从而提供了一种独特的杆密封件的活载方式。总的来说，板56、57、58、59固持在轴53上，并且由螺母50、55固定在螺柱51，54的适当位置上。拧紧螺母50、55来抵靠从动件60有效地加载板56、57、58、59，从而保持阀门机构61内的可靠密封。图6和图7分别示出了加载前后的本发明的柔性板装置。

图6a和图7a分别示出了加载前后根据本发明的柔性板装置的备选实施例。在本实施例中，板56a、57a、58a、59a最初以预弯曲配置提供。具体地，以所示的角度(即，预弯曲)形状制造板56a、57a、58a、59a。这需要力来“拉直”如图7a中所看到板。以这种方式，图6a和7a所示的实施例在功能上等同于图6和图7所示的布置。然而，在拧紧图6a中的螺栓50、54后，结果是以没有任何角度弯曲的方式完全加载平行布置的板组，也就是说，加载力后的预弯曲板56a、57a、58a、59a将显得扁平而平坦。这种备选实施例对于用户审美可能更偏好扁平的应用非常有用。此外，应当指出的是，在本备选实施例中，每个螺栓50、54的底面将会与顶端板55a更加完全地齐平和抵接。

尽管示出了阀门配置，但是应当非常显而易见的是，本发明增强了阀门、泵或任何一套具有杆/轴密封件或填料的装备的能力，以防止工作流体介质(气体或液体)泄露到大气中。同样地，本发明还增强了任何一套试图保持真空以防止外部压力泄入设备内部工作区的装备的密封。

如所提到的，当典型的密封件/填料因移动磨损或由于温度变化而变形时，会减小它的部分厚度，从而导致该密封件/填料的压缩负荷或应力降低。下方填料应力或负荷导致通过密封件泄漏。此外，当典型密封件的温度升高时，密封件会膨胀和挤出，除非有一种机构允许进行膨胀。如果没有，并且在之后降低温度，密封件会收缩，其压缩负荷丢失并且发生泄漏。相比之下，本发明的柔性板装置不会受到这些与温度变化相关的缺点的影响。实际上，即使在杆密封件因温度变化而磨损和膨胀/收缩时，由本发明压板置于杆密封件上的活载荷也会提供提高的密封能力。

此外，本发明的活载允许对填料应力进行更多的控制，并且降低了对密封件/填料的过度压缩，从而增加密封等性能。因此，根据本发明的压板能够在从磨损到温度变化的各种填料位移下，为填料压盖提供所需的最小量的力。由于本发明改进了密封能力，本发明对在石油/化工市场中使用的与到大气的泄漏相关的所有阀门的大多数均有用，确保了对无组织排放标准的符合性。

本发明还提供了比贝氏垫圈或非活载型设计范围更大的可用于杆密封件/填料的负载。本发明不需要对基本产品配置(例如，阀门本身)进行任何更改。本发明是由金属薄片部件制成，这些金属薄片部件可以以相关的成本降低的方式高效制造。本发明只需改变板的数量，就易于针对在相同产品中使用的不同密封设计进行定制。这种定制通过改变板的数量实现了可变密封负载，其中增加压板数量将会相应地提高负载力。因此，通过改变所提供的压板的数量，可以轻松地改变密封件负载。

例如，图8是图5的多板布置类型中的三个板80、81、82的透视图。如通过查看顶端板80所示，每个板均包括用于通过给定轴/杆的中心孔80b以及侧向孔80a、80c。每个板均包括这种孔，这些孔当然是对齐的。如果在任何给定的阀门配置中存在一个以上螺柱/螺栓，应当理解的是，可能需要两个以上所示的侧向孔。因此，应当是显而易见的是，本发明可以和所示的示例性阀门以外的设备结合使用。具体地，本发明可以在阀门、泵、其它石油/化工加工装备、海洋轴密封件、发动机密封件或具有至少两个压盖螺栓/螺母的任何其他压缩填料的许多不同的配置中使用。

由于阀门配置当然可能会发生变化，应该理解的是，在不脱离本发明预期范围的情况下，也可以对本发明的柔性板装置的具体形状进行相应的变化。例如，图9是根据本发明的多板布置的备选版本的板的透视图。这里，示出了四个板90、91、92、93。如通过查看顶端板90所示，每个板均包括用于通过给定轴/杆的中心孔90b以及侧向孔90a、90c，在本实施例中，侧向孔以U-形凹口而非圆形孔示出。

本发明的上述实施例仅用于示例。在不脱离本发明范围的情况下，本领域技术人员可以对具体实施例进行更改、修改和改变，其中，本发明范围仅由本文所附权利要求限定。

Claims (18)

1.一种用于压紧密封件和填料的柔性板装置，所述装置包括：

多个板，每个所述板均包括中心孔和至少两个侧向孔，

其中，所述中心孔被配置成容纳轴，并且所述侧向孔被配置成容纳其上安装对应螺母的螺柱，并且拧紧所述螺母会抵靠阀门填料压紧所述多个板。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，每个所述板均由金属薄片形成。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，每个所述板均被配置成在载荷下提供防止永久弯曲的屈服强度。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多个板被配置成在各种温度下供应足以压紧密封件和填料的力。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多个板被配置成在密封件和填料磨损时供应足以压紧所述密封件和填料的力。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多个板的每一个均沿着与所述螺母的所述拧紧所施加的力相反的方向预弯曲。

7.一种阀杆密封设备，所述设备包括：

可以从第一位置移动到第二位置的杆；

围绕所述杆以保持第一环境和第二环境之间的密封件的填料；

多个由金属薄片形成的板，每个所述板均包括中心孔，所述杆可以穿过所述中心孔移动并且通过所述杆从所述第一位置到所述第二位置的各种移动在所述填料上提供足以防止所述第一环境和所述第二环境之间泄漏的活载力。

8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述多个板被配置成在各种温度下供应所述活载力。

9.根据权利要求7所述的设备，其中，所述多个板被配置成在所述填料磨损时供应所述活载力。

10.根据权利要求7所述的设备，其中，每个所述板均包括至少两个侧向孔，所述中心孔被配置成容纳轴，并且所述侧向孔被配置成容纳其上安装对应螺母的螺柱，并且拧紧所述螺母会抵靠所述填料压紧所述多个板。

11.根据权利要求10所述的设备，其中，每个所述板均被配置成在载荷下提供防止永久弯曲的屈服强度。

12.根据权利要求7所述的设备，其中，所述多个板的每一个均预弯曲以提供所述活载力。

13.一种用于改装杆密封件的套件，所述套件包括：

多个能够在荷载下提供防止永久弯曲的屈服强度的板，每个所述板均包括中心孔和至少两个侧向孔，

所述中心孔能够容纳杆轴，并且所述侧向孔能够容纳其上可安装对应螺母的螺柱，其中拧紧所述螺母会抵靠围绕所述杆轴的阀门填料压紧所述多个板。

14.根据权利要求13所述的套件，其中，每个所述板均由金属薄片形成。

15.根据权利要求13所述的套件，其中，所述多个板能够在各种温度下供应足以压紧所述填料的力。

16.根据权利要求13所述的套件，其中，所述多个板能够在所述填料磨损时供应足以压紧所述填料的力。

17.根据权利要求13所述的套件，其中，在杆从第一位置移动到第二位置后，所述多个板能够对围绕所述杆的所述填料提供活载以保持第一环境和第二环境之间的密封件，所述活载通过所述杆从所述第一位置到所述第二位置的各种移动足以防止所述第一环境和所述第二环境之间的泄漏。

18.根据权利要求13所述的套件，其中，所述多个板的每一个均沿着与所述螺母的所述拧紧所施加的力相反的方向预弯曲。