CN107420542A - 高压静态密封 - Google Patents

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Abstract

一种可弹性变形类型的静态密封垫片(1)，该垫片(1)在纵剖图中看与垂直于接合平面(YZ)的轴向方向(X)平行地延伸，垫片(1)围绕轴向方向(X)形成闭合环路，并且在每个横向半平面(XY)中呈现如下横截面形状，其使得有可能具体地确保垫片(1)被正确地定位在基本上互补形状的凹槽(5)的内侧。根据本发明，这种垫片(1)包括由可弹性变形的材料制成的主体(25')，未受力垫片(1)的每个横截面为多边形，该多边形不是规则的且横向不对称，每个横截面包括：顶部区域(18)，其从顶部区域(18)的内部表面(18I)延伸到限定垫片(1)的外部横向肩部(15)的外侧的外部背衬表面(18E)；以及垫片(1)的基部区域(22)，其在纵剖图中看部分地位于顶部区域(18)下方。

Description

高压静态密封
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年5月24日提交的FR 16 00829的权益，其全部公开内容以引用方式并入本文。
技术领域
本发明整体涉及在内部处于正压下的结构、例如流体管道的上游区段和下游区段之间的平面密封领域。
当通过上游区段和下游区段以可分离的方式刚性地紧固到彼此而获得时，这种密封被称为是静态的。
就本发明的意义而言，静态密封用于“高压”，即对于可能达到42兆帕(MPa)(420巴)至75MPa(750巴)量级的值的流体压力的正值。
在该领域中，本发明具体寻求通过安装为固体和可弹性变形的垫片来提供密封。
相比之下，可塑性变形的垫片是插置在两个平面表面之间的可压碎材料制成的平面切口，在两个平面表面之间要提供密封。利用这种可压碎的垫片所获得的密封意味着垫片的不可逆变形。
通常，本发明类型的密封提供将可弹性变形的垫片安装在形成于上游区段和下游区段中的一个中的凹槽中，垫片容纳在该凹槽中。例如，它可以是由弹性体制成的O型环。根据情况，为了安装为固体和可弹性变形的垫片，凹槽的截面可以是矩形、梯形，或有时是六边形。
本发明在具有对安全性和耐受性的严格要求的许多工业应用中是有用的。因此，本发明通常可在如下结构内找到应用场合，比如允许进入诸如飞机或潜艇的加压交通工具的开口。本发明也适用于例如允许进入诸如高压釜或工业炊具的工业设备，以及化学、能量或制药设备中的管道或阀的开口。
背景技术
本发明通常适用于形成快动阀(诸如“线盲”阀)的组件，并且如以下文献所示：FR1 264 881、FR 2 288 267、FR 2 323 938、FR 2 447 501、FR 2 672 958、FR 2 733 024和FR 2 756 346。
这种阀在如下的工业设备中使用，其中需要使压力下的流体流过管道网络。在维护或修改网络或在紧急情况下，希望能够以完全确定和密封的方式隔离两个连续的管道区段。
历史地来说，在中断管道中的流体流之后，用于将两个区段连接在一起的两个凸缘被分开，并且实心板(即实心壁)跨过流体通道而被固定在两个凸缘之间。这种实心板确保了密封是确定的。
该操作提供了所谓的“正”隔离，避免了具有内部阀构件的阀可能遭受泄漏的任何风险，或任何错误操纵的风险。然而，这种技术需要在时间、机械辅助(起重机)和劳动力方面相当大的装置。例如，在紧急情况下，或者对于大直径或难以进入的管道，插入这样的板并不总是适当的。
此外，该操作需要对其中需要进行干预的工业设备的昂贵的中断。
快动阀减轻了安装板的缺点，因此它们通常永久地安装在各种直径(例如在25毫米(mm)至1200mm的范围内)的管道上。
使用这种快动阀，偏心系统使得有可能瞬间将凸缘间隔开，以便在它们之间放置被称为闸门的滑动板。闸门可在两个位置之间移动：打开位置，其中面对闸门的开口的管道使流体流通过；以及关闭位置，其中如用板一样，管道被关闭。
为了获得密封，并且对于其打开位置和关闭位置中的每一个，闸门在每一面中设置有接收凹槽。可弹性变形的垫片被放置在这些凹槽中的每一个中。面对每个垫片，对应的凸缘具有为平面的底座。偏心系统然后使得凸缘能够夹紧在一起，使得底座抵靠垫片并且使其靠着闸门弹性地变形，从而提供密封。
常规地，快动阀的闸门凹槽是凹面的，并且在接合平面中为圆形的轮廓。通常，圆形横截面的O型环垫片插入对应形状的相应凹槽中。然而，凹槽的横截面有时是矩形、六边形或甚至三角形。
已知的垫片通常由可弹性变形的材料制成，诸如丁腈橡胶、氟化橡胶或聚乙烯。其他垫片由石墨、硅树脂或实际上由聚氨酯制成，可能包括金属片。
为了获得弹性变形，在垂直于接合平面的轴向方向上，未受力的垫片的厚度基本上大于接收其的凹槽的轴向深度。在夹紧以获得密封之前，垫片因此在轴向方向上从凹槽突出。在夹紧时，垫片弹性变形，并在底座之间产生密封表面。
例如，在未受力时，已知密封件提出在梯形凹槽中留出用于O型环的空膨胀体积，该容积为9％至10％的量级。举例来说，用于六边形凹槽中的O型环的空膨胀体积可以是16％的量级。然而，这种空膨胀体积基本上靠近凹槽的底部进行分布的方式不利于可变形垫片，该垫片呈现保证对抗高压的可靠的密封的轮廓。
虽然已知的垫片呈现出许多质量并且被广泛使用，例如，对于快动阀阀盘，目前其他技术问题在实践中仍然没有可接受的解决方案。
如今，当管道中的流体的压力超过某些值时，例如，至少在42MPa(420巴)至75MPa(750巴)的范围内，可弹性变形的垫片不保证耐用和可靠的静态密封。
此外，在现场安装期间，人为错误会导致将不适当形状的垫片的模型安装在凹槽中。
此外，可接受但是由不适当的材料组成构成的形状的垫片也具有由于人为错误而被安装的风险。
因此，在实践中确定适当的垫片的确安装在原位是复杂的或不可能的，并且这会有严重的后果。
具体地，对于诸如文献EP 1 764 533、EP 2 143 981和WO 01/79730中所具体描述的非圆形横截面的垫片，目前确定垫片是以预定的位置和正确的方式安装在凹槽中是复杂的甚至不可能的，这也会导致不期望的后果。
由快动阀的示例示出的另一个方面与以下相关联：将未受力的垫片从其安装的时刻起保持在凹槽内，直到通过将凸缘的底座夹紧到可滑动闸门的对应面上而获得密封。梯形或六边形的凹槽通常提供一定量的保持。
然而，当垫片被插入到凹槽中时，垫片在瞬间变形的情况下被强制地推入会损坏垫片的完整性。具体地，只要垫片的截面形状不是圆形，而是包括突起部，则垫片有被压碎或损坏的风险。具体地，对于高压应用场合，垫片被破坏是不可接受的，从而有不能够充分发挥其密封功能的风险。同样地，垫片在安装期间被压碎是不可接受的，因此它呈现初期断裂。
此外，某些安全程序要求老化的垫片不应该留在原处。具体地，某些材料随着时间的推移而失去其初始质量。因此，仅在某些条件下和给定的持续时间内才能保证垫片的有效性。因此，目前在现场确定正确的垫片确实已经安装了适当的时间长度是复杂的甚至是不可能的，这同样会导致令人遗憾的后果。
另外，垫片需要特别坚固，并且具有简单和紧凑的结构，同时还能够经济地制造，包括当仅产生有限的运行时。
在这种情况下，存在如下的凸缘垫片，其被设计成例如用于与符合SAEJ518C标准的凸缘式液压管、管道和耦接件一起使用。这些垫片代替O型环，而不需要修改现有的外壳(参照：http://de.dichtomatik.com/en/produktkatalog/flachdichtungen/10_f)。
同样地，存在有某些T形截面的垫片(参照：http://fr.prepol.com/produits/joints-en-t-et-joints-en-l)。这种T形垫片提供良好的静态密封，并由弹性体条和由塑料材料(聚四氟乙烯(PTFE)或聚醚醚酮(PEEK))制成的两个支承环组成。这些环具有可以使高压使用成为可能的防挤出功能，因为系统的压力用于驱动支承环。由于它们的对称形状，将这种T形垫片放置到位是简化的。
在这种条件下，文献EP 0 187 606描述了一种用于与平面和凸缘连接部组装的密封垫片。该垫片为环的形式，并且具有由位于两个金属环之间的石墨制成的模制的膨胀环形芯。由垫片形成的环具有石墨芯的两个平面的平行面。内金属环和外金属环在轴向方向上具有弹簧效应，并且呈现具有作为其主要方向的轴向方向的波状壁。
文献FR2 517 789描述了一种用于接合小直径且经受高温的管的复合密封垫片。垫片具有环形金属芯，其每一面上具有圆形凹槽，以及具有选择性的弹性回复能力的耐火材料衬里。衬里被放置在凹槽中并从垫片的面突出以被压缩，直到其在夹紧期间与金属芯齐平。
文献FR 2 850 153描述了具有金属外覆盖件和弹性内部结构的密封垫片。内部结构由被支撑件所重叠和分离的柔性叶片组成。支撑件位于叶片的两个侧面上，以交错的配置偏移。
文献US 3 260 496、US 3 734 457、WO2013/144167和WO2016/006802也作为技术背景而被提及。
发明内容
因此，本发明提出避免上述限制。
为此，本发明涉及一种可弹性变形类型的静态密封垫片。可弹性变形类型的静态密封垫片具有垂直于接合平面YZ的轴向方向X。垫片围绕方向X形成平行于所述接合平面的闭合环路，并且在由轴向方向X限定的每个横向半平面XY中呈现横截面，每个半平面在所述接合平面YZ中呈现横向方向Y。
根据本发明，垫片包括由可弹性变形的材料制成的单件主体，并且使得未受力的垫片的每个横截面是不规则且横向不对称的多边形。
未受力的垫片的每个横截面具有：
顶部区域，其从顶部区域的内部表面延伸到外部背衬表面，这些表面分别与轴向方向X间隔开最小内部尺寸和最大外部尺寸，外部背衬表面在外部限定垫片的外部横向肩部；
垫片的基部区域，其在纵剖图中看部分地位于顶部区域的下方，基部区域从内部基部表面朝向外部引导表面横向延伸，这些表面分别与轴向方向X间隔开最小内部测量值和最大外部测量值，最小内部测量值和最大外部测量值分别小于最小内部尺寸和最大外部尺寸，外部导向表面通过外部横向肩部与外部背衬表面间隔开；以及
外部横向肩部形成用于在安装垫片时定位目的的键合装置，垫片包括内部保持边沿，内部保持边沿与在内部顶表面和内部基部表面之间的单件主体成一体，以便朝向轴向方向X向内突出，从而阻挡在安装位置的垫片。
在本发明的示例中，垫片包括：
顶部区域的上表面，其在未受力时沿横向方向Y延伸，并且垂直于外部背衬表面和内部顶表面，顶表面在操作中的垫片和接合平面YZ之间提供密封接触；
基部区域的下表面，其在未受力时平行于上表面，垂直于外部引导表面和内部基部表面，并且在轴向方向X上与上表面相对，下表面在操作中的垫片与用于垫片的支承平面PJ之间提供密封接触；
顶部区域的中间表面，其布置在上表面和下表面之间，形成外部横向肩部，肩部垂直于轴向方向X，并且将外部背衬表面连接到外部引导表面，周边下降缩进部被布置在从外部横向肩部到下表面的垫片的底部处，引导表面平行于轴向方向X，以便朝向支承平面PJ引导基部区域在轴向方向X上的安装。
在一个实施例中，保持边沿具有受控变形，用于在横向方向Y上的外部抽出，并且在垫片已经被放置在安装位置之后，在更高的位置处包括弹性接触和保持弧。
在一个实施例中，垫片包括单件主体，其由具有1MPa至100吉帕斯卡(GPa)量级的杨氏模量的可弹性变形材料制成，使得外部横向肩部与主体一体制成。
在另一个实施例中，垫片包括由可弹性变形材料和不同的刚性防挤出环制成的主体，所述可弹性变形材料具有1MPa至100GPa量级的杨氏模量，所述防挤出环以粘结方式紧固到主体，以与肩部的至少一部分一起形成顶部区域的外部局部轮廓和外部背衬表面。
在一个实例中，防挤出环由硬度至多为900HV 0.3(维氏标度上的硬度)或67至68HRC(洛氏C标度上的硬度)的材料制成，并且选自：钢、不锈钢、钛、铜合金、铝合金、铅、聚合物、芳纶纤维、碳纤维、玻璃纤维、石墨、陶瓷。
在一个实例中，主体的材料由可弹性变形的材料制成，所述材料选自：含氟弹性体、氯-聚乙烯橡胶，氯-磺化聚乙烯橡胶、表氯醇橡胶、乙烯丙烯酸橡胶、乙烯丙烯橡胶、全氟化弹性体、四氟乙烯、聚氯丁烯、丁腈橡胶、硅酮或丁基橡胶。
在一个示例中，垫片在接合平面YZ中形成闭合环路轮廓，其选自以下各项：圆形、椭圆形、矩形，正方形和多边形。
在一个示例中，保持边沿沿着垫片的闭合环路而呈间歇，并且围绕该轮廓交替地包括：从基部区域的最小测量值突出的至少两个保持节段以及在横向方向上与基部区域的最小测量值齐平的至少两个缩进部。
本发明还涉及正压下的结构。该结构包括用于接收如上所述的可弹性变形类型的静态密封垫片的至少一个凹槽。操作中的结构中的流体的正压值为42MPa至75MPa的量级。凹槽呈现不规则且不对称的横截面，其包括：
接合平面中的上部通孔，其用于将垫片定位在凹槽中；
第一外部面，其面向顶部区域，使得顶部区域抵靠外部背衬表面的或这种顶部区域的防挤出环的该第一外部面；
键合环，其在轴向方向X上与支承平面PJ垂直地对准，并且从第一外部面朝向凹槽的内侧突出，其确定垂直于轴向方向的水平面，随后是朝向凹槽的底部倾斜的斜面，以便于将基部区域插入凹槽的底部，然后是用于引导基部区域的外部引导表面的第二外部面，直到基部区域与支承平面PJ的下表面接触；
凹槽的内部面；以及
边沿的保持阻隔件，其在横向方向Y上并且从内壁朝向凹槽的外面突出。
本发明还涉及在如上所述的结构中安装密封垫片的方法。
本发明的方法包括：
验证垫片与结构的凹槽相匹配的步骤；
验证垫片的至少一个标记与结构的规格的兼容性的步骤；
将垫片正确地定位在结构的凹槽中的步骤，垫片和凹槽的横截面允许垫片被正确地定位，或者防止垫片被错误地定位；
通过凹槽的保持阻隔件和垫片的保持边沿之间的相互作用的保持步骤；以及
然后将垫片放置在结构中的工作位置，以便获得静态密封。
附图说明
从以下通过说明给出的实施例的描述的上下文中并参照附图，本发明及其优点看起来更详细，其中：
图1是具有分别安装在四个对应凹槽中的四个高压密封垫片的示例性结构的分解立体图；
图2是本发明的密封垫片的立体图，其设置在具有标记的顶面上，并且具有用于防止垫片间歇移动的保持边沿；
图3A是根据本发明的示例性组件的局部截面图，其示出了没有任何添加的防挤出环的对应凹槽中的密封垫片；
图3B是类似于图3A的视图，但是将防挤出环添加到其中；
图4是根据本发明的示例性结构的局部剖视图，其中可看到安装在对应凹槽中的高压密封垫片；
图5是用于接收密封垫片的本发明的结构中的凹槽的立体图；
图6是示出了用于安装密封垫片的本发明的方法的示例性流程图；
图7是通过本发明的方法揭示的被错误地安装在对应凹槽中的密封垫片的示例的局部截面图。
图8是本发明的示例密封垫片的局部截面图，其中单件主体包括结合的外部引导表面；
图9是图8的密封垫片的另一个局部截面图；
图10是本发明的示例性密封垫片的局部截面图，其中将防挤出环添加到单件主体；以及
图11是图10的密封垫片的另一个局部截面图。
具体实施方式
存在于附图中的一个以上的图中的元件在它们中的每一个中被给出相同的参考。在附图中，示出了三个互相正交的方向X、Y和Z。
在一些示例中，在本发明中部件可具有相对于方向X的轴向对称的形状的情况下，方向X被认为是“轴向的”。术语“下”或“上”或实际上“中间”是相对于轴向方向X而定义的。与轴向方向X垂直的方向Y被称为横向的，并且方向Z是XYZ直角坐标系第三分量。通常，术语“下”表示更靠近凹槽的底部的位置，而术语“上”表示更靠近接合平面的位置。术语“内部”或“外部”是相对于径向方向X或Y中的一个或另一个而定义的。因此，“内部”表示更靠近轴X的位置，而“外部”表示更远离轴X的位置。
例如，图1示出了平行于方向Y和Z的接合平面YZ，以及平行于方向X和Y(或Z)的横向半平面XY。在图2-5和图7-11中，横向平面XY与片材的平面重合，并且接合平面YZ垂直于片材的平面。
图1示出了将密封垫片1安装在结构2上的示例。方法P(图6)说明了如何根据本发明将密封垫片1安装在这种结构2上。结构2形成装置I的一部分，如图1和图2中所示。
在某些实施例中，在诸如门或气闸的进入开口内，至少一个垫片1结合到呈加压交通工具(诸如飞行器或潜艇)的形式装置I中。
在其它实施例中，本发明应用于结构2，该结构2结合在用于诸如高压釜、工业炊具或其它装置I的工业设备的进入开口或密封接头中。在本发明的其它实施例中，具有安装在其中的一个或更多垫片1的结构2被结合到化学、石油、能源、制药或类似工业中的其它类型的装置I中。
在图2-5的实施例中，结构2结合在装置I中的管道中，并且更具体地结合在包括与图1所示的闸门可比的闸门的阀4中。在该附图中，结构2对应于可滑动闸门3，并且装置I对应于快动阀4。
四个可变形静态密封垫片1安装在构成本实施例中的结构2的阀3中的四个对应的凹槽5中。在结构2的上面(upper face)设置两个凹槽5，并且在沿着轴向方向X与上面相对的下面(lower face)中设置另两个凹槽5。
在图4中，本发明的垫片1安装在闸门3的上面中的凹槽5中。一个“上”凹槽5围绕切断腹板6(在图1中可见)，用于中断压力下的流体流F，另一个上凹槽5围绕贯通端口7，用于使流F在闸门3的上面中通过。在另一个或“下”面中，存在类似地安装在下凹槽5中并围绕切断腹板6的本发明的垫片1(未示出)，以及围绕贯通通道7的另一种垫片。
在操作中，图1的结构2邻接在诸如阀4的装置I的上游区段8和下游区段9之间。这些区段8和9是中空的，并且与端口7一起限定了用于可以是固体(粉末...)、液体或气体的形式的压力下流体流F的管道形式的通道10。这些上游区段8和下游区段9在操作中以可释放的方式刚性地紧固到彼此，并且气密地夹紧在结构2上。
在操作中，如图4所示，本发明的结构2是抵靠在由阀4形成的装置I的上游区段和下游区段之间的闸门3。这些上游区段和下游区段在操作中以可分离的方式自然地刚性和气密地紧固到结构2。
具体地，本发明的垫片1和结构2被设计成，承受操作中的大的正压力。本发明使得结构2的垫片1经受的流体压力有可能达到42MPa至75MPa量级的正值。
图2示出了本发明的密封垫片1的示例，其适合于安装在诸如图1所示的那些或与其不同的装置I内的任何结构2上。
在图3A和图3B的示例中，本发明的结构2具有至少一个凹槽5，其在半平面XY中呈现特定的横截面，并且与对应数量的垫片1协作，凹槽确保了承受压力、以及具体地提高了防止安装误差的安全性的显著能力。
在本发明中，密封垫片1是静态类型的，并且它是可弹性变形的。处于工作位置的垫片1通常在对应于接合平面YZ的平面中延伸。
在该接合平面YZ中，垫片1形成闭合环路(图2的示例中的圆形)。流体通道10沿着图2中的轴向方向X延伸。
在该示例中，垫片1在接合平面YZ中形成圆形轮廓的闭合环路。垫片1是围绕方向X的旋转主体。
在其他实施例中，作为非排他性示例，垫片1的闭合环路形状可以是椭圆形、矩形、正方形或多边形。在这样的实施例中，角度或弯曲呈现某些最小曲率半径，例如在矩形轮廓的两个直线区域之间。
在横向平面XY中，并且与O型环相反，本发明的垫片1呈现出不是圆形，也不是三角形，也不是矩形的横截面。简单来说，本发明的垫片1的横截面包含在横向平面XY中。
在本发明中，未受力的垫片1的横截面是多边形的形式，其是不规则的，并且相对于轴向方向X和相对于横向方向Y是不对称的。如图4中可看到的，每个凹槽具有外部面11、下面12、内部面13、键合边缘14和保持阻隔件16。
如下面所解释的，通过具体的外部横向肩部15和内部保持边沿17的存在而使垫片1是不对称的，例如，其可在图3A和图3B中看到。
参考图3A和图3B，可看出，未受力的垫片1在横向平面XY中呈现以下项：
顶部区域18，其从顶部区域18的内部表面18I延伸到外部背衬表面18E，这些表面在轴向方向X上间隔开最小内部尺寸19和最大外部尺寸20，外部背衬表面18E在外部限定垫片1的外部横向肩部；
垫片1的基部区域22，其在纵剖图中看部分地位于顶部区域18的下方，基部区域22从内部基部表面39朝向外部引导表面38横向延伸，这些表面沿着轴向方向X间隔开最小内部测量值23和最大外部测量值24，最小内部测量值23和最大外部测量值24分别小于最小内部尺寸19和最大外部尺寸20，外部导向表面38通过外部横向肩部15与外部背衬表面(18E)间隔开；以及
外部横向肩部15，其形成用于在安装垫片1时定位目的的键合装置，垫片1包括内部保持边沿17，内部保持边沿17与顶部的内部顶表面18I和内部基部表面39之间的主体25,25'成一体，以便朝向轴向方向X向内部突出，以阻挡在安装位置的垫片1。
在图3A中，顶部区域18具有外部背衬表面18E和内部顶表面18I。基部区域22还具有外部引导表面38和内部基部表面39。
图3A示出了(最小内部)测量值23和(最大外部)测量值24分别小于(最小内部)尺寸19和(最大外部)尺寸20。因此，顶部区域18相对于基部区域22朝向外面偏移。结果，顶部区域18相对于基部区域22向外部(在Y方向上)偏移，从而产生横向不对称。
在横向方向Y上，顶部区域18的背衬表面18E因此不覆盖基部区域22。因此，肩部15基本上从基部区域22朝向垫片1的外面横向突出。
换句话说，最大外部测量值24在外部横向肩部15下方一定距离处向内部延伸。最小内部测量值23和最小内部尺寸19在横向方向Y上从内部保持边沿17向内部偏移。因此，本发明提供了不对称的键合装置，以防止任何将垫片1上下颠倒地安装的风险。
在图2或图3A中，垫片1具有单件主体25。单件主体25形成顶部区域18和基部区域22。因此，单件主体25在尺寸19和20的外端之间限定垫片1的上表面26。
在图4中可看出，未受力下的主体25的表面26在横向方向Y上(并且在Z方向上自然地)延伸。
在安装位置，表面26突出超过凹槽5的顶部贯通开口27，如图3A和图3B中可看到的。该表面26以及因此垫片1的顶部从开口27、即从在安装位置中的该结构2的接合平面YZ突出0.5mm至4mm。因此可理解，在操作中，上表面26在接合平面YZ中通常与结构2的开口齐平地延伸。
边沿17结合在主体25,25'中，并且位于基部区域22和顶部区域18之间，以便在横向方向Y上朝向垫片1的内部突出，即，被引导朝向方向Y，以便将垫片1保持在安装位置。
因此，主体25,25'包括彼此一体地制成的基部区域22、边沿17、肩部15以及因此顶部区域18。
应该观察到，主体25形成中心芯28(在图9和图11中以虚线示出)，其从垫片1的顶部到底部轴向延伸，并且横跨外部背衬表面18E与边沿17的横向端部之间距离的50％至60°的范围内的横向宽度。借助轴向尺寸，从表面26到支承平面PJ，相比于肩部15和边沿17而言，芯28对变形较不敏感。在操作中，它与该芯28对准，并且由于其弹性，密封是通过在接合平面YZ中、并且在基部区域22和凹槽5的支承平面PJ之间推动表面26靠向结构2来提供的。
作为示例，主体25,25'由可弹性变形材料模制而成。在图2至图4的实施例中，主体25,25'的可弹性变形的材料呈现在约1MPa至100GPa范围内的杨氏模量。
其目的中的一个是确保保持边沿17在沿横向方向Y上的外部抽出中具有受控的变形。这使得有可能确保垫片1在对应的凹槽5中被放置到位并保持就位。类似地，该模量被设计成获得肩部15的受控变形。
作为示例，主体25,25'可由可弹性变形材料制成，其选自：FKM或FFKM含氟弹性体、氯-聚乙烯橡胶、氯-磺化聚乙烯橡胶、表氯醇橡胶、乙烯丙烯酸橡胶、乙烯丙烯橡胶或全氟化弹性体、四氟乙烯、聚氯丁二烯、丁腈橡胶、硅酮或丁基橡胶。
例如，材料是来自供应商Dupont的具有邵氏标度上的70至90的硬度的VitonR类型的聚合物。该材料呈现在72测试的邵氏A级标度上70±5的具体硬度，为12.31MPa的最小拉伸应力，测试高达211％的为175％的最小可接受伸长率，以及在6.24MPa的100％的杨氏模量。
图8和图9以及图10和图11示出了具体为主体25,25'的垫片1的两个实施例。
在图8和图9中，垫片1是单件式的，并且由可弹性变形的材料制成的主体25构成，使得外部横向肩部15和保持边沿17一体地一起制成。因此，主体25限定外部引导表面38。在这样的实施例中，一体制成的外部背衬表面18E可经受表面处理，以防止其硬化，例如，通过局部光化学反应、局部印刷涂层、局部沉积涂层等。
在图10和图11(和图2、图3B至图4、图7)中，垫片1包括由可弹性变形材料和附加的防挤出环29制成的主体25。与主体25不同，该防挤出环29是刚性的，并且延伸肩部15。
在这些实施例中，防挤出环29以粘结方式紧固，以便形成如带的顶部区域18的轮廓。因此，该防挤出环29的外表面21横向于肩部15的端部。
在图3B的示例中，并且如上所述，防挤出环29在方向Y上向外部延伸顶部区域18，并且因此有助于扩大外部横向肩部15，并且在组装期间将垫片放置在适当位置然后置于操作中。
在某些实施例中，防挤出环29由具有至多为维氏硬度标度上的900HV0.3或洛氏C硬度标度上67至68HRC的硬度的材料制成，并且其选自：钢、不锈钢、钛、铜合金、铝合金、铅、聚合物、芳纶纤维、碳纤维、玻璃纤维、石墨、陶瓷。
这种刚度的目的是确保当垫片1的周边在从安装位置经过至工作位置时有效地保持在凹槽5内侧，使得防挤出环29执行防挤出功能。术语“防挤出”功能用于表示其避免例如可弹性变形材料迁移到诸如可滑动闸门3的结构2的上表面或下表面上的任何风险。
在本发明中，顶部区域18的上表面26在接合平面YZ中提供垫片1在操作中的密封接触。垫片1、具体地是主体25,25'在未受力时还呈现平行于上面26的下面30。表面30在轴向方向X上与表面26相对，并且提供操作中的垫片1与凹槽5的底部对支承平面PJ的密封接触。
如下所述，考虑到所述结构2的斜面43的相关联的效应，在垫片1的表面30和外部引导表面38之间，形成有中心倒角22E(图8至图11)，使得垫片1容易地穿透到结构2的凹槽5的底部中。因此，该中心倒角22E参与将垫片1的基部区域22正确地放置就位，其中外表面38执行引导功能。
图3A和图4示出了垫片1在凹槽5中的安装时的定位释放了用于降低的周边缩进部31。该周边降低缩进部31位于肩部15与下表面30之间的垫肩1的底部处。缩进部31轴向地位于外背衬表面18E的下方。
由于主体25,25'的材料在从安装位置经过至工作位置时的受控变形，外部背衬表面18E引导肩部15沿着轴向方向X并且朝向支承平面PJ的变形，使得肩部部分地向下移动并占据缩进部31。
如图3B中所示，防挤出环29的外表面21引导肩部15的这种变形。
换句话说，表面18E和21沿着轴向方向X并且朝着凹槽5的底部(即，朝向支承平面PJ)并且在缩进部内侧，将肩部15的变形控制到其工作位置。这有助于在表面26和30处以及因此在芯28提供高度密封的接触。与现有技术的垫片相比，本发明可获得的程度在接合平面YZ和垫片支承平面PJ中也是特别大的，即垂直于轴向方向X。具体地，由于这些大尺寸的表面26和30，其中在垫片1和结构2之间发生静态密封，本发明提供了目前无与伦比的安全性，特别是针对大的压力。
保持边沿17的功能是在安装期间阻挡凹槽5中的垫片1。保持边沿17在边沿17的上、下和横向位置中是箍环的形式。
在图8和图10中，边沿17呈现接触弧32，其是弹性的，并且在垫片1已经在凹槽5中被放置就位之后防止移动。可理解，由于其倒圆形状，边沿17可被插入以夹紧在凹槽5中。因此，该圆弧32避免了垫片1在其被安装在凹槽5中时经受压碎和初期的断裂，这意味着边沿17的受控变形。
在轴向方向X上，边沿17大部分在顶部区域18内延伸，仅边沿17的底部处的补偿曲率位于基部区域22内。
在本发明的实施例中，保持边沿17沿着垫片1的闭合环路是连续的，即，边沿17在主体25,25'、以及因此垫片1的整个内部周边的上方延伸。
在图2所示的本发明的实施例中，保持边沿17沿着垫片1的闭合环路为间歇的，并且围绕该轮廓交替地包括从最小测量值23向内横向突出的至少两个保持节段33或箍环。至少两个缩进节段34在横向方向Y上与基部区域22的最小测量值23齐平。
在该实施例中，每个保持节段33具有例如30°±20°量级的角度范围35。每个缩进节段34在例如，120°±10°量级的间隔角36上延伸。
在图2中，各种标记37应用于主体25。在图2中，标记应用于垫片的下表面30。在图3A、图3B和图7-9中，附图标记42对应于标记37的迹线。
在该实施例中，标记37中的至少一个通过注射成型主体25而获得。在其他实施例中，在主体25已被模制之后，做出至少一个其它标记37，例如，通过热冲压等。
在图8和图10中，标记优选地形成在上表面26上，以便一旦已经安装了垫片1就可看见。
在这种类型的实施例中，多个标记37的布置与图2的布置相当，其中一个标记37(在左侧)是标识垫片1的生产日期的日期，通常通过注射成型(具有12个号码和中心字母数字标识符的表盘)。称为“中心”标记的另一个标记37表示可弹性变形的垫片1的材料的性质，并且是具有12个数字的表盘的形式。附加标记37(在右侧)是可弹性变形材料的硬度的指示，并且其是具有12个数字的表盘的形式。当然，其他标记是可能的。
在图8至图11中，可看出，由主体25,25'限定的肩部15与垫片1的引导表面38之间的形状接合部是凹面的和倒圆的。类似地，外部引导表面38和下表面30之间以及表面30和内部基部表面39之间的接合部是凸面的和倒圆的，从而构成相应的中心倒角22E。这旨在便于安装，并且避免压碎垫片。
在描述结构2之前，应该在图3A、图3B和图4中观察到，垫片1在其凹槽5中存在空的膨胀体积40，这些图中垫片是未受力的。
在横截面中，相对于垫片1的表面，该体积40为约12％。图3A、图3B示出了该体积40在中心芯28的任一侧面上被细分成两部分。容积40具有外部部分，即在凹槽5和外部引导表面38之间的周边下降缩进部31，以及内部基部表面39(图8至图11)和凹槽5之间的内部部分。
参考图3至图5，可看出，结构2、具体地是每个凹槽5呈现为多边形形式的横截面，该多边形不是规则的，并且在轴向方向X和横向方向Y上是不对称的。
凹槽5在接合平面YZ中具有上贯通开口27，用于将垫片1在凹槽5中放置就位。凹槽5具有内部面13和键合边缘14，其在轴向方向X上朝向凹槽5的底部被垂直地定位，即朝向支承平面PJ，并且沿着横向方向Y从第一外部支承面41朝向凹槽5的内侧突出(图3A、图3B和图4)。
在本发明中，每个外部支承面41被布置成抵抗和引导滑动防挤出环29的外表面21(图3B)或垫片1的外部背衬表面18E(图3A)。
键合边缘14具有垂直于轴向方向X的水平面44，随后是朝向凹槽5的底部倾斜的斜面43，以便于通过与基部区域22的中心倒角22E协作而将基部区域22插入凹槽5的底部。该斜面本身后面是用于引导基部区域22的外部引导表面38的第二外部面45，直到该基部区域22在凹槽5的底部处与支承平面PJ接触。
在本发明中，每个凹槽5具有用于与边沿17协作的保持阻隔件16。该阻隔件16在横向方向Y上朝向凹槽5的外侧、并且从形成凹槽5的内部面13的内壁13突出。该阻隔件16用于通过弹性夹持来提供保持力，从而将垫片1保持在凹槽5中。
参考图6，接下来是本发明的安装方法P的描述。该方法P包括：
验证垫片1与结构2的凹槽5相匹配的步骤E01；
验证垫片1的至少一个标记37与结构2的规格之间的兼容性的步骤E02；
将垫片1正确地定位在结构2的凹槽5中的步骤E03，垫片1和凹槽5的横截面允许垫片被正确地放置就位，或者防止其被错误地放置就位(参见下面关于图7的评论)；
保持阻隔件16和保持边沿17之间的相互作用的保持步骤E04；以及
然后是将垫片放置在结构2中的其工作位置以便获得静态密封的步骤E04。
在适当的情况下，并且如图6所示，方法P包括将垫片1从凹槽5中抽出的步骤E06，例如，用于可以是定期的、异常的或编程的维护操作。当更换垫片1时，该方法然后包括返回到方法P的开始的步骤E07。
为了说明将垫片1正确地定位在结构2的凹槽5中的步骤E03，图7示出了错误地安装在对应的凹槽5中的密封垫片1的示例，这通过本发明的方法来揭示。
具体地，可看出，垫片1无法正确地穿透到凹槽5中，在凹槽5的下面12和垫片的(通常上)表面26之间留下间隙。同样，边沿17不会越过阻隔件16，因为其基本上保持在插入倒角中。在这种情况下，在由于垫片相对于其正确的安装位置横向旋转180度而使得垫片被错误地安装的情况下，垫片1的受控变形是不可能的。具体地，与结构2共用接合面YZ的部件的任何夹紧是不可能的，基部区域22保持在凹槽5的外侧，并构成该部件的阻碍物，并且结构2朝向彼此并朝向接合面YZ移动。
通过本发明，获得了在高压下用于流体的管道的长度的上游区段和下游区段之间的静态密封，其也可在100℃至+320℃的范围内的温度下操作，用于流体在结构2中流动。
与现有技术的密封不同，本发明有利地使得在具有肩部和边沿的多边形凹槽5中的垫片1处于未受力状态下有可能提供约12％的空膨胀体积。该空体积允许衬垫1在其凹槽5中的极好的膨胀，并且确保垫片1的部分在膨胀期间在未受力时为空的体积中变形时分布良好，这有助于垫片1获得变形的轮廓，其必然保证密封。
本发明保证了即使当结构2中的流体的压力超过特别高的值时也是耐用和可靠的静态密封。
此外，在现场安装时，本发明避免了与要安装在给定凹槽5(例如，不适当形状的垫片)中的垫片1的模型有关的人为差错。
本发明还防止了可接受的形状但由不适当的材料制成的垫片由于人为差错而安装，因为标记使得有可能验证兼容性，并且还验证垫片1具有适当的限制日期。
利用本发明，在实践中很容易确定适当的垫片1已在现场被正确安装。另外，由于不是圆形并且呈现用于将垫片1安装在对应的凹槽5中的正确的和错误的方向的横截面，现在容易确定的是，垫片1以正确的位置并以正确的方式安装在凹槽5的内侧。
此外，由于保持边沿，本发明保证了从其被安装的时刻将未受力的垫片1保持在凹槽5的内侧，并且直到获得密封。当从未受力状态向工作状态进行夹紧时，本发明确保垫片1逐渐变形并以分布的方式变形，从而避免对其完整性的危害。具体地，只要垫片1的截面中具有圆角的形状确保将其轻轻地插入凹槽5中，则本发明的垫片1不再具有被压碎或损坏的风险。这避免了初期的断裂。
此外，垫片1是特别坚固、简单和紧凑的，同时能够经济地制造，通常通过注射成型，甚至对于有限的运行。
自然地，对于其实施方式，本发明可进行变化。虽然描述了几个实施例，但是不可能想到详细地识别本发明的所有可能的实施例。因此，某些实施例在保留在本发明的范围内的同时提供了替换由等效方式描述的任何装置。
表1

Claims (12)

1.一种可弹性变形类型的静态密封垫片(1)，所述垫片(1)在纵剖图中看与垂直于接合平面(YZ)的轴向方向(X)平行地延伸，所述垫片(1)围绕所述轴向方向(X)形成闭合环路，并且在由所述轴向方向(X)限定的每个横向半平面(XY)中呈现横截面，每个半平面在所述接合平面(YZ)中呈现横向方向(Y)，其中所述垫片(1)包括由可弹性变形材料制成的主体(25,25')，未受力的所述垫片(1)的每个横截面是不规则且横向不对称的多边形，每个横截面包括：
顶部区域(18)，所述顶部区域从所述顶部区域(18)的内部表面(18I)延伸到外部背衬表面(18E)，这些表面分别与所述轴向方向(X)间隔开最小内部尺寸(19)和最大外部尺寸(20)，所述外部背衬表面(18E)在外部限定所述垫片(1)的外部横向肩部(15)；
所述垫片(1)的基部区域(22)，所述基部区域在纵剖图中看部分地位于所述顶部区域(18)的下方，所述基部区域(22)从内部基部表面(39)朝向外部引导表面(38)横向延伸，这些表面分别与所述轴向方向(X)间隔开最小内部测量值(23)和最大外部测量值(24)，所述最小内部测量值(23)和所述最大外部测量值(24)分别小于所述最小内部尺寸(19)和所述最大外部尺寸(20)，所述外部导向表面(38)通过外部横向肩部(15)而与所述外部背衬表面(18E)间隔开；以及
外部横向肩部(15)，所述外部横向肩部形成用于在安装所述垫片(1)时定位目的的键合装置，所述垫片(1)包括内部保持边沿(17)，所述内部保持边沿(17)在所述内部顶表面(18I)和所述内部基部表面(39)之间与所述主体(25,25')成一体，以便朝向所述轴向方向(X)向内部突出，以阻挡在所述安装位置的垫片(1)。
2.根据权利要求1所述的垫片(1)，其特征在于，所述垫片(1)包括：
所述顶部区域(18)的上表面(26)，在未受力时，所述上表面在所述横向方向(Y)上延伸，并且垂直于所述外部背衬表面(18E)和所述内部顶表面(18I)，所述顶表面(26I)在操作中的所述垫片(1)和所述接合平面(YZ)之间提供密封接触；
所述基部区域(22)的下表面(30)，在未受力时，所述下表面平行于所述上表面(26)，垂直于所述外部引导表面(38)和所述内部基部表面(39)，并且在所述轴向方向(X)上与所述上表面相对，所述下表面(30)在操作中的所述垫片(1)与用于所述垫片(1)的支承平面(PJ)之间提供密封接触；以及
所述顶部区域(18)的中间表面(15I)，所述中间表面布置在所述上表面(26)和所述下表面(30)之间，形成所述外部横向肩部(15)，所述肩部(15)垂直于所述轴向方向(X)，并且将所述外部背衬表面(18E)连接到所述外部引导表面(38)，周边下降缩进部(31)从所述外部横向肩部(15)到所述下表面(30)被布置在所述垫片(1)的所述底部处，所述引导表面(38)平行于所述轴向方向(X)，以便引导所述基部区域(22)朝向所述支承平面(PJ)而在所述轴向方向(X)上的安装。
3.根据权利要求1所述的垫片(1)，其特征在于，所述保持边沿(17)具有受控变形，用于在所述横向方向(Y)上的外部抽出，并且在所述垫片(1)已经被放置在所述安装位置之后，在更高的位置处包括弹性接触和保持弧(32)。
4.根据权利要求1所述的垫片(1)，其特征在于，所述垫片(1)为单件式的，并且由具有1MPa至100GPa量级的杨氏模量的可弹性变形材料的主体(25)构成，使得所述外部横向肩部(15)与所述主体(25)一体制成。
5.根据权利要求1所述的垫片(1)，其特征在于，所述垫片(1)包括由可弹性变形材料和不同的刚性防挤出环(29)制成的所述主体(25')，所述可弹性变形材料具有1MPa至100GPa量级的杨氏模量，所述防挤出环(29)以粘结方式紧固到所述主体(25')，以与所述肩部(15)的至少一部分一起，形成所述顶部区域的外部局部轮廓和所述防挤出环的所述外部表面(21)。
6.根据权利要求5所述的垫片(1)，其特征在于，所述防挤出环(29)由硬度至多为900HV0.3(维氏标度上的硬度)或67HRC至68HRC(洛氏C标度上的硬度)的材料制成，并且选自：钢、不锈钢、钛、铜合金、铝合金、铅、聚合物、芳纶纤维、碳纤维、玻璃纤维、石墨、陶瓷。
7.根据权利要求1所述的垫片(1)，其特征在于，所述主体(25,25')的所述材料由可弹性变形的材料制成，所述材料选自：含氟弹性体、氯-聚乙烯橡胶、氯-磺化聚乙烯橡胶、表氯醇橡胶、乙烯丙烯酸橡胶、乙烯丙烯橡胶、全氟化弹性体、四氟乙烯、聚氯丁烯、丁腈橡胶、硅酮或丁基橡胶。
8.根据权利要求1所述的垫片(1)，其特征在于，所述垫片(1)在所述接合平面(YZ)中形成闭合环路轮廓，该轮廓选自以下各项：圆形、椭圆形、矩形，正方形和多边形。
9.根据权利要求1所述的垫片(1)，其特征在于，所述保持边沿(17)沿着所述垫片(1)的所述闭合环路而呈间歇的，并且围绕所述轮廓交替地包括从所述基部区域(18)的所述最小测量值处突出的至少两个保持节段(33)以及在所述横向方向(Y)上与所述基部区域(18)的所述最小测量值齐平的至少两个缩进部(34)。
10.根据权利要求1所述的垫片(1)，其特征在于，所述垫片(1)在所述外部引导面(38)与所述下表面(30)之间包括中心倒角(22E)。
11.一种在正压下的结构(2)，所述结构(2)包括至少一个凹槽(5)，其中根据权利要求1所述的可弹性变形类型的静态密封垫片(1)被布置在所述凹槽(5)中，操作中的所述结构(2)中的流体的所述正压值为42MPa至75MPa的量级，所述槽(5)呈现不规则且不对称的横截面，所述结构包括：
所述接合平面(YZ)中的上部通孔(27)，所述上部通孔用于将所述垫片(1)定位在所述凹槽(5)中；
第一外部面(41)，所述第一外部面面向所述顶部区域(18)，使得所述顶部区域抵靠所述外部背衬表面(18E)的或所述防挤出环(29)的所述外部表面(21)的该第一外部面(41)；
键合环(14)，所述键合环在所述轴向方向(X)上与所述支承平面(PJ)垂直地对准，并且从所述第一支承面(41)朝向所述凹槽(5)的所述内侧突出，确定垂直于所述轴向方向(X)的水平面(44)，随后是朝向所述凹槽(5)的底部倾斜的斜面(43)，以便于将所述基部区域(22)插入所述凹槽(5)的所述底部，然后是用于引导所述基部区域(22)的所述外部引导表面(38)的第二外部面(45)，直到所述基部区域(22)在所述凹槽(5)的所述底部处与所述支承平面(PJ)相接触；
所述凹槽(5)的内部面；以及
所述边沿(17)的保持阻隔件(16)，所述保持阻隔件在所述横向方向(Y)上并且从所述内部面(13)朝向所述凹槽(5)的外面突出。
12.一种将根据权利要求1所述的密封垫片(1)安装在结构(2)中的方法(P)，其中所述方法(P)包括：
验证所述垫片(1)与所述结构(2)的凹槽(5)相匹配的步骤(E01)；
验证所述垫片(1)的至少一个标记(37)与所述结构(2)的规格的兼容性的步骤(E02)；
将所述垫片(1)正确地定位在所述结构(2)的所述凹槽(5)中的步骤(E03)，所述垫片(1)和所述凹槽(5)的所述横截面允许所述垫片被正确地定位，或者防止所述垫片被错误地定位；
通过所述凹槽(5)的保持阻隔件(16)和所述垫片(1)的所述内部保持边沿(17)之间的相互作用的保持步骤(E04)；以及
然后，将所述结构(2)中的所述垫片(1)放置在工作位置(E05)，以便获得静态密封。
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