TW201346160A - 用於高壓密封件之支撐環組件 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種用於高壓密封件之支撐環組件，其中提供該高壓密封件連同該支撐環組件來用於能夠經軸向插入或旋轉之一器皿密封件(1)，該器皿密封件被容納在一高壓器皿之圓柱形部分中，其中該高壓密封件借助於該支撐環組件而實現對該高壓器皿之圓柱形部分之徑向密封，並且該支撐環組件以及該高壓密封件經流體暴露於高達10,000巴之最大壓力下，從流體側角度來看，該用於高壓密封件之支撐環組件具備：該組件(6)之軸向固定裝置；在該器皿密封件(1)上相鄰之密封環(4)，其中該密封環(4)被徑向地預加應力；至少一個支撐環，其中在垂直於該器皿密封件(1)軸線的那側上的一端面(7)；提供至少一個支撐環組件(8)，該至少一個支撐環組件由至少兩個成形部分組成，這至少兩個成形部分以它們彼此背靠之方式勾畫出輪廓；其中這些成形部分在彼此之上相鄰、並且其中複數個圓錐形配合面(12)在它們相鄰側上彼此平行；並且這些平行之圓錐形配合面(12)中的一者起始於該端面(7)處。

Description

用於高壓密封件之支撐環組件
發明係關於一種用於高壓密封件之支撐環組件，其中該高壓密封件連同該支撐環組件提供用於能夠軸向插入或旋轉之一器皿密封件，該器皿密封件被容納在高壓器皿的圓柱形部分中，其中該高壓密封件借助於該支撐環組件而實現對該高壓器皿之圓柱形部分之徑向密封，並且該支撐環組件以及該高壓密封件經流體暴露於高達10,000巴之最大壓力下。
專利文獻US 4 570 944係關於一種用於往復式柱塞之密封組件，其中該密封組件由一低壓密封環、一凸輪環和一高壓密封環組成，借助該密封組件，將高達大約350巴之壓力施加於流體上。這裡提到的所有環都具有密封效果。
當產品經受高壓處理時，該等產品在高壓腔室中經高壓流體加壓、在高達10,000巴的壓力下受到處理。高壓密封件在高負荷頻率下暴露於各種力下，該等力例如為壓縮應力、拉伸應力等。另外，器皿以及器皿密封件可能經受顯著伸長或壓縮，從而產生凹槽、間隙或其他開口，該密封件可能緩慢移動或流動到該等凹槽、間隙或其他開口中。因此，使用例如支撐環組件等其他部件來密封處於壓力下之間隙等、並且因此相應地支撐該高壓密封件。
本發明因此係關於提供用於高壓密封件之支撐環組件之問題， 該高壓密封件用作能夠軸向插入或旋轉之一器皿密封件，該器皿密封件被容納在一高壓器皿之圓柱形部分中，其中該高壓密封件借助於該支撐環組件而實現對該高壓器皿之圓柱形部分之徑向密封，並且該支撐環組件以及該高壓密封件經流體暴露於高達10,000巴之最大壓力下。
該目標係通過一種用於高壓密封件之支撐環組件(8)來實現，其中該高壓密封件連同該支撐環組件(8)係提供用於能夠軸向插入或旋轉之一器皿密封件(1)，該器皿密封件(1)被容納在一高壓器皿之圓柱形部分中，其中該高壓密封件借助於該支撐環組件(8)而實現對該高壓器皿之該圓柱形部分的徑向密封，並且該支撐環組件(8)以及該高壓密封件(4，5)經流體暴露於高達10,000巴之最大壓力下，從流體側角度來看，該用於高壓密封件之支撐環組件(8)具備：‧該組件(6)的軸向固定裝置，‧在該器皿密封件(1)上相鄰的密封環(4，5)，其中該密封環(4，5)被徑向地預加應力，‧至少一個支撐環，其中在垂直於該器皿密封件(1)之軸線的那側上的一端面(7)，其中‧提供了至少一個支撐環組件(8)，該至少一個支撐環組件由至少兩個成形部分(2，3)組成，這至少兩個成形部分(2，3)形成輪廓之方式為它們彼此支持，‧其中該等成形部分在彼此之上相鄰，並且其中複數個圓錐形配合面(12)在它們相鄰側上彼此平行，以及‧該等平行圓錐形配合面(12)中的一者起始於該端面(7)處。
支撐環組件(8)可以基本上由隨需要而定的數量的成形部分組成，只要實現該等成形部分用於高壓密封件之支撐效果即可。可行的是，設計由兩個成形部分組成之支撐環組件(8)，這兩個成形部分形成輪廓之方式為彼此支持。該等成形部分在彼此之上相鄰、並且其中在該等成形部分的相鄰側上之平行圓錐形配合面(12)。
該設計使得支撐環組件(8)複數個部分之特徵係在其相鄰側上的平行圓錐形配合面，從而允許該支撐環組件(8)的該等部分在彼此之上滑移，進而避免在器皿密封件(12)與器皿之間形成凹槽、間隙或其他開口。
為了防止密封環複數個部分由於膨脹而流動或擠出到間隙中，平行圓錐形配合面(12)起始於端面(7)處。由於平行圓錐形配合面(12)在彼此之上滑移，所以不形成間隙。
該等成形部分中的至少一者可以由器皿密封件(1)自身形成。這個成形部分經由平行圓錐形配合面(12)而由支撐環組件(8)之另一成形部分支持。
該等成形部分中的一者也可以是器皿密封件(1)的一可拆卸部件。只要器皿密封件(1)的該可拆卸部件具有相同表徵性特徵(平行的圓錐形配合面)，該可拆卸部件就將實現相同效果。該可拆卸部件可以例如是一個具有平行圓錐形配合面特徵之環。
朝向器皿密封件(1)之軸線垂直地安排該等成形部分中的一者之端面(7)。不言而喻的是，端面(7)也可以具有不同形式，舉例來說，是朝向器皿密封件(1)之軸線以90°±30°之平均而被安排。
平行圓錐形配合面(12)之圓錐可以具有以下特徵：朝向器皿 密封件(1)之軸線為40°到80°之螺旋(helix)角。在平行圓錐形配合面(12)之間有一過渡區域(11)；該過渡區域(11)被設計成使得在壓力釋放之後並且在壓力增長之前，該等成形部分如在起始位置一樣在彼此之上相鄰。
過渡區域(11)可以例如略微呈圓錐形或彎曲，使得該等成形部分在過渡區域(11)中形成向上和向下彎曲之空間，但過渡區域(11)可具有任何其他形式，只要該過渡區域執行其功能即可。
較佳的是，過渡區域(11)可以被設計成使得外部成形部分(3)之面和內部成形部分(2)之面在過渡區域(11)中彼此平行。該等平行面還可以平行於器皿密封件(1)之軸線，其中外部成形部分(3)表示更遠離器皿密封件(1)之軸線之這個部分，並且內部成形部分(2)表示比外部成形部分(3)更靠近器皿密封件(1)之軸線之這個部分。
理想情況下，外部成形部分(3)之面向密封環(4)的那端具備用於插入之傾斜表面。
支撐環組件(8)可以由兩個以上之部分組成，其中外部成形部分(3)(即，環)例如進一步由兩個環區段組成，通過在圓周方向上提供一徑向間隙(9)並且沿著外圓周在圓周方向上提供一連續凹部，而將這兩個環區段進行連接，其中借助於束緊裝置(10)將該環之帶槽區段在該凹部中固持在一起。束緊裝置(10)允許該等帶槽環區段在壓力釋放之後再次連接。
在外圓周上在環之圓周方向上提供的這個凹部可以具有各種形式，這取決於該束緊裝置(10)。該凹部之橫截面可以例如具有矩形、圓形或橢圓形形式，或者有可能借助束緊裝置(10)將該等帶槽環區段保持在一起的任何其他幾何形狀。
該束緊裝置(10)可以例如是聚合體環或彈性體環。此外，適當鋼絲繩或一圈導線、繩索或彈簧夾可以用作用於該束緊裝置(10)之合適元件。
提供組件(6)之軸向固定裝置。此固定裝置可以是一環/前環。
由於壓力可能升高到高達10，000巴，所以這兩個成形部分(2，3)應都由高強度合金組成。在這裡，如果外部成形部分(3)具有比器皿和/或器皿密封件(1)低的彈性模數之特徵，那麼係為有利。
成形部分中的至少一者較佳的是由銅合金或鈦合金製成。成形部分中的至少一者較佳的是由鋼製成。
具有支撐環組件(8)的高壓密封件較佳的是被固定在器皿密封件(1)上。
1‧‧‧器皿密封件
2‧‧‧內部支撐環/內部成形部分
3‧‧‧外部支撐環/外部成形部分
4‧‧‧密封環
5‧‧‧O形環
6‧‧‧軸向固定裝置/前環
7‧‧‧端面
8‧‧‧支撐環組件
9‧‧‧間隙
10‧‧‧束緊裝置
11‧‧‧過渡區域
12‧‧‧圓錐形配合面
第1a圖為一器皿密封件(1)上具有支撐環組件(8)之高壓密封件。
第1b圖為第1a圖之截面視圖A之放大。
第1c圖為具有支撐環組件(8)之高壓密封件之詳細視圖。
第2圖為具有兩個環區段(2，3)之支撐環組件(8)。
第3a圖為一帶槽外環。
第3b圖為具有束緊裝置(10)之凹部。
第1a、1b、1c圖為器皿密封件(1)上之高壓密封件和支撐環組件(8)。從流體側角度來看，該高壓密封件和該支撐環組件(8)包括一前環(6)、 在該器皿密封件(1)上相鄰的一密封環(4)，其中該密封環(4)之中C形凹槽，並且該凹槽包括一O形環(5)。一支撐環組件(8)在該密封環(4)上相鄰，該支撐環組件由兩個環區段組成：一內部支撐環(2)和一外部支撐環(3)。這兩個環區段在彼此之上相鄰。該前環(6)具備複數個孔和固定裝置。該高壓密封件和該支撐環組件(8)借助於該前環(6)上的該固定裝置而被軸向固定在該器皿密封件(1)上。
根據第2圖，內部支撐環(2)/內部成形部分以及外部支撐環(3)/外部成形部分具備在該等於彼此之上相鄰的側上之平行面(12)，並且該等平行面(12)起始於端面(7)處，其中內部支撐環(2)/內部成形部分以及外部支撐環(3)/外部成形部分各自在它們相鄰端上形成圓錐，該等圓錐具備相同螺旋角，並且在該等平行面之間有一過渡區域(11)，其中該過渡區域(11)以一方式被設計成使得內部支撐環(2)/內部成形部分以及外部支撐環(3)/外部成形部分之特徵為在該過渡區域(11)中彼此平行之面。這種配置用於在環寬度上更有效地分佈徑向負荷、並且此外精確地界定減壓條件下之徑向位置。
第2圖僅為支撐環組件(8)之實施例。然而，該等支撐環還可被安排成使得內部支撐環(2)/內部成形部分之端面(7)在密封環(4)上相鄰，並且外部支撐環(3)/外部成形部分之端面(7)在器皿密封件(1)上相鄰。這對於所配合支撐環組件(8)之支撐效果沒有影響。
第3a、3b圖從不同角度顯示該帶槽外部支撐環(3)/外部成形部分。第3a圖為外部支撐環(3)/外部成形部分之帶槽區域(截面視圖B)之放大視圖，其中凹槽(9)在圓周方向上徑向延伸。此設計用於極大地消除作用於外部支撐環(3)上之拉伸應力。
在外部支撐環(3)/外部成形部分的圓周方向上，在外圓周上有一凹部，外部支撐環(3)/外部成形部分的帶槽區段借助於一束緊裝置(10)(例如，聚合物環)而被固持在該凹部中。第3b圖為具有矩形橫截面的任選的凹部以及束緊裝置(10)。
2‧‧‧內部支撐環/內部成形部分
3‧‧‧外部支撐環/外部成形部分
7‧‧‧端面
11‧‧‧過渡區域
12‧‧‧圓錐形配合面

Claims (14)

  1. 一種用於高壓密封件之支撐環組件，其中該高壓密封件連同該支撐環組件係提供用於能夠軸向插入或旋轉之一器皿密封件(1)，該器皿密封件係容納於一高壓器皿之圓柱形部分中，其中該高壓密封件借助於該支撐環組件而實現對該高壓器皿之圓柱形部分之徑向密封，並且該支撐環組件以及該高壓密封件經流體而暴露於高達10,000巴之最大壓力下，從該流體側角度來看，該用於高壓密封件之支撐環組件具備：該組件(6)之軸向固定裝置，在該器皿密封件(1)上相鄰之密封環(4，5)，其中該密封環(4，5)係徑向地預加應力者，至少一個支撐環，其中具有在垂直於該器皿密封件(1)之軸線側上的一端面(7)，其特徵在於：提供至少一個支撐環組件(8)，該至少一個支撐環組件由至少兩個成形部分(2，3)組成，該至少兩個成形部分形成輪廓之方式為它們彼此支持，其中該等成形部分在彼此之上相鄰、並且中具有複數個圓錐形配合面(12)在它們相鄰側上彼此平行，以及該等平行之圓錐形配合面(12)之一者起始於該端面(7)處。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之支撐環組件，其中該等成形部分中的至少一者係由該器皿密封件(1)自身形成。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之支撐環組件，其中該等成形部分中的至少一者係由該器皿密封件(1)的一可拆卸部件形成。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之支撐環組件，其中該端面(7)係朝向該器皿密封件(1)之軸線垂直而被安排。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之支撐環組件，其中該端面(7)係朝向該器皿密封件(1)之軸線以90°±30°之平均而被安排。
  6. 如申請專利範圍第2或3項所述之支撐環組件，其中該圓錐特徵為具有朝向該器皿密封件(1)之軸線之40°到80°之螺旋(helix)角。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之支撐環組件，其中在該等平行圓錐形配合面(12)之間提供了一過渡區域(11)。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之支撐環組件，其中該過渡區域(11)係設計成使得在壓力釋放之後並且在壓力增長之前，該等成形部分如在起始位置一樣在彼此之上相鄰。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之支撐環組件，其中該過渡區域(11)係設計成使得在該過渡區域(11)中之該等成形部分之該等面係為彼此平行。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之支撐環組件，其中這些成形部分中的至少一者具有以下特徵：在圓周方向上的一徑向間隙(9)以及沿著外圓周在圓周方向上的一連續凹部，其中借助於一束緊裝置(10)將複數個帶槽部件在該凹部中固持在一起。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之支撐環組件，其中這些成形部分中的至少一者應由高強度合金製成、並且特徵為具有低於該器皿以及器皿密封件(1)之彈性模數。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之支撐環組件，其中這些成形部分中的至少一者係由銅合金或鈦合金製成。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之支撐環組件，其中這些成形部分中的至少一者係由鋼製成。
  14. 如申請專利範圍第1至13項中任一項所述之支撐環組件，其中該具有支撐環組件(8)的高壓密封件係為固定在該器皿密封件(1)上。
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