CN221003741U - 密封垫片 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及密封垫片，其适用于流体介质于其中传输的装置，密封垫片限定轴线且包括：金属骨架和覆设于金属骨架的两个轴向端面上的非金属密封层。金属骨架包括：基体，其在截面上是笔直的且具有正交于轴线的第一中心线；和两组环形齿片，其在截面上相对于第一中心线对称设置，每个齿片包括倾斜节段和弯曲节段，倾斜节段在截面上是笔直的且具有第二中心线，第二中心线逆着介质压力的方向与轴线成在15°‑50°范围内的角度倾斜，而弯曲节段在截面上朝向于基体弯曲且在自由末端处被倒圆；以及至少一对环形凸台，所述至少一对凸台中的每个凸台和与其相邻的对应齿片沿着第一中心线间隔设置。本实用新型提供的密封垫片使用安全且密封性能长效稳定。

Description

密封垫片

技术领域

本实用新型涉及一种密封垫片。

背景技术

带有金属骨架的密封垫片主要有缠绕式垫片和传统的齿形垫片。缠绕式垫片包括形式为V形截面成型薄钢带的多个金属基体，作为金属骨架，所述多个金属基体与多个非金属填料带一起环绕同一轴线交替缠绕，因此，所述多个金属基体并非整体结构，使得缠绕式垫片的抗压性和回弹能力较低。传统的齿形垫片为金属垫片、或金属非金属复合垫片，其包括金属骨架，在金属骨架上设置与其一体形成的两组三角形尖齿，当传统的齿形垫片被安装在一装置的两个法兰中时，所述两组三角形尖齿与所述两个法兰的端面接触，易于损伤所述两个法兰的端面，而且，所述两组三角形尖齿自身的回弹能力微小，对法兰的制造精度及装置的工况有较高的要求，不适用于温度和压力波动剧烈的工况。

当前，提出过一些技术改进，例如通过改变齿形垫片的齿形来提高回弹能力和不损伤法兰，或者通过设置凸台来提高齿形垫片的抗压性，这些技术改进在一定程度上提高了齿形垫片的密封性。

但是，所有上述设计中均忽视了一个重要的问题，即：在防止齿形垫片被压溃的情况下，如何保持密封垫片在使用中的抗压性、回弹能力和在工况中发生振动时如何及时进行密封补偿。尤其在石油、化工、电力、冶金等行业中使用的装置的管道和法兰所面对的工况大多是高温、高压或温度和压力升降波动，而80％的管道和法兰都是经检修后重复使用，或多或少都会有平面精度下降的情况发生，为了满足安全和环保生产的要求，需要对密封垫片的密封性能进行进一步提高。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是提供一种密封垫片，其使用安全、密封性能长效稳定，即使在装置的法兰使用密封垫片的过程中，法兰的平面精度有所下降和/或在工况中装置的温度和压力有所波动，甚至是密封垫片被过载，密封垫片都可以保持其抗压性、回弹能力和及时进行密封补偿。

根据本实用新型的一个方面，提供一种密封垫片，其适用于流体介质于其中传输的装置，密封垫片限定轴线且包括：金属骨架，其在密封垫片的包含轴线的截面上至少部分地呈鱼脊骨状，和非金属密封层，其覆设于金属骨架的两个轴向端面上，金属骨架包括：基体，其在截面上是笔直的且具有正交于轴线的第一中心线，且基体限定轴向通道，当密封垫片被安装至所述装置中时，在所述装置中传输的流体介质能够流过轴向通道，以使得密封垫片受到介质压力；和环形的两组齿片，所述两组齿片分别从基体的两个轴向端面伸出并在截面上相对于第一中心线对称设置，且每组齿片沿着第一中心线间隔设置，所述两组齿片中的每个齿片包括倾斜节段和与倾斜节段毗连的弯曲节段，倾斜节段在截面上是笔直的且具有第二中心线，第二中心线逆着介质压力的方向与轴线成在15°-50°范围内的角度倾斜，而弯曲节段在截面上朝向于基体弯曲且在自由末端处被倒圆；以及环形的至少一对凸台，所述至少一对凸台也分别从基体的两个轴向端面伸出并在截面上相对于第一中心线对称设置，所述至少一对凸台中的每个凸台和与其相邻的对应齿片沿着第一中心线间隔设置。

可选地，每个齿片的轴向高度为非金属密封层的覆设于金属骨架的所述两个轴向端面之一上的一部分的最大轴向厚度的35％-85％。

可选地，每个齿片的厚度是恒定的。

可选地，每个凸台在截面上在沿着第一中心线的方向上的最大宽度为每个齿片的厚度的2.5倍以上。

可选地，每个凸台具有结合于基体的两个凸台底点，每个齿片具有结合于基体的两个齿片底点，其中，每个凸台的所述两个凸台底点之一和与其相邻的对应齿片的对应齿片底点之间的间距为每个齿片的厚度的2倍以上；和/或其中，每个齿片的所述两个齿片底点之一和与其相邻的对应齿片的对应齿片底点之间的间距为每个齿片的厚度的1至3倍。

可选地，每个凸台的面向与其相邻的对应齿片的一面为斜面或圆弧面。

可选地，每个凸台的背离于基体的顶部不是尖锐的，且所述至少一对凸台的背离于基体的顶点之间的轴向间距为密封垫片的轴向厚度的60％-90％。

可选地，密封垫片还包括定位环，定位环与金属骨架一体形成或者是可分离的，以辅助密封垫片的定位，定位环的轴向厚度小于每个凸台的轴向高度。

可选地，金属骨架在截面上在沿着第一中心线的方向上的宽度等于非金属密封层在截面上在沿着第一中心线的方向上的宽度。

可选地，弯曲节段具有第三中心线，第三中心线具有在1mm-4mm范围内的至少一个曲率半径。

通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例的详细描述，本实用新型的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本实用新型的实施例，并且连同说明书一起用于解释本实用新型的原理。

图1是根据本申请的一个实施方式的密封垫片的立体图；

图2是沿着图1的线B-B截取的密封垫片的轴向剖视图；

图3是根据本申请的一个实施方式的密封垫片被安装至一装置中的轴向剖视图；

图4是根据本申请的另一实施方式的密封垫片被安装至一装置中的轴向剖视图；

图5是根据本申请的又另一实施方式的密封垫片被安装至一装置中的轴向剖视图；以及

图6是图2的密封垫片的一部分的放大轴向剖视图，其中，为了清楚起见，去除了剖面线，且密封垫片的各个部分并非一定按比例绘制。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。

对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图1是根据本实用新型的一个实施方式的密封垫片10的立体图，密封垫片10限定轴线A。从垂直于轴线A的平面看去，密封垫片10基本呈圆形且是中空的。

图2示出沿着图1的线B-B截取的、密封垫片10的包含轴线A的截面，也就是说，示出密封垫片10在沿着轴线A的轴向上的轴向截面。概括而言，密封垫片10包括：金属骨架12，其在轴向截面上至少部分地、例如全部地呈鱼脊骨状，因此，本实用新型提供的密封垫片10也可以称为鱼骨型密封垫片10；和非金属密封层14，其覆设于金属骨架12的两个轴向端面12a、12b上，所述两个轴向端面12a、12b在轴向上彼此相反布置。

图3至图5示出根据本实用新型的各个实施方式的密封垫片10被安装至一装置中的轴向截面。本实用新型提供的密封垫片10适用于流体介质在其中传输的装置，当密封垫片10被安装至这样的装置中时，将有效地密封装置以防止流体介质泄漏。这样的装置包括但不限于在石油、化工、电力、冶金等行业中使用的管道装置，管道装置有时需要在高温、高压等恶劣的环境下操作，以运输流体介质。例如，管道装置包括位于一个管道一端的第一法兰16和位于另一管道一端的第二法兰18，密封垫片10被定位在第一法兰16的端面和第二法兰18的端面之间，以使得密封垫片10的轴线A重合于所述一个管道的轴线(未示出)和另一管道的轴线(未示出)，然后，可以借助于多个螺栓20将第一法兰16和第二法兰18紧固在一起，由此，密封垫片10实现第一法兰16的端面和第二法兰18的端面之间的密封。在图3中，第一法兰16为凹法兰且第二法兰18为凸法兰，密封垫片10可以被插入凹法兰中以完成定位。在图4和图5中，第一法兰16和第二法兰18均为平面法兰，因此，还为密封垫片10提供了定位环22，以在需要的情况下辅助密封垫片10的定位。

另外，密封垫片10限定正交于轴线A的径向线C，如图4所示，定位环22可以与金属骨架12一体形成，且从金属骨架12的在沿着径向线C的径向上的径向外端伸出。或者，如图5所示，定位环22可以与金属骨架12是可分离的，且通过合适的方式安装至金属骨架12的径向外端，例如，定位环22可以包括在轴向上可剖分的至少两个分体部分且所述至少两个分体部分分别被装卡至金属骨架12的径向外端。

返回至图2，具体而言，金属骨架12包括基体24，基体24在轴向截面上是笔直的且具有正交于轴线A的第一中心线D，也就是说，第一中心线D与径向线C重合。在存在定位环22的情况下，定位环22可以从基体24的径向外端伸出，或者通过合适的方式安装至基体24的径向外端。基体24限定轴向通道，当密封垫片10被安装至装置中时，在装置中传输的流体介质可以流过轴向通道，以使得密封垫片10受到介质压力。例如，当在装置中传输的流体介质的压力大于在装置外部的环境压力时，介质压力(正压)的方向(如图3中的箭头H所示)为基本径向向外的方向，而当在装置中传输的流体介质的压力小于在装置外部的环境压力时，介质压力(负压)的方向为基本径向向内的方向。对于管道装置而言，轴向通道的直径将等于大于所述一个管道的内径和另一管道的内径。

在下文中，针对于在未使用、即未受力状态下的密封垫片10，限定密封垫片10的各个部分的配置，除非另有说明。

继续参照图2，金属骨架12还包括两组环形齿片26，所述两组齿片26分别从基体24的两个轴向端面24a、24b伸出，所述两个轴向端面24a、24b在轴向上彼此相反布置，并且所述两组齿片26在轴向截面上相对于第一中心线D对称设置，且每组齿片26沿着第一中心线D间隔设置。

尤其如图6所示，所述两组齿片26中的每个齿片26包括倾斜节段26a和与倾斜节段26a毗连的弯曲节段26b。倾斜节段26a在轴向截面上是笔直的且具有第二中心线E，第二中心线E逆着介质压力的方向与轴线A、或者说平行于轴线A且与第二中心线E相交的虚拟直线成在15°-50°范围内的角度β倾斜。也就是说，当介质压力的方向为基本径向向外的方向时，第二中心线E将径向向内朝向于轴线A倾斜，而当介质压力的方向为基本径向向内的方向时，第二中心线E将径向向外背离于轴线A倾斜。弯曲节段26b在截面上朝向于基体24弯曲且具有第三中心线F，第三中心线F与第二中心线E连续，且具有在R1 mm-R4 mm(即，1mm-4mm的半径)范围内的至少一个曲率半径，或者说，具有在1.2-1.8rad范围内的至少一个折弯弧度。所述至少一个曲率半径包括多个曲率半径。

每个齿片26的倾斜节段26a在轴向截面上在垂直于第二中心线E的方向上测量的厚度是基本恒定的，且每个齿片26的弯曲节段26b在轴向截面上在垂直于第三中心线F的方向上测量的厚度是基本恒定的，倾斜节段26a的厚度和弯曲节段26b的厚度可以基本相等。也就是说，每个齿片26的厚度L₄可以是基本恒定的。

当密封垫片10被安装至装置、例如管道装置中时，密封垫片10首先受到来自第一法兰16的端面和第二法兰18的端面的密封压力，以至于密封垫片10以一定的压缩量被轴向压缩。压缩量来自非金属密封层14的弹性变形、更重要的是，也来自被嵌埋在非金属密封层14中的金属骨架12、尤其齿片26自身的弹性变形和形状变形，齿片26的形状变形指齿片26在密封压力的作用下朝向于基体24偏转。由于齿片26的弯曲节段26b的弯曲特征，弯曲节段26b的背离于基体24的一侧或者说朝向于第一法兰16的端面或第二法兰18的端面的一侧为弧形面，这个弧形面可以为齿片26提供额外的弹性变形和形状变形，并且即便在非金属密封层14弹性变形成极度薄的情况下也保持被偏转的齿片26经由非金属密封层14与第一法兰16的端面或第二法兰18的端面的非尖锐的间接接触。随着流体介质流过密封垫片10的轴向通道，密封垫片10还受到介质压力，由于每个齿片26的倾斜节段26a的倾斜特征，介质压力使得每个齿片26至少倾向于背离于基体24旋转以恢复原始形状，密封垫片10的压缩量将因此改变，这样，密封垫片10可以及时补偿由于流体介质或装置本身的温度和压力的波动造成的第一法兰16的端面和第二法兰18的端面之间的间隙，增强密封垫片10的密封作用。

另外，第二中心线E逆着介质压力的方向与轴线A成在15°-50°范围内的角度β倾斜是有利的。如果角度β小于15°，则随着密封压力增加，所增加的压缩量不足，也就是说，齿片26欠缺压缩变形能力。如果角度β大于50°，则齿片26会太易于在密封压力的作用下朝向于基体24偏转，且不易于在密封压力被去除或减小的情况下背离于基体24旋转以恢复原始形状，也就是说，齿片26欠缺回弹能力。

值得注意的是，在本文中，弯曲节段26b相比于倾斜节段26a提供更大的柔性，即，弯曲节段26b相比于倾斜节段26a更具有压缩变形能力，以使得齿片26在密封压力的作用下提供两种级别的压缩变形，以扩展密封垫片的应用范围。而且，在密封垫片的使用过程中，即便弯曲节段26b由于出现裂纹而失效，倾斜节段26a也还可以继续提供有效支撑或者说回弹能力以抵抗密封压力。

金属骨架12还包括至少一对环形凸台28(也可以被称为限位凸台28)，所述至少一对凸台28也分别从基体24的两个轴向端面24a、24b伸出并在轴向截面上相对于第一中心线D对称设置，因此，所述至少一对凸台28中的一个凸台28位于基体24的一个轴向端面24a上，所述一个凸台28可以与设置在所述一个轴向端面24a上的两个齿片26径向相邻且位于所述两个齿片26之间，或者，所述一个凸台28也可以设置在基体24的径向外端(在存在定位环22的情况下，与定位环22相邻且相对于定位环22径向向内定位)，且与设置在所述一个轴向端面24a上的一个齿片26相邻且相对于所述一个齿片26径向向外定位。所述至少一对凸台28中的每个凸台28和与其相邻的对应齿片26沿着第一中心线D间隔设置，以防止齿片26在来自第一法兰16的端面和第二法兰18的端面的密封压力过载的情况下被压溃，即，密封垫片10损坏。具体而言，为了让齿片26有较好的压缩变形能力和回弹能力，齿片26的厚度基本较小，以使得齿片26形成薄带，而凸台28可以提供足够的强度/硬度来抵抗密封压力。可以理解的是，所述至少一对凸台28包括多对凸台28。

所述至少一对凸台28的背离于基体24的顶点之间的轴向间距L₇为密封垫片10的轴向厚度L₈的60％-90％。也就是说，凸台28的形状不受限且在背离于基体24的一侧上形成顶部，顶部不是尖锐的，即，不具有尖角。当顶部为曲面或圆弧面时，顶部中的轴向最远离于基体24的点为顶点，当顶部包括轴向最远离于基体24的平面时，顶点的数量为多个。所述至少一对凸台28的顶点之间的轴向间距L₇可以被理解为两个凸台28的轴向高度和基体24的轴向厚度之和。

可选地，每个凸台28在沿着第一中心线D的方向上的最大宽度L₂为每个齿片26的厚度L₄的2.5倍以上。

可选地，每个齿片26的轴向高度L₅为非金属密封层14的覆设于金属骨架12的所述两个轴向端面12a、12b之一上的一部分的最大轴向厚度L₆的35％-85％。也就是说，当齿片26位于基体24的一个轴向端面24a上且被嵌埋在非金属密封层14的所述一部分中时，齿片26的轴向高度为齿片26在弯曲节段26b的背离于基体24的所述一侧上、轴向最远离于基体24的顶点与基体24的所述一个轴向端面24a之间的轴向间距，且非金属密封层14的最大轴向厚度为非金属密封层14的轴向表面与基体24的所述一个轴向端面之间的轴向间距。可以理解的是，基体24的所述两个轴向端面24a、24b中没有齿片26和凸台28伸出以至于暴露于非金属密封层14的一部分构成金属骨架12的所述两个轴向端面12a、12b的一部分。

每个凸台28具有直接结合/连接于基体24的两个凸台底点，每个齿片26具有直接结合/连接于基体24的两个齿片底点。

可选地，每个凸台28的所述两个凸台底点之一和与其相邻的对应齿片26的对应齿片底点之间的间距L₃为每个齿片26的厚度L₄的2倍以上。这样是有利的，如果间距L₃小于每个齿片26的厚度L₄的2倍，则会限制齿片26自身的弹性变形和形状变形的空间范围，影响密封垫片10的压缩变形能力和回弹能力。

可选地，每个齿片26的所述两个齿片底点之一和与其相邻的对应齿片26的对应齿片底点之间的间距L₁为每个齿片26的厚度L₄的1至3倍。这样是有利的，如果间距L₁小于每个齿片26的厚度L₄的1倍，则相邻齿片26易于贴靠在一起，也不易加工；而如果间距L₁大于每个齿片26的厚度L₄的3倍，则齿片26的数量有可能太少，以至于齿片26起不到作用。

可选地，为了有助于齿片26发挥压缩变形能力和回弹能力，避免应力集中造成屈服，齿片26的倾斜节段26a经由第一过渡节段与基体24结合/连接在一起，第一过渡节段的与倾斜节段26a的径向向外的一侧连续的一侧被倒圆，且第一过渡节段的与倾斜节段26a的径向向内的一侧连续的一侧也被倒圆。类似地，凸台28经由第二过渡节段与基体24结合/连接在一起，第二过渡节段的与凸台28的径向向外的一侧连续的一侧被倒圆，且第二过渡节段的与凸台28的径向向内的一侧连续的一侧也被倒圆。值得注意的是，关于每个凸台28的两个凸台底点和每个齿片26的两个齿片底点，可以将第一过渡节段和第二过渡节段考虑或不考虑在内。

可选地，凸台28的弯曲节段26b在其自由末端处也被倒圆，以具有弧形的末端表面。

可选地，定位环22的轴向厚度小于每个凸台28的轴向高度，而定位环22的轴向厚度为密封垫片10的轴向厚度L₈的50％以下。

可选地，金属骨架12的径向宽度基本等于非金属密封层14的径向宽度。也就是说，金属骨架12在截面上在沿着第一中心线D的方向上的宽度基本等于非金属密封层14在截面上在沿着第一中心线D的方向上的宽度。在存在定位环22的情况下，非金属密封层14可以至少部分地覆设于定位环22的两个轴向端面上，也可以不覆设于定位环22的两个轴向端面上。

可选地，每个凸台28的面向与其相邻的对应齿片26的一面为斜面或圆弧面，所述一面尤其面向对应齿片26的面向于基体24倾斜的一侧，以使得凸台28相对于对应齿片26没有尖角影响或干涉，有利于提供齿片26的压缩变形和回弹的空间范围，且利于非金属密封层的嵌入贴合。例如，每个凸台28可以呈半个椭圆状，以使得至少每个凸台28的所述一面具有圆弧面或曲面，对于在凸台28的所述两个凸台底点形成最大宽度L₂的凸台28而言，凸台28具有圆弧面或曲面比具有斜面所能达到的强度/硬度更大。

可选地，非金属密封材料包括以下材料中的任意一种或其组合：石墨；聚四氟乙烯；云母；蛭石；以及陶瓷纤维。

虽然已经通过示例对本实用新型的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种密封垫片(10)，其适用于流体介质于其中传输的装置，密封垫片(10)限定轴线且包括：

金属骨架(12)，其在密封垫片(10)的包含轴线的截面上至少部分地呈鱼脊骨状，和

非金属密封层(14)，其覆设于金属骨架(12)的两个轴向端面上，

其特征在于，金属骨架(12)包括：

基体(24)，其在截面上是笔直的且具有正交于轴线的第一中心线，且基体(24)限定轴向通道，当密封垫片(10)被安装至所述装置中时，在所述装置中传输的流体介质能够流过轴向通道，以使得密封垫片(10)受到介质压力；和

环形的两组齿片(26)，所述两组齿片(26)分别从基体(24)的两个轴向端面伸出并在截面上相对于第一中心线对称设置，且每组齿片(26)沿着第一中心线间隔设置，所述两组齿片(26)中的每个齿片(26)包括倾斜节段(26a)和与倾斜节段(26a)毗连的弯曲节段(26b)，倾斜节段(26a)在截面上是笔直的且具有第二中心线，第二中心线逆着介质压力的方向与轴线成在15°-50°范围内的角度倾斜，而弯曲节段(26b)在截面上朝向于基体(24)弯曲且在自由末端处被倒圆；以及

环形的至少一对凸台(28)，所述至少一对凸台(28)也分别从基体(24)的两个轴向端面伸出并在截面上相对于第一中心线对称设置，所述至少一对凸台(28)中的每个凸台(28)和与其相邻的对应齿片(26)沿着第一中心线间隔设置。

2.根据权利要求1或所述的密封垫片(10)，其特征在于，每个齿片(26)的轴向高度为非金属密封层(14)的覆设于金属骨架(12)的所述两个轴向端面之一上的一部分的最大轴向厚度的35％-85％。

3.根据权利要求1或2所述的密封垫片(10)，其特征在于，每个齿片(26)的厚度是恒定的。

4.根据权利要求3所述的密封垫片(10)，其特征在于，每个凸台(28)在截面上在沿着第一中心线的方向上的最大宽度为每个齿片(26)的厚度的2.5倍以上。

5.根据权利要求3所述的密封垫片(10)，其特征在于，每个凸台(28)具有结合于基体(24)的两个凸台底点，每个齿片(26)具有结合于基体(24)的两个齿片底点，

其中，每个凸台(28)的所述两个凸台底点之一和与其相邻的对应齿片(26)的对应齿片底点之间的间距为每个齿片(26)的厚度的2倍以上；和/或

其中，每个齿片(26)的所述两个齿片底点之一和与其相邻的对应齿片(26)的对应齿片底点之间的间距为每个齿片(26)的厚度的1至3倍。

6.根据权利要求1或2所述的密封垫片(10)，其特征在于，每个凸台(28)的面向与其相邻的对应齿片(26)的一面为斜面或圆弧面。

7.根据权利要求1或2所述的密封垫片(10)，其特征在于，每个凸台(28)的背离于基体(24)的顶部不是尖锐的，且所述至少一对凸台(28)的背离于基体(24)的顶点之间的轴向间距为密封垫片(10)的轴向厚度的60％-90％。

8.根据权利要求1或2所述的密封垫片(10)，其特征在于，还包括定位环(22)，定位环(22)与金属骨架(12)一体形成或者是可分离的，以辅助密封垫片(10)的定位，定位环(22)的轴向厚度小于每个凸台(28)的轴向高度。

9.根据权利要求1或2所述的密封垫片(10)，其特征在于，金属骨架(12)在截面上在沿着第一中心线的方向上的宽度等于非金属密封层(14)在截面上在沿着第一中心线的方向上的宽度。

10.根据权利要求1或2所述的密封垫片(10)，其特征在于，弯曲节段(26b)具有第三中心线，第三中心线具有在1mm-4mm范围内的至少一个曲率半径。