CN1954164B - 具有刚化器的密封装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于增加密封刚度的密封装置。该密封装置包括设置为刚性连接到流体控制装置的主体上的夹紧部分，和从所述夹紧部分延伸的柔性部分，所述柔性部分具有弯曲的密封表面，该弯曲密封表面设置为靠着与所述流体控制装置相关的可移动的流动控制构件进行密封，其中所述柔性部分被设置为具有在第一流动方向上的第一刚度和在第二流动方向上的第二刚度。

Description

具有刚化器的密封装置

技术领域

本公开内容适用于密封装置，更具体地，适用于一种用于增加密封刚度的装置。

背景技术

通常，在工业过程，例如油气管线分配系统，化工处理厂等中有必要控制流体的传输。在一些过程控制系统中，诸如蝶形阀的过程流体控制装置，提供控制流体传输的方法，具体地，可在前向(forward)流体流动方向和反向(reverse)流体流动方向提供关断能力。虽然许多过程流体控制装置在前向和反向流动方向上都提供了关断能力，但这些过程流体控制装置可能不能在这两个流动方向上提供同样程度的关断。例如，蝶形阀可在前向流动方向上提供最高300psi压降的关断能力，但在反向流动方向上只能提供最高100psi压降的关断能力。

过程流体控制装置可能无法在这两个流体流动方向上提供相同的关断能力，这是由于过程流体控制装置的结构上的机械偏差和过程流体控制装置的设计所造成的。在前向流动方向上，用于控制和/或阻止流体流过过程流体控制装置的可移动的流动控制构件(例如，蝶形阀盘或任何其它的用于控制和/或阻止流体流动的机械元件)，可具有渐细边缘(tapered edge)，使得所述可移动的流动控制构件的一端的直径大于其另一端的直径。该可移动的流动控制构件可连接到过程流体控制装置，使得该可移动的流动控制构件的具有较大直径的末端被设置为防止密封构件在前向流体流动方向上过度弯曲。具体地，响应于在前向流动方向上的流体压力，该可移动的流动控制构件的渐增的直径允许密封构件弯曲并保持与该可移动的流动控制构件外表面(即所述渐细边缘)的接触。在反向流动方向上，密封构件在反向流动方向上的总的弯曲可能太大而无法保持与该可移动的流动控制构件渐细边缘的接触。其结果是，在密封构件与可移动的流动控制构件之间的流体密封被损坏(或被破坏)，流体可通过可移动的流动控制构件。

发明内容

根据一实施例，一种密封装置包括具有弯曲的密封表面的第一柔性构件，和邻近所述第一柔性构件的保持件侧的第二柔性构件。所述第二柔性构件被设置为在一个或多个流动方向上增加所述第一柔性构件的刚度。

根据另一实施例，一种密封装置包括设置为刚性地连接到过程流体控制装置的主体的夹紧部分。所述密封装置还包括从所述夹紧部分延伸的柔性部分，所述柔性部分具有设置为靠着与所述过程流体控制装置相关的可移动的流动控制构件而密封的弯曲密封表面。所述柔性部分被设置为具有在第一流动方向上的第一刚度和在第二流动方向上的第二刚度。

附图说明

图1为已知的蝶形阀的一部分的截面视图；

图2a为图1中所使用的已知密封结构的一部分的放大截面视图；

图2b为当流体压力在反向流动方向上施加于所述密封结构时，图2a中的已知密封结构的一部分的放大截面视图；

图3为在反向流动方向上增加了密封刚度的第一装置的截面视图；

图4为图3中所示第一装置的平面视图；

图5为在反向流动方向上增加了密封刚度的第二装置的截面视图；

图6为图5中所示第二装置的平面视图；和

图7为在反向流动方向上增加了密封刚度的第三装置的截面视图。

具体实施方式

图1为已知的蝶形阀100的一部分的截面视图。图1中所示的蝶形阀100可用于在高温环境中控制诸如天然气、石油、水等流体的流速和/或压力。这样，蝶形阀100可由诸如不锈钢的材料制成，这类材料能够经受上述环境。

如同1所示，蝶形阀100具有阀盘102(例如，可移动的流动控制构件)在阀盘102上可能出现相对高压力的流体。蝶形阀100还包括阀体104和连接到阀体104的密封结构106。密封结构106包括密封保持件108和密封环110，密封结构106被设置为在阀盘102与密封环110之间形成流体密封。

阀盘102可通过轴件112偏心安装到阀100上，并偏离阀体104的中心线。阀盘102被牢固连接到轴件112。在工作中，当流体通过阀100时，阀盘102和轴件112在阀100中转动，使得阀盘102的渐细边缘114与密封环110隔开(例如，在打开位置)。阀盘102也可以转动到关闭位置(例如，阀盘102的渐细边缘114与密封环110接触)，以与密封结构106形成流体密封，从而防止过程流体通过蝶形阀100。偏心安装的阀盘102可被设置为提供近似于线性的流体特性，并因此可能用于开/关和/或节流控制应用中。

图2a为图1中的密封结构106的一部分的放大截面视图。密封结构106被设置为与阀盘102形成密封，从而防止流体在前向流动方向116上和/或反向流动方向118上流动。当阀盘102转动到关闭位置并接触密封环110的弯曲密封表面120时，在阀盘102与密封结构106之间形成流体密封。密封环110可由柔性材料(例如不锈钢)制成，这类材料适用于如上所述的高温应用中。密封环110可具有内径121(图1)，其近似等于阀盘102的平均直径。如图2a所示，密封环110的柔性部分122被置于密封支持件124与密封保持件108之间。

在工作中，当阀盘102关闭(即，与弯曲密封表面120接触)而在前向流动方向116上向阀盘102施加流体压力时，密封环110在前向流动方向116上弯曲，直到密封环110邻接或接触阀盘102的渐细边缘114和/或密封支持件124。随着压力增加，所述流体密封不会被损坏或破坏，这是因为密封环110的柔性部分122被阀盘102的渐细边缘114所支撑，或驱动靠向阀盘102的渐细边缘114，从而朝向阀盘102的较大直径的末端。

图2b为图1中的密封结构106的放大截面视图，显示了在蝶形阀100的主体中的反向流动压降(例如，阀盘102关闭而在反向流动方向118上施加流体压力的情况，从而使密封环110的柔性部分122在反向流动方向118上弯曲)。随着流体压力的增加，所述流体密封最终被损坏或破坏，这是因为如图2b所示，密封环110的柔性部分122弯曲离开阀盘102，因此，其不再被阀盘102的渐细边缘114所支撑。由图2中可看出，由于阀盘102的直径在反向流动方向118上减小，阀盘102的渐细边缘114在反向流动方向118上不再支撑密封环110的柔性部分122。

图3为在反向流动方向304上增加了密封环302的刚度的第一密封结构300的截面视图。如图3所示，密封结构300包括密封保持件306和密封支持件308，其类似于图2a中的密封保持件108和密封支持件124。此外，密封环302包括柔性部分310、弯曲密封表面312、尖端部分314，和设置为靠着弯曲密封表面312以形成流体密封的阀盘316。

与图1的密封结构106相比，密封结构300包括邻近密封环302的保持件侧的示例柔性构件318。柔性构件318被设置为在反向流动方向304上增加密封环302的刚度(即用作密封刚化器(stiffener))，并进一步被设置为在前向流动方向320上不阻碍密封结构300的功能(例如，密封环302的刚度在前向流动方向320上不受柔性构件318的影响)。如图3所示，示例柔性构件318或密封刚化器318被置于密封保持件306与密封环302之间。在一些示例中，密封刚化器318可不固定在密封保持件306和/或密封环302上。例如，密封刚化器318可被卡紧或夹紧，但并非永久固定在，密封环302与密封保持件306之间。其结果是，柔性部分310被设置为具有在前向流动方向320上的一个刚度和在反向流动方向304上的另一个或不同的刚度。

本领域普通技术人员可容易地认识到，各种不同的材料可用于实现密封刚化器318。例如，密封刚化器318可由与形成密封环302的材料相类似的材料制成，和/或可由耐磨性和/或耐蚀性比形成密封环302的材料更好的材料制成。可选择地，密封刚化器318也可由耐磨性比形成密封环302的材料更差的材料制成，这是因为密封刚化器318并不与密封环302保持滑动接触。

图4是密封刚化器318的平面视图。密封刚化器318可具有类似于垫圈的形状，其内径352等于密封环302的内径。密封刚化器318可具有足够大的外直径354，使得密封刚化器318被牢固地卡紧在夹紧部分(例如密封保持件306)与密封环302之间。密封刚化器318可基本上是平坦的，或可具有特定形状的轮廓。所述特定形状的轮廓可由弯曲部356和358形成。此外，密封刚化器318可设置为阻止磨损介质接触密封环302，从而用作保护弯曲密封表面312免受磨损介质的影响的防护。

可选地，密封刚化器318可具有多个柔性悬臂构件，每个柔性悬臂构件可具有一端卡紧在密封环302与密封保持件306之间，而其另一端至少延伸到密封环302的尖端部分314。所述多个悬臂构件可沿着密封环302的周界均匀间隔，和/或可沿着密封环302的周界以任何需要的结构间隔，使得所述多个悬臂构件在反向流动方向304上基本上均匀地增加密封环302的整体刚度。

回到图3，由于在反向流动方向304上的流体压力被施加到在所述关闭位置的阀盘316上，密封环302在反向流动方向304上弯曲，直到尖端部分314邻接或接触密封刚化器318。以这种方式，密封刚化器318用作对于密封环310的尖端部分314的柔性支撑。其结果是，密封刚化器318在所述反向流动方向上增加了柔性部分310的刚度，从而阻止密封环302弯曲得过大，这使得在阀盘316的渐细边缘322与弯曲密封表面312之间的流体密封不被损坏或破坏。

图5是另一示例密封结构400的截面视图，密封结构400在反向流动方向404上增加了密封环402的刚度。如图5所示，密封结构400包括密封保持件406和密封支持件408，其类似于图2a中的密封保持件108和密封支持件124。此外，密封环402包括柔性部分410、弯曲密封表面412、尖端部分414，和被设置为靠着弯曲密封表面412以形成流体密封的阀盘416。

与图1的密封结构106相比，密封结构400包括邻近密封环402的保持件侧的柔性构件418。类似于图3中的示例柔性构件318，示例柔性构件418被设置为在反向流动方向404上增加密封环402的刚度(即用作密封刚化器)，而且在前向流动方向420上不阻碍密封结构400的功能。如图5所示，示例柔性构件418或密封刚化器418可被置于密封保持件406与密封环402之间。优选地，密封刚化器418不固定在或永久连接在密封保持件406和/或至少密封环402的柔性部分410上，使得其在前向流动方向420上不阻碍密封结构400的功能。其结果是，柔性部分410被设置为具有在前向流动方向420上的一个刚度和在反向流动方向404上的另一个或不同的刚度。

示例密封刚化器418可由与密封环402的材料相类似的材料制成，和/或可由耐磨性和/或耐蚀性比形成密封环402的材料更好的材料制成。可选择地，密封刚化器418也可由耐磨性与形成密封环402的材料相类似或比形成密封环402的材料更差的材料制成，这是因为密封刚化器418并不与密封环402保持滑动接触。

密封刚化器418可具有类似于垫圈的但不平坦的整体形状。如图6所示，密封刚化器418可具有外直径452，其接近于图4中的密封刚化器318的外直径354，但其未延伸到密封环402的尖端部分414。不同的是，示例密封刚化器418在轮廓上具有弯曲部422以适应密封环402的轮廓，其结果是，密封刚化器418具有非平坦的几何形状。因此，示例密封刚化器418被设置为增加了密封环402和/或柔性部分410的一部分的厚度。例如，如图5所示，密封刚化器418并未沿着柔性部分410的整个长度延伸，而是沿着柔性部分410的一部分延伸。

类似于图3中的密封刚化器318，密封刚化器418也可由多个柔性悬臂构件组成，每个柔性悬臂构件可具有一端卡紧在密封环402与密封保持件406之间，而其另一端在轮廓上具有类似于用在示例密封环402上的弯曲部422。所述多个悬臂构件可沿着密封环402的周界均匀间隔，和/或可沿着密封环402的周界以任何需要的结构间隔，使得所述多个悬臂构件在反向流动方向404上均匀地增加密封环402的整体刚度。

类似于图3中的密封结构300，由于在反向流动方向404上的流体压力被施加到在所述关闭位置的阀盘416上，密封环402的柔性部分410在反向流动方向404上弯曲。密封刚化器418通过支撑柔性部分410(例如，在弯曲部422处或其附近)而增加了柔性部分410的刚度。通过支撑柔性部分410，在阀盘416的渐细边缘424与弯曲密封表面412之间的流体密封，没有因为在反向流动方向404上增加的流体压力而破坏。更具体地，密封刚化器418在反向流动方向404上显著增加了柔性部分410的刚度，因而显著减小了弯曲密封表面412可沿着阀盘416的渐细边缘424朝向阀盘416的较小直径的末端移动的程度。

图7是又一示例密封结构500的截面视图，密封结构500在反向流动方向504上增加了密封环502的刚度。如图7所示，密封结构500包括密封保持件506和密封支持件508，其类似于图2a中的密封保持件108和密封支持件124。此外，密封环502包括柔性部分510、弯曲密封表面512、尖端部分514，和被设置为靠着弯曲密封表面512以形成流体密封的阀盘516。

与图3中的示例密封结构300以及图5中的示例密封结构400不同的是，图7中的示例密封结构500包括可压缩的(compressible)圆柱构件518，其被设置在密封保持件506与弯曲密封表面512之间的环形腔或凹处、槽、井、或沟中。为易于论述，所述环形腔、槽、井、或沟在此处称作环形凹处520。例如，可压缩的圆柱构件518可为螺线弹簧。可压缩的圆柱构件518可固定到弯曲密封表面512的环形凹处520上。可压缩的圆柱构件518的设置阻止其在前向流动方向522上影响密封环502的刚度。

可压缩的圆柱构件518可由与形成密封环502的材料相类似的材料制成，和/或可由耐磨性和/或耐蚀性比形成密封环502的材料更好的材料制成。可选择地，密封刚化器518也可由耐磨性与形成密封环502的材料相类似或比形成密封环502的材料更差的材料制成，这是因为密封刚化器518并不与密封环502保持滑动接触。可压缩的圆柱构件518还可具有一定的长度，使其置于由弯曲密封表面512形成的环形凹处520中。

可选择地，可压缩的圆柱构件518可由沿着密封环502的环形凹处520放置的多个螺线弹簧组成。这些多个螺线弹簧可置于弯曲密封表面512的环形凹处520中，并沿着环形凹处520均匀放置。可选择地，这些多个类型弹簧可依照能够在反向流动方向504上基本上均匀地增加密封环502的整体刚度的任何结构进行放置。

由于在反向流动方向504上的流体压力被施加到在所述关闭位置的阀盘502上，在阀盘502与弯曲密封表面512之间可形成密封。由于在所述反向流动方向上的流体压力增加，柔性部分510在反向流动方向504上逐渐弯曲，直到可压缩的圆柱构件518压到密封保持件506上，从而阻止密封环502的尖端部分514邻接或接触密封保持件506。以这种方式，可压缩的圆柱构件518防止了在阀盘516的渐细边缘524与弯曲密封表面512之间的流体密封被损坏或破坏。

虽然在此描述了本发明的一些方法、装置和制造的产品，不过，本发明的涵盖范围并不仅限于此。相反地，本发明涵盖了落入所附权利要求的范围内的所有方法、装置和制造产品，无论是从文字方面还是从等同物方面而言。

Claims (19)

1.一种密封装置，包括：

第一柔性构件，该第一柔性构件具有弯曲部分，并且在前向流动方向上具有第一刚度；和

第二柔性构件，该第二柔性构件邻近所述第一柔性构件的保持件侧，并设置为在反向流动方向上增加所述第一柔性构件的第二刚度；其中所述第二柔性构件在所述前向流动方向上不增加所述第一柔性构件的所述第一刚度。

2.根据权利要求1的密封装置，其中所述第二柔性构件包括支持件，该支持件的内径近似等于所述第一柔性构件的内径。

3.根据权利要求2的密封装置，其中所述第二柔性构件被设置为保护所述第一柔性构件的弯曲部分免受磨损介质的影响。

4.根据权利要求1的密封装置，其中所述第二柔性构件被设置为响应所述反向流动方向上的压力而接触所述第一柔性构件的弯曲部分。

5.根据权利要求1的密封装置，其中所述第二柔性构件包括至少一个可压缩的圆柱构件。

6.根据权利要求5的密封装置，其中所述至少一个可压缩的圆柱构件被设置为邻近所述第一柔性构件的保持件侧。

7.根据权利要求5的密封装置，其中所述至少一个可压缩的圆柱构件被设置为：当处于所述反向流动方向上时，接合保持件腔壁。

8.一种密封装置，包括：

夹紧部分，该夹紧部分被设置为刚性地连接到流体控制装置的主体；

柔性部分，该柔性部分从所述夹紧部分延伸并具有弯曲的密封表面，该弯曲密封表面被设置为靠着与所述流体控制装置相关的可移动的流动控制构件而密封；和

刚化器，该刚化器邻近所述柔性部分的保持件侧，其中所述柔性部分在前向流动方向上向所述弯曲的密封表面提供第一刚度，所述刚化器在反向流动方向上增加所述弯曲的密封表面的第二刚度；其中所述刚化器在所述前向流动方向上不增加所述弯曲的密封表面的所述第一刚度。

9.根据权利要求8的密封装置，其中所述刚化器连接到所述柔性部分，以响应在所述流体控制装置的主体中的反向流动压降而接触所述柔性部分的尖端部分。

10.根据权利要求8的密封装置，其中所述刚化器包括可压缩的圆柱构件，该圆柱构件被设置为邻近与所述弯曲密封表面相对的第二弯曲表面。

11.根据权利要求8的密封装置，其中所述弯曲密封表面提供环形密封表面，该环形密封表面被设置为接合所述可移动的流动控制构件的外表面。

12.根据权利要求8的密封装置，其中所述夹紧部分和所述柔性部分中的至少一个由金属制成。

13.根据权利要求8的密封装置，其中所述可移动的流动控制构件为一阀盘。

14.根据权利要求8的密封装置，其中所述可移动的流动控制构件为蝶形阀盘。

15.一种流体阀，包括：

阀盘，该阀盘被设置为用于控制流体的流动；和

密封结构，该密封结构包括：

第一柔性构件，该第一柔性构件包括设置为用于接合所述阀盘的弯曲密封表面，该第一柔性构件在前向流动方向上具有第一刚度，和

第二柔性构件，该第二柔性构件邻近所述第一柔性构件的保持件侧，并被设置为在反向流动方向上增加所述第一柔性构件的第二刚度；其中所述第二柔性构件在所述前向流动方向上不增加所述第一柔性构件的所述第一刚度。

16.根据权利要求15的流体阀，其中所述第一柔性构件被设置为响应在所述反向流动方向上的压力而接触所述第二柔性构件的弯曲部分。

17.根据权利要求15的流体阀，其中所述第二柔性构件被设置为响应与所述反向流动方向有关的压力而接合所述第一柔性构件的尖端部分。

18.根据权利要求15的流体阀，其中所述第二柔性构件包括可压缩的圆柱构件。

19.根据权利要求18的流体阀，其中所述可压缩的圆柱构件被设置为响应在所述反向流动方向上的压力而接合在所述密封结构中的一密封保持件。

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