CN107407415B - 流体输送系统的垫圈组件及其组装方法 - Google Patents

Abstract

提供一种用于流体输送系统(100)中的垫圈组件(200)。垫圈组件(200)包括环绕流动通道(104)并包括其中形成有凹口(218)的内表面(216)的第一环(202)。垫圈组件(200)还包括至少部分地插入凹口(218)中的防尘罩(206)。防尘罩(206)位于第一环(202)和流动通道(104)之间，以防止来自第一环(202)的微粒进入流动通道(104)。

Description

流体输送系统的垫圈组件及其组装方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年12月30日提交的美国临时专利申请No.62/098,027的优先权，其全部内容通过引用被整体并入本文。

技术领域

本发明的领域总体涉及在流体输送系统内提供密封的系统和方法，更具体地，涉及用于防止颗粒进入流体流动通道的系统和方法。

背景技术

许多传统的流体输送系统包括将流体引导通过管道的两个或多个区段。例如，流化床反应器(FBR)是一种可用于执行各种多相化学反应的流体输送系统。在这种类型的反应器中，流体(气体或液体)通过管道并以高到足以使固体悬浮并使其表现得像流体一样的速度进入包含颗粒状固体材料(通常是可能形成为微小球体的催化剂)的腔室中。

由于在FBR以高速引导流体，因此在流体经其引导的管道的邻接部分之间需要可靠的密封。传统上，标准金属环形接头(RTJ)垫圈用于这种高压力的应用。RTJ垫圈通过在垫圈与邻接管道的相对的法兰/凸缘之间形成金属对金属密封的方式而实现密封。RTJ垫圈被选择成使得垫圈材料比凸缘面更柔软，从而当垫圈安装就位时，垫圈嵌入凸缘中。

在许多较高的法兰磅级(磅级600及以上)中，连接法兰的螺栓具有足以将金属RTJ垫圈正确地安装就位的强度。然而，在较低的法兰磅级，例如150磅级和300磅级，螺栓可能没有足够的强度来将垫圈正确地安装就位。

此外，一些RTJ垫圈在安装就位时有可能从垫圈的表面材料流出微粒。这些颗粒可能行进到流动通道并被夹带在流过其中的流体中并污染希望的反应。

因此，需要一种垫圈，其具有较低的垫圈座应力，以使垫圈能够正确就位，并且还防止垫圈颗粒夹带在流体流中。

本背景技术部分旨在向读者介绍可能与下面描述和/或要求保护的本发明的各个方面相关的技术的各个方面。相信这种讨论将有助于向读者提供背景信息以便于更好地理解本发明的各个方面。因此，应当理解，这些说明将以此而不是现有技术的陈述来进行描述。

发明内容

提供一种用于流体输送系统中的垫圈组件。垫圈组件包括环绕流动通道的第一环，并且所述第一环包括其中形成有凹口的内表面。垫圈组件还包括至少部分地插入凹口中的防尘罩。防尘罩位于第一环和流动通道之间，以防止第一环的微粒进入流动通道。

提供一种用于通过流动通道引导流体的流体输送系统。流体输送系统包括具有第一凸缘的第一管道，具有第二凸缘的第二管道和位于第一凸缘和第二凸缘之间以在第一凸缘和第二凸缘之间形成密封的垫圈组件。垫圈组件包括具有其中形成有凹口的径向内表面的外环和至少部分地插入所述凹口中的防尘罩。防尘罩位于外环和流动通道之间，以防止外环的微粒进入流动通道。

一种流体输送系统的组装方法，该方法包括提供其中形成有凹口的第一环，其中第一环环绕流动通道。然后将第二环至少部分地插入凹口中。该方法还包括如此将第三环附接至第二环，以使得第二环将第一环与第三环间隔开。第三环位于第一环和流动通道之间，以防止第一环的微粒进入流动通道。

存在与上述方面相关的特征的各种细化。另外的特征也可以并入上述方面。这些细化和附加特征可以单独存在或以任何组合存在。例如，下面关于任何所示实施例所描述的各种特征可以单独地或以任何组合结合到任何上述方面。

附图说明

图1是包括垫圈组件的一个实施例的流体输送系统的横截面；

图2是图1的垫圈组件的俯视图；

图3是沿图2中的线3-3截取的垫圈组件的外环的横截面；

图4是图2的垫圈组件的中间环的俯视图；

图5是图2的垫圈组件的内环的俯视图；和

图6是沿图2中的线6-6截取的流体输送系统的一部分的横截面。

在附图的几个视图中，相应的附图标记表示相应的部分。

具体实施方式

参考图1，流体输送系统被示出并且总体上以100表示。流体输送系统100用于将流体流102通过流动通道104引导到期望的目的地。在一个实施例中，流体输送系统100是流化床反应器的一部分。更具体地，流体输送系统100用于流化床反应器的气体入口处的高纯度气体应用。在另一个合适的实施例中，流体输送系统100是便于如本文所述的流体输送系统100的操作的任何系统的一部分。

所示的流体输送系统100包括连接到第二管道108的第一管道106。更具体地，第一管道106包括连接到第二管道108的第二凸缘112的第一凸缘110。当流体输送系统被组装，第一管道106和第二管道108限定通过其的流动通道104。此外，第一凸缘110包括与第二凸缘112的第二表面116相向定向的第一表面114。凸缘110和112通过插入在凸缘110和112中的每个凸缘中限定的贯通的开口的紧固件118彼此连接。

第一凸缘110还包括限定在其中的第一凹槽120。第一凹槽120包括一对倾斜定向的壁122，每个壁包括接合表面124。每个接合表面124包括多个凹槽、脊部或齿，如下面进一步详细描述的。类似地，第二凸缘112包括限定在其中的第二凹槽126。第二凹槽126包括一对倾斜定向的壁128，每个壁包括接合表面130，该接合表面130包括多个凹槽、脊部或齿，如下面进一步详细描述的。第一和第二凹槽120和126对准，使得凹槽120和126在它们之间限定空腔132。

流体输送系统100还包括定位在空腔132内的垫圈组件200，使得第一和第二表面114和116由间隙134间隔开。垫圈组件200包括外环202、多个密封条204和防尘罩206。所述多个密封条204和防尘罩两者都附接到外环202。更具体地，防尘罩206包括附接至外环202的中间环208和附接至中间环208的内环210。

垫圈组件200构造成在管道106和108的凸缘110和112之间提供密封，以防止流动通道104内的流体102在凸缘110和112之间逸出。更具体地，外环202提供凸缘110和112之间的流体密封，并且防尘罩206提供外环202和流动通道104之间的颗粒密封。更具体地，防尘罩206以及因此的中间环208和内环210位于凸缘110和112之间的间隙134内，以防止来自外环202和/或密封条204的任何颗粒进入流动通道104并污染流过其中的流体102。

图2示出了包括外环202和防尘罩206的垫圈组件200的俯视图。如上所述，防尘罩206包括中间环208和内环210。

图3是沿图2中的线3-3截取的垫圈组件200的外环202的横截面。在一个实施例中，外环202是八边形金属齿形环垫圈(Kammprofile ring joint gasket)。在其它合适的实施例中，外环202是有利于如本文所述的流体输送系统的操作的任何类型的环形垫圈密封件。外环202包括多个倾斜定向的接合表面212，其各自包括形成在其上的多个凹槽或脊部214。密封条204在相应的接合表面212处附接到外环202，使得每个密封条204定位在相应接合表面212的多个凹槽214上。

在一个实施例中，外环202由金属材料形成，例如但不限于不锈钢、镍铬合金和铬钢合金。更具体地，外环202由金属材料形成，使得外环202具有在约2,500磅/平方英寸(psi)和约5,000psi之间的范围内的垫圈座应力。在另一个合适的实施例中，外环202可以具有能够实现如本文所述的流体输送系统的操作的任何垫圈座应力。此外，所述多个密封条204由比外环202和凸缘110和112的材料更软的金属材料形成。更具体地，所述多个密封条204由诸如但不限于石墨、剥离型蛭石、云母或聚四氟乙烯的材料形成。

外环202还包括内表面216，内表面216包括限定在其中的凹口218。如下面进一步详细描述的，凹口218构造成在其中容纳防尘罩206的至少一部分。

图4是垫圈组件200的中间环208的俯视图。中间环208包括内边缘220、外边缘222以及在内边缘和外边缘之间限定的宽度W1。在一个实施例中，中间环208是C形的，并且包括第一端部224、第二端部226和在该第一端部与该第二端部之间限定出的间隙228。中间环208的C形形状有助于使端部224和226彼此独立地移动以增加垫圈组件200的组装的容易性。在另一个合适的实施例中，中间环208是连续的环，并且不包括间隙228。如本文所述的，中间环208的外边缘222插入外环202中限定的凹口218中，以将防尘罩206附接到外环202。

在一个实施例中，中间环208以及因此的防尘罩206可自由地在凹口218内浮动，并且不通过任何机械或粘合机构刚性地附接到外环202。在另一个合适的实施例中，中间环208刚性地附接至外环202的凹口218内。在一个实施例中，中间环208是由金属材料例如但不限于不锈钢形成的大致扁平的环。在另一个合适的实施例中，中间环208由便于如本文所述的流体输送系统的操作的任何材料形成。

图5是垫圈组件200的内环210的俯视图。内环210是包括径向内表面230和径向外表面232的基本中空的可压缩管环。在一个实施例中，径向外表面232通过点焊附接到中间环208的径向内边缘220。在另一个合适的实施例中，内环210通过能够实现本文所述的流体输送系统的操作的任何方式附接到中间环208。

内环210还包括形成在其中的一对通气孔234。更具体地，通气孔234相对于彼此形成在内环的相对的两点处。也就是说，通气孔234彼此间隔180°地形成。通气孔234构造成当内环210安装在凸缘110和112之间时防止跨内环210形成压力差。更具体地，通气孔232防止内环210的流动通道侧与在内环210和外环202之间限定的空间之间的压力差。此外，两通气孔232形成为间隔180°，以使来自外环202和/或密封条204的颗粒在内环210内必须行进以逃离内环210并与流动通道104内的流体102混合的距离最大化(这可以称为“曲折路径”)。

在一个实施例中，内环210由例如但不限于不锈钢的金属材料形成。在另一个合适的实施例中，内环210由便于本文所述的流体输送系统100的操作的任何材料形成。更具体地，内环210由当第一和第二凸缘110和112紧固在一起时变形的任何材料形成。

图6是沿图2中的线6-6截取的流体输送系统100的一部分的横截面。如图6中所示，内环210具有直径D，该直径D基本上类似于凸缘表面114和116之间的间隙134的宽度W2。另一个合适的实施例中，内环210具有略小于或略大于间隙134的宽度的直径。因此，当流体输送系统组装时内环210跨过间隙134并且在凸缘表面114和116之间的整个距离延伸。

在操作中，外环202定位在第二槽126内，使得密封条204定位在外环202的脊部214和第二凹槽126的接合表面124之间。防尘罩206通过将中间环208的内边缘220附接到内环210的外表面232来组装。防尘罩于是安装就位于在外环202的内表面216中限定的凹口218内。中间环208包括略小于凹口218的宽度W3的厚度T，使得中间环的外边缘222部分地插入凹口218中。如上所述，在一个实施例中，防尘罩206不是通过任何方式刚性地紧固到外环202。

一旦防尘罩206就位，第一管道106便被定位成使得第一凹槽120接收外环202的一部分。更具体地，与第二凹槽126类似，外环202如此地位于第一凹槽120内，以使得密封条204位于外环202的脊部214和第一凹槽120的接合表面124之间。

在这种构型中，如图6中所示，防尘罩206位于相对的凸缘表面114和116之间的间隙134中，使得内环210跨过间隙134的宽度W2。

紧固件118然后螺纹地穿过凸缘110和112并被紧固。紧固件118的紧固导致凸缘接合表面124(在凹槽120和126中)的脊部接合密封条204。更具体地，密封条204在接合表面124与外环接合表面212的脊部214之间被压缩。密封条204的压缩产生防止流体102离开流动通道104并暴露于外部环境的密封。

在紧固期间，来自密封条204或凸缘110和112的颗粒可能会在密封条204被压缩时被压碎并被引入间隙134。防尘罩206构造成防止这些颗粒行进到流动通道104并被夹带在其中的流体102中。

当管道106和108被连接并紧固在一起时，凸缘表面114和116之间的间隙134的宽度W2减小，这又导致内环210的压缩变形。因此，内环210在凸缘表面114和116之间形成密封并密封间隙134。在这种构型中，内环210的流动通道侧与垫圈侧被密封阻隔开以防止在紧固期间产生的、来自外环202、密封条204或凸缘110和112的任何微粒进入流动通道104。

如上所述，在内环210中形成有通气孔232，以防止在内环210的流动通道侧与垫圈侧之间形成压力差。通气孔232使内环210两侧的压力平衡。此外，两个通气孔232被钻设成彼此间隔开180°，使得如果任何颗粒通过一个通气孔232进入内环210，则颗粒必须围绕内环210的圆周行进最大距离到另一个通气孔232以离开内环210。

本发明的流体输送系统和垫圈组件提供了对已知流体输送系统和垫圈组件的改进。本发明的垫圈组件具有比已知垫圈组件更低的垫圈座应力，并且还通过将主要垫圈体与流动通道密封阻隔来保持流体流的纯度水平。

更具体地，本文所述的垫圈组件包括防尘罩，其防止从流体输送系统的其它部件被弄碎的颗粒被夹带在流动通道内流动的流体中。防尘罩包括定心中间环和可压缩管状内环。将中间环插入在外环中形成的凹口中，并将内环与外环隔开。内环定位在相邻管道的相对表面之间，使得当管道紧固在一起时，内环变形并在外环和流动通道之间形成密封。

当介绍本发明的元件或其实施例时，冠词“一”，“一个”，“该”和“所述”旨在表示存在一个或多个元件。术语“包括”，“包含”和“具有”旨在是开放性的，并且意味着可以存在除列出的元件之外的另外的元件。

由于在不脱离本发明的范围的情况下，可以在上述结构和方法中进行各种改变，所以旨在使得上述描述中所包含的以及附图中所示的所有内容被解释为说明性的而不是限制意义的。

Claims (16)

1.一种用于流体输送系统中的垫圈组件，所述垫圈组件包括：

第一环，所述第一环包括在其中形成有凹口的内表面，其中，所述第一环环绕流动通道；和

至少部分地插入到所述凹口中的防尘罩，所述防尘罩定位在所述第一环和所述流动通道之间以防止所述第一环的微粒进入所述流动通道；

所述防尘罩包括部分地插入所述凹口中的第二环和附接至所述第二环的第三环；所述第三环包括形成在所述第三环中的一对通气孔，以防止跨第三环形成压力差，并且所述一对通气孔形成为绕所述第三环的中心彼此间隔开约180°。

2.根据权利要求1所述的垫圈组件，其中，所述第二环呈大致C形并且包括第一端部、第二端部和在第一端部和第二端部之间限定出的间隙。

3.根据权利要求1所述的垫圈组件，其中，所述第二环是大致扁平的并且具有小于所述凹口的宽度的厚度。

4.根据权利要求1所述的垫圈组件，其中，所述第三环是大致管状的。

5.根据权利要求1所述的垫圈组件，其中，所述第三环构造成能变形以在所述第一环和所述流动通道之间形成密封。

6.根据权利要求1所述的垫圈组件，其中，所述防尘罩由金属材料形成。

7.根据权利要求1所述的垫圈组件，其中，所述一对通气孔和所述第三环限定曲折路径。

8.一种用于将流体引导通过流动通道的流体输送系统，所述流体输送系统包括：

包括第一凸缘的第一管道；

包括第二凸缘的第二管道；

位于所述第一凸缘和所述第二凸缘之间以在第一凸缘和第二凸缘之间形成密封的垫圈组件，所述垫圈组件包括：

外环，该外环包括在其中形成有凹口的径向内表面；和

至少部分地插入到所述凹口中的防尘罩，所述防尘罩定位在所述外环和所述流动通道之间，以防止所述外环的微粒进入所述流动通道；

其中，所述防尘罩包括部分地插入所述凹口中的中间环和附接至所述中间环的内环；所述内环包括形成在所述内环中的一对通气孔，以防止跨内环形成压力差，并且所述一对通气孔形成为绕所述内环的中心彼此间隔开约180°。

9.根据权利要求8所述的流体输送系统，其中，所述第一凸缘包括形成在其中的第一凹槽，并且所述第二凸缘包括形成在其中的第二凹槽，使得所述第一凹槽和第二凹槽组合以形成空腔，并且其中所述外环定位在所述空腔内。

10.根据权利要求9所述的流体输送系统，其中，所述外环包括多个第一接合表面，所述第一凹槽包括至少一个第二接合表面，并且所述第二凹槽包括至少一个第三接合表面，并且其中所述垫圈组件包括位于所述多个第一接合表面中的一个第一接合表面与所述第二接合表面之间以及位于所述多个第一接合表面中的另一第一接合表面与所述第三接合表面之间的多个密封条。

11.根据权利要求10所述的流体输送系统，其中，所述第一接合表面、第二接合表面和第三接合表面中的每一个包括构造成接触相应的密封条的多个脊部。

12.根据权利要求8所述的流体输送系统，其中，所述第一凸缘包括第一表面，并且所述第二凸缘包括第二表面，该第二表面与所述第一表面间隔开以在其间限定出间隙，并且其中所述防尘罩位于所述间隙内并且构造成能变形以在外环和流动通道之间形成密封。

13.根据权利要求8所述的流体输送系统，其中，所述内环是大致管状的。

14.根据权利要求8所述的流体输送系统，其中，所述内环构造成能变形以在所述外环和所述流动通道之间形成密封。

15.一种流体输送系统的组装方法，包括：

提供其中形成有凹口的第一环，其中所述第一环环绕流动通道；

将第二环至少部分地插入所述凹口中；

将第三环附接至所述第二环，以使得所述第二环将所述第一环与所述第三环间隔开，其中，所述第三环位于所述第一环和所述流动通道之间，以防止所述第一环的微粒进入所述流动通道；

其中所述第三环包括形成在所述第三环中的一对通气孔，以防止跨第三环形成压力差，并且所述一对通气孔形成为绕所述第三环的中心彼此间隔开约180°。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括将所述第一环插入由在流体流动管道的邻接部分中形成的一对凹槽限定的空腔中。

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