CN1347485A - 闭锁装置 - Google Patents

Abstract

柔性密封支座(6)主要由圆环形状的金属薄膜(9,10)构成,薄膜(9,10)有几乎相同的表面。金属薄膜(9)和(10)通过焊缝(18)在它们的外径处相互连接,通过焊缝(19)和(20)在它们内径处以紧密密封方式和环(16)连接。薄膜(9),(10)和环(16)一起构成一个压力室(11)。压力Ps在其中起作用的压力室(11)通过孔(17)和压力P_b在其中起作用的壳体(7)的内室连接。这样,压力室通过孔(12)和管(13)与外部闭锁装置(8)连接。若闭锁装置(1)处于完全无压力状态,那么薄膜(10)至少以连续的圆形线和闭锁元件(2)接触。工作压力P_b在管(3)的内部起作用。这个工作压力应该在每个工作阶段通过柔性密封支座(6)、刚性支座(5)和闭锁元件(1)对闭锁装置(1)的剩余部分进行真正的密封。密封气体压力P_g在壳体(7)的剩余部分的内部起作用,并且它必须高于工作压力P_b。压力P_s在薄膜系统(9、10)内部的压力室(11)中起作用,并且当闭锁元件(1)为静态时,压力P_s和压力P_g相等。在有外径即中间密封直径(22)的圆环表面上和薄膜(9)的内径上的压力P_g和P_b的压差用于薄膜9和10在闭锁元件(1)的下游方向上产生变形,以产生一种密封表面压力。在所有其它表面上,特别是在薄膜(10)的表面上产生压力补偿。为了移动闭锁元件(1),密封表面的压力必须降低到最小。这可以通过打开外部闭锁装置(8)办到。因此,孔(17)的横截面比孔(12)的横截面要小得多,所以压力P_s几乎降到零。

Description

闭锁装置

本发明涉及一种从一种关闭状态运行到开口状态、或者以相反方向运动、从而闭锁物流的移动式闭锁装置的密封装置。

该密封装置由金属部件构成，这些金属部件限定一个压力室，它可从外部对它施加压力，以取得密封性。由于仅使用金属部件，所以允许使用宽的温度范围，和由于装置操作频繁或者工作介质成分的特殊磨损条件。

对于这样一种密封部件的功能来说，重要的是通过在壳体中安装的两个密封支座在壳体和闭锁机构之间取得装置的密封。若在这个方向上规定了压差，则要求在背向压差的一侧有一个刚性的密封支座。朝向压差的这一侧必须得到一个轴向可动的密封支座，它也可以平衡由于内压或者/和外载荷引起的机壳变形。壳体外部部位的载荷要求活动座环有一个与传力点的距离成正比例的刚性，因而该座环不再能平衡闭锁机构和壳体的变形。这样就不能保证整个系统在每个工作状态时的密封性。为了实现密封性的这个基本要求，即既在该装置的关闭状态，也在开口状态没有介质成份进入壳体，可以在壳体的内部通过一种密封介质施加一种压力，这样做的结果是在不密封时只有密封介质成份能够进入工作介质，并且在压力的下游处手动闭锁是安全的。

密封装置原理上是已知的，它是利用可膨胀的密封件在闭锁机构上产生足够的表面压力。但是由弹性塑料制成的软管式密封件由于温度上限和磨损特性方面的原因只能有限度地应用。特别是当进一步磨损时，这些密封件发展到自己卡在应密封的密封缝隙中。这样，不是密封件丧失了膨胀能力，就是闭锁装置丧失了操作能力。

已知的产生轴向柔性的金属密封结构的缺点是，它是一种混合式的解决办法，即金属限制压力室向外膨胀，和由此产生的力传递到由弹性体制成的弹性密封件上的组合。这同样地产生了上述缺点。由于弹性变形能力的原因，压力室受到多个平行薄膜的限制，这些薄膜无论是在生产中还是在运行中均不必检查它们彼此间的密封性。由于弹性变形能力的原因，即使在最高工作温度时也要求弹性薄膜是多层的。对于压力室的密封功能，单个薄膜的失效会导致整个失效。通过成型工艺制造支承弹性密封环的薄膜包，特别是具有几乎相同径向厚度的薄膜特别困难。弹性密封环在薄膜包中的支承不充分，从而导致密封环在相对于闭锁机构的移动方向而言的圆周位置的磨损。

在德国专利申请19653456.9中采用了两个金属薄膜，这两个金属薄膜通过外部施加压力，连同壳体内部压力对闭锁机构产生密封效果。这种生产工艺很费钱，批量生产中的变形效果的可重复性差，特别是薄膜之间以及和可拆卸的法兰盘的密封焊接很费钱。可拆卸的法兰盘以及刚性密封支座的密封，还有它们的轴向定位是难以解决的。特别是变化的内部压力载荷引起装置壳体的变形，导致金属密封元件的贵金属涂层的磨损，从而导致刚性密封支座对壳体的密封效果的降低。

本发明的任务是创造一种本文开始所述的那种类型的密封装置，它可以较小花费取得和圆周位置无关的、均匀的密封效果和磨损率，即使工作介质对闭锁机构施加高温和高压，闭锁机构和/或整个系统的外部元件出现变形，闭锁机构的操作频率高，以及由于固定的介质成份可能使磨损条件变得困难。此外，仅用壳体内部的闭锁气体压力就可产生密封效果。闭锁气体压力和工作压力之间起着作用的压力差改进了刚性支座对闭锁机构的密封效果。

这个任务通过权利要求1的特征得到解决。为了理解这一功能，必须对两个不同压力室的压力情况进行研究。在该装置处于关闭状态时，在闭锁机构和装置的连接法兰盘之间存在着应该闭锁的工作压力P_b，壳体内部的压力P_g以及弹性支座内部的操作压力P_s。需要两个能满足必需变形能力的最佳薄膜，该薄膜与壳体密封连接，并和闭锁机构平行布置。仅这种环形面积差本身就足以产生必需的表面压力。有可能用比较小的压力P_g在支座上产生大的表面压力。这也是必需的，因为在柔性支座和闭锁机构之间仅必须进行金属密封。在薄膜系统内部的室和压力P_g起作用的壳体内室之间存在着连接。这个连接的横截面比起用于和小闭锁装置的外部连接的孔的横截面要小得多。

这个密封装置的功能描述如下。在装置处于静止状态时，也就是处于打开或者关闭状态时，朝向闭锁装置的薄膜与闭锁装置接触。这种密封或多或少是以一种圆形线进行的。在薄膜的中间密封直径和内部直径之间的环形表面上是P_g和P_b之间的压差在起作用，而其中P_g总是大于P_b。薄膜系统内的室具有和壳体一样的压力。为了对装置进行操作，薄膜系统内部的压力降至接近于零，同时卸载孔的横截面通过打开外部的小闭锁装置而自由开放。由于薄膜系统之间连接孔的横截面小，所以压力P_b降低的不是很大，在操作该装置时也能完成它的功能。在闭锁机构到达终端位置后，外部闭锁装置重新关闭，薄膜系统对闭锁机构重新进行密封。

第二个可能性存在于，借助外部闭锁装置把薄膜系统内部的压力排入工作压力P_b起作用的压力室中。虽然薄膜系统的卸载效果不是那么大，但是，它特别是对于有毒的或者对环境有害的介质来说是必要的。

操作过程中的密封和接触要求面向闭锁机构一侧的薄膜的半径外部范围有防磨损涂层。这种设计的优点是能够对所有工序过程中产生的装置部件的变形进行补偿。能够降低所要求的刚度，特别是壳体和闭锁机构的刚度，以及降低对平面密封面的形状偏差的要求。它对与密封有关的装置部件的最终加工的加工方法也有影响。

相对薄膜系统固定的密封支座是刚性结构，并且和壳体之间具有弹性的和压力密封的连接。这种连接是由一个环形薄膜构成，该薄膜在外径上和刚性密封支座连接，在内径上和壳体连接。这样，由于压力P_b的作用出现的壳体的变形就与座环去耦。除了通过闭锁机构传递到刚性密封支座的工作压力差之外，还有壳体压力P_b和工作压力P_s之间的压力差对刚性密封支座的中间密封直径和薄膜内径之间的环形表面产生作用，因而提高了密封表面压力。

还可能有一种在闭锁机构的两侧具有上述薄膜结构的两个刚性支座的实施形式。

下面借助附图对本发明的密封装置的不同实施形式作一说明。

这些图表示：

图1.闭锁装置总图

图2.图1的局部详图I，薄膜系统处于轴向完全卸载状态

图3.图1的局部详图I，薄膜系统在压力P_g支持下轴向处于全压状态

图4.图1的局部详图II，刚性密封支座处于轴向完全卸载状态

图5.图1的局部详图II，刚性密封支座在压力P_g支持下轴向处于全压状态下

图6.图5的第二种形式

图7.在未受压状态时具有两个刚性支座的形式

图1表示闭锁装置1的总图。该装置是由一个通过管3和法兰盘4和毗邻的管道密封地连接在一起的壳体7构成。借助闭锁机构2，通过刚性支座5和柔性支座6可以达到闭锁。闭锁机构2借助驱动装置15，通过活塞杆14从开放位置进入关闭位置和相反。柔性支座6的压力室11通过管道13和一个外部闭锁装置8密封连接。

图2为柔性密封座6的放大图。该密封座主要是由具有大约相同面积的圆环形金属薄膜9、10组成。金属薄膜9以及10是通过焊缝18在它们的外径处彼此连接，以及通过焊缝19和20在它们的内径处密封地和环16连接。两个薄膜9和10和环16构成一个压力室11。压力P_s在其中工作的这个压力室11通过孔17和压力P_b在其中工作的壳体7的压力室40连接。另一方面压力室11通过孔12和管13也和外部闭锁装置8连接。环16通过焊缝21和壳体7密封连接。薄膜10也在闭锁装置1完全处于无压力状态时至少在一条连续的圆形线上和闭锁机构2接触。

图3表示通过压力P_b，P_g和P_s的作用处于变形时的柔性密封支座6。压力室39应该通过柔性密封支座6、刚性支座5和闭锁机构1在每个工作阶段都和闭锁装置1的剩余部分很好地密封，压力室39中的工作压力P_b在管道3的内部起作用。闭锁气体压力P_g在压力室40内剩余壳体7的内部起作用，并且必须高于压力室40中的工作压力P_b。压力P_s是在薄膜系统9、10内部的压力室11中起作用，并且在闭锁机构1处于静止状态时和压力P_g相等。在其外径等于中间密封直径22的圆环表面上和在薄膜9内径上的压力P_g和P_b的压差用于薄膜9和10在闭锁机构1的方向上产生变形，以产生一种密封表面压力。在所有其它表面上，特别是在薄膜10的表面上压力处于平衡。

为了移动闭锁机构1，必须将密封表面压力降到最小。这可通过打开外部闭锁装置8完成。因为孔17的横截面比孔12的横截面要小得多，所以压力P_s降到接近环境压力，而不使压力P_g有实质性的下降。这样在密封支座5、6和闭锁机构2上的防磨损涂层的磨损降到最小，以及驱动力减小。

图4表示垂直于闭锁机构2纵轴的刚性密封支座5的剖面图。固定的密封座5具有一个凸起的支座28，该支座在中间密封直径27上对闭锁机构2进行密封。固定的密封支座5相对于壳体7可作轴向运动，并在它的外径处通过焊缝24和薄膜26密封连接。薄膜26通过焊缝25和壳体7密封连接。

图5表示闭锁机构2沿纵轴方向上刚性密封支座5的剖面图。由于在闭锁气体压力P_g的作用下壳体7发生变形，这一方面在薄膜26和刚性密封支座5之间产生间隔，另一方面在薄膜26和壳体7之间也产生间隔，这样，支座28的平面度未发生变化，仍然保持和闭锁机构2的完全接触。除此之外，主要又是P_g和P_b之间的压力差对薄膜26的整个表面起作用。所产生的力传递到刚性密封支座5，并且成为既是支座28，也是柔性密封支座6的附加密封表面压力。

图6是图5的另一种实施形式。其区别在于薄膜31的连接。它是通过外径处的焊缝29和壳体7连接的。薄膜31的内径是通过焊缝30和刚性密封支座5连接的。密封力的产生和图5相似。

图7表示一个具有两个刚性密封支座34，36的实施形式的未负载状态。它们通过薄膜36，37和壳体7密封连接。间距38比闭锁机构2的厚度要小。在安装闭锁机构2时要把薄膜36，37的弹性常数变换成最小表面压力。在应用了闭锁气体压力P_g后达到了所必需的密封表面压力。

                    图注名称表

1.闭锁装置

2.闭锁机构

3.管

4.法兰盘

5.刚性支座

6.柔性支座

7.壳体

8.外部闭锁装置

9.薄膜

10.薄膜

11.压力室，压力P_s

12.孔

13.管

14.活塞杆

15.驱动装置

16.环

17.孔

18.焊缝

19.焊缝

20.焊缝

21.焊缝

22.中间密封直径

23.间距

24.焊缝

25.焊缝

26.薄膜

27.中间密封直径

28.支座

29.焊缝

30.焊缝

31.薄膜

32.支座

33.刚性支座

34.刚性支座

35.刚性支座

36.薄膜

37.薄膜

38.间距

39.压力室，压力P_b

44.压力室，压力P_g

Claims (18)

1.用于高温工作的移动式操作的闭锁装置(1)，该装置由具有管(3)和法兰盘(4)的壳体(7)，以及一个通过柔性支座(6)的密封装置，一个闭锁机构(2)和一个刚性支座(5)组成，其特征为，为了产生柔性密封支座对闭锁机构(2)的密封表面压力，主要使用了压力室(40)中的壳体(7)内部的压力。

2.根据权利要求1的闭锁装置，其特征为，柔性密封支座(6)具有两个圆环形金属薄膜(9)和(10)，该金属薄膜有几乎相同的内径和相同的外径，并且在无压力状态时平行毗邻配置。

3.根据权利要求2的闭锁装置，其特征为，处于无压力状态的薄膜(9)至少部分地贴靠在环(16)上。

4.根据权利要求2的闭锁装置，其特征为，薄膜(9)在它的内径处和环(16)密封连接，在它的外径处和薄膜(10)密封连接。

5.根据权利要求2的闭锁装置，其特征为，薄膜(10)在它的内径处和环(16)密封连接。

6.根据权利要求2的闭锁装置，其特征为，薄膜(9)和(10)限定一个压力室(11)，该压力室(11)通过孔(17)和壳体(7)的内室连接，通过孔(12)、管(13)和一个外部闭锁装置(8)和周围的大气有一种可关闭的连接。

7.根据权利要求2的闭锁装置，其特征为，孔(17)的横截面比孔(12)的横截面小。

8.根据权利要求2的闭锁装置，其特征为，在闭锁机构(2)开始运动之前外部闭锁装置(8)打开，在运动结束之后重新关闭。

9.根据权利要求2的闭锁装置，其特征为，在闭锁装置(1)处于无压力状态时，薄膜(9)和闭锁机构(2)有一个大约为圆形的线接触。

10.根据权利要求1的闭锁装置，其特征为，刚性支座(5)在工作压力梯度方向上轴向可动地布置，并且通过一个圆环形薄膜(26)和壳体(7)连接。

11.根据权利要求10的闭锁装置，其特征为，薄膜(26)的外径和刚性支座(5)密封连接，薄膜(26)的内径和壳体(7)密封连接。

12.根据权利要求1的闭锁装置，其特征为，刚性支座(5)在工作压力梯度方向上轴向可动地布置，并且通过一个圆环形的薄膜(31)和壳体(7)连接。

13.根据权利要求12的闭锁装置，其特征为，薄膜(31)的外径和壳体7密封连接，薄膜(31)的内径和刚性支座(5)密封连接。

14.用于高温工作的移动式操作的闭锁装置(1)，该装置由具有管(3)和法兰盘(4)的壳体(7)，以及一个通过刚性支座(34)的密封装置，一个闭锁机构(2)和一个刚性支座(35)组成，其特征为，为了刚性密封支座(34)和(35)相对闭锁机构(2)密封，仅使用了壳体(7)内部的闭锁气体压力。

15.根据权利要求14的闭锁装置，其特征为，刚性支座(34)和(35)通过薄膜(36)及(37)和壳体(7)连接。

16.根据权利要求14的闭锁装置，其特征为，刚性支座(34)和(35)相对闭锁机构(2)的最小表面压力是通过薄膜(36)和(37)在轴向方向上的弹性变形达到的。

17.按照前述权利要求中的任一项的闭锁装置，其特征为，来自压力室(11)的压力通过外部闭锁装置(8)排入周围。

18.按照前述权利要求中的任一项的闭锁装置，其特征为，来自压力室(11)的压力通过外部闭锁装置(8)排入压力室(39)。

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