EA009317B1 - Уплотнительный узел для материалов с разными коэффициентами теплового расширения - Google Patents
Уплотнительный узел для материалов с разными коэффициентами теплового расширения Download PDFInfo
- Publication number
- EA009317B1 EA009317B1 EA200601916A EA200601916A EA009317B1 EA 009317 B1 EA009317 B1 EA 009317B1 EA 200601916 A EA200601916 A EA 200601916A EA 200601916 A EA200601916 A EA 200601916A EA 009317 B1 EA009317 B1 EA 009317B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- sealing element
- sealing
- thermal expansion
- coefficient
- clamping
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 171
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 406
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 46
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 38
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 38
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 16
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 claims description 13
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 13
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 7
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims description 6
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 6
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 4
- 229910018921 CoO 3 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 239000010802 sludge Substances 0.000 claims 2
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 claims 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims 1
- 230000003472 neutralizing effect Effects 0.000 claims 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 16
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 14
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 239000011195 cermet Substances 0.000 description 1
- 230000001447 compensatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000011112 process operation Methods 0.000 description 1
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 description 1
- WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N rhenium atom Chemical compound [Re] WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L23/00—Flanged joints
- F16L23/16—Flanged joints characterised by the sealing means
- F16L23/18—Flanged joints characterised by the sealing means the sealing means being rings
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L23/00—Flanged joints
- F16L23/02—Flanged joints the flanges being connected by members tensioned axially
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L23/00—Flanged joints
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L23/00—Flanged joints
- F16L23/16—Flanged joints characterised by the sealing means
- F16L23/24—Flanged joints characterised by the sealing means specially adapted for unequal expansion of the parts of the joint
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S285/00—Pipe joints or couplings
- Y10S285/905—Different coefficients of expansion
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Gasket Seals (AREA)
- Connection Of Plates (AREA)
- Sealing Material Composition (AREA)
Abstract
Уплотнительный узел, содержащий (а) два или более уплотнительных элементов, при этом каждый элемент имеет коэффициент теплового расширения, и (b) зажимной элемент, имеющий первую часть, вторую часть и соединительную часть, размещенную между первой и второй частями и присоединенную к первой и второй частям, при этом два или более уплотнительных элементов расположены между первой и второй частями зажимного элемента. Соединительная часть имеет центральный участок, проходящий между первой частью зажимного элемента и второй частью зажимного элемента, и соединительная часть выполнена из материала, имеющего коэффициент теплового расширения. Коэффициент теплового расширения материала соединительной части имеет промежуточное значение между наибольшим и наименьшим из коэффициентов теплового расширения материалов двух или более уплотнительных элементов.
Description
Данное изобретение было сделано при государственной поддержке в соответствии с контрактами с номерами ΌΕ-ΡΟ26-97ΡΤ96052 и ΌΕ-ΡΟ26-98ΡΤ40343 между компанией Λίτ Ртобиек апб Сйешюак, 1пс. и Министерством энергетики США. Правительство имеет определенные права на данное изобретение.
Предпосылки создания изобретения
Надежное удерживание находящихся под давлением газов, имеющих высокую температуру, представляет собой важный фактор при проектировании и эксплуатации трубопроводных и реакторных систем во многих различных отраслях промышленности. Температурные циклы возникают в данных системах во время запуска, остановки и в условиях сбоя процессов, и такие циклы также могут возникать во время обычных технологических операций. Трубопроводы и технологическое оборудование в этих системах часто выполняются из различных материалов, многие из которых имеют разные коэффициенты теплового расширения. Соединения и стыки между компонентами с разными коэффициентами теплового расширения создают проблемы, особенно тогда, когда они подвергаются воздействию больших температурных циклов. Для минимизации утечки газов требуется тщательное проектирование данных соединений и стыков.
В некоторых системах, работающих при высоких температурах, таких как системы с керамическими мембранами для разделения газов, реакторные системы с керамическими мембранами и топливные элементы на основе твердых оксидов, используются керамические компоненты, работающие при высоких температурах. Поток газа, поступающий к данным керамическим компонентам и от них, подается посредством систем трубопроводов из металлических сплавов, в результате чего необходимо использовать металлокерамические стыки. Поскольку керамические материалы и металлы обычно имеют разные характеристики теплового расширения, надлежащее уплотнение в этих стыках между керамическими и металлическими компонентами создает существенные проблемы при проектировании и эксплуатации таких систем. Уплотнения в этих стыках должны быть надежными при высоких рабочих температурах и должны выдерживать периодическое изменение температуры для обеспечения стабильных эксплуатационных характеристик в течение ожидаемого срока службы системы. Кроме того, эксплуатационные характеристики данных уплотнений должны поддаваться проверке при температуре внутри помещения во время создания устройства, и уплотнения должны быть экономичными и легко собираемыми.
В области переработки газов, имеющих высокую температуру, существует потребность в усовершенствованных уплотнениях в соединениях и стыках между материалами с разными коэффициентами теплового расширения. На решение данной проблемы направлены варианты осуществления изобретения в том виде, как оно описано ниже и определено в нижеприведенной формуле изобретения.
Краткое изложение сущности изобретения
Один вариант осуществления изобретения относится к уплотнительному узлу, содержащему (а) два или более уплотнительных элементов, при этом каждый элемент имеет первую поверхность, вторую поверхность, по существу, параллельную первой поверхности, и ось, ортогональную к первой и второй поверхностям, при этом уплотнительные элементы уложены в стопу таким образом, что прилегающие поверхности параллельны, и оси параллельны или совпадают, и при этом каждый из уплотнительных элементов выполнен из материала, имеющего коэффициент теплового расширения; и (Ь) зажимной элемент, имеющий первую часть, вторую часть и соединительную часть, размещенную между первой и второй частями и присоединенную к первой и второй частям, при этом два или более уплотнительных элементов расположены между первой и второй частями зажимного элемента, и зажимной элемент выполнен с возможностью приложения осевых усилий зажима к двум или более уплотнительным элементам, причем соединительная часть имеет центральный участок, проходящий между плоскостью, образованной торцевой поверхностью уплотнительного элемента, прилегающей к первой части зажимного элемента, и плоскостью, образованной торцевой поверхностью уплотнительного элемента, прилегающей ко второй части зажимного элемента, при этом соединительная часть выполнена из материала, имеющего коэффициент теплового расширения. Коэффициент теплового расширения материала соединительной части имеет промежуточное значение между наибольшим и наименьшим из коэффициентов теплового расширения материалов двух или более уплотнительных элементов.
В данном варианте осуществления уплотнительный узел может дополнительно содержать упругий уплотнительный элемент, расположенный в любой граничной зоне между соседними уплотнительными элементами и между частью зажимного элемента и соседним уплотнительным элементом.
Другой вариант осуществления изобретения включает уплотнительный узел, содержащий:
(a) первый уплотнительный элемент, имеющий первую поверхность, вторую поверхность, по существу, параллельную первой поверхности, и ось, ортогональную к первой и второй поверхностям, при этом первый уплотнительный элемент выполнен из первого материала, имеющего первый коэффициент теплового расширения;
(b) второй уплотнительный элемент, имеющий первую поверхность, вторую поверхность, по существу, параллельную первой поверхности, и ось, ортогональную к первой и второй поверхностям, которая параллельна оси первого уплотнительного элемента или совпадает с осью первого уплотнительного эле
- 1 009317 мента, при этом второй уплотнительный элемент выполнен из второго материала, имеющего второй коэффициент теплового расширения, и при этом первая поверхность второго уплотнительного элемента находится в принудительном контакте со второй поверхностью первого уплотнительного элемента; и (с) зажимной элемент, выполненный с возможностью поджима первого уплотнительного элемента в аксиальном направлении ко второму уплотнительному элементу, при этом зажимной элемент имеет первую часть, находящуюся в принудительном контакте с первой поверхностью первого уплотнительного элемента, вторую часть, находящуюся в принудительном контакте со второй поверхностью второго уплотнительного элемента, и соединительную часть, размещенную между первой и второй частями и присоединенную к первой и второй частям, причем соединительная часть имеет центральный участок, проходящий между плоскостями, образованными первой поверхностью первого уплотнительного элемента и второй поверхностью второго уплотнительного элемента, по существу, параллельна осям первого и второго уплотнительных элементов и выполнена из третьего материала, имеющего третий коэффициент теплового расширения;
при этом третий коэффициент теплового расширения имеет промежуточное значение между первым и вторым коэффициентами теплового расширения.
В данном варианте осуществления любая из первой части зажимного элемента и второй части зажимного элемента может быть постоянно прикреплена к соединительной части зажимного элемента. Альтернативно, любая из первой части зажимного элемента и второй части зажимного элемента может быть прикреплена к возможностью отделения к соединительной части зажимного элемента.
Первый материал может быть выбран из группы, состоящей из Наупек 230, Наупек 188, Наупек 214, 1псо1оу 800Н, 1псопе1 600, 1псопе1 625, 1псопе1 693 и нержавеющих сталей серии 400 (400-8епек). Второй материал может быть выбран из группы, состоящей из оксида алюминия, диоксида циркония, диоксида церия, оксида магния, карбида кремния, нитрида кремния, смешанных перовскитов металлов (Ьах8г1-х)уСоО3-2 (где 1,0 > х > 0,4, 1,02 > у > 1,0, и ζ - число, которое обеспечивает нейтрализацию заряда состава вещества) и (ЬахСа1-х)уРеО3-;! (где 1,0 > х > 0,5, 1,1 > у > 1,0, и ζ - число, которое обеспечивает нейтрализацию заряда состава вещества). Третий материал может быть выбран из группы, состоящей из Наупек 230, Наупек 188, Наупек 214, 1псо1оу 800Н, 1псопе1 600, 1псопе1 625, 1псопе1 693 и нержавеющих сталей серии 400 (400-8епек).
Второй уплотнительный элемент может состоять из первого подкомпонента и второго подкомпонента, при этом каждый подкомпонент имеет первую поверхность, вторую поверхность, по существу, параллельную первой поверхности, и ось, ортогональную к первой и второй поверхностям, которая параллельна оси первого уплотнительного элемента или совпадает с осью первого уплотнительного элемента, при этом первая поверхность первого подкомпонента представляет собой первую поверхность второго уплотнительного элемента, при этом вторая поверхность второго подкомпонента представляет собой вторую поверхность второго уплотнительного элемента, которая находится в принудительном контакте со второй частью зажимного элемента. Любая из первой части зажимного элемента и второй части зажимного элемента может быть прикреплена с возможностью отделения к соединительной части зажимного элемента.
В данном варианте осуществления уплотнительный узел может дополнительно содержать упругий уплотнительный элемент, расположенный между второй частью зажимного элемента и второй поверхностью второго уплотнительного элемента. Альтернативно или дополнительно, уплотнительный узел может дополнительно содержать упругий уплотнительный элемент, расположенный между первой частью зажимного элемента и первой поверхностью первого уплотнительного элемента.
В уплотнительном узле по данному варианту осуществления:
(1) второй уплотнительный элемент может представлять собой фланец, прикрепленный к первой цилиндрической трубе, имеющей наружный диаметр, при этом фланец имеет наружный диаметр;
(2) зажимной элемент может содержать тороидальный корпус, имеющий первое кольцо, которое образует первую часть зажимного элемента и имеет внутренний и наружный диаметр, второе кольцо, которое образует соединительную часть зажимного элемента и имеет внутренний и наружный диаметр, и третье кольцо, которое образует вторую часть зажимного элемента и имеет внутренний и наружный диаметр;
(3) первый уплотнительный элемент может представлять собой компенсационное дистанционное кольцо, имеющее внутренний и наружный диаметр;
(4) внутренний диаметр первого кольца, которое образует первую часть зажимного элемента, может быть больше наружного диаметра первой цилиндрической трубы;
(5) внутренний диаметр компенсационного дистанционного кольца может превышать наружный диаметр первой цилиндрической трубы, и наружный диаметр компенсационного дистанционного кольца может быть меньше внутреннего диаметра второго кольца, которое образует соединительную часть зажимного элемента; и (6) наружный диаметр фланца может быть меньше внутреннего диаметра второго кольца, которое образует соединительную часть зажимного элемента.
- 2 009317
Фланец и первая цилиндрическая труба могут быть изготовлены из керамического материала, зажимной элемент может представлять собой металлический материал, и компенсационное дистанционное кольцо может представлять собой металлический материал. Первый материал может быть выбран из группы, состоящей из Наупек 230, Наупек 188, Наупек 214, 1псо1оу 800Н, 1псопе1 600, 1псопе1 625, 1псопе1 693 и нержавеющих сталей серии 400 (400-8епек). Второй материал может быть выбран из группы, состоящей из оксида алюминия, диоксида циркония, диоксида церия, оксида магния, карбида кремния, нитрида кремния, смешанных перовскитов металлов (Ьах8г1-х)уСоО3-2 (где 1,0 > х > 0,4, 1,02 > у > 1,0, и ζ - число, которое обеспечивает нейтрализацию заряда состава вещества) и (ЬахСа1-х)уРеО3-2 (где 1,0 > х > 0,5, 1,1 > у > 1,0, и ζ - число, которое обеспечивает нейтрализацию заряда состава вещества). Третий материал может быть выбран из группы, состоящей из Наупек 230, Наупек 188, Наупек 214, 1псо1оу 800Н, 1псопе1 600, 1псопе1 625, 1псопе1 693 и нержавеющих сталей серии 400 (400-8епек).
Альтернативный вариант осуществления изобретения относится к уплотнительному узлу, содержащему:
(a) первый уплотнительный элемент, имеющий первую поверхность, вторую поверхность, по существу, параллельную первой поверхности, и ось, ортогональную к первой и второй поверхностям, при этом первый уплотнительный элемент имеет первый базисный размер, определяемый осевым расстоянием между первой и второй поверхностями при исходной температуре, при этом первый уплотнительный элемент выполнен из первого материала, имеющего первый коэффициент теплового расширения;
(b) второй уплотнительный элемент, имеющий первую поверхность, вторую поверхность, по существу, параллельную первой поверхности, и ось, ортогональную к первой и второй поверхностям, которая параллельна оси первого уплотнительного элемента или совпадает с осью первого уплотнительного элемента, при этом второй уплотнительный элемент имеет второй базисный размер, определяемый осевым расстоянием между первой и второй поверхностями при исходной температуре, при этом второй уплотнительный элемент выполнен из второго материала, имеющего второй коэффициент теплового расширения, и при этом первая поверхность второго уплотнительного элемента находится в контакте со второй поверхностью первого уплотнительного элемента; и (c) зажимной элемент, выполненный с возможностью поджима первого уплотнительного элемента в аксиальном направлении ко второму уплотнительному элементу, при этом зажимной элемент имеет первую часть, находящуюся в принудительном контакте с первой поверхностью первого уплотнительного элемента, вторую часть, находящуюся в принудительном контакте со второй поверхностью второго уплотнительного элемента, и соединительную часть, размещенную между первой и второй частями и присоединенную к первой и второй частям, причем соединительная часть имеет центральный участок, проходящий между плоскостями, образованными первой поверхностью первого уплотнительного элемента и второй поверхностью второго уплотнительного элемента, и, по существу, параллельна осям первого и второго уплотнительных элементов, при этом центральный участок выполнен из третьего материала, имеющего третий коэффициент теплового расширения;
при этом первый материал, базисная толщина первого уплотнительного элемента, второй материал, базисная толщина второго уплотнительного элемента и третий материал имеют такие значения, которые выбираются при температуре |АТ - (Вт + СТ)| < 0,002 дюйма, где Ат = Ак (аА) (Т - Тк), ВТ = ВК (аВ) (Т - ТК) и
Ст = Ск (ас) (Т - Тк), и где Т - выбранная температура, Тк - исходная температура, Ак - первый базисный размер, Вк второй базисный размер, Ак представляет собой сумму Вк и Ск, аА - коэффициент теплового расширения первого материала, аВ - коэффициент теплового расширения второго материала и аС - коэффициент теплового расширения третьего материала.
Еще один альтернативный вариант осуществления включает в себя металлокерамический уплотнительный узел, содержащий:
(a) тороидальное компенсационное дистанционное кольцо, имеющее первую поверхность, вторую поверхность, по существу, параллельную первой поверхности, внутренний диаметр, наружный диаметр и ось, ортогональную к первой и второй поверхностям, при этом тороидальное компенсационное дистанционное кольцо изготовлено из первого металла, имеющего первый коэффициент теплового расширения;
(b) цилиндрическую керамическую трубу, имеющую внутренний диаметр, наружный диаметр и керамический фланец, образованный на конце цилиндрической керамической трубы, причем керамический фланец имеет наружный диаметр, при этом:
(1) внутренний диаметр тороидального компенсационного дистанционного кольца превышает наружный диаметр цилиндрической керамической трубы, которое расположено вокруг керамической трубы, (2) керамический фланец образует второй уплотнительный элемент, имеющий первую поверхность, вторую поверхность, по существу, параллельную первой поверхности, и ось, ортогональную к первой и
- 3 009317 второй поверхностям, которая параллельна оси тороидального компенсационного дистанционного кольца или совпадает с осью тороидального компенсационного дистанционного кольца, (3) первая поверхность второго уплотнительного элемента находится в принудительном контакте со второй поверхностью тороидального компенсационного дистанционного кольца, и (4) керамический фланец изготовлен из керамического материала, имеющего второй коэффициент теплового расширения; и (с) тороидальный зажимной элемент, выполненный с возможностью поджима тороидального компенсационного дистанционного кольца в осевом направлении ко второму уплотнительному элементу, при этом зажимной элемент имеет первую часть, находящуюся в принудительном контакте с первой поверхностью тороидального компенсационного дистанционного кольца, вторую часть, находящуюся в принудительном контакте со второй поверхностью второго уплотнительного элемента, и соединительную часть, находящуюся между первой и второй частями и присоединенную к первой и второй частям, причем соединительная часть (1) имеет центральный участок, проходящий между плоскостями, образованными первой поверхностью тороидального компенсационного дистанционного кольца и второй поверхностью второго уплотнительного элемента, (2) по существу, параллельна осям тороидального компенсационного дистанционного кольца и второго уплотнительного элемента и (3) выполнена из второго металла, имеющего третий коэффициент теплового расширения;
при этом третий коэффициент теплового расширения имеет промежуточное значение между первым и вторым коэффициентами теплового расширения.
В данном альтернативном варианте осуществления первый металл может быть выбран из группы, состоящей из Наупек 230, Наупек 188, Наупек 214, 1псо1оу 800Н, 1псопе1 600, 1псопе1 625, 1псопе1 693 и нержавеющих сталей серии 400 (400-8епек). Второй металл может быть выбран из группы, состоящей из Наупек 230, Наупек 188, Наупек 214, 1псо1оу 800Н, 1псопе1 600, 1псопе1 625, 1псопе1 693 и нержавеющих сталей серии 400 (400-8епек). Керамический фланец может быть изготовлен из материала, выбранного из группы, состоящей из оксида алюминия, диоксида циркония, диоксида церия, оксида магния, карбида кремния, нитрида кремния, смешанных перовскитов металлов (Ьах8т1-х)уСоО3-;! (где 1,0 > х > 0,4, 1,02 > у > 1,0, ζ - число, которое обеспечивает нейтрализацию заряда состава вещества) и (ЬахСа1-х)уРеО3-2 (где 1,0 > х > 0,5, 1,1 > у > 1,0, и ζ - число, которое обеспечивает нейтрализацию заряда состава вещества).
Керамическая труба может быть изготовлена из того же материала, что и керамический фланец, при этом керамическая труба и керамический фланец образуют составляющую, одно целое, керамическую трубу с фланцем.
Соответствующий вариант осуществления изобретения включает уплотнительный узел, содержащий:
(a) уплотнительный элемент, имеющий первую поверхность, вторую поверхность, по существу, параллельную первой поверхности, и ось, ортогональную к первой и второй поверхностям, при этом первый уплотнительный элемент выполнен из первого материала, имеющего первый коэффициент теплового расширения;
(b) упругий уплотнительный элемент, прилегающий ко второй поверхности уплотнительного элемента;
(c) зажимной элемент, имеющий первую часть с поверхностью, находящейся в принудительном контакте с первой поверхностью уплотнительного элемента, вторую часть, имеющую поверхность, находящуюся в принудительном контакте с упругим уплотнительным элементом, и соединительную часть, размещенную между первой и второй частями и присоединенную к первой и второй частям, при этом соединительная часть имеет центральный участок, проходящий между плоскостями, образованными поверхностью первой части и поверхностью второй части, по существу, параллельна оси уплотнительного элемента и выполнена из второго материала, имеющего второй коэффициент теплового расширения, при этом зажимной элемент выполнен с возможностью поджима уплотнительного элемента в аксиальном направлении к поверхности второй части зажимного элемента для сжатия податливого уплотнительного элемента;
при этом первый коэффициент теплового расширения превышает второй коэффициент теплового расширения.
Другой соответствующий вариант осуществления изобретения включает способ изготовления и функционирования уплотнительного узла, включающий:
(а) выполнение при температуре, равной исходной температуре, уплотнительного узла, содержащего:
(1) первый уплотнительный элемент, имеющий первую поверхность, вторую поверхность, по существу, параллельную первой поверхности, и ось, ортогональную к первой и второй поверхностям, при этом первый уплотнительный элемент выполнен из первого материала, имеющего первый коэффициент теплового расширения;
(2) второй уплотнительный элемент, имеющий первую поверхность, вторую поверхность, по суще
- 4 009317 ству, параллельную первой поверхности, и ось, ортогональную к первой и второй поверхностям, которая параллельна оси первого уплотнительного элемента или совпадает с осью первого уплотнительного элемента, при этом второй уплотнительный элемент выполнен из второго материала, имеющего второй коэффициент теплового расширения, при этом первая поверхность второго уплотнительного элемента находится в принудительном контакте со второй поверхностью первого уплотнительного элемента; и (3) зажимной элемент, выполненный с возможностью поджима первого уплотнительного элемента в аксиальном направлении ко второму уплотнительному элементу, при этом зажимной элемент имеет первую часть, находящуюся в принудительном контакте с первой поверхностью первого уплотнительного элемента, вторую часть, находящуюся в принудительном контакте со второй поверхностью второго уплотнительного элемента, и соединительную часть, размещенную между первой и второй частями и присоединенную к первой и второй частям, при этом соединительная часть имеет центральный участок, проходящий между плоскостями, образованными первой поверхностью первого уплотнительного элемента и второй поверхностью второго уплотнительного элемента, по существу, параллельна осям первого и второго уплотнительных элементов и выполнена из третьего материала, имеющего третий коэффициент теплового расширения;
(b) изменение температуры уплотнительного узла до выбранной температуры, отличающейся от исходной температуры; и (c) поддержание уплотнительного узла при выбранной температуре, таким как |АТ - (Вт + Ст)| < 0,002 дюйма, где Ат, Вт и Ст - обусловленные температурной компенсацией размеры, определяемые уравнениями АТ = АК (аА) (т - Тк), ВТ = ВК (αΒΧ (Т - Тк) и
Ст = Ск (ас) (Т - Тк), и где Т - выбранная температура; Тк - исходная температура; Вк - осевое расстояние между поверхностями первого уплотнительного элемента при исходной температуре; Ск - осевое расстояние между поверхностями второго уплотнительного элемента при исходной температуре; аА - коэффициент теплового расширения первого материала; аВ - коэффициент теплового расширения второго материала; аС коэффициент теплового расширения третьего материала; и Ак = Вк + Ск.
Альтернативный соответствующий вариант осуществления включает способ изготовления и функционирования уплотнительного узла, включающий в себя:
(a) выполнение при температуре, равной исходной температуре, уплотнительного узла, содержащего:
(1) уплотнительный элемент, имеющий первую поверхность, вторую поверхность, по существу, параллельную первой поверхности, и ось, ортогональную к первой и второй поверхностям, при этом первый уплотнительный элемент выполнен из первого материала, имеющего первый коэффициент теплового расширения;
(2) упругий уплотнительный элемент, прилегающий ко второй поверхности уплотнительного элемента;
(3) зажимной элемент, имеющий первую часть с поверхностью, находящейся в принудительном контакте с первой поверхностью уплотнительного элемента, вторую часть, имеющую поверхность, находящуюся в принудительном контакте с упругим уплотнительным элементом, и соединительную часть, размещенную между первой и второй частями и присоединенную к первой и второй частям, при этом соединительная часть имеет центральный участок, проходящий между плоскостями, образованными поверхностью первой части и поверхностью второй части, по существу, параллельна оси уплотнительного элемента и выполнена из второго материала, имеющего второй коэффициент теплового расширения, при этом зажимной элемент выполнен с возможностью поджима уплотнительного элемента в аксиальном направлении к поверхности второй части зажимного элемента для сжатия податливого уплотнительного элемента;
(b) изменение температуры уплотнительного узла до выбранной температуры, отличающейся от исходной температуры; и (c) поддержание уплотнительного узла при выбранной температуре, таким как |АТ - СТ| < 0,002 дюйма, где АТ и СТ - обусловленные температурной компенсацией размеры, определяемые уравнениями Ат = Ак (ал) (т - Тк),
Ст = Ск (аС) (Т - Тк), где Т - выбранная температура; Тк - исходная температура; аА - коэффициент теплового расширения первого материала; аС - коэффициент теплового расширения первого материала; Ск - осевое расстояние между первой поверхностью и второй поверхностью уплотнительного элемента при исходной температуре; С'к - осевое расстояние между второй поверхностью уплотнительного элемента и поверхностью второй части зажимного элемента при исходной температуре; и Ак = Ск + С'к.
- 5 009317
Краткое описание чертежей
Различные варианты осуществления изобретения проиллюстрированы посредством нижеприведенных чертежей, которые не обязательно выполнены в масштабе.
Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение, иллюстрирующее базовый уплотнительный узел, используемый в разных вариантах осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2 представляет собой схематическое изображение, иллюстрирующее применение базового уплотнительного узла на фиг. 1 в одном варианте осуществления изобретения.
Фиг. 3 представляет собой схематическое изображение, иллюстрирующее применение базового уплотнительного узла на фиг. 1 в другом варианте осуществления изобретения.
Фиг. 4 представляет собой схематическое изображение, иллюстрирующее еще один вариант осуществления изобретения.
Подробное описание изобретения
Варианты осуществления изобретения направлены на уплотнительные узлы, предназначенные для образования уплотнения между двумя трубами или резервуарами, имеющими разные коэффициенты теплового расширения. Уплотнительный узел включает зажимной элемент, который создает осевые усилия зажима, действующие на уплотнительные элементы, при этом некоторые из уплотнительных элементов представляют собой части двух уплотняемых труб или резервуаров. При проектировании уплотнения осевые размеры зажимного и уплотнительных элементов при условиях окружающей среды и коэффициенты теплового расширения материалов зажимного и уплотнительных элементов выбирают такими, чтобы при нагреве собранного уплотнительного элемента абсолютная разность длины соединительной части зажимного элемента и суммы осевых размеров уплотнительных элементов составляла менее 0,002 дюйма.
В одном из вариантов осуществления используется уплотнительный узел, имеющий жесткий зажимной элемент, который обеспечивает приложение усилия зажима к первому уплотнительному элементу и второму уплотнительному элементу, примыкающему к первому уплотнительному элементу. Первая и вторая части зажимного элемента находятся в принудительном контакте с первым и вторым уплотнительными элементами, и первый уплотнительный элемент находится в принудительном контакте со вторым уплотнительным элементом. Зажимной элемент имеет соединительную часть, расположенную напротив первого и второго уплотнительных элементов, и коэффициент теплового расширения соединительной части имеет промежуточное значение между коэффициентами теплового расширения первого и второго уплотнительных элементов.
Как описано ниже, первый уплотнительный элемент представляет собой компенсационный дистанционный элемент, второй уплотнительный элемент может представлять собой часть первого резервуара или системы трубопроводов, и любая из двух частей или обе части зажимного элемента могут представлять собой часть второго резервуара или системы трубопроводов, который(ая) присоединен(а) к первому резервуару или системе трубопроводов с возможностью образования уплотнения. В зависимости от конфигурации системы и относительных перепадов давлений на уплотнительном элементе упругое уплотнение или прокладка может быть размещено(а) в любой из граничных зон между первым уплотнительным элементом и первой частью зажимного элемента, первым уплотнительным элементом и компенсационным дистанционным элементом и между компенсационным дистанционным элементом и второй частью зажимного элемента. В некоторых вариантах осуществления, в частности, не используется упругое уплотнение или прокладка в граничной зоне между компенсационным дистанционным элементом и второй частью зажимного элемента, и компенсационный дистанционный элемент находится в прямом контакте со второй частью зажимного элемента.
Определенные проектно-расчетные параметры могут быть выбраны для компенсации различий при тепловом расширении компонентов уплотнения при нагреве уплотнительного узла. К этим параметрам относятся материал первого уплотнительного элемента, материал компенсационного дистанционного элемента, материал соединительной части зажимного элемента, исходный размер первого уплотнительного элемента или компенсационного дистанционного элемента при температуре окружающей среды и второго уплотнительного элемента при температуре окружающей среды. Посредством соответствующего выбора данных параметров результирующая разность расширений (1) соединительной части зажимного элемента и (2) объединенных первого уплотнительного элемента и компенсационного дистанционного элемента во время нагрева может быть минимизирована или устранена, в результате чего будут сохраняться исходные усилия зажима, приложенные к первому уплотнительному элементу и компенсационному дистанционному элементу.
Уплотнительный узел, рассмотренный выше, проиллюстрирован в общем на фиг. 1. Уплотнительный узел 1 содержит зажимной элемент, имеющий первую часть 3, соединительную часть 5 и вторую часть 7; первый уплотнительный элемент или компенсационный дистанционный элемент 9; и второй уплотнительный элемент 11. Первая часть 3, соединительная часть 5 и вторая часть 7 зажимного элемента могут быть выполнены из одного и того же материала или могут быть выполнены из разных материалов. Первая часть 3 может быть прикреплена с возможностью отсоединения к соединительной части 5 с помощью болта или другого крепежного приспособления (не показанного) в граничной зоне 13. Альтер
- 6 009317 нативно, первая часть 3 и соединительная часть 5 могут представлять собой одну деталь из одного и того же материала. Альтернативно или дополнительно, вторая часть 7 может быть прикреплена с возможностью отсоединения к соединительной части 5 с помощью болта или другого крепежного приспособления (не показанного) в граничной зоне 15. Альтернативно, вторая часть 7 и соединительная часть 5 могут представлять собой одну деталь из одного и того же материала.
Первый уплотнительный элемент или компенсационный дистанционный элемент 9, как правило, представляет собой отдельную деталь, как показано. Второй уплотнительный элемент 11 может представлять собой часть первого резервуара или системы трубопроводов и может быть присоединен к первому резервуару или системе трубопроводов, и любая из частей 3 и 7 или обе части 3 и 7 зажимного элемента могут представлять собой часть второго резервуара или системы трубопроводов, который(ая) присоединена с возможностью создания уплотнения к первому резервуару или системе трубопроводов.
Зажимной элемент обеспечивает поджим первой части 3 к компенсационному дистанционному элементу 9 с обеспечением принудительного контакта между первой частью 3 и компенсационным дистанционным элементом 9 в граничной зоне 17 и поджим второй части 7 ко второму уплотнительному элементу 11 с обеспечением принудительного контакта между второй частью 7 и вторым уплотнительным элементом 11 в граничной зоне 19. В результате компенсационный дистанционный элемент 9 и второй уплотнительный элемент 11 поджимаются с обеспечением принудительного контакта между ними в граничной зоне 21. Компенсационный дистанционный элемент 9 характеризуется размером В, который представляет собой ортогональное или осевое расстояние между плоскостью, образованной поверхностью компенсационного дистанционного элемента в граничной зоне 17, и плоскостью, образованной поверхностью компенсационного дистанционного элемента в граничной зоне 21. Второй уплотнительный элемент 11 характеризуется размером С, который представляет собой ортогональное или осевое расстояние между плоскостью, образованной поверхностью второго уплотнительного элемента 11 в граничной зоне 21, и плоскостью, образованной поверхностью второго уплотнительного элемента в граничной зоне 19. Размер А определяется как сумма размеров В и С. Размер А эквивалентен участку соединительной части 5, который находится между плоскостью, образованной поверхностью компенсационного дистанционного элемента 9 в граничной зоне 17, и плоскостью, образованной поверхностью второго уплотнительного элемента 11 в граничной зоне 19. Соединительная часть 5 характеризуется размером Ό между плоскостью, образованной поверхностью первой части 3 в граничной зоне 17, и плоскостью, образованной поверхностью второй части 7 в граничной зоне 19, то есть Ό - это расстояние между поверхностями зажимного элемента.
Граничная зона 17 может представлять собой зону сопряжения, образованную за счет контакта между плоскими поверхностями на первой части 3 и компенсационном дистанционном элементе 9. Альтернативно, граничная зона 17 может включать промежуточный элемент (не показанный), такой как упругий уплотнительный элемент, как будет рассмотрено ниже. Граничная зона 19 может представлять собой зону сопряжения, образованную за счет контакта между плоскими поверхностями на второй части 7 и втором уплотнительном элементе 11. Альтернативно, граничная зона 19 может включать промежуточный элемент (не показанный), такой как упругий уплотнительный элемент, как будет рассмотрено ниже. Как правило, граничная зона 21 представляет собой зону сопряжения, образованную за счет непосредственного контакта между плоскими поверхностями на компенсационном дистанционном элементе 9 и втором уплотнительном элементе 11. Альтернативно, граничная зона 21 может включать в себя промежуточный элемент (не показанный), такой как упругий уплотнительный элемент, как будет рассмотрено ниже.
Термин принудительный контакт при применении его к граничной зоне двух деталей означает то, что две детали с обеих сторон граничной зоны поджимаются друг к другу посредством осевых сжимающих усилий, приложенных со стороны зажимного элемента. Например, в граничной зоне 17 принудительный контакт может быть образован непосредственно за счет фактического контакта между плоскими поверхностями на первой части 3 и компенсационном дистанционном элементе 9. Альтернативно, если граничная зона 17 включает промежуточный уплотнительный элемент, как рассмотрено выше, принудительный контакт между первой частью 3 и компенсационным дистанционным элементом 9 образуется посредством промежуточного элемента, то есть осевое сжимающее усилие будет передаваться от первой части 3 к промежуточному элементу и от промежуточного элемента к компенсационному дистанционному элементу 9. В другом примере, в граничной зоне 19 принудительный контакт может быть образован непосредственно за счет фактического контакта между плоскими поверхностями на второй части 7 и втором уплотнительном элементе 11. Альтернативно, если граничная зона 19 включает промежуточный элемент, как рассмотрено выше, принудительный контакт между второй частью 7 и вторым уплотнительным элементом 11 образуется посредством промежуточного элемента. В еще одном примере, в граничной зоне 21 принудительный контакт может быть образован непосредственно за счет фактического контакта между плоскими поверхностями на компенсационном дистанционном элементе 9 и втором уплотнительном элементе 11. Альтернативно, если граничная зона 21 включает промежуточный элемент, как рассмотрено выше, принудительный контакт между компенсационным дистанционным элементом 9 и вторым уплотнительным элементом 11 образуется посредством промежуточного элемента. Таким об
- 7 009317 разом, термин принудительный контакт в граничной зоне включает или (1) фактический контакт между двумя поверхностями, или (2) контакт первой поверхности с поверхностью промежуточного элемента и контакт второй поверхности с другой поверхностью промежуточного элемента, при этом все поверхности и, в случае их наличия, поверхности промежуточного элемента поджимаются друг к другу посредством сжимающих осевых усилий, приложенных со стороны зажимного элемента.
Термин уплотнительный элемент определяется как жесткая часть уплотнительного узла, расположенная внутри зажимного элемента. Уплотнительный элемент не деформируется при приложении осевых усилий зажима. Термин упругий уплотнительный элемент определяется как деформируемая часть уплотнительного узла, которые деформируется при приложении осевых усилий зажима. Осевые усилия зажима - это усилия, действующие на уплотнительный узел, которые приводят к принудительному контакту между уплотнительными элементами и между уплотнительными элементами и упругими уплотнительными элементами в направлении осей уплотнительных элементов. Керамический материал определяется как неорганический, неметаллический материал. Металлический материал представляет собой чистый металл, металлический сплав или смесь металлов, или композиционный материал, содержащий чистый металл, металлический сплав или смесь металлов.
Прилагательное любой означает один, несколько или все независимо от какого бы то ни было количества. Термин и/или, расположенный между первым объектом и вторым объектом, означает один из: (1) первого объекта, (2) второго объекта и (3) первого объекта и второго объекта.
Первая часть 3, соединительная часть 5 и вторая часть 7 зажимного элемента могут быть выполнены из одинаковых материалов или могут быть выполнены из разных материалов. Компенсационный дистанционный элемент 9 выполнен из первого материала, имеющего первый коэффициент теплового расширения, второй уплотнительный элемент 11 выполнен из второго материала, имеющего второй коэффициент теплового расширения, и соединительная часть 5 выполнена из третьего материала, имеющего третий коэффициент теплового расширения. Третий коэффициент теплового расширения имеет промежуточное значение между первым и вторым коэффициентами теплового расширения.
Первый уплотнительный элемент или компенсационный дистанционный элемент 9 имеет базисную толщину или размер, определяемый базисным размером Вк, при исходной температуре, второй уплотнительный элемент 11 имеет базисную толщину или размер, определяемый размером Ск, при исходной температуре, и размер Ак при исходной температуре представляет собой сумму базисных размеров Вк и Ск при исходной температуре. Определения базисных размеров Ак, Вк и Ск с геометрической точки зрения соответствуют определениям соответствующих размеров А, В и С с геометрической точки зрения, как задано выше. Исходная температура может представлять собой любую температуру, но предпочтительно исходная температура представляет собой температуру окружающей среды, составляющую от приблизительно 15 до 35°С. Когда уплотнительный узел находится при исходной температуре, зажимной элемент обеспечивает приложение исходного осевого сжимающего усилия, которое вызывает сдавливание компенсационного дистанционного элемента 9 и второго уплотнительного элемента 11 вместе с обеспечением принудительного контакта между ними.
Базисные размеры компенсационного дистанционного элемента 9 (Вк) и уплотнительного элемента 11 (Ск) и материалы компенсационного дистанционного элемента 9, второго уплотнительного элемента 11 и соединительной части 5 исходно выбираются при проектировании уплотнительного узла. Надлежащий выбор данных параметров осуществляется таким образом, чтобы при любой выбранной температуре обусловленный температурной компенсацией размер Ат отличался от суммы обусловленных температурной компенсацией размеров Вт и Ст при выбранной температуре на абсолютную величину, составляющую менее приблизительно 0,002 дюйма. Как правило, данная разность находится в пределах допуска, связанного с упругостью, который может быть обеспечен с помощью промышленно изготавливаемых и имеющихся на рынке упругих уплотнительных элементов, например, таких как пружинные кольца и уплотнительные кольца.
Обусловленные температурной компенсацией размеры Ат, Вт и Ст определяются уравнениями
Ат = Ак (αΑ) (Т - Тк)(1)
Вт = Вк (ар) (т - тк)(2)
Ст = Ск (ао) (т - тк),(3) где т - выбранная температура, тк - исходная температура, аА - коэффициент теплового расширения материала соединительной части 5 зажимного элемента, аВ - коэффициент теплового расширения материала компенсационного дистанционного элемента 9, аС - коэффициент теплового расширения материала второго уплотнительного элемента 11, и Ак = Вк + Ск.
Базисные размеры компенсационного дистанционного элемента 9 (Вк) и уплотнительного элемента 11 (Ск) и материалы компенсационного дистанционного элемента 9, второго уплотнительного элемента 11 и соединительной части 5 исходно выбираются при проектировании уплотнительного узла так, чтобы при любой выбранной температуре размеры уплотнительного узла рассчитывались уравнением |Ат - (Вт + Ст)| < 0,002 дюйма (4)
Элементы уплотнительного узла собираются при исходной температуре (как правило, температуре
- 8 009317 окружающей среды), и исходная осевая нагрузка прикладывается к компенсационному дистанционному элементу 9, второму уплотнительному элементу 11 и упругому уплотнительному элементу (элементам) или элементу (элементам) пружинного типа, если они используются, с помощью зажимного элемента. Это исходное усилие зажима может создаваться, например, с помощью установочных винтов или резьбовых шпилек и болтов, предназначенных для крепления части 3 и/или второй части 7 к соединительной части 5. Могут быть использованы другие известные способы создания осевых усилий зажима или сжимающих усилий. В том случае, когда коэффициенты и исходные размеры компонентов уплотнения выбраны надлежащим образом, как описано выше, исходного осевого нагружения уплотнительного узла будет достаточно после нагрева, так что уплотнение будет поддерживаться компонентами уплотнительного узла при повышенных температурах.
Рабочее уплотнение или уплотнения уплотнительного узла могут создаваться в любой из граничных зон 17, 19 и 21. Рабочее уплотнение представляет собой элемент, который обеспечивает фактический уплотняющий контакт между двумя прилегающими поверхностями для минимизации или устранения утечки газа через уплотнительный узел. Рабочее уплотнение может быть образовано граничной зоной между тщательно механически обработанными сопряженными поверхностями или в граничной зоне посредством промышленно изготавливаемых и имеющихся на рынке упругих уплотнительных элементов, например, таких как пружинные кольца и уплотнительные кольца. Местоположение рабочего уплотнения или уплотнений будет зависеть от фактической конфигурации уплотнительного узла и относительного перепада давлений на уплотнительном узле. Уплотнительный узел может быть присоединен к системам трубопроводов или резервуаров, которые соединяются с возможностью создания уплотнения в любой заданной конфигурации, как проиллюстрировано ниже. На фиг. 1 любая из первой части 3, второй части 7 и второй уплотнительный элемент 11 могут быть присоединены к системам трубопроводов или резервуаров, соединяемых друг с другом с возможностью создания уплотнения с помощью уплотнительного узла. Как правило, компенсационный дистанционный элемент 9 является независимым от систем трубопроводов или резервуаров и не присоединяется к системам трубопроводов или резервуаров, соединяемых с возможностью создания уплотнения.
Базовый уплотнительный узел может быть использован в варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг. 2. Уплотнительный узел 201 представляет собой тороидальный узел, содержащий зажимной элемент, имеющий первую зажимную часть или кольцо 203, зажимную соединительную часть 205 и вторую зажимную часть 207; первый уплотнительный элемент или компенсационный дистанционный элемент 209 и промежуточный уплотнительный элемент 211. В данном варианте осуществления зажимная соединительная часть 205 и вторая зажимная часть 207 образуют одну деталь из материала, образующую второе кольцо зажимного элемента. Промежуточный уплотнительный элемент 211 образует фланцевую часть цилиндрической трубы или резервуара 213 и выполнен из того же материала. Зажимная соединительная часть 205, первый уплотнительный элемент или компенсационный дистанционный элемент 209 и промежуточный уплотнительный элемент 211 выполнены из разных материалов.
Первая зажимная часть или кольцо 203 прикреплено с возможностью отделения к зажимной соединительной части 205 установочными винтами 215. Установочные винты, как правило, изготовлены из того же материала, что и зажимная соединительная часть 205, и кольцо 203 может быть изготовлено из того же материала, что и установочные винты 215 и зажимная соединительная часть 205. Альтернативно, могут быть использованы крепежные приспособления любого другого известного типа. Например, резьбовые шпильки могут быть ввинчены в зажимную соединительную часть 205 и могут проходить через отверстия для шпилек, выполненные в первой зажимной части или кольце 203, и гайки могут быть установлены на шпильках и затянуты для присоединения первой зажимной части или кольца 203 к зажимной соединительной части 205 и создания осевых усилий зажима, действующих на уплотнительный узел.
Отверстие 219 проходит через вторую зажимную часть 207 и может быть использовано для подсоединения второй трубы или резервуара (не показанного) посредством резьбового или сварного соединения так, что уплотнительный элемент 201 будет обеспечивать рабочее уплотнение между второй трубой или резервуаром и трубой или резервуаром 213. Альтернативно, вторая зажимная часть 207 может не иметь отверстия и, таким образом, будет служить в качестве колпачка для уплотнения цилиндрической трубы или резервуара 213.
Зажимной элемент обеспечивает поджим первой зажимной части или кольца 203 к упругому уплотнительному элементу 221 с обеспечением принудительного контакта между кольцом 203 и упругим уплотнительным элементом 221, тем самым обеспечивая поджим упругого уплотнительного элемента 221 к компенсационному дистанционному элементу 209 с обеспечением принудительного контакта между упругим уплотнительным элементом 221 и компенсационным дистанционным элементом 209 в граничной зоне 217 и поджим второй зажимной части 207 к промежуточному уплотнительному элементу 211 с обеспечением принудительного контакта между второй зажимной частью 207 и промежуточным уплотнительным элементом 211 в граничной зоне 223. Упругий уплотнительный элемент 221 может представлять собой, например, соответствующую промышленно изготавливаемую и имеющуюся на рынке упругую прокладку, уплотнительное кольцо, пружинное кольцо или другое уплотнительное приспособление. Например, металлические пружинные кольца или уплотнительные кольца, изготавливае- 9 009317 мые Абтапссб Ртобиск Сотрапу, 1пс., могут быть использованы для данной цели. Компенсационный дистанционный элемент 209 и промежуточный уплотнительный элемент 211 поджимаются друг к другу с обеспечением принудительного контакта между ними в граничной зоне 223 для приложения осевой нагрузки к упругому уплотнительному элементу 221.
Зажимная соединительная часть 205 характеризуется размером Ό, который определяется расстоянием между плоскостью, образованной поверхностью первой зажимной части или кольца 203 в граничной зоне 217, и плоскостью, образованной поверхностью второй зажимной части 207 в граничной зоне 223. Компенсационный дистанционный элемент 209 характеризуется размером В, который представляет собой ортогональное или осевое расстояние между плоскостью, образованной поверхностью компенсационного дистанционного элемента в граничной зоне 217, и плоскостью, образованной поверхностью компенсационного дистанционного элемента в граничной зоне 225. Второй уплотнительный элемент 211 характеризуется размером С, который представляет собой ортогональное или осевое расстояние между плоскостью, образованной поверхностью второго уплотнительного элемента 211 в граничной зоне 225, и плоскостью, образованной поверхностью второго уплотнительного элемента в граничной зоне 223.
Граничная зона 217 включает упругий уплотнительный элемент 221 для обеспечения уплотняющего усилия для уплотнительного узла 201. Альтернативно, граничная зона 217 может представлять собой зону сопряжения, образованную за счет контакта между плоскими поверхностями на первой части 203 и компенсационном дистанционном элементе 209. Граничная зона 223 может представлять собой зону сопряжения, образованную за счет контакта между плоскими поверхностями на второй части 207 и втором уплотнительном элементе 211. Альтернативно, граничная зона 223 может содержать промежуточный элемент (не показанный), такой как упругий уплотнительный элемент. Граничная зона 225 представляет собой зону сопряжения, образованную за счет контакта между плоскими поверхностями на компенсационном дистанционном элементе 209 и втором уплотнительном элементе 211.
Как описано выше, размер А представляет собой сумму размеров В и С. Размер А эквивалентен участку соединительной части 205, который находится между плоскостью, образованной поверхностью компенсационного дистанционного элемента 209 в граничной зоне 217, и плоскостью, образованной поверхностью второго уплотнительного элемента 211 в граничной зоне 223. Размер Ό представляет собой расстояние между поверхностями зажимного элемента в зонах 217 и 223 сопряжения. В данном варианте осуществления размер Ό отличается от размера А на высоту упругого уплотнительного элемента 221.
Уплотнительный узел 201 проектируется посредством выбора материалов и базисных размеров компонентов узла. В частности, надлежащим образом выбираются базисные размеры компенсационного дистанционного элемента 209 (Вк) и уплотнительного элемента 211 (Ск) и материалы компенсационного дистанционного элемента 209, второго уплотнительного элемента 211 и соединительной части 205. Коэффициент теплового расширения соединительной части 205 имеет промежуточное значение между коэффициентами теплового расширения компенсационного дистанционного элемента 209 и второго уплотнительного элемента 211. Компоненты уплотнения собираются в условиях окружающей среды, и исходное осевое сжимающее усилие будет приложено посредством зажимного элемента. Затем полностью образованный уплотнительный узел изменяется, например, посредством нагрева до выбранной температуры Т. В результате надлежащего выбора параметров, определенных выше, обусловленный температурной компенсацией размер АТ будет отличаться от суммы обусловленных температурной компенсацией размеров ВТ и СТ при выбранной температуре на абсолютную величину, составляющую менее приблизительно 0,002 дюйма, как определено выше в уравнении (4).
В альтернативном варианте осуществления на фиг. 2 плоская упругая уплотнительная прокладка может быть использована в зоне 223 сопряжения вместо упругого уплотнительного элемента 221. Кроме того, компрессионное кольцо пружинного типа (не показанное) может быть установлено в зоне 217 сопряжения для поддержания осевой нагрузки, действующей на уплотнительный узел, и для компенсации небольших отклонений в размерах уплотнительного элемента, которые могут возникать при нагреве уплотнительного элемента. Кольцевая канавка может быть прорезана на (торцевой) поверхности второго уплотнительного элемента или фланца 211 в граничной зоне 223 для удерживания данного компрессионного кольца.
В другом альтернативном варианте осуществления на фиг. 2 компенсационный дистанционный элемент 209 исключен. Зажимная соединительная часть 205 выполнена из первого материала. Первая зажимная часть или кольцо 203, зажимная соединительная часть 205 и вторая зажимная часть 207 - все данные элементы могут быть выполнены из одного и того же первого материала. Второй уплотнительный элемент или фланец 211 выполнен из второго материала. В данном альтернативном варианте коэффициент теплового расширения первого материала зажимной соединительной части 205 меньше коэффициента теплового расширения второго материала второго уплотнительного элемента или фланца 211.
В данном альтернативном варианте осуществления размер С определяется как расстояние в зоне 223 сопряжения между второй зажимной частью 207 и вторым уплотнительным элементом или фланцем 211. При исходной температуре и после сборки уплотнительного узла и приложения осевого усилия для сжатия упругого уплотнительного элемента 221 расстояние в зоне 223 сопряжения между второй зажимной частью 207 и вторым уплотнительным элементом или фланцем 211 представляет собой базисное
- 10 009317 расстояние С'у. Другой параметр А' определяется как сумма размеров С и С'. В данном альтернативном варианте первый материал, второй материал, размер С второго уплотнительного элемента или фланца
211 при исходной температуре (т.е. Су) и размер С' при исходной температуре (т.е. Су') выбирают при проектировании уплотнительного элемента так, чтобы при любой выбранной температуре |АТ - Ст| < 0,002 дюйма(5) где обусловленные температурной компенсацией размеры Ат и Ст при любой выбранной температуре определяются уравнениями
Ат = А., (аА) (Т - Ту)(6)
Ст = Ск (ао) (Т - Ту)(7) где т - выбранная температура; Тк - исходная температура; аА - коэффициент теплового расширения первого материала; аС - коэффициент теплового расширения второго материала; аА < аС; и Ау = Су + С'у.
Несмотря на то что данный альтернативный вариант осуществления имеет меньшее число проектно-расчетных параметров и более ограничен с точки зрения выбора материалов по сравнению с предыдущим вариантом осуществления на фиг. 2, могут существовать ситуации, при которых конструктивные признаки данного альтернативного уплотнительного узла желательны.
Базовый уплотнительный узел на фиг. 1 может быть применен для альтернативного варианта осуществления, проиллюстрированного на фиг. 3. В данном варианте осуществления уплотнительный узел 301 образован между цилиндрическими трубами или резервуарами 303 и 305 с фланцами. В уплотнительном узле используется тороидальный зажимной элемент, содержащий первую зажимную часть 307, вторую зажимную часть 309, расположенную напротив первой зажимной части 307, и соединительную часть 311, размещенную между зажимными частями 307 и 309. Зажимной элемент может быть изготовлен в виде разрезного кольца для обеспечения возможности его установки вокруг фланцев. Осевое усилие зажима может быть приложено с помощью болтов 313.
Компенсационное дистанционное кольцо 315 расположено между фланцем 317 трубы 303 и фланцем 319 трубы 305. Упругое уплотнительное кольцо 321 расположено между компенсационным дистанционным кольцом 315 и фланцем 317, и упругое уплотнительное кольцо 323 расположено между компенсационным дистанционным кольцом 315 и фланцем 319. Фланцы 317 и 319 представляют собой неотъемлемые части соответствующих труб или резервуаров 303 и 305 с фланцами. Канавки (не показанные) могут быть прорезаны на торцевых поверхностях компенсационного дистанционного кольца 315 для размещения и удерживания упругих уплотнительных колец. Альтернативно или дополнительно, канавки (не показанные) могут быть прорезаны на торцевых поверхностях фланца 317 и/или фланца 319 для размещения и удерживания упругих уплотнительных колец. Упругие уплотнительные кольца могут представлять собой, например, соответствующие промышленно изготавливаемые и имеющиеся на рынке упругие прокладки, уплотнительные кольца, пружинные кольца или другие уплотнительные приспособления. Например, металлические пружинные кольца или уплотнительные кольца, изготавливаемые Абуапсеб Ргобиск Сотрапу, 1пс., могут быть использованы для данной цели.
Толщина фланца 317 характеризуется размером С1, толщина фланца 319 характеризуется размером С2, и размер компенсационного дистанционного кольца 315 характеризуется размером В. Расстояние между противоположными торцевыми поверхностями зажимного элемента 307 и зажимного элемента 309 равно Ό. Сумма размеров С1, С2 и В отличается от Ό на сумму расстояний между компенсационным дистанционным кольцом 315 и фланцами 317 и 319.
Цилиндрическая труба 303 с фланцем (включая фланец 317), цилиндрическая труба 305 с фланцем (включая фланец 319) и компенсационное дистанционное кольцо 315 изготовлены из разных материалов. Первый зажимной элемент 307, второй зажимной элемент 309 и соединительный элемент 311 образуют одну деталь (зажимной элемент) и выполнены из одного и того же материала. Болты 313, как правило, изготовлены из того же материала, что и части зажимного элемента.
В одном варианте осуществления цилиндрическая труба 303 с фланцем, элементы зажимного элемента и болты 313 выполнены из первого материала; компенсационное дистанционное кольцо 315 изготовлено из второго материала, и цилиндрическая труба 305 с фланцем изготовлена из третьего материала. В данном варианте осуществления первый материал, второй материал, третий материал, размер В компенсационного дистанционного кольца 315 при исходной температуре (т.е. Ву) и размер С2 фланца 319 при исходной температуре (т.е. С2У) выбирают при проектировании уплотнительного элемента так, чтобы при любой выбранной температуре |Ат - (Вт + С2т)| < 0,002 дюйма (8) где обусловленные температурной компенсацией размеры Ат, Вт и С2т при любой выбранной температуре определяются уравнениями
| Ат _ АК. (аА) (т - тк) | (9) |
| Вт = В1< (ав) (т - ТА | (10) |
| С2т = С2у (аС) (Т - Ту) | (11) |
где т - выбранная температура; Тк - исходная температура; аА - коэффициент теплового расшире- 11 009317 ния первого материала цилиндрической трубы 303 с фланцем (включая фланец 317) и зажимного элемента (включая соединительный элемент 311 и болты 313); αΒ - коэффициент теплового расширения второго материала компенсационного дистанционного кольца 315; ас - коэффициент теплового расширения третьего материала цилиндрической трубы 305 с фланцем (включая фланец 319); и Ак = Вк + С2К.
Коэффициент теплового расширения первого материала, как правило, имеет промежуточное значение между коэффициентами теплового расширения второго и третьего материалов.
В другом варианте осуществления цилиндрическая труба 303 с фланцем (включая фланец 317) изготовлена из первого материала, элементы зажимного элемента (включая соединительный элемент 311 и болты 313) выполнены из второго материала; цилиндрическая труба 305 с фланцем (включая фланец 319) изготовлена из третьего материала, и компенсационное дистанционное кольцо 315 изготовлено из четвертого материала.
В данном варианте осуществления первый материал, второй материал, третий материал, четвертый материал, размер В компенсационного дистанционного кольца 315 при исходной температуре (т.е. Βκ), размер С1 фланца 317 при исходной температуре (т.е. С1В) и размер С2 фланца 319 при исходной температуре (т.е. О2|<) выбирают при проектировании уплотнительного элемента так, чтобы при любой выбранной температуре |АТ - (Вт + С1Т + С2Т)| < 0,002 дюйма (12) где обусловленные температурной компенсацией размеры Ат, Вт и С2Т при любой выбранной температуре определяются уравнениями
| АТ = А|< (аА) (Т - Тк) | (13) |
| ВТ = ΒΙ< (αΒ) (Т - ТК) | (14) |
| С1т = С1к (Он) (Т - Тк) | (15) |
| С2т = С2..„ (ас2) (Т - Тк) | (16) |
где Т - выбранная температура; Тк - исходная температура; аА - коэффициент теплового расширения первого материала цилиндрической трубы 303 с фланцем, компонентов зажимного элемента и болтов 313; αΒ - коэффициент теплового расширения второго материала компенсационного дистанционного кольца 315; ас1 - коэффициент теплового расширения третьего материала цилиндрической трубы 303 с фланцем; ас2 - коэффициент теплового расширения четвертого материала цилиндрической трубы 305 с фланцем; и Ак = Βι< + С1в + С2К.
Коэффициент теплового расширения первого материала (зажимного элемента, включая соединительный элемент 311 и болты 313) имеет промежуточное значение между наибольшим и наименьшим из коэффициентов теплового расширения второго материала (компенсационного дистанционного кольца 315), третьего материала (цилиндрической трубы 303 с фланцем, включая фланец 317) и четвертого материала (цилиндрической трубы 305 с фланцем, включая фланец 319).
Несмотря на то что данный вариант осуществления с четырьмя разными материалами требует более сложной методики проектирования, чем предыдущий вариант осуществления с тремя разными материалами, в конструкциях вариантов осуществления используется один и тот же базовый принцип, описанный выше со ссылкой на фиг. 1 и 2. В любой из альтернатив в вариантах осуществления на фиг. 3 зажимной элемент на фиг. 2 может быть использован вместо зажимного элемента, показанного на фиг. 3.
Еще один вариант осуществления, в котором используется альтернативный способ приложения осевого усилия к уплотнительным элементам, проиллюстрирован на фиг. 4. В данном варианте осуществления труба или резервуар 401 с фланцем герметично присоединена (присоединен) к трубе или резервуару 403 с резьбой посредством резьбового зажимного узла 405. Резьбовой зажимной узел имеет тороидальную форму и содержит первый зажимной элемент 407, резьбовой зажимной элемент 409 и соединительный элемент 411, размещенный между первым зажимным элементом 407 и резьбовым зажимным элементом 409. Труба или резервуар 403 с резьбой имеет резьбовую часть 413, которая соединена с резьбой на резьбовом зажимном элементе 409, и выступающую часть 415 без резьбы, которая выступает за резьбовую часть.
Внутренний диаметр первого зажимного элемента 407 превышает наружный диаметр корпусной части трубы или резервуара 401 с фланцем, и внутренний диаметр соединительного элемента 411 превышает наружный диаметр фланца 417 трубы или резервуара 401 с фланцем. Внутренний диаметр резьбовой части резьбового зажимного элемента 409 также превышает наружный диаметр фланца 417 трубы или резервуара 401 с фланцем.
Рабочее уплотнение образовано между торцевой поверхностью выступающей части 415 без резьбы и торцевой поверхностью фланца 417 и обеспечивается упругим уплотнительным кольцом 419. Канавки (не показанные) могут быть прорезаны на торцевой поверхности выступающей части 415 без резьбы и/или на торцевой поверхности фланца для размещения и удерживания упругого уплотнительного кольца. Упругое уплотнительное кольцо может представлять собой, например, соответствующую промышленно изготавливаемую и имеющуюся на рынке упругую прокладку, уплотнительное кольцо, пружинное кольцо или другое уплотнительное приспособление. Например, металлические пружинные кольца или уплотнительные кольца, изготавливаемые Абуапсеб Ргобис15 Сотрапу, 1пс., могут быть использованы
- 12 009317 для данной цели. Осевое усилие зажима прикладывается для поджима торцевых поверхностей выступающей части 415 без резьбы и фланца 417 вместе к упругому уплотнительному кольцу 419 посредством поворота резьбового зажимного узла для сцепления и смещения витков резьбы на трубе или резервуаре
403 с резьбой и резьбовом зажимном элементе 409. Длина выступающей части 415 без резьбы характеризуется размером В, и толщина фланца 417 характеризуется размером С.
В данном варианте осуществления резьбовой зажимной узел 405 (включая соединительный элемент 411) выполнен из первого материала, выступающая часть 415 без резьбы выполнена из второго материала, и труба или резервуар 401 с фланцем и фланец 417 выполнены из третьего материала. Первый материал, второй материал, третий материал, размер С фланца 417 при исходной температуре (т.е. Ск) и размер В выступающей части 415 без резьбы при исходной температуре (т.е. Вк) выбираются при проектировании уплотнительного элемента так, чтобы при любой выбранной температуре |Ат - (Вт + Ст)| < 0,002 дюйма (17) где обусловленные температурной компенсацией размеры Ат, Вт и Ст при любой выбранной температуре определяются уравнениями
| Ат = Ак (аА) (т - тк) | (18) |
| Вт = Вк (аВ) (т - тк) | (19) |
| Ст = Ск (аС) (т - тк) | (20) |
и где т - выбранная температура; тк - исходная температура; аА - коэффициент теплового расширения первого материала; аВ - коэффициент теплового расширения второго материала фланца 417; и Ак = Вк + Ск,
Коэффициент теплового расширения первого материала имеет промежуточное значение между коэффициентами теплового расширения второго и третьего материалов. Коэффициент теплового расширения первого материала может быть меньше коэффициента теплового расширения второго материала.
В варианте, альтернативном по отношению к данному варианту осуществления, резьбовой зажимной узел 405 (включая соединительный элемент 411) и выступающая часть 415 без резьбы выполнены из первого материала, и труба или резервуар 401 с фланцем (включая фланец 417) выполнена (выполнен) из второго материала. Труба 403, включая резьбовую часть, может быть выполнена из того же материала, что и резьбовой зажимной узел 405 (включая соединительный элемент 411); альтернативно, труба 403, включая резьбовую часть, может быть изготовлена из материала, отличного от материала резьбового зажимного узла 405 (включая соединительный элемент 411). В данном альтернативном варианте первый материал, второй материал, размер С фланца 417 при исходной температуре (т.е. Ск) и размер С' при исходной температуре (т.е. С'к) выбираются при проектировании уплотнительного элемента так, чтобы при любой выбранной температуре |Ат - Ст| < 0,002 дюйма(21) где обусловленные температурной компенсацией размеры Ат и Ст при любой выбранной температуре определяются уравнениями
Ат = Ак (аА) (т - тк)(22)
Ст = Ск (ао) (т - тк)(23) где т - выбранная температура; тк - исходная температура; аА - коэффициент теплового расширения первого материала; аС - коэффициент теплового расширения второго материала; и Ак = Ск +С'к.
Размер С' определяется как расстояние между торцевой поверхностью выступающей части 415 без резьбы и торцевой поверхностью фланца 417 в зоне 418 сопряжения. Когда уплотнительный узел собирают при исходной температуре, исходная осевая нагрузка будет приложена к упругому уплотнительному кольцу 419, чтобы слегка сжать кольцо. Расстояние между торцевой поверхностью выступающей части 415 без резьбы и торцевой поверхностью фланца 417 в зоне 418 сопряжения при исходной температуре в этом случае представляет собой размер Ск'. В данном альтернативном варианте коэффициент теплового расширения первого материала (резьбового зажимного узла 405, включая соединительный элемент 411) меньше коэффициента теплового расширения второго материала (фланца 417).
В любом из вариантов осуществления, описанных выше, элементы уплотнительного узла могут быть металлическими и/или керамическими. В одном варианте осуществления все элементы уплотнительного узла могут быть металлическими, и уплотнительный узел может быть использован для герметичного соединения двух труб или резервуаров, изготовленных из разных металлов. Альтернативно, элементы уплотнительного узла могут быть металлическими и керамическими, и уплотнительный узел может быть использован для герметичного присоединения металлической трубы или резервуара к керамической трубе или резервуару. В другом альтернативном варианте элементы уплотнительного узла могут быть металлическими, и уплотнительный узел может быть использован для герметичного соединения двух керамических труб или резервуаров, имеющих разные коэффициенты теплового расширения. К примерам металлов, которые могут быть использованы для уплотнительных элементов, относятся Наупек 230, Наупек 188, Наупек 214, 1псо1оу 800Н, 1псопе1 600, 1псопе1 625, 1псопе1 693 и нержавеющие стали серии 400 (400-8епе5). К примерам керамических материалов, которые могут быть использованы для уплотнительных элементов, относятся оксид алюминия, диоксид циркония, диоксид церия, оксид
- 13 009317 магния, карбид кремния, нитрид кремния, смешанные перовскиты металлов, включая (Еах8г1.х)уСоОз_2 (где 1,0 > х > 0,4, 1,02 > у > 1,0, и ζ - число, которое обеспечивает нейтрализацию заряда состава вещества) и (ЬахСа1-х)уРеО3^ (где 1,0 > х > 0,5, 1,1 > у > 1,0, и ζ - число, которое обеспечивает нейтрализацию заряда состава вещества), но возможные керамические материалы не ограничены вышеуказанными.
Пример 1.
Металлокерамическое уплотнение было создано для керамического материала Ра0,9Са0,1РеО3-^ при этом металлический зажимной элемент был выполнен из Науиез 230, и компенсационный металлический дистанционный элемент был выполнен из 1псо1оу 800Н. В уплотнении использовалась конфигурация, аналогичная конфигурации на фиг. 2, за исключением того, что упругая прокладка была использована в зоне 223 сопряжения, и компрессионное упругое кольцо было установлено в зоне 217 сопряжения в кольцевой канавке в первой зажимной части или кольце 203. Характеристики теплового расширения в пересчете на единицу длины в зависимости от температуры для трех материалов приведены в табл. 1.
Таблица 1
Характеристики теплового расширения материалов элементов
| Температура, °С | Тепловое расширение (Температурная деформация, выраженная как Δ длины/длина в частях на миллион | ||
| Зажимной элемент (Наупез 230) | Компенсационный элемент (1псо1оу 800Н) | Керамический элемент (Ьао, эСао, 1РэОз-г) | |
| 0 | 0 | 0 | |
| 100 | 982,5 | 1152 | 671 |
| 200 | 2327,5 | 2862 | 1638 |
| 300 | 3740 | 4536 | 2720 |
| 400 | 5287,5 | 6270 | 3891 |
| 500 | 6935 | 8064 | 5031 |
| 600 | 8740 | 9918 | 6151 |
| 700 | 10665 | 11900 | 7298 |
Посредством использования данных характеристик расширения базисные размеры Ак, Вк и Ск были выбраны так, чтобы обусловленные температурной компенсацией размеры удовлетворяли уравнению (4), приведенному выше. Результаты приведены в табл. 2.
Таблица 2
Размеры для подобранных длин элементов (см. фиг. 2)
| Температура, °С | А Длина зажимного элемента, дюйм | В Длина керамического элемента, дюйм | С Длина компенсационного элемента, дюйм | А-(В+С) Результирующее дифференциаль ное смещение, дюйм |
| Температура окружающей среды 100 200 300 400 500 | 1,035 1,03598584 1,03735463 1,03878551 1,04031731 1,04188275 | 0, 45 0,450302 0,450737 0,451224 0,451751 0, 452264 | 0, 585 0,58567392 0,58667427 0,58765356 0,58866795 0,58971744 | 0 9, 97x10^ -5, 7х10'5 -9,2х10'ь -1,0х10’4 -9, 9х10:> |
| 600 | 1,0435698 | 0,452768 | 0,59080203 | -1,8x10'' |
| 700 | 1,04533965 | 0, 453284 | 0,5919615 | 9, 4х10'ь |
В табл. 2 величины А, В и С при температуре окружающей среды представляют собой соответственно базисные размеры Ак, Вк и Ск. Величины А, В и С при температуре, превышающей температуру окружающей среды, представляют собой соответственно обусловленные температурной компенсацией размеры Ат, Вт и Ст.
Как можно видеть, результирующее дифференциальное смещение, определяемое уравнением (4), никогда не превышает одну десятитысячную дюйма, что находится в таких пределах компенсации размеров, которые могут обеспечить промышленно изготавливаемые упругие элементы, такие как металли
- 14 009317 ческие пружинные кольца или уплотнительные кольца.
Пример 2.
Металлокерамическое уплотнение было выполнено из керамического материала Еа0,48г0,6СоО3.2, при этом металлический зажимной элемент был выполнен из 1псопе1 600, и компенсационный металлический дистанционный элемент был выполнен из Наупез 230. Конфигурация уплотнительного узла была идентична конфигурации по примеру 1. Характеристики теплового расширения в пересчете на единицу длины в зависимости от температуры для трех материалов приведены в табл. 3.
Таблица 3
Характеристики теплового расширения материалов элементов
| Температура, °С | Тепловое расширение (Температурная деформация, выраженная как Δ длины/длина в частях на миллион | ||
| Зажимной элемент (1псопе1 600) | Компенсационный элемент (Наупез 230) | Керамический элемент (Ьао,4Зго,бСоОз-г) | |
| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 100 | 1064 | 982,5 | 1195 |
| 200 | 2484 | 2327,5 | 2818 |
| 300 | 3976 | 3740 | 4577 |
| 400 | 5510 | 5287,5 | 6453 |
| 500 | 7152 | 6935 | 8673 |
| 600 | 8874 | 8740 | 11351 |
| 700 | 10744 | 10665 | 14325 |
Посредством использования данных характеристик расширения базисные размеры Ар, Вр и Ср, были выбраны так, чтобы обусловленные температурной компенсацией размеры удовлетворяли уравнению (4), приведенному выше. Результаты приведены в табл. 4.
Таблица 4
Размеры для подобранных длин элементов (см. фиг. 2)
| Температура, °С | А Длина зажимного элемента, дюйм | В Длина керамического элемента, дюйм | С Длина компенсационного элемента, дюйм | А-(В+С) Результирующее дифференциальное смещение, дюйм |
| Темпера^ тура окружаю' щей среды | 0, 585 | 0,4 | 0, 185 | 0 |
| 100 | 0,58562244 | 0,400490531 | 0,185176213 | -0,000044 |
| 200 | 0,58645314 | 0,401153411 | 0,185420875 | -0,000121 |
| 300 | 0,58732596 | 0,401816291 | 0,185676638 | -0,000167 |
| 400 | 0,58822335 | 0,402472501 | 0,185950438 | -0,000200 |
| 500 | 0,58918392 | 0,403129174 | 0,18623025 | -0,000176 |
| 600 | 0,59019129 | 0,403784558 | 0,18653180 | -0,000125 |
| 700 | 0,59128524 | 0,404439112 | 0,18684815 | -0,000002 |
В табл. 4 величины А, В и С при температуре окружающей среды представляют собой соответственно базисные размеры Ак, Вр и Ср. Величины А, В и С при температуре, превышающей температуру окружающей среды, представляют собой соответственно обусловленные температурной компенсацией размеры Ат, Вт и Ст.
Как можно видеть, результирующее дифференциальное смещение, определяемое уравнением (4), никогда не превышает двух десятитысячных дюйма, что находится в таких пределах компенсации размеров, которые могут обеспечить промышленно изготавливаемые упругие элементы, такие как металлические пружинные кольца или уплотнительные кольца.
Claims (26)
- ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ1. Уплотнительный узел, содержащий:(a) два или более уплотнительных элементов, при этом каждый элемент имеет первую поверхность, вторую поверхность, по существу, параллельную первой поверхности, и ось, ортогональную к первой и второй поверхностям, при этом уплотнительные элементы уложены в стопу таким образом, что прилегающие поверхности параллельны и оси параллельны или совпадают, при этом каждый из уплотнительных элементов выполнен из материала, имеющего коэффициент теплового расширения, и (b) зажимной элемент, имеющий первую часть, вторую часть и соединительную часть, размещенную между первой и второй частями и присоединенную к первой и второй частям, при этом два или более уплотнительных элементов расположены между первой и второй частями зажимного элемента, и зажимной элемент выполнен с возможностью приложения осевых усилий зажима к двум или более уплотнительным элементам, причем соединительная часть имеет центральный участок, проходящий между плоскостью, образованной поверхностью уплотнительного элемента, прилегающей к первой части зажимного элемента, и плоскостью, образованной поверхностью уплотнительного элемента, прилегающей ко второй части зажимного элемента, при этом соединительная часть выполнена из материала, имеющего коэффициент теплового расширения, причем коэффициент теплового расширения материала соединительной части имеет промежуточное значение между наибольшим и наименьшим из коэффициентов теплового расширения материалов двух или более уплотнительных элементов.
- 2. Уплотнительный узел по п.1, дополнительно содержащий упругий уплотнительный элемент, расположенный в любой граничной зоне между соседними уплотнительными элементами и между частью зажимного элемента и соседним уплотнительным элементом.
- 3. Уплотнительный узел, содержащий:(a) первый уплотнительный элемент, имеющий первую поверхность, вторую поверхность, по существу, параллельную первой поверхности, и ось, ортогональную к первой и второй поверхностям, при этом первый уплотнительный элемент выполнен из первого материала, имеющего первый коэффициент теплового расширения, (b) второй уплотнительный элемент, имеющий первую поверхность, вторую поверхность, по существу, параллельную первой поверхности, и ось, ортогональную к первой и второй поверхностям, которая параллельна оси первого уплотнительного элемента или совпадает с осью первого уплотнительного элемента, при этом первый уплотнительный элемент выполнен из первого материала, имеющего первый коэффициент теплового расширения, и при этом первая поверхность второго уплотнительного элемента находится в принудительном контакте со второй поверхностью первого уплотнительного элемента, и (c) зажимной элемент, выполненный с возможностью поджима первого уплотнительного элемента в аксиальном направлении ко второму уплотнительному элементу, при этом зажимной элемент имеет первую часть, находящуюся в принудительном контакте с первой поверхностью первого уплотнительного элемента, вторую часть, находящуюся в принудительном контакте со второй поверхностью второго уплотнительного элемента, и соединительную часть, размещенную между первой и второй частями и присоединенную к первой и второй частям, причем соединительная часть имеет центральный участок, проходящий между плоскостями, образованными первой поверхностью первого уплотнительного элемента и второй поверхностью второго уплотнительного элемента, по существу, параллельна осям первого и второго уплотнительных элементов и выполнена из третьего материала, имеющего третий коэффициент теплового расширения, при этом третий коэффициент теплового расширения имеет промежуточное значение между первым и вторым коэффициентами теплового расширения.
- 4. Уплотнительный узел по п.3, в котором любая из первой части зажимного элемента и второй части зажимного элемента постоянно прикреплена к соединительной части зажимного элемента.
- 5. Уплотнительный узел по п.3, в котором любая из первой части зажимного элемента и второй части зажимного элемента прикреплена с возможностью отделения к соединительной части зажимного элемента.
- 6. Уплотнительный узел по п.3, в котором первый материал выбран из группы, состоящей из Наупек 230, Наупек 188, Наупек 214, 1псо1оу 800Н, 1псопе1 600, 1псопе1 625, 1псопе1 693 и нержавеющих сталей серии 400 (400-8епек).
- 7. Уплотнительный узел по п.3, в котором второй материал выбран из группы, состоящей из оксида алюминия, диоксида циркония, диоксида церия, оксида магния, карбида кремния, нитрида кремния, смешанных перовскитов металлов (Ьах8г1-х)уСоО3-;! (где 1,0 > х > 0,4, 1,02 > у > 1,0, и ζ - число, которое обеспечивает нейтрализацию заряда состава вещества) и (ЬахСа1-х)уЕеО3-;! (где 1,0 > х > 0,5, 1,1 > у > 1,0, и ζ - число, которое обеспечивает нейтрализацию заряда состава вещества).
- 8. Уплотнительный узел по п.3, в котором третий материал выбран из группы, состоящей из Наупек 230, Наупек 188, Наупек 214, 1псо1оу 800Н, 1псопе1 600, 1псопе1 625, 1псопе1 693 и нержавеющих сталей- 16 009317 серии 400 (400-8епек).
- 9. Уплотнительный узел по п.3, в котором второй уплотнительный элемент состоит из первого подэлемента и второго подэлемента, при этом каждый подэлемент имеет первую поверхность, вторую поверхность, по существу, параллельную первой поверхности, и ось, ортогональную к первой и второй поверхностям, которая параллельна оси первого уплотнительного элемента или совпадает с осью первого уплотнительного элемента, при этом первая поверхность первого подэлемента представляет собой первую поверхность второго уплотнительного элемента, при этом вторая поверхность второго подкомпонента представляет собой вторую поверхность второго уплотнительного элемента, которая находится в принудительном контакте со второй частью зажимного элемента.
- 10. Уплотнительный узел по п.9, в котором любая из первой части зажимного элемента и второй части зажимного элемента прикреплена с возможностью отделения к соединительной части зажимного элемента.
- 11. Уплотнительный узел по п.3, дополнительно содержащий упругий уплотнительный элемент, расположенный между второй частью зажимного элемента и второй поверхностью второго уплотнительного элемента.
- 12. Уплотнительный узел по п.3, дополнительно содержащий упругий уплотнительный элемент, расположенный между первой частью зажимного элемента и первой поверхностью первого уплотнительного элемента.
- 13. Уплотнительный узел по п.3, в котором:(1) второй уплотнительный элемент представляет собой фланец, присоединенный к первой цилиндрической трубе, имеющей наружный диаметр, при этом фланец имеет наружный диаметр, (2) зажимной элемент содержит тороидальный корпус, имеющий первое кольцо, которое образует первую часть зажимного элемента и имеет внутренний и наружный диаметры, второе кольцо, которое образует соединительную часть зажимного элемента и имеет внутренний и наружный диаметры, и третье кольцо, которое образует вторую часть зажимного элемента и имеет внутренний и наружный диаметр, (3) первый уплотнительный элемент представляет собой компенсационное дистанционное кольцо, имеющее внутренний и наружный диаметры, (4) внутренний диаметр первого кольца, которое образует первую часть зажимного элемента, превышает наружный диаметр первой цилиндрической трубы, (5) внутренний диаметр компенсационного дистанционного кольца превышает наружный диаметр первой цилиндрической трубы, и наружный диаметр компенсационного дистанционного кольца меньше внутреннего диаметра второго кольца, которое образует соединительную часть зажимного элемента, и (6) наружный диаметр фланца меньше внутреннего диаметра второго кольца, которое образует соединительную часть зажимного элемента.
- 14. Уплотнительный узел по п.13, в котором фланец и первая цилиндрическая труба изготовлены из керамического материала, зажимной элемент выполнен из металлического материала, и компенсационное дистанционное кольцо выполнено из металлического материала.
- 15. Уплотнительный узел по п.14, в котором первый материал выбран из группы, состоящей из Наупек 230, Наупек 188, Наупек 214, 1псо1оу 800Н, 1псопе1 600, 1псопе1 625, 1псопе1 693 и нержавеющих сталей серии 400 (400-8епек).
- 16. Уплотнительный узел по п.14, в котором второй материал выбран из группы, состоящей из оксида алюминия, диоксида циркония, диоксида церия, оксида магния, карбида кремния, нитрида кремния, смешанных перовскитов металлов (Ьах8г1-х)уСоОз-2 (где 1,0 > х > 0,4, 1,02 > у > 1,0, ζ - число, которое обеспечивает нейтрализацию заряда состава вещества) и (ЬахСа1-х)уЕеО3-;! (где 1,0 > х > 0,5, 1,1 > у > 1,0, ζ - число, которое обеспечивает нейтрализацию заряда состава вещества).
- 17. Уплотнительный узел по п.14, в котором третий материал выбран из группы, состоящей из Наупек 230, Наупек 188, Наупек 214, 1псо1оу 800Н, 1псопе1 600, 1псопе1 625, 1псопе1 693 и нержавеющих сталей серии 400 (400-8епек).
- 18. Уплотнительный узел, содержащий:(a) первый уплотнительный элемент, имеющий первую поверхность, вторую поверхность, по существу, параллельную первой поверхности, и ось, ортогональную к первой и второй поверхностям, при этом первый уплотнительный элемент имеет первый базисный размер, определяемый осевым расстоянием между первой и второй поверхностями при исходной температуре, при этом первый уплотнительный элемент выполнен из первого материала, имеющего первый коэффициент теплового расширения, (b) второй уплотнительный элемент, имеющий первую поверхность, вторую поверхность, по существу, параллельную первой поверхности, и ось, ортогональную к первой и второй поверхностям, которая параллельна оси первого уплотнительного элемента или совпадает с осью первого уплотнительного элемента, при этом второй уплотнительный элемент имеет второй базисный размер, определяемый осевым расстоянием между первой и второй поверхностями при исходной температуре, при этом второй уплотнительный элемент выполнен из второго материала, имеющего второй коэффициент теплового расширения, при этом первая поверхность второго уплотнительного элемента находится в контакте со второй- 17 009317 поверхностью первого уплотнительного элемента, и (с) зажимной элемент, выполненный с возможностью поджима первого уплотнительного элемента в аксиальном направлении ко второму уплотнительному элементу, при этом зажимной элемент имеет первую часть, находящуюся в принудительном контакте с первой поверхностью первого уплотнительного элемента, вторую часть, находящуюся в принудительном контакте со второй поверхностью второго уплотнительного элемента, и соединительную часть, размещенную между первой и второй частями и присоединенную к первой и второй частям, причем соединительная часть имеет центральный участок, проходящий между плоскостями, образованными первой поверхностью первого уплотнительного элемента и второй поверхностью второго уплотнительного элемента, и, по существу, параллельна осям первого и второго уплотнительных элементов, при этом центральный участок выполнен из третьего материала, имеющего третий коэффициент теплового расширения, при этом первый материал, базисная толщина первого уплотнительного элемента, второй материал, базисная толщина второго уплотнительного элемента и третий материал имеют значения, исходя из любой выбранной температуры, такие как |Ат - (Вт + Ст)| 0,002 дюйма, где Ат = Ак (аА) (Т-Тк), Вт = Βι< (ав) (Т-Тк) иСт = Ск (ас) (т-тк), и где т - выбранная температура, тк - исходная температура, Ак - первый базисный размер, Вк второй базисный размер, Ак представляет собой сумму Вк и Ск, аА - коэффициент теплового расширения первого материала, аВ - коэффициент теплового расширения второго материала и аС - коэффициент теплового расширения третьего материала.
- 19. Металлокерамический уплотнительный узел, содержащий:(a) тороидальное компенсационное дистанционное кольцо, имеющее первую поверхность, вторую поверхность, по существу, параллельную первой поверхности, внутренний диаметр, наружный диаметр и ось, ортогональную к первой и второй поверхностям, при этом тороидальное компенсационное дистанционное кольцо изготовлено из первого металла, имеющего первый коэффициент теплового расширения;(b) цилиндрическую керамическую трубу, имеющую внутренний диаметр, наружный диаметр и керамический фланец, образованный на конце цилиндрической керамической трубы, причем керамический фланец имеет наружный диаметр, при этом:(1) внутренний диаметр тороидального компенсационного дистанционного кольца превышает наружный диаметр цилиндрической керамической трубы, которое расположено вокруг керамической трубы, (2) керамический фланец образует второй уплотнительный элемент, имеющий первую поверхность, вторую поверхность, по существу, параллельную первой поверхности, и ось, ортогональную к первой и второй поверхностям, которая параллельна оси тороидального компенсационного дистанционного кольца или совпадает с осью тороидального компенсационного дистанционного кольца, (3) первая поверхность второго уплотнительного элемента находится в принудительном контакте со второй поверхностью тороидального компенсационного дистанционного кольца, и (4) керамический фланец изготовлен из керамического материала, имеющего второй коэффициент теплового расширения; и (c) тороидальный зажимной элемент, выполненный с возможностью поджима тороидального компенсационного дистанционного кольца в осевом направлении ко второму уплотнительному элементу, при этом зажимной элемент имеет первую часть, находящуюся в принудительном контакте с первой поверхностью тороидального компенсационного дистанционного кольца, вторую часть, находящуюся в принудительном контакте со второй поверхностью второго уплотнительного элемента, и соединительную часть, размещенную между первой и второй частями и присоединенную к первой и второй частям, причем соединительная часть (1) имеет центральный участок, проходящий между плоскостями, образованными первой поверхностью тороидального компенсационного дистанционного кольца и второй поверхностью второго уплотнительного элемента, (2) по существу, параллельна осям тороидального компенсационного дистанционного кольца и второго уплотнительного элемента и (3) выполнена из второго металла, имеющего третий коэффициент теплового расширения;при этом третий коэффициент теплового расширения имеет промежуточное значение между первым и вторым коэффициентами теплового расширения.
- 20. Металлокерамический уплотнительный узел по п.19, в котором первый металл выбран из группы, состоящей из Наупек 230, Наупек 188, Наупек 214, 1псо1оу 800Н, 1псопе1 600, 1псопе1 625, 1псопе1 693 и нержавеющих сталей серии 400 (400-8епек).
- 21. Металлокерамический уплотнительный узел по п.19, в котором второй металл выбран из группы, состоящей из Наупек 230, Наупек 188, Наупек 214, 1псо1оу 800Н, 1псопе1 600, 1псопе1 625, 1псопе1 693 и нержавеющих сталей серии 400 (400-§епек).
- 22. Металлокерамический уплотнительный узел по п.19, в котором керамический фланец изготов- 18 009317 лен из материала, выбранного из группы, состоящей из оксида алюминия, диоксида циркония, диоксида церия, оксида магния, карбида кремния, нитрида кремния, смешанных перовскитов металлов (Ьах§Г1-х)уСоО3-;! (где 1,0 > х > 0,4, 1,02 > у > 1,0, и ζ - число, которое обеспечивает нейтрализацию заряда состава вещества) и (ЬахСа1-х)уРеО3-;! (где 1,0 > х > 0,5, 1,1 > у > 1,0, и ζ - число, которое обеспечивает нейтрализацию заряда состава вещества).
- 23. Металлокерамический уплотнительный узел по п.19, в котором керамическая труба изготовлена из того же материала, что и керамический фланец, при этом керамическая труба и керамический фланец образуют составляющую одно целое керамическую трубу с фланцем.
- 24. Уплотнительный узел, содержащий:(a) уплотнительный элемент, имеющий первую поверхность, вторую поверхность, по существу, параллельную первой поверхности, и ось, ортогональную к первой и второй поверхностям, при этом первый уплотнительный элемент выполнен из первого материала, имеющего первый коэффициент теплового расширения, (b) упругий уплотнительный элемент, прилегающий ко второй поверхности уплотнительного элемента, (c) зажимной элемент, имеющий первую часть с поверхностью, находящейся в принудительном контакте с первой поверхностью уплотнительного элемента, вторую часть, имеющую поверхность, находящуюся в принудительном контакте с податливым уплотнительным элементом, и соединительную часть, размещенную между первой и второй частями и присоединенную к первой и второй частям, при этом соединительная часть имеет центральный участок, проходящий между плоскостями, образованными поверхностью первой части и поверхностью второй части, по существу, параллельна оси уплотнительного элемента и выполнена из второго материала, имеющего второй коэффициент теплового расширения, при этом зажимной элемент выполнен с возможностью поджима уплотнительного элемента в аксиальном направлении к поверхности второй части зажимного элемента для сжатия упругого уплотнительного элемента, при этом первый коэффициент теплового расширения превышает второй коэффициент теплового расширения.
- 25. Способ изготовления и функционирования уплотнительного узла, включающий:(a) выполнение при температуре, равной исходной температуре, уплотнительного узла, содержащего:(1) первый уплотнительный элемент, имеющий первую поверхность, вторую поверхность, по существу, параллельную первой поверхности, и ось, ортогональную к первой и второй поверхностям, при этом первый уплотнительный элемент выполнен из первого материала, имеющего первый коэффициент теплового расширения, (2) второй уплотнительный элемент, имеющий первую поверхность, вторую поверхность, по существу, параллельную первой поверхности, и ось, ортогональную к первой и второй поверхностям, которая параллельна оси первого уплотнительного элемента или совпадает с осью первого уплотнительного элемента, при этом второй уплотнительный элемент выполнен из второго материала, имеющего второй коэффициент теплового расширения, при этом первая поверхность второго уплотнительного элемента находится в принудительном контакте со второй поверхностью первого уплотнительного элемента, и (3) зажимной элемент, выполненный с возможностью поджима первого уплотнительного элемента в аксиальном направлении ко второму уплотнительному элементу, при этом зажимной элемент имеет первую часть, находящуюся в принудительном контакте с первой поверхностью первого уплотнительного элемента, вторую часть, находящуюся в принудительном контакте со второй поверхностью второго уплотнительного элемента, и соединительную часть, размещенную между первой и второй частями и присоединенную к первой и второй частям, при этом соединительная часть имеет центральный участок, проходящий между плоскостями, образованными первой поверхностью первого уплотнительного элемента и второй поверхностью второго уплотнительного элемента, по существу, параллельна осям первого и второго уплотнительных элементов и выполнена из третьего материала, имеющего третий коэффициент теплового расширения;(b) изменение температуры уплотнительного узла до выбранной температуры, отличной от исходной температуры, и (c) поддержание уплотнительного узла при выбранной температуре так, чтобы |Ат - (Вт + Ст)| < 0,002 дюйма, где Ат, Вт и Ст - обусловленные температурной компенсацией размеры, определяемые уравнениями Ат = Ак. (αΑ) (т-т1<)· Вт = В (аВ) (т - т«) иСт = Ск («с) (т-тк), и где т - выбранная температура; тк - исходная температура, Вк - осевое расстояние между поверхностями первого уплотнительного элемента при исходной температуре; Ск - осевое расстояние между поверхностями второго уплотнительного элемента при исходной температуре; аА - коэффициент тепло- 19 009317 вого расширения первого материала; аВ - коэффициент теплового расширения второго материала; аС коэффициент теплового расширения третьего материала; и Ак = Вк + Ск.
- 26. Способ изготовления и функционирования уплотнительного узла, включающий:(a) выполнение при температуре, равной исходной температуре, уплотнительного узла, содержащего:(1) уплотнительный элемент, имеющий первую поверхность, вторую поверхность, по существу, параллельную первой поверхности, и ось, ортогональную к первой и второй поверхностям, при этом первый уплотнительный элемент выполнен из первого материала, имеющего первый коэффициент теплового расширения, (2) упругий уплотнительный элемент, прилегающий ко второй поверхности уплотнительного элемента, (3) зажимной элемент, имеющий первую часть с поверхностью, находящейся в принудительном контакте с первой поверхностью уплотнительного элемента, вторую часть, имеющую поверхность, находящуюся в принудительном контакте с упругим уплотнительным элементом, и соединительную часть, размещенную между первой и второй частями и присоединенную к первой и второй частям, при этом соединительная часть имеет центральный участок, проходящий между плоскостями, образованными поверхностью первой части и поверхностью второй части, по существу, параллельна оси уплотнительного элемента и выполнена из второго материала, имеющего второй коэффициент теплового расширения, при этом зажимной элемент выполнен с возможностью поджима уплотнительного элемента в аксиальном направлении к поверхности второй части зажимного элемента для сжатия податливого уплотнительного элемента, (b) изменение температуры уплотнительного узла до выбранной температуры, отличной от исходной температуры, и (c) поддержание уплотнительного узла при выбранной температуре так, чтобы |АТ - Ст| < 0,002 дюйма, где АТ и СТ - обусловленные температурной компенсацией размеры, определяемые уравнениямиАт = Ак (аА) (Т-Тк),Ст = Ск (аС) (Т-Тк), где Т - выбранная температура; Тк - исходная температура, аА - коэффициент теплового расширения первого материала; аС - коэффициент теплового расширения второго материала; Ск - осевое расстояние между первой поверхностью и второй поверхностью уплотнительного элемента при исходной температуре; С'к - осевое расстояние между второй поверхностью уплотнительного элемента и поверхностью второй части зажимного элемента при исходной температуре; и Ак = Ск + С'к.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US11/281,663 US7581765B2 (en) | 2005-11-17 | 2005-11-17 | Seal assembly for materials with different coefficients of thermal expansion |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA200601916A1 EA200601916A1 (ru) | 2007-06-29 |
| EA009317B1 true EA009317B1 (ru) | 2007-12-28 |
Family
ID=37898738
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA200601916A EA009317B1 (ru) | 2005-11-17 | 2006-11-16 | Уплотнительный узел для материалов с разными коэффициентами теплового расширения |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7581765B2 (ru) |
| EP (1) | EP1788293A2 (ru) |
| JP (1) | JP2007139192A (ru) |
| KR (2) | KR100884008B1 (ru) |
| CN (1) | CN100549472C (ru) |
| AU (1) | AU2006235989B2 (ru) |
| CA (1) | CA2568129C (ru) |
| EA (1) | EA009317B1 (ru) |
| ZA (1) | ZA200609455B (ru) |
Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080260455A1 (en) * | 2007-04-17 | 2008-10-23 | Air Products And Chemicals, Inc. | Composite Seal |
| US20090155488A1 (en) * | 2007-12-18 | 2009-06-18 | Asm Japan K.K. | Shower plate electrode for plasma cvd reactor |
| US8578685B2 (en) * | 2008-12-05 | 2013-11-12 | Momentive Performance Materials Inc. | Apparatus for forming and filling a flexible package |
| US8875478B2 (en) * | 2008-08-28 | 2014-11-04 | Momentive Performance Materials Inc. | Method and apparatus for forming and filling a flexible package |
| JP2010112535A (ja) * | 2008-11-10 | 2010-05-20 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | 密封構造体 |
| DE102011013829A1 (de) * | 2011-03-11 | 2012-09-13 | Ruhrpumpen Gmbh | Spalttopf einer Magnetkupplung, insbesondere einer Magnetkupplungspumpe |
| CN102589302B (zh) * | 2012-02-27 | 2014-03-26 | 南京凯盛国际工程有限公司 | 一种联接及密封装置 |
| CN102981259B (zh) * | 2012-11-26 | 2015-06-10 | 长春迪瑞医疗科技股份有限公司 | 一种光学成像系统的热膨胀补偿装置和方法 |
| CN104791487A (zh) * | 2015-03-31 | 2015-07-22 | 北京华清燃气轮机与煤气化联合循环工程技术有限公司 | 一种增强高温压力容器气密性的方法 |
| US10767565B2 (en) * | 2016-08-18 | 2020-09-08 | Pratt & Whitney Canada Corp. | System and method for sealing a fluid system in a safety condition |
| CN106678499B (zh) * | 2016-12-13 | 2018-12-28 | 浙江海洋大学 | 一种蜂窝形lng保冷管道 |
| CN107023724B (zh) * | 2017-04-19 | 2023-12-12 | 宁波天生密封件有限公司 | 密封连接装置 |
| EP4179236A1 (en) | 2020-07-08 | 2023-05-17 | Saint-Gobain Performance Plastics Corporation | Bimetallic seal |
| CN111829874A (zh) * | 2020-07-24 | 2020-10-27 | 中国核动力研究设计院 | 一种可用于锆管疲劳试验的夹具及试验方法 |
| KR102235086B1 (ko) * | 2020-08-14 | 2021-04-02 | 주식회사 웨이스트에너지솔루션 | 열분해로의 회전 및 팽창을 고려한 가스 누출 방지를 위한 열분해 유화장치 |
| CN112268147A (zh) * | 2020-09-29 | 2021-01-26 | 中国原子能科学研究院 | 一种异种金属管道连接结构 |
| CN113439997B (zh) * | 2021-07-27 | 2022-03-18 | 珠海格力电器股份有限公司 | 养生壶的防溢出控制方法、装置、养生壶及存储介质 |
| US20240093821A1 (en) * | 2022-09-19 | 2024-03-21 | Honeywell International Inc. | Sealing of ceramic to metallic tubes with different cte for high temperature reactors |
| CN116085552A (zh) * | 2023-02-09 | 2023-05-09 | 中国机械工业第四建设工程有限公司 | 一种机电安装的管路临时连接装置 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU351021A1 (ru) * | Ю. Н. Кошкин , А. И. Фадеев | Способ изготовления уплотнений | ||
| US4303251A (en) * | 1978-12-04 | 1981-12-01 | Varian Associates, Inc. | Flange sealing joint with removable metal gasket |
| SU922416A1 (ru) * | 1979-03-15 | 1982-04-23 | Московский Ордена Трудового Красного Знамени Институт Химического Машиностроения | Фланцевое соединение |
| SU1707406A1 (ru) * | 1990-02-19 | 1992-01-23 | Западно-Сибирский Филиал Всесоюзного Научно-Исследовательского И Проектно-Конструкторского Института Нефтяного Машиностроения | Быстроразъемное электроизолированное соединение трубопроводов |
| RU2076085C1 (ru) * | 1992-03-30 | 1997-03-27 | Вадим Жорович Волков | Способ изготовления уплотнений |
| RU2177570C2 (ru) * | 1996-11-26 | 2001-12-27 | Роберт Бош Гмбх | Способ изготовления радиального кольцевого уплотнения |
| US6390512B1 (en) * | 1999-05-13 | 2002-05-21 | General Components, Inc. | Gasket retainer clip |
| US20050082829A1 (en) * | 2003-10-17 | 2005-04-21 | Dallas L. M. | Metal ring gasket for a threaded union |
Family Cites Families (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| USRE23137E (en) * | 1949-07-26 | Pipe coupling | ||
| US1383008A (en) * | 1920-04-13 | 1921-06-28 | Schroeder S Son Inc A | Double pump-coupling |
| US2201684A (en) * | 1937-09-02 | 1940-05-21 | Gen Ceramics Company | Ceramic article |
| US2282354A (en) * | 1940-09-28 | 1942-05-12 | Gunn Ross | Expansion compensating means for steam piping |
| US2669465A (en) * | 1950-08-05 | 1954-02-16 | Dresser Ind | Insulating coupling |
| GB943130A (en) * | 1961-08-31 | 1963-11-27 | Atomic Energy Authority Uk | Improvements in or relating to tube joints |
| US3311392A (en) * | 1966-03-16 | 1967-03-28 | Hydrocarbon Research Inc | Bimetallic joint for cryogenic service |
| GB1326017A (en) * | 1969-12-09 | 1973-08-08 | Lucas Industries Ltd | Joint arrangements |
| US4268331A (en) * | 1978-06-16 | 1981-05-19 | Stevens James N | Method for making a fluid filled ring |
| US4595218A (en) * | 1983-08-04 | 1986-06-17 | Imperial Clevite Inc. | Insulative coupling |
| US5355908A (en) * | 1986-01-15 | 1994-10-18 | Hiltap Fittings, Ltd. | Reusable pipe union assembly with automatic fluid flow checking |
| JPH0678797B2 (ja) * | 1986-12-27 | 1994-10-05 | 株式会社日立製作所 | 絶縁継手 |
| JPH0710200B2 (ja) * | 1988-08-04 | 1995-02-01 | 富士電機株式会社 | 誘導電動機制御装置 |
| IT1246600B (it) * | 1991-04-15 | 1994-11-24 | Prochind | Flangia isolante per condotte metalliche |
| US5538261A (en) * | 1994-08-02 | 1996-07-23 | Columbian Chemicals Company | Mechanical heat-exchange tube sealing system |
| JP3541377B2 (ja) * | 1996-01-11 | 2004-07-07 | 石川島播磨重工業株式会社 | セラミック熱交換器の管板と空気ヘッダの金属製フランジの締結構造 |
| JP2000320424A (ja) * | 1999-05-14 | 2000-11-21 | Usui Internatl Ind Co Ltd | ディーゼル機関用高圧燃料噴射管 |
| US6302402B1 (en) | 1999-07-07 | 2001-10-16 | Air Products And Chemicals, Inc. | Compliant high temperature seals for dissimilar materials |
| KR200228097Y1 (ko) | 2000-12-29 | 2001-06-15 | 한전기공주식회사 | 자동 틈새유지형 와이퍼 링 |
| DE10104508C2 (de) * | 2001-01-31 | 2003-11-06 | Agilent Technologies Inc | Schlauch-Verbindung |
| JP2002317889A (ja) | 2001-04-19 | 2002-10-31 | Toyoko Kagaku Co Ltd | ステンレスフランジと石英スリーブとの接続体 |
| US6547286B1 (en) | 2001-12-27 | 2003-04-15 | Praxair Technology, Inc. | Joint for connecting ceramic element to a tubesheet |
| KR100444408B1 (ko) | 2001-12-31 | 2004-08-16 | 한국씰마스타주식회사 | 고온용 미케니컬 페이스 씰 구조 |
| CA2512083A1 (en) | 2003-01-03 | 2004-07-29 | Dong-Sang Kim | Glass-ceramic material and method of making |
| JP2004324724A (ja) | 2003-04-23 | 2004-11-18 | Nippon Valqua Ind Ltd | 密封装置およびシール材 |
| JP2005291236A (ja) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Chubu Electric Power Co Inc | 金属製管状部材とセラミック製管状部材との接続部のシール構造 |
-
2005
- 2005-11-17 US US11/281,663 patent/US7581765B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2006
- 2006-11-10 CA CA2568129A patent/CA2568129C/en not_active Expired - Fee Related
- 2006-11-13 AU AU2006235989A patent/AU2006235989B2/en not_active Ceased
- 2006-11-14 ZA ZA200609455A patent/ZA200609455B/xx unknown
- 2006-11-16 JP JP2006310259A patent/JP2007139192A/ja active Pending
- 2006-11-16 EA EA200601916A patent/EA009317B1/ru not_active IP Right Cessation
- 2006-11-17 KR KR1020060113848A patent/KR100884008B1/ko not_active IP Right Cessation
- 2006-11-17 CN CNB2006101492259A patent/CN100549472C/zh not_active Expired - Fee Related
- 2006-11-17 EP EP06255882A patent/EP1788293A2/en not_active Withdrawn
-
2008
- 2008-12-05 KR KR1020080122987A patent/KR100942741B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU351021A1 (ru) * | Ю. Н. Кошкин , А. И. Фадеев | Способ изготовления уплотнений | ||
| US4303251A (en) * | 1978-12-04 | 1981-12-01 | Varian Associates, Inc. | Flange sealing joint with removable metal gasket |
| SU922416A1 (ru) * | 1979-03-15 | 1982-04-23 | Московский Ордена Трудового Красного Знамени Институт Химического Машиностроения | Фланцевое соединение |
| SU1707406A1 (ru) * | 1990-02-19 | 1992-01-23 | Западно-Сибирский Филиал Всесоюзного Научно-Исследовательского И Проектно-Конструкторского Института Нефтяного Машиностроения | Быстроразъемное электроизолированное соединение трубопроводов |
| RU2076085C1 (ru) * | 1992-03-30 | 1997-03-27 | Вадим Жорович Волков | Способ изготовления уплотнений |
| RU2177570C2 (ru) * | 1996-11-26 | 2001-12-27 | Роберт Бош Гмбх | Способ изготовления радиального кольцевого уплотнения |
| US6390512B1 (en) * | 1999-05-13 | 2002-05-21 | General Components, Inc. | Gasket retainer clip |
| US20050082829A1 (en) * | 2003-10-17 | 2005-04-21 | Dallas L. M. | Metal ring gasket for a threaded union |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU2006235989B2 (en) | 2010-05-27 |
| EP1788293A2 (en) | 2007-05-23 |
| KR20090004824A (ko) | 2009-01-12 |
| ZA200609455B (en) | 2008-12-31 |
| US20080136179A1 (en) | 2008-06-12 |
| CA2568129C (en) | 2010-07-13 |
| US7581765B2 (en) | 2009-09-01 |
| CN100549472C (zh) | 2009-10-14 |
| KR20070052678A (ko) | 2007-05-22 |
| CN1967020A (zh) | 2007-05-23 |
| CA2568129A1 (en) | 2007-05-17 |
| EA200601916A1 (ru) | 2007-06-29 |
| KR100884008B1 (ko) | 2009-02-17 |
| JP2007139192A (ja) | 2007-06-07 |
| KR100942741B1 (ko) | 2010-02-17 |
| AU2006235989A1 (en) | 2007-05-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EA009317B1 (ru) | Уплотнительный узел для материалов с разными коэффициентами теплового расширения | |
| US6302402B1 (en) | Compliant high temperature seals for dissimilar materials | |
| US5620187A (en) | Contracting/expanding self-sealing cryogenic tube seals | |
| EP0672851B1 (en) | Improved graphite packing | |
| US5405176A (en) | High pressure mechanical seal | |
| KR19980018276A (ko) | 강성 멤브레인 유체 처리 모듈과 그것을 이용한 처리 방법 | |
| EP2685201B1 (en) | A heat exchanger with a silicon carbide set of tubes and tube plates in enamelled steel | |
| US5083821A (en) | Extreme temperature thread sealing method and apparatus | |
| GB1590897A (en) | Heat exchanger | |
| US20030122377A1 (en) | Tube coupling assembly | |
| US5560661A (en) | High pressure mechanical seal | |
| CN109140078B (zh) | 一种自紧式碟形法兰密封结构 | |
| WO2022250730A1 (en) | Improved in-line thermal break | |
| EP0068607A1 (en) | Exhaust treatment assembly for treating large volumes of exhaust gases | |
| US20200080639A1 (en) | Method and Device for High-Temperature Sealing | |
| US7090258B2 (en) | Sealing socket and method for arranging a sealing socket to a tube | |
| CN115727083A (zh) | 一种压紧载荷储能器 | |
| WO2022050837A1 (en) | Coupling device and combination and assembly thereof with a tube. | |
| CN113757374B (zh) | 一种密封装置的压紧载荷补偿方法 | |
| CN215409898U (zh) | 一种压紧载荷储能器 | |
| JPS6411878B2 (ru) | ||
| Jia | Contracting/expanding self-sealing cryogenic tube seals | |
| JP2002340187A (ja) | 高温用配管継手のシール構造 | |
| JP2003279000A (ja) | 高圧ガス貯蔵容器用の容器弁 | |
| WO2003024634A2 (en) | Fluid seal and method of using same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Registration of a licence in a contracting state | ||
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AZ |
|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): KZ |
|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): RU |