JP6316757B2 - 高圧シール用支持リング装置 - Google Patents

Description

本発明は、高圧シール用の支持リング装置であって、支持リング装置を含む高圧シールが、軸方向に押し込むかまたは枢動させることができかつ高圧容器の円筒状部分において取り付けられる容器閉鎖具に対して提供され、高圧シールが、支持リング装置によって高圧装置の円筒状部分を半径方向に封止し、支持リング装置および高圧シールに対して、流体により最大１００００バールの最大圧力がかかる、支持リング装置に関する。

米国特許第４５７０９４４号明細書の文献は、前後に移動させることができる圧力ピストン用のシール装置に関し、そのシール装置は、低圧シールリング、カムリングおよび高圧シールリングから構成され、それにより、流体に対して最大およそ３５０バールの圧力がかかる。そこに言及されているリングはすべて封止作用を有している。

製品の高圧処理において、製品は、最大１００００バールの圧力で処理される高圧媒体によって、高圧チャンバ内に装填される。圧縮応力、引張応力等のさまざまな力が、高い荷重頻度で高圧シールにかけられる。さらに、容器および容器閉鎖具の著しい膨張または圧縮が発生する可能性があり、それによって、特に、シールが滑り（ｃｒｅｅｐ）込むかまたは流れ込む可能性がある接合部、間隙または他の開口部がもたらされる。したがって、圧力下で間隙等を閉鎖し、したがってそれに対応して高圧シールを支持するために、支持リング構造等の追加の要素が使用される。

したがって、本発明は、軸方向に押し込むかまたは枢動させることができかつ高圧容器の円筒状部分に取り付けられる容器閉鎖具に対して意図される高圧シール用の支持リング装置であって、高圧シールが、支持リング装置によって高圧容器の円筒状部分を半径方向に封止し、支持リング装置および高圧シールに対して、流体により最大１００００バールの最大圧力がかかる、支持リング装置を提供するという問題に基づく。

その目的は、高圧シール用の支持リング装置（８）であって、支持リング装置を含む高圧シールが、軸方向に押し込むかまたは枢動させることができかつ高圧容器の円筒状部分に取り付けられる容器閉鎖具（１）に対して提供され、高圧シールが、支持リング装置（８）によって高圧容器の円筒状部分を半径方向に封止し、支持リング装置（８）および高圧シール（４、５）に、流体により最大１００００バールの最大圧力がかかり、流体側から見ると、
・装置の軸方向固定具（６）、
・容器閉鎖具（１）を圧迫する封止リング（４、５）であって、半径方向に圧縮応力が与えられている封止リング（４、５）、
・少なくとも１つの支持リングであって、その容器閉鎖具（１）の軸に対して垂直に位置する側に端面（７）を有する、少なくとも１つの支持リング
を有し、
・互いに接して支持されるような輪郭である少なくとも２つの成形部品（２、３）から構成された少なくとも１つの支持リング装置（８）が設けられ、
・成形部品が、互いに当接しかつ円錐状嵌合面（１２）を有し、円錐状嵌合面（１２）が、それらの互いに当接する側において互いに平行であり、
・平行な円錐状嵌合面（１２）のうちの一方が端面（７）で開始する、
支持リング装置によって達成される。

支持リング装置（８）は、基本的に、高圧シールに対するその支持作用が達成される限り、要求に応じて多くの成形部品から構成されることが可能である。支持リング装置（８）は、好都合には、互いに接して支持される２つの輪郭が付けられた成形部品があるように設計されている。成形部品は互いに当接し、円錐状嵌合面（１２）を有し、円錐状嵌合面（１２）は、それらの互いに当接する側において互いに平行である。

支持リング装置（８）の上記部品が円錐状面を有しそれら円錐状面がそれらの互いに当接する側において互いに平行であるような構成の結果として、支持リング装置（８）の上記部品は、互いの上を摺動することができ、したがって、容器閉鎖具（１２）と容器との間の接合部、間隙または他の開口部の形成を防止することができる。

封止リングの部品が、広がることからもたらされる間隙内に流れ込むかまたは押し出される可能性があることを防止するために、平行な円錐状嵌合面（１２）は端面（７）で開始する。このように、互いに平行である円錐状嵌合面（１２）が互いの上で摺動することにより、間隙はもたらされない。

成形部品のうちの少なくとも一方を、容器閉鎖具（１）自体によって形成することができる。前記成形部品は、平行な円錐状嵌合面（１２）を介して支持リング装置（８）の他の成形部品に支持される。

成形部品のうちの一方を、容器閉鎖具（１）の解除可能構成要素によって形成することも可能である。容器閉鎖具（１）の解除可能構成要素が同じ特性（平行な円錐状嵌合面）を有する限り、解除可能構成要素は同じ効果を達成する。解除可能構成要素を、たとえば平行な円錐状嵌合面を有するリングによって形成することができる。

成形部品のうちの一方の端面（７）は、容器閉鎖具（１）の軸に対して垂直に配置される。当然ながら、端面（７）は、たとえば容器閉鎖具（１）の軸に対して平均して９０±３０°であり得る等、異なる形状を呈することも可能である。

平行な円錐状嵌合面（１２）の錐面は、容器閉鎖具（１）の軸に対して４０°から８０°のねじれ角を有することができる。互いに平行な円錐状嵌合面（１２）の間に遷移領域（１１）が設けられ、遷移領域（１１）は、圧力の放散の後、圧力の蓄積の前のように、成形部品が開始位置と同様に再度互いに当接するように設計されている。

たとえば、遷移領域（１１）は、わずかに円錐状であるかまたは湾曲していることが可能であり、その結果、遷移領域（１１）における成形部品は上方にかつ下方に湾曲した空間を形成し、遷移領域（１１）はまた、その機能を果たす限りあらゆる所望の他の形状を呈することができる。

遷移領域（１１）を、好ましくは、遷移領域（１１）における外側成形部品（３）および内側成形部品（２）が互いに平行な面を有するように設計することができる。前記平行な面はまた、容器閉鎖具（１）の軸に対して平行であることも可能であり、外側成形部品（３）は、容器閉鎖具（１）の軸からさらに離れた部品を意味し、内側成形部品（２）は、外側成形部品（３）より容器閉鎖具（１）の軸に近い部品を意味する。

理想的には、外側成形部品（３）は、封止リング（４）に面する側に挿入斜面を有している。

支持リング装置（８）を、３つ以上の部品から構成することができ、ここでは、外側成形部品（３）（リング）をさらに、たとえば、円周方向において放射状に延在する溝（９）と外周において円周方向に連続する切込部とを備えるように構成された前記リングによって組み立てられる２つの部分リングから構成することができ、リングの溝付き部品は、切込部内において引張装置（１０）によって合わせて保持される。引張装置（１０）により、圧力の放散の後に、リングの溝付き部品が再度確実に合わせて接合されることが可能になる。

外周においてリングの円周方向に設けられる切込部を、引張装置（１０）に応じて異なるように設計することができる。切込部の断面は、たとえば、矩形、円形、楕円形または別の形状を呈することができ、その切込部内で、リングの溝付き部品を、引張装置（１０）によって合わせて保持することができる。

引張装置（１０）は、例として、ポリマーまたはエラストマーリングとすることができる。さらに、好適なワイヤケーブルあるいはワイヤ巻線、ロープまたはばねクランプが、引張装置（１０）用の好適な要素としての役割を果たすことができる。

装置の軸方向固定具（６）が設けられる。前記固定具を、リング／前面リングによって形成することができる。

最大１００００バールの圧力では、両成形部品（２、３）を、高強度合金から構成するべきである。外側成形部品（３）が容器および／または容器閉鎖具（１）より低い弾性係数を有する場合、有利である。

成形部品のうちの少なくとも一方は、好ましくは銅合金またはチタン合金から構成される。成形部品のうちの少なくとも一方は、好ましくは鋼から構成される。

支持リング装置（８）を備える高圧シールは、好ましくは容器閉鎖具（１）に固定される。

図１ａは、容器閉鎖具（１）上の支持リング装置（８）を備えた高圧シールを示す。 図１ｂは、図１ａから部分Ａの拡大である。 図１ｃは、支持リング装置（８）を備えた高圧シールの詳細な図である。 図２は、２つの部分リング（２、３）を備えた支持リング装置（８）を示す。 図３ａは、溝付き外側リングを示す。 図３ｂは、引張装置（１０）とともに切込部を示す。

図１ａ、図１ｂ、図１ｃは、容器閉鎖具（１）上の高圧シールおよび支持リング装置（８）を示す。流体側から見ると、高圧シールおよび支持リング装置（８）は、前面リング（６）と、容器閉鎖具（１）を圧迫する封止リング（４）とを備え、封止リング（４）はＣ字型の溝を有し、その溝にはＯリング（５）が封入されている。封止リング（４）に当接して、２つの部分リング、すなわち内側支持リング（２）および外側支持リング（３）から構成される支持リング装置（８）が設けられている。２つの部分リングは互いに当接している。前面リング（６）には、穴および固定装置が設けられている。前面リング（６）上の固定装置によって、高圧シールおよび支持リング装置（８）が容器閉鎖具（１）上に軸方向に締結される。

図２において、内側支持リング（２）／内側成形部品および外側支持リング（３）／外側成形部品は、それらの互いに当接する側において、互いに平行である面（１２）を有し、前記平行な面（１２）は端面（７）で開始し、内側支持リング（２）／内側成形部品および外側支持リング（３）／外側成形部品は各々、それらの互いに当接する側に、ねじれ角が同じである錐面を有し、互いに平行な上記面の間に遷移領域（１１）が設けられ、遷移領域（１１）は、遷移領域（１１）における内側支持リング（２）／内側成形部品および外側支持リング（３）／外側成形部品が互いに平行な面を有するように、設計されている。この実施形態の結果として、半径方向の荷重がリング幅にわたって改善された方法で分散され、さらに、圧力なし状態での半径方向位置が正確に画定される。

図２は、支持リング装置（８）に対する単に１つのあり得る設計を示す。しかしながら、支持リングを以下のように配置することも可能であり、すなわち、内側支持リング（２）／内側成形部品の端面（７）が封止リング（４）に当接するように配置され、外側支持リング（３）／外側成形部品の端面（７）が、容器閉鎖具（１）に当接するように配置される。これは、組み立てられた支持リング装置（８）の支持作用に影響を与えない。

図３ａ、図３ｂは、溝付き外側支持リング（３）／外側成形部品を異なる斜視図で示す。図３ａは、外側支持リング（３）／外側成形部品の溝付き位置（細部Ｂ）の拡大を示し、溝（９）は円周方向において放射状に延在している。外側支持リング（３）に作用する引張応力は、この実施形態の結果として大幅に除去される。

外周において外側支持リング（３）／外側支持部品の円周方向に切込部が設けられ、その切込部において、外側支持リング（３）／外側成形部品の溝付き部品が、ポリマーリング等の引張装置（１０）によって固定して保持される。図３ｂは、矩形断面での、引張装置（１０）を含むあり得る切込部を示す。

１ 容器閉鎖具
２ 内側支持リング／内側成形部品
３ 外側支持リング／外側成形部品
４ 封止リング
５ Ｏリング
６ 軸方向固定具／前面リング
７ 端面
８ 支持リング装置
９ 溝
１０ 引張装置
１１ 遷移領域
１２ 平行な円錐状嵌合面

Claims (13)

1. 高圧シール用の支持リング装置であって、前記支持リング装置を含む前記高圧シールが容器閉鎖具（１）に対して提供され、当該容器閉鎖具が、高圧容器の円筒状部分に対して軸方向に摺動可能または枢動可能であり、前記高圧シールが、前記支持リング装置によって前記高圧容器の前記円筒状部分を半径方向に封止し、前記支持リング装置および前記高圧シールに、流体により最大１００００バールの最大圧力がかかり、軸方向外側から順に、
   ・前記支持リング装置の軸方向固定具（６）と、
   ・前記容器閉鎖具（１）を圧迫する封止リング（４、５）であって、半径方向に圧縮応力が与えられている封止リング（４、５）と、
   ・少なくとも１つの支持リング部材（８）であって、前記容器閉鎖具（１）の軸の周りを囲む端面（７）を側面に有する、少なくとも１つの支持リング部材と、
   を有する支持リング装置において、
   ・前記少なくとも１つの支持リング部材（８）が、互いに接して支持されるような輪郭である少なくとも２つの成形部品（２、３）から構成され、
   ・前記成形部品が、互いに当接しかつ円錐状嵌合面（１２）を有し、前記円錐状嵌合面（１２）が、それらの互いに当接する側において互いに平行であり、
   ・前記平行な円錐状嵌合面（１２）のうちの一方が前記端面（７）で開始し、
   ・互いに平行な前記円錐状嵌合面（１２）の間に遷移領域（１１）が配置されており、当該遷移領域は前記２つの成形部品のいずれにも形成される面から形成され、当該遷移領域（１１）の前記容器閉鎖具（１）の軸に対する角度が、前記円錐状嵌合面（１２）の前記容器閉鎖具（１）の軸に対する角度と異なることを特徴とする支持リング装置。
2. 請求項１に記載の支持リング装置において、前記成形部品のうちの少なくとも一方が、前記容器閉鎖具（１）自体によって形成されていることを特徴とする支持リング装置。
3. 請求項１に記載の支持リング装置において、前記成形部品のうちの少なくとも一方が、前記容器閉鎖具（１）から取り外し可能な前記容器閉鎖具の構成要素によって形成されていることを特徴とする支持リング装置。
4. 請求項１に記載の支持リング装置において、前記端面（７）が、前記容器閉鎖具（１）の前記軸に対して垂直に配置されていることを特徴とする支持リング装置。
5. 請求項１に記載の支持リング装置において、前記端面（７）が、前記容器閉鎖具（１）の前記軸に対して平均して９０±３０°で傾斜するように配置されていることを特徴とする支持リング装置。
6. 請求項２又は３に記載の支持リング装置において、前記錐面が、前記容器閉鎖具（１）の前記軸に対して４０°から８０°のねじれ角を有することを特徴とする支持リング装置。
7. 請求項１に記載の支持リング装置において、前記遷移領域（１１）が、圧力の放散の後に圧力の蓄積の前のように、前記成形部品が開始位置と同様に再度互いに当接するように設計されていることを特徴とする支持リング装置。
8. 請求項７に記載の支持リング装置において、前記遷移領域（１１）が、前記成形部品が前記遷移領域（１１）において互いに平行である面を有するように設計されていることを特徴とする支持リング装置。
9. 請求項１に記載の支持リング装置において、前記成形部品のうちの少なくとも一方が、円周方向において放射状に延在する溝（９）と、外周において前記円周方向に連続する切込部とを有し、前記溝付きの部品が、前記切込部において引張装置（１０）によって合わせて保持されていることを特徴とする支持リング装置。
10. 請求項１に記載の支持リング装置において、前記成形部品のうちの少なくとも一方が、高強度合金から構成され、かつ前記容器および前記容器閉鎖具（１）より低い弾性係数を有することを特徴とする支持リング装置。
11. 請求項１０に記載の支持リング装置において、前記成形部品のうちの少なくとも一方が、銅合金またはチタン合金から構成されていることを特徴とする支持リング装置。
12. 請求項１０に記載の支持リング装置において、前記成形部品のうちの少なくとも一方が、鋼から構成されていることを特徴とする支持リング装置。
13. 請求項１乃至１２の何れか一項に記載の支持リング装置において、支持リング装置（８）を備える前記高圧シールが、前記容器閉鎖具（１）に固定されていることを特徴とする支持リング装置。

Images