CN116441071A - 喷雾嘴组件的高压密封装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了喷雾嘴组件的高压密封装置,包括静态轴向密封压盖(100,100'),其显著地形成在基板(31,52)中,并且具有内侧壁(32,53)、外侧壁(33,54)和在内侧壁(32,53)与外侧壁之间延伸的底板(34,55);内侧壁(32,53)和外侧壁(32,53)中的一个或两个沿其深度的主要部分在径向截面上具有凹形轮廓,以限定靠近该基板(31,52)的平台的突出边缘(35,56);该压盖(100,100')与弹性体O形环(39,59)配合,该O形环通过与该突出边缘(35,56)过盈配合而定位和保持,其在内侧壁(32,53)上受到张力或者在外侧壁(33,54)上受压。

Description

喷雾嘴组件的高压密封装置
分案申请
本申请为申请号2017800295508、申请日2017年4月11日、题为“喷雾嘴组件的高压密封装置”的分案申请。
技术领域
本发明涉及工业喷雾嘴组件,其特征在于用于喷雾干燥应用的高压操作。
背景技术
喷雾嘴组件用于各种工业应用中,例如乳制品的喷雾干燥。这些喷雾嘴组件在高压(通常超过3000psi)和一系列温度下操作。
因此,这种类型的喷雾嘴组件必须精确设计,以在高压条件下可以安全可靠地操作,并且可用于工业环境中的人体工程学应用。
由于高压操作,喷雾嘴组件依赖于坚固的密封装置以确保安全性和性能。然而,对于高压静态密封应用,几乎不存在具有建设性的设计建议。
作为示例,其中一种可信和权威的参考材料是《Parker O形环手册》('Parker'),由Parker Hannifin Corporation,Cleveland,Ohio出版。虽然其通常作为一种有价值的出版物,但《Parker O形环手册》对于在设计喷雾嘴组件的高压静态密封件方面所面临的特殊挑战提供的指导很少。
如上所述,高压喷雾嘴组件由于其典型的操作环境以及受限的几何形状和其他设计和现场因素而受到特殊挑战。此外,与没有维护计划的其他静态轴向密封装置相比,喷雾干燥应用通常需要日常维护。
因此,需要改进的适用于高压喷雾嘴组件的密封装置,或至少提供有用的替代方案。
发明内容
本发明源于这样的认识:通过使用改进的静态轴向密封装置可以实现设计和操作优点,该静态轴向密封装置设计成将O形环可靠地定位并主动地保持在具有凹形弯曲侧壁的O形环压盖内。
当突出边缘与适当尺寸的O形环过盈配合时,突出边缘可在拆卸喷雾嘴组件时定位并保持O形环,这有利于操作符合人体工程学。此外,弧形轮廓避免了局部应力集中,并且有助于有效清洁。
所描述的静态轴向密封装置的优选实施例在喷嘴盖和喷嘴主体的配合表面之间实施,以及在喷嘴盖和碳化钨孔盘的配合表面之间实施。
碳化钨是高强度材料,但也相对较脆。由于划痕可引起材料不连续,从而导致局部应力集中,因此碳化钨甚至可能对这样轻微的划痕敏感。肉眼看不见的轻微的工具划痕或类似的磨损痕迹会导致强力钢由于局部应力集中造成的过早地意外失效。
喷雾嘴组件在乳制品或其他食品相关行业中具有典型应用,并且需要通过CNC加工由食品级钢(例如316级钢)制造。316钢比其他钢种(例如304级)具有更低的延展性(并且更脆),这会加剧在加压操作期间与应力相关的失效的可能。
满足与压力应力要求相关的工程标准(如ASME B31.3)意味着高压喷雾嘴组件的设计严格,这是由于涉及高压,喷雾嘴组件设计中涉及材料的性质以及相对较小的空间体积。
用于静态轴向密封装置的改进设计的特征在于侧壁,该侧壁沿其深度的主要部分具有凹形轮廓,用于通过与由该凹形轮廓限定的突出边缘的过盈配合来定位和保持O形环。
O形环在轻微张力下定位并保持在内侧壁处,或者可选地在轻微压力下抵靠外侧壁。
因此,本发明提供了一种静态轴向密封压盖,其显著地形成在基板中,并且具有内侧壁、外侧壁和在该内侧壁与该外侧壁之间延伸的底板;内侧壁和外侧壁中的一个或两个沿其深度的主要部分在径向截面上具有凹形轮廓,以限定靠近该基板的平台的突出边缘;该压盖与弹性体O形环配合,该O形环通过与该突出边缘过盈配合而定位和保持,其在内侧壁上受到张力或者在外侧壁上受压。
侧壁的凹形弯曲轮廓可以有利地用于在密封装置被加压时减小局部应力集中,并且在一些设计中可以提供更大的密封区域。
附图说明
图1A和图1B分别是结合本发明优选实施例的高压喷雾嘴组件的组装和分解的等距视图。
图2A和图2B分别是图1的喷嘴盖和扣钩组件的侧视图,以及相应的剖视图。
图3是图2B的压盖几何形状的截面细节。
图4是图3的O形环压盖和相关O形环的几何形状的示意图。
图5A和图5B分别是图1和图2的高压喷雾组件中实施的碳化钨孔盘的平面图,以及相应的剖视图。
图6描绘了图5的压盖几何形状的细节。
图7A和图7B是图6的O形环压盖和相关O形环的替代几何形状的示意图。
具体实施方式
图1描绘了本文所考虑的类型的高压喷雾嘴组件10的组装和分解视图。该组件10包括作为主要部件的喷嘴主体20和喷嘴盖30以及容纳在喷嘴主体20和喷嘴盖30内的可移除的扣钩组件40。喷雾嘴组件10是对2012年6月7日公开的WIPO出版物WO2013/059882中描述的改进设计。该申请的内容通过引用整体并入本文。
如图1和图2,可显而易见的是,喷嘴主体20和喷嘴盖30协作地容纳可移除的扣钩组件40,其适于接收可更换的耐磨部件50(以共同定位的涡流腔51和孔盘52的形式)位于扣钩组件40内。孔盘52位于涡流腔51的顶部,孔盘52(当组装有时)的顶部与喷嘴盖30的下侧配合。孔盘52(当组装有时)中心孔与喷嘴盖30中相应的中心孔对齐。
喷嘴盖30通过螺纹接合附接到主体20,并且组件10在操作中连接到待通过喷雾嘴组件喷射的加压液体源,在这种情况下用于喷雾干燥应用。
如图所示,喷嘴盖30的特征在于其密封装置的部分,其中喷嘴主体20与环形裙部31。环形裙部31形成基板,其中静态轴向密封压盖100凹陷形成,作为抵靠环形裙部31的表面或平台的凹部。环形裙部31的平台与形成在喷嘴主体20上相应的匹配表面配合以实现密封,从而使得压盖100两侧的主体20和喷嘴盖30之间金属与金属接触。O形环39在压盖100内压缩以确保有效的密封。
压盖100具有内侧壁32和外侧壁33,区别在于相对于圆形压盖100的几何中心的接近度。侧壁32,33具有延伸到底板34的深度。底板34具有在内侧壁32和外侧壁33之间延伸的宽度。底板34在其范围内或其范围的主要部分上通常是平的。如图所示,底板34和侧壁32,33之间的角是圆角的。
从图4的径向截面可以看出,侧壁32,33沿着它们的深度的主要部分具有凹形轮廓。由于侧壁32,33的凹形轮廓,可以认为压盖100在其每个侧壁32中具有周边凹部。相反,可以认为侧壁32,33具有突出边缘35,36的特征,其与邻近压盖的环形裙部31的平台邻近。
应当明确,轴向压盖100形成在环形裙部31的平台中的凹部中,并且如图2B,选择合适尺寸的O形环39,通过与内突出边缘35过盈配合来定位和保持O形环39。因此,O形环处于轻微张力下。相反地,配件可以设在外侧壁33处,在轻微压缩下通过与外突出边缘36过盈配合而定位和保持O形环(具有合适尺寸)。
图3以截面细节描绘了O形环压盖100的几何形状,图4提供了具有O形环39的原位的相应示意图。
可以理解的是,O形环压盖100的截面几何形状可以表征为桶形,因压盖的侧壁32,33具有凹形轮廓。
更确切地说,O形环压盖100的几何形状可以表征为釜形,因上述凹形侧壁结合了圆角部分,其中压盖与环形裙部31的平台相交。
如图所示,O形环压盖100的轮廓是对称的:两个侧壁32,33的轮廓相同。
图4以示意图形式示出了指示几何形状。如图所示,这种几何形状特征在于,R1、R2和R3为不同的曲率半径。R1表示凸曲率半径,其中侧壁32,33与环形裙部31的平台相交。R2表示沿侧壁32,33的主要部分的凹曲率。R3表示侧壁32,33与O形环压盖100的底板34相交的凹曲率。
D是压盖100从裙部31的平台到底板34测量的深度。W是压盖100的最大宽度——在侧壁32,33的浅部处,示出R2。W_Open是压盖100的最小宽度——在其喉部处,示出R1。O_Ring是O形环39的直径,如图所示,其安装在压盖100中,并且单独示出供参考。
如图所示,侧壁32,33的轮廓逐渐且连续地弯曲,使得轮廓是蛇形的,并且没有尖锐的过渡。这种配置有助于在常规服务中进行清洁,并避免局部应力集中。在两个侧壁32,33上,在平台的表面之间存在逐渐且平滑的过渡,其向下和向内弯曲到由第一半径R1限定的压盖100中,然后再向内过渡到由第二半径R2限定的凹形部分中。随后,过渡到第三半径,过渡到O形环压盖100的底板34。
下面的表1概述了不同量度之间的这些几何关系。
结合表1概述的量度呈现了可用作设计参考的几何参数和关系的指示性集合。如本领域技术人员所理解的,可以修改上面表1和图4中概述的比例和几何关系,同时保持该设计几何形状的优点。
从图3和图4中可以明显看出,压盖100的开口颈部(W_Open)大于O形环39的直径,O形环39在任何情况下通常都处于轻微的张力下。可以允许小间隙,以方便地移除O形环39,这与工具或甚至手动使用指甲一样。O形环39通过与弯曲的内突出边缘35过盈配合定位并保持在压盖100内,而不会脱落。
特定的O形环39和机加工的压盖100的制造公差应该是设计考虑的一部分,使得O形环39具有完全容纳于压盖100内的适合余量。
O形环39的直径选择为比O形环压盖100的深度大约20%,以允许在操作期间压缩。如图3所示,在O形环直径处存在0.1mm的过盈,这表示优选的过盈,但不一定用于密封装置的高压侧。O形环39的直径使得它具有比第二半径(R2)更强的曲率,第二半径(R2)限定了O形环39所贴合的内侧壁32的主要部分。
密封件39的优选材料是Duro 75或90,弹性体规格,是DuPont-Dow弹性体碳氟化合物或FKM材料的商品名。密封材料的这种相对高水平的氟的规格提供了对各种化学品的耐受性,这在用于喷雾干燥的典型条件下是期望的。
图5、图6和图7示出密封装置的进一步图例:形成在耐磨部件50的孔盘52的顶部中的静态轴向密封压盖100',其用于密封喷嘴盖30的下侧。类似的考虑适用于形成在喷嘴盖30的环形裙部31中的压盖100,如上面结合附图所描述的,并且使用类似的几何形状及如所指出的一些不同。
压盖100'的特征在于侧壁53,52具有从孔盘52的平台下降到底板55的深度并且具有宽度。如图6中显而易见的,仅内侧壁53具有凹形轮廓,并且内突出边缘56定位并保持O形环59,如图7A所示。外侧壁54的轮廓不是用于保持O形环,但是如图所示朝向压盖100'的底板55是圆角的。内突出边缘56不是弯曲的,而是如图所示是平的。图7B示出了图7A的几何形状的替代几何形状,其中内侧壁和外侧壁53,54都具有凹形轮廓。O形环59仍然保持在内边缘56中,但是不同的设计可以允许定位和保持在外边缘57上。
下面的表2概述了该O形环压盖100'的一些几何关系。
结合表2概述的量度呈现了可用作设计参考的几何参数和关系的指示性集合。应当理解,关于所述和如图所示的示例性密封套100,100',本领域技术人员可以在本发明的精神和范围内进行各种修改。

Claims (4)

1.一种静态轴向密封压盖,其显著地形成在基板中,并且具有内侧壁、外侧壁和在所述内侧壁与所述外侧壁之间延伸的底板;
所述内侧壁和所述外侧壁中的一个或两个沿其深度的主要部分在径向截面上具有凹形轮廓,以限定靠近所述基板的平台的突出边缘;
所述压盖与弹性体O形环配合,所述O形环通过与所述突出边缘过盈配合而定位和保持,其在所述内侧壁上受到张力或者在所述外侧壁上受压。
2.一种高压喷雾嘴组件,包括喷嘴盖和喷嘴主体,所述喷嘴盖和所述喷嘴主体可拆卸地相互连接,并通过根据权利要求1的静态轴向密封压盖可操作地密封在所述喷嘴盖和所述喷嘴主体的相对表面的连接处。
3.一种高压喷雾嘴组件,包括喷嘴盖和喷嘴主体,所述喷嘴盖和所述喷嘴主体可拆卸地相互连接,并容纳耐磨部件,所述耐磨部件相对于所述喷嘴盖的下侧可操作地密封。
4.一种用于高压喷雾嘴组件的碳化钨耐磨部件,具有在其表面形成的如权利要求1所述的静态轴向密封压盖。
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