CN1214111A - 密实五环圈式填料函密封组件 - Google Patents

密实五环圈式填料函密封组件 Download PDF

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Abstract

密实五环圈式填料函密封组件(56)包括各石墨质、高密度、金属镶嵌的编织端部环圈(64,66),它们分别经模制而具有倾斜的密合表面。三件低密度石墨预成型环圈(58),具有倾斜的密合表面,装在两件高密度编织端部环圈(64,66)之间。各预成型环圈的密合表面相对于密封组件纵向轴线的伸出角度不同于各编织端部环圈的密合表面。各编织端部环圈为各预成型环圈提供了支承作用以及阀杆刮油作用。

Description

密实五环圈式填料函密封组件
本发明一般地涉及阀杆、转件和活塞杆的填料函密封组件，特别涉及一种高密度密实五环圈式填料函密封组件。
以往，以剖面示于图1的五环圈式填料函密封组件一直用于其中不需要高性能效果的各种阀件填料函之中。这种五环圈式填料函密封组件是一种扁平组合组件，包括三件一起安放在组件中部的石墨模制胶带环圈2、4和6，连同设置在五环圈式组件顶部和底部的编织成的端部环圈8和10。这五件环圈安装在一填料函12之中，用于密封一阀杆14。各石墨模制胶带环圈是由挠性石墨胶带制成的低密度环圈，它们在一压盖(未画出)上紧时发生变形而顶靠填料函或阀杆。这些石墨模制胶带环圈一般是在一大约1.1g/cc的密度下制成的。0.7g/cc是一制造商能够买来制成挠性石墨胶带环圈的最低挠性石墨胶带密度。一6-7g/cc的制成环圈只是一个0.7g/cc的挠性石墨胶带的螺旋形盘卷，胶带两端粘接就位。在许多情况下，这些环圈必须是分开的，以便于装放到一阀件填料函之中去。如果环圈是一只由挠性石墨胶带制成的螺旋形盘卷，切穿一环圈的一侧，使它围绕一阀杆能够是分开的，则导致各个胶带盘卷分离成层并分立出来。不过，如果此螺旋形胶带盘卷在一较低压力作用下于一模制作业中受到压缩，各胶带盘卷就会形成在各个分层之间的一种手风琴折层式的结合，使得各环圈能够容易被分开和用于安装。在模制作业中压缩胶带可把模制成的环圈的密度增大到高于0.7g/cc的水平，通常大约是1.1g/cc。
挠性石墨具有一种负面的功能上的属性，由于巨大压缩力的作用，它通过细小间隙向外挤出。为控制和防止挤出，抗挤出型编织端部环圈8和10安放在挠性石墨环圈2、4和6的外面。这些编织端部环圈往往是由一种柔软的碳素纤维编织密封材料制成的。
这种五环圈式“扁平的”组合组件结构是容易组装的。所有各件的横面形状都是方形的，而在企业界熟知的一项原则是，三种石墨模制胶带环圈一起安放在组件的中部，而编织端部环圈设置在顶部和底部两端处。由于此五环圈式扁平组合组件的广泛应用，在本行业中的许多阀件设计都采用这样填料函深度，它足以仅容纳此五环圈式扁平组合体的五种密封环圈截面起作用。这一填料函深度目前是占有市场优势的。
虽然此扁平的、五环圈式填料函密封组件是容易制造和安装的，但它在膨胀效率、对于由阀杆积垢所导致的磨损的抗力，以及阀杆摩擦和密封特性方向，具有一些局限性。
理查德E．怀特等人研制了美国专利第4,528,974号的填料函密封装置为各种阀提供了增强的径向膨胀和密封特性，这些阀件是诸如石油化工和动力工业用阀件，这些领域需要高性能效果。如图2剖面图所示十一环圈式组件，装有独特设计的低密度石墨预成型环圈14和16，以如下方式配合于高密度石墨适配型环圈18和26，即一对这种环圈具有其指向外侧密封壳面的径向膨胀特性，而另一对环圈类似地是指向内侧密封表面的。各适配型和预成型环圈在模制之前电螺旋形盘卷或叠片式形式分层的挠性石墨胶带组成。预成型和适配型环圈相邻的紧密配合表面的角度分别是45°和60°。以不同的角度紧密配合不同密度材料的综合效应是，增强了组件的径向膨胀特性。这种经过增强的径向膨胀能力使得单独一个组件能够覆盖，比起采用较为常见的各种设计所可能做到的来说，一个较宽范围的填料函横截面上的间隙，而且经过增强的膨胀能力还可导致一较高程度的密封效率。
预成型和适配型环圈通常和具有代表性地由挠性石墨胶带材料类型的石墨构成。预成型件具有的密度范围是从0.5到1.4g/cc。适配型环圈具有的密度范围是从1.4到1.7g/cc。其余的七件环圈提供出来以形成重要的支承功能。为四件GYLON商标的金属间隔环圈24、26、28和30可确保载荷作用力在成对的预成型和适配型环圈的受压表面是均匀分布的。三件编织环圈32、34和36，设置在组件的顶部、中部和底部上，来以共同充当弹力环圈、防挤出环圈和刮动环圈。各编织环圈都是可压缩的碳质或石墨构件编织材料的。
美国专利第4,328,974号还披露了另外一种七环圈式组件，如图3剖面所示。此七环圈式组件与图2的十一环圈式组件的主要区别是，预成型环圈14和16已经组合成为一单独的、高度减小的预成型环圈38，它包含了分别属于预成型环圈14和16的外径和内径倾斜表面特点40和42。图2的两件预成型环圈被合并成为单一的环圈38，从而不再需要图2中的两件间隔环圈和一件编织环圈。因而，除了预成型环圈38，七环圈式组件具有两件挠性石墨适配型环圈44和46、两件间隔环圈48和50，以及两件可压缩的编织碳质或石墨环圈42和54。图3的七环圈式组件可以用以密封那些，比起采用十一环圈式组件时可能具有的填料函来，具有较浅填料函的阀件。不过，这一特点是以在密封有效性方面的一项折衷来获得的。减少预成型环圈材料的数量也降低了此七环圈式组件的相对密封有效性。
美国专利第4,328,974号的十一和七环圈式组件，在与图1的扁平五环圈式组件的并行对比功能测试之中，证明是用于关键工艺处理过程各阀件的功能最佳的产品，这些阀件处的泄漏会导致显著的重要处理装置停机和危险的环境状况。不过，十一和七环圈式组件的复杂性、成本、组件高度和安装要求都已经证明是不很有利的。
本发明的主要目的是，提供一种新颖和改进的密实五环圈式填料函密封组件，适于在一环环圈式填料函中的一步安装和压紧过程。
本发明的另一目的是，提供一种新颖和改进的密实五环圈式填料函密封组件，具有经过增强的密封性和径向膨胀能力，这使得组件适合于用在需要高性能效果的各种阀件之中。
本发明的另一目的是，提供一种新颖和改进的密实五环圈式填料函密封组件，具有各高密度的、金属镶嵌的、编织的端部环圈，它们对于挤出和摩损的抗力很高。
本发明的又一目的是，提供一种新颖和改进的密实五环圈式填料函密封组件，具有各高密度的编织的端部环圈，其密度大于1.8g/cc。
本发明的再一目的是，提供一种新颖和改进的密实五环圈式填料函密封组件，具有石墨制成的高密度金属镶嵌编织端部环圈，它们分别模制得具有倾斜的密合表面。具有倾斜的密合表面的三件低密度石墨预成型环圈装放在各高密度编织端部环圈之间。各预成型环圈的密合表面，相对于密封组件纵向轴线，以与各编织端部环圈的密合表面伸出的角度不同的角度伸出。
图1是现有技术的填料函、阀杆和扁平五环圈式填料函密封组件的剖面视图；
图2是现有技术的十一环圈式填料函密封组件的剖面视图；
图3是现有技术的七环圈式填料函密封组件的剖面视图；以及
图4是本发明填料函、阀杆和五环圈式填料函密封组件的剖面视图。
参照图4，图中表明本发明的密实五环圈式填料函密封组件56装在图1的五环圈式填料函12之内。与图3的七环圈式组件一样，五环圈式填料函密封组件26包括三件模制的挠性石墨胶带制。低密度预成型(Preform)环圈58。环圈58具有的密度在一从0.5到1.4g/cc的范围之内。这些预成型环圈可以是单独的各环圈，如图所示，各自具有对置的外表面60和62，它们以同样的锐角伸向阀杆14沿之伸展的、填料出密封组件56的纵向轴线。另外，图3的单个预成型环圈38可以代替三件预成型环圈58，它有三件环圈的高度。当使用三种预成型环圈58时，三件环圈套叠起来，而两端环圈的最外表面60和62对于预成型环圈组件分别构成内径和外径倾斜面特点。因而，最外表面60在沿轴向向内的方向上成一锐角地。伸向密封组件的纵向轴线，而最外表面62在沿轴向向外的方向上成一锐角地伸向密封组件的纵向轴线，二者都成一大约45°的角度。
在图2和图3已有密封组件的情况下，曾经发现，最特是在预成型环圈和适配型(Adapter环圈的密度方面保持尽可能大的差别。不同的密度，连同这两种部件的不同斜角，是提高组件密封性和径向膨胀能力的来源。当组件受到压缩时，各预成型件将会膨胀而构成一种密封，但这样的压缩也必然地增大各个预成型环圈部件本身的密度。径向膨胀和密封特性的提高由于随后施加的多次压缩而持续出现，直到预成型环圈的密度已经达到和符合适配型环圈的密度大小的时候为止。此时，当预成型和适配型环圈密度相同时，组件将只是相当于图1中通常的组合式扁平环圈组件那样地发挥作用。为了提高图2和3的已有密封组件的性能和增加其使用寿命，预成型件密度值增经调整到一般数值为1.1g/cc，而适配型环圈的密度则调整到最大数值为1.7g/cc。1.7g/cc这一适配型环圈密度代表挠性石墨胶带以模制环圈形式可以经过压缩而达到的最大的实际密度极限。
为了获得本发明的五环圈式填料函密封组件56，必需的是，只是使用两件附加环圈来实现图3中适配型环圈44和46的功能、间隔环圈48和50的支承功能和可压缩的碳质或石墨编织环圈52和54的刮波器功能。金属镶嵌型柔性编织材料(此后称作MIC-编带)由(最好是)完全挠性的石墨胶带组成，其中嵌有或含有金属条、线、丝、箔，等等。虽然，由GarLok Indnstrial packingProducts,sodus,N.Y．作为密封件1303出售的那种类型的、带有因康镍(商标)合金金属镶嵌物的MIC-编带是最为有利的选择，但也可以选择使用其他的金属镶嵌物(诸如钢、铜、黄铜、铝、锌，等等)。由于这些金属镶嵌物，各种MIC-编带带能够被模制成各种形状、尺寸、角度等等方面，是非常广泛适用的。金属镶嵌物可把已完成的模制MIC-编带环圈严格地保持于并使之适应于实际上任何所需要的形状。
做过一些模制试验来确定MIC-编带环圈能够制作出来而达到的最大密度。结果显示出，MIC-编带模制环圈可能具有高达2.60+g/cc的密度，大大高于石墨胶带适配型环圈所能达到的最大值1.7g/cc。三件预成型环圈58(具有三个截面组成一摞的高度)是维持密封组件56所需要的高水平性能的一个必需的中分。各成型件必须在每一端部上具有加工成形的环圈以便压缩期间形成预成型环圈材料的经过增强的径向膨胀流动。不过，还必需为各预成型件提供坚硬的支承，而且最后，可压缩的碳质或石墨编织物端部环圈也是一种必需的部件。因为它们执行防挤出和刮油两种功能。为了配置具有所有这些属性的两件端部环圈，它们都是采取胶带状石墨的MIC编带。采用胶带状石墨的好处之一是，当被模制是，它呈现出一种光滑的低摩擦表面用于密合接触。当端部环圈的高密度60°表面68在一很大的压缩载荷作用力之下接触预成型环圈的低工45°表面时，端部环圈的表面必须是光滑的和必较滑溜的，以促进柔软的预成型件材料的向外或向内滑动和侧滑。假如端部环圈表面真是具有比较粗糙的表面质地对大多数通常的模制而成的编织形态来说这是很普遍的，所造成的摩擦就会消除此组件的大多数膨胀特质。粗糙的端部环圈表面与预成型件材料的接触会在其接触点处抑制预成型件材料并使之粘合。
由于径向膨胀是各预成型环圈58的主要功能，所以各模制MIC一编织五圈的刚性就根本不是一项缺点，而事实上是一项优点。这些端部环圈很是刚硬，将始终不变压缩载荷作用力的影响，并将在比通常挠性石墨胶带适配型件可能更好的程度上保持一种光滑的60°接触表面，而且还将为各预成型件提供支承。每一端部环圈64和66模制成具有以大致上90°角伸向密封件纵向轴线的外部表面和一个成60°角倾斜的内部表面。端部环圈64的内预表面70以大约60°的锐角伸向密封件的纵向轴线并与顶部预成型环圈的倾斜表面60一起工作而形成内径倾斜面特点。同样，端部环圈66的内部表面72以大约60°为角度伸向密封件的纵向轴线并与底部预成型环圈的倾斜表面62一起工作而形成外径倾斜面特点。各MIC-编织端部环圈之中的金属组分使各端部环圈在经受密封压盖(未画出)的压缩时保持其形状，并且如上所述，各端部环圈64和66与各预成型环圈58之间的密度变化范围越大，密封组件56的经过增强的径向膨胀和密封性两种特性的变化范围也越大。
虽然制成端部环圈64和66的MIC-编织物具有有效的挠性石墨合量并具有完全挠性石墨模制胶带环圈所特有的光滑表面面层，但其金属镶嵌的编织结构则可确保环圈能阻止挤出。MIC-编织材料也是一种非常有效的刮油环圈材料。挠性石墨胶带材料具有一种以颗粒形态自行附于金属表面的亲合力。如果刮油环圈不是设置在各预成型环圈之上和之下，石墨颗粒就会自行附于阀杆14上并当阀杆被动到其开启和关闭位置时被送出填料函之外。各挠性石墨预成型环圈中所造成的容积损失就会很快地导致产生一些穿过组件的泄漏路径。在迄今所作的测试中，MIC-编织端部环圈一直表现出使阀杆刮油完全干净的能力。
MIC-编织端部环圈中的金属镶嵌材料起到一种在阀杆表面上无磨损刮净器的作用。在一些现场应用场合下，介质或外部环境会在金属阀杆表面上生成一种积垢。这些应用场合，当阀杆被促动而通过密封组件由于这种积垢的切割特性，特别难以成功地予以密封。这种积垢/碎屑很容易割出一些透过通常可压缩的碳质或石墨织端部环圈的沟槽。不过，MIC-编织端部环圈64和66的固有抗磨能力和韧性却会除去积垢并阻抗积垢的造沟作用。
图4的五环圈式填料函密封组件56已经采用多种用以表明它显著地优于现有技术中各种密封组件的方法做了测试。
1)对比性标准排出物测试
此测试包括使密封组件经受一种阀门功能测试，其中，组件暴露在750°F/500psi的氦气介质之中。阀杆14在三天期间经过每天500次完全启动的循环。每天六小时用以经历热测试周期或热力循环——产生总共三个热力循环。这一测试过程是一种非常困难的产品功能实现能力的测试过程。在通常的七环圈式组件(图3)、此五环圈式密封组件56(图4)和一种五环圈式编平组合组件(图1)上面所作的测试结果如下：
类型 平均阀杆摩擦力 调节次数 最大泄漏 安装工序 压盖载荷(psi)
7环圈(图3)     658     0  0ppm     2     3800
5环圈56(图4)     519     0  0ppm     1     3800
5环圈扁平(图1)     1014     1  800ppm     2     3800
所有以上三种产品都在同一压盖载荷作用力3800(psi)下受到压缩，以致可以作出性能对比。现有技术中的七环圈式组件和五环圈式扁平的通常组合组件是采用两步安装工序予以安装的。这种两道工序的安装会产生最好的性能，但也化费大量的时间。此新型五环圈式组件56采用一步安装方案。在整个测试过程中，图3和4的两种组件设计都具有0ppm的泄漏。而图1为五环圈式扁平组合组件具有七处检测出来的泄漏点，记录下来的一最大泄漏浓度为800ppm。图3的组件或图4的五环圈式组件都不需要在测试期间的任何追踪调节，而图1的五环圈式扁平组合组件则需要两次调节以保持低于500ppm目标(洁净空气法案法定极限)的泄漏浓度。一种阀杆摩擦力测量结果，对于控制阀这是行业所至为关注的，表明五环圈式组件56具有一低于图3七环圈式组件21.2％和低于图1五环圈式通常的组合组件设计的48.8％的平均摩擦。
概述：本发明的五环圈式设计56(带有金属式柔顺的编织端部环圈64和66)可与七环圈式密封性能相比，并且性能大大地优于五环圈式通常的组件。五环圈式设计56的性能以其较低的阀杆摩擦力结果而性能大大地优于其他两种设计。
3800psi是为了在用现有技术中七和十一环圈式组件和以通常的先前技术中组合型环圈式扁平组件所作的排泄物测试实施中获得良好的结果而需要的压盖载荷最小值。通常与现有技术中的组件一起使用的两件压缩的碳质和石墨编织纤维端部环圈是比较柔软和具有挠性的。当阀填料函之中受到压缩时，所施加的压盖载荷作用力会很快地使得这些可压缩的编织端部环圈在它们坚实的的触压阀杆和函孔两处表面的地方发生膨胀。随着载荷作用力增大到3800psi，顶部编织式可压缩端部环圈在阀杆表面上形成强大的摩擦握力。这种摩擦握力可防止某些载荷作用力通过端部环圈有效地向下传递到位于组件中部的各密封环圈。
MIC-编织物，模制成为一种高密度环圈64、66之后，不具有可压缩的编织碳质件的柔软弹性。虽然端部环圈64和66将形成一种足以充当一种有效的刮油/抗挤出环圈的接触，但MIC-编织环圈过于坚硬而不能通过所施加的重载来生成对于阀杆表面的牢固摩擦握力。摩擦握力不足意味着较大百分比的压盖载荷作用力有效地传送给位于组件中部的各主要密封环圈(各预成型件58)。基于这一原理，五环圈式组件56连同其MIC-编织端部环圈应当能够在较低的压盖载荷压力下达到一种低于500ppm的密封状况。
一种排泄物测试是在前述同样工作条件下进行的，但压盖载荷只是3000psi。测试结果是：
    类型 平均阀杆摩擦力 调节次数 最大泄漏 安装工序 压盖载荷(psi)
5环圈56(图4) 481lbs     0  350ppm     1     3000
7环圈(图3) 650lbs     1  1300ppm     2  3000/4038*
*=初始/最终(调节之后)
五环圈式组件56连同MIC-编织端部环圈能够比较有效地压盖载荷作用力通过端部环圈传送给各预成型密封环圈。其最大泄漏值是350ppm-完全低于洁净空气法案所指定的500ppm标准。不需要任何调节，并只遵循一步安装程序。现有技术中的七环圈式组件，采用占优势的两步安装方法予以安装并在同样的3000pis压盖载荷作用下，起初泄漏是1300ppm，并需要一次调节压盖载荷到4038psi，将其泄漏减至500ppm以下的数值。由此七环圈组件之中可压缩的后编织端部环圈形成的摩擦握力可防止3000psi初始压盖载作用力的一部分有效地抵达中部的各预成型密封环圈。结果，此七环圈式组件的各预成型件没有所需的压缩能量来沿径向膨胀和造成一种比得上采用五环圈式MIC-编织组件56时所达到的密封状况。由于具有较少的环圈，并且由于具有牢固的柔顺端部环圈，此五环圈式MIC-编织组件56比较高效和有效地利用了新施加的作用力。
阀杆摩擦对比：
下表提供了关于图3的七环圈式组件与图4的五环圈式组件的一些摩擦力对比数据。脱离摩擦力是使阀杆在初始行程中移动所需要的力。第二栏的数值是在加热条件不测得的滑动阀杆摩擦系数。
类型 阀杆初始脱离摩擦系数 阀杆摩擦系数，在750°F/500psi条件下
七环圈式组件(图3) f=0.08  f=0.06
五环圈式组件56(图4) f=0.075  f=0.049
如在前一测试中所见，七环圈式组件在摩擦性能方面胜过图1的五环圈式扁平环圈组合组件。这一测试结果表明，图4的五环圈式组件在脱离(湿潮)和加热摩擦两方面都是性能胜过七环圈式组件的。
MIC与挠性石墨胶带相比的在密度变化范围方面的优点
以下列举许多密度值，以及为了从-0.7g/cc(43.7lbs./ft3)的初始挠性石墨胶带密度达到这些数值所需要的相应的压缩载荷作用力。
挠性石墨模制胶带材料密度值                   压缩公制(英制)               载荷作用力0.7g/cc(43.7lbs./ft3)    0psi1.0g/cc(62.4lbs./ft3)    350psi1.1g/cc(68.6lbs./ft3)    750psi1.4g/cc(87.3lbs./ft3)    1900psi1.5g/cc(93.6lbs./ft3)    2900psi1.6g/cc(99.6lbs./ft3)    3650psi1.7g/cc(106.0lbs./ft3)   5000psi1.8g/cc(112.3lbs./ft3)   5850psi1.812g/cc(113.0lbs./ft3) 6000psi
本申请人所曾目睹的、一种模制挠性石墨胶带环圈的最大独立(因承受压缩载荷作用力而导致没有张力)密度是1.81g/cc(113lbs./ft3)。如果需要一种模制胶带环圈的密度是113lbs./ft3，则把密度为43.7lbs./ft3的挠性石墨胶带的螺旋形盘卷放置在一模具之中并在大致上6000psi在压力下以压缩。取出之后，此模制胶带环圈的密度将是大约113lbs./ft3。如果胶带在高于6000psi的压力下予以模制，则胶带环圈的密度将达到一个高于113lbs./ft3的水平，只要是它保持在此压缩载荷作用力的影响之下。不过，一旦从模子里取出，此模制胶带环圈将立即松驰而回复到大致上113lbs./ft3的密度。1.81g/cc(或者113lbs./ft3)因此成为在使用挠性石墨材料设计适配型环圈的密度时的一个临界极限。只要是石墨胶带被用作适配型环圈的起始配料，可能获得的最大密度是113lbs/ft3。
各预成型环圈一般制成为具有11g/cc的密度。如前所指出，使各预成型环圈与各适配型环圈之间的密度差别为最大对于使密封组件的径向膨胀使用寿命的提高为最大是至关重要的。一种挠性石墨模制带环圈直到它和受超过它先前经历过的某一压缩载荷时才开始变形、膨胀或经受压缩。
比如，如果用于图2和图3现有技术中组件的一件1.1g/cc密度的预成型环圈在一750psi的压缩载荷可予以模制，而后与其余各环圈件组合在一阀门填料函之中，此预成型环圈只在密封填料函盖压缩载荷作用力超过750psi时才会变形并开始其膨胀活动。一旦超过750psi，此环圈将取决于设计着眼点而使其或是内径或是外径优先膨胀。
如果由于3650psi的压盖载荷压缩力而获得初始密封，则此预成型环圈(承受3650psi压盖载荷)将具有1.6g/cc的密度。如果日后发生泄漏而组件需要另外压缩，则预成型环圈，一旦它所经受的压缩载荷作用力超过3650psi，将开始膨胀并重新取得密封。
现有技术中的各适配型环圈，由挠性石墨胶带模制而成，一般制成为具有1.7g/cc的密度(106lbs/ft3)。1.7g/cc是尽可能接近可达到的最大密度水平(1.81/cc)的，并且从制造角度看是实际可行的。所有一切尺寸的挠性石墨环圈，可以模制成具有1.7g/cc具有的密度；不过，在每一批生产订货的每一件环圈的每一尺寸上达到1.81g/cc的最大密度是不切实际的。1.7g/cc曾被选作为了制造一致性而惯常所能达到的最大密度。这一密度水平在模制过程期间需要大致上的5000psi的压缩载荷作用力。各适配型环圈，在与其他各件组合在一密封组件之中时，只在超过5000psi的载荷作用力时才发生任何变形或膨胀。
存在于1.1g/cc的各挠性石墨模制预成型环圈与1.7g/cc的各挠性石墨胶带模制适配型环圈之间的密度方面的差距或差别是采用这些原料实际上所能达到的最大值。当一种图2或3的现有技术中的组件装在一阀门之中并受到压缩时，压缩载荷可导致各柔软预成型环圈变形和沿径向膨胀而形成与阀门填料函表面的内径和外径密封接触。密度差别(1.1g/cc对1.7g/cc)和角度差别(45°和60°)可增强这种膨胀的效率达到这样一种地步，改超出图1的标准扁平组合型环圈组件膨胀效率过几个大小量级。由于此组件是在逐渐加大的载荷作用力之下受到压缩的，45°角的预成型环圈角度将会变形而匹配60°角的各适配型件，但是密度方面的差别将继续是此组件的一项特性，直至达到-5000psi的压盖载荷压力为止。在大致上5000psi处，各预成型环圈的密度将与各适配型环圈的密度相匹配。当传达到5000psi地步时，这些现有技术中的组件设计的膨胀效率将被减小到图1的一通常的扁平环圈组合组件的膨胀效率。5000psi这一效率门槛值，由于使用挠性石墨胶带材料时固有的一些局限性而成为必然，一直用作性能、使命寿命等的一种估量手段，假如一些较高密度的、适当制作的适配型件可供使用，则企业界本来会相反地很欣赏该性能、使用寿命等等。
关于用于图4的端部环圈64和66的MIC-编织材料所进行的模制试验证明，这种编织材料模坯，在模制成为端部环圈形态之后，可以把与之对置的各预成型环圈58增大的膨胀变化范围显著地扩大到相当地超越5000psi门槛值。以下表格列举了针对MIC一编织材料的密度与作用力数值关系实例，此种材料的性能远远超过挠性石墨模制胶带环圈：
                   模制成的MIC-编织物
密度值 压缩
公制(英制) 载荷作用力
1.44g/cc(90lbs/ft3) 750psi
1.66g/cc(105lbs/ft3) 1500psi
1.84g/cc(115lbs/ft3) 2500psi
1.96g/cc(122lbs/ft3) 3500psi
2.21g/cc(132lbs/ft3) 4500psi
2.18g/cc(136lbs/ft3) 5500psi
2.22g/cc(139lbs/ft3) 6500psi
2.28g/cc(142lbs/ft3) 7500psi
2.92g/cc(145lbs/ft3) 8500psi
2.36g/cc(145lbs/ft3) 9500psi
2.40g/cc(150lbs/ft3) 10500psi
2.44g/cc(152lbs/ft3) 11500psi
2.57g/cc(160+lbs/ft3) 38000psi
如前所述，现有技术中七和十一环圈式组件在增大径向膨胀能力方向的限度是由于用以制作各适配型环圈的挠性石墨胶带密度的限度造成的。此限度是5000-6000psi。虽然各预成型环圈能够持续地增大其径向膨胀能力而超出这一6000psi界限，但这种持续只在它被压靠于一种已经使其密度达到一相当高的材料数值的材料上时才是可能的。如以上MIC-编织物表格所示，MIC-编织端部环圈具有被模制到密度高达160+lbs/ft3的能力。为了达到这一密度值，在模制时需要38000psi的压缩载荷作用力。所示对应于160+lbs/ft3的能力。为了达到这一密度值，在模制时需要38000psi的压缩载荷作用力。所示对应于160+lbs/ft3的压缩载荷作用力数值是模制1″×1-1/2″MIC环圈而测定出来的结果。1″×1-1/2″环圈具有0.982in2的表面面积。假如同一载荷作用力施加于一1/2″×3/4″的环圈(表面面积为0.245in2)，有效的模制压力就会超过150,000psi，且就会获得密度为170lbs/ft3的端部环圈。在1″×1-1/2″的密封组件尺寸的情况下，相对于MIC-编织端部环圈，模制到160lbs/ft3之后预成型件经过增强的径向膨胀能力将被提高到包括一个750psi到38000psi的压缩载荷压力范围。
阀门密封装置往往是一阀件使用范围和使用寿命两种性能方面的薄弱环节。甚至是一种性能优越的阀门密封组件，象图3的现有技术中的组件那样，都无法在6000psi以上提供经过增强的膨胀和材料流动。采用配合于和配得上MIC编织端部环圈64和66的标准成型环圈时，图4的环环圈式填料函密封组件56可以提供高达38000psi水平的增强的性能特点。远远地超过当前现有技术中各种密封组件的性能。
虽然现有技术中碳质的可压缩的织端部环圈花费不大，并由于施加的压盖载荷作用力很大而比可压缩的石墨线绳环圈具有对于断裂损坏的较大抗力，但是碳质线绳编织物不具有石墨制品那样高的对温度作用的抗力。石墨线绳编织物可承受温度作用到1200°F而几乎没有或根本没有有害的影响，而碳质线绳在经常处于1100°F以上的温度作用之下时将遭受到某种微小的劣化。石墨线绳编织物是颇为昂贵一些的，而在压盖载荷压力超过4000psi的情况下容易遭受断裂损坏。碳质可压缩的编织物在远远超过4000psi时都不受断裂损坏的影响。
五环圈式填料函密封组件的端部环圈64和66是由纯粹石墨和因康镍合金构成的MIC-编织端部环圈。它们对温度的抗力特性等同于可压缩的石墨线绳端部环圈，但是由于金属镶嵌物的存在，它们对断裂的抗力特性超过碳质可压缩的线绳编织物。结果是，密封组件56可以承受的高温/高压性能超出了现有技术中任何通常可供使用的密封组件。

Claims (12)

1．一种填料函的密封件，包括：
低密度石墨预成型环圈，在密封件安装时它可压缩和重新成形以形成至少一项内径或外径密封，以及
高密度、大体刚硬的端部环圈，当轴向压缩力施加于所述密封件时它作出反应，以便迫使靠近所述预成型环圈第一端部的径向边缘的材料沿着轴向和径向在离开所述预成型环圈的方向上移动，并进一步压紧所述材料使成为不渗透的和有效的密封，所述端部环圈具有超过1.8g/cc的密度具有靠近所述预成型环圈的第一端部表面，所述预成型环圈的第一端部具有一面对所述端部环圈的第一端部表面的第一表面，而所述面对的两表面各自以锐角伸向所述密封件的纵向轴线，并且其中所述角度是不同的，所述端部环圈具有一基本上垂直于所述密封件纵向轴线的第二端部表面。
2．按照权利要求1所述的密封件，其中所述端部环圈是由包含金属镶嵌物的编织石墨胶带材料制成的，这种材料经过模制而使所述端部环圈成形并被给予一超过1.9g/cc的密度。
3．按照权利要求1所述的密封件，其中所述预成型环圈的第一端部适于构成一内径密封，其中所述各锐角在沿轴向向内的方向上，而且其中所述预成型件和端部环圈的两面对表面的锐角分别是大约45°和60°。
4．一种填料函的密封件，包括：低密度石墨预成型组件，密封件安装时它可压缩和重新成形以形成内径和外径密封，所述石墨预成型组件具有顶端表面和底端表面，二者都以一锐角伸向所述密封件的纵向轴线，
一第一高密度、基本上刚硬的端部环圈，它靠近所述预成型组件的顶端表面，并且当轴向压缩力施加于所述密封件时它作出反应，以便迫使所述预成型组件在所述顶端表面处的材料沿径向和轴向流动，并进一步压紧所述材料使之成为一种不渗透的和有效的密封，所述第一端部环圈具有一靠近和面对所述预成型组件的顶端表面的第一端部表面，它第一锐角地伸向所述密封件的纵向轴线，此锐角不同于所述密封组件顶端表面的锐角，以及
一第二高密度、基本上刚硬的端部环圈，靠近所述预成型组件的底端表面，并且当轴向压缩力施加于所述密封件时它，作出反应以便迫使所述预成型组件在所述第二端部表面处的材料沿径向和轴向流动，并进一步压紧所述材料使之成为一种不渗透的和有效的密封，所述第二端部环圈具有一靠近和向对所述预成型组件的底项表面的第一端部表面，它呈一锐角地伸向所述密封件的纵向轴线，此锐角不同于所述密封组件底端表面的锐角。
所述第一和第二端部环圈各自是由包含金属镶嵌物的编织石墨材料制成的，这种材料经过模制以便所述各端部环圈成形。
5．按照权利要求4所述的密封件，其中所述第一和第二端部环圈接触所述预成型组件的顶部和底部表面以形成内径和外径密封。
6．按照权利要求5所述的密封件，其中内径密封由所述第一或第二端部环圈的第一端部表面结合面对的所述预成型组件的顶部或底部表面共同形成，形成所述内径密封的端部环圈第一表面和预成型组件顶部或底部表面在沿轴向向内的方向上呈锐角地倾斜于所述密封件的纵向轴线，而外径密封由另一端部环圈的第一端部表面和另一面对的所述预成型组件的顶部或底部表面共同形成，形成所述外径密封的端部环圈第一表面和预成型组件顶部或底部表面在沿轴向向外的方向上呈锐角地伸向所述密封件的纵向轴线。
7．按照权利要求6所述的密封件，其中所述第一和第二端部环圈具有超过1.8g/cc的密度。
8．按照权利要求7所述的密封件，包括五件环圈，其中所述成型组件包含所述五件环圈中的三件。
9．按照权利要求8所述的密封件，其中每一所述三件预成型组件环圈包括顶部和底部表面，从一中心孔口以基本上同样的锐角伸出，所述各预成型组件环圈叠置在所述两件端部环圈之间。
10．按照权利要求9所述密封件，其中所述预成型组件的顶部和底部表面以基本上45度的角度伸向密封件的纵向轴线，而第一和第二端部环圈的各第一端部表面以基本上60度的角度伸向所述密封件的纵向轴线。
11．按照权利要求6所述的密封件，其中每一所述端部环圈是在数值处在一从750psi到38000psi的范围之内的压缩载荷之下模制而成的。
12．按照权利要求7所述的密封件，其中每一所述端部环圈是在数值处在一从2500psi到38000psi的范围之内的压缩载荷之下模制而成的。
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