專利名稱：絕緣墊片、系統(tǒng)及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及適于被置于在流送管線中的管的連接件之間并在該連接件之間被壓縮的絕緣墊片，所述流送管線可操作地用以供流體在不泄漏的情況下從其通過。 更具體地，本發(fā)明涉及是密封系統(tǒng)的組成部分的電絕緣墊片，其在高壓、高溫和/或高 腐蝕環(huán)境中是尤其有用的。本發(fā)明的密封裝置尤其適于在連接管部分之間提供增強(qiáng)的耐 火性和電絕緣性。
背景技術(shù)：
使用墊片裝置的密封系統(tǒng)是眾所周知的并且已經(jīng)被用在多種應(yīng)用中以防止流體 在連接件之間泄漏。例如，密封裝置被置于且被壓縮在流送管線的帶有凸緣的端連接部 之間。在一些情形中，管內(nèi)處理控制裝備將被安裝在流送管線中的多個(gè)點(diǎn)處，并且可以 與流送管線的帶凸緣的端連接部相關(guān)。管內(nèi)處理控制裝備可以包括這些設(shè)備，諸如閥、 泵、流量計(jì)、溫度控制器、壓力控制器以及類似設(shè)備。此外，管部分的端部被設(shè)置有凸 緣使得這些部分可以被端對端地連接在一起以形成流送管線。在連接部分的界面處提供 墊片裝置以防止接頭處的流體泄漏是已知的。不管接頭的特性，也就是，無論它是在管的連接部分之間還是接頭被用來連接 管內(nèi)處理控制裝備，都期望基于與特定接頭和通過接頭傳輸?shù)奶囟ń橘|(zhì)相關(guān)的各種因素 選擇墊片裝置和密封系統(tǒng)。這些因素包括流過管線的介質(zhì)的腐蝕性能以及流過的介質(zhì)的 物理性能。這種物理性能包括介質(zhì)的壓力、溫度和速度。此外，在許多情形中，需要不 僅為接頭提供可靠的密封而且需提供接頭的一側(cè)與另一側(cè)的電絕緣。例如，用于管線的 一種眾所周知的抗腐蝕方法是陰極保護(hù)。這種腐蝕保護(hù)方法需要能提供電絕緣的密封接 頭。另一個(gè)例子是在接頭的兩側(cè)是不同的金屬的情況。在這種情形中，如果兩側(cè)不被電 絕緣，兩種金屬之間的電位差能形成電化腐蝕電解池。最后，也期望密封接頭在著火期 間仍能提供有效的密封?；鸾o管線工人的安全造成非常嚴(yán)重的威脅，并且如果在著火期 間接頭之間的密封元件不能容納介質(zhì)，情況將變得甚至更危險(xiǎn)。因此，流送管線密封系統(tǒng)面臨許多挑戰(zhàn)。例如，因?yàn)椴牧献冃危垢g氣體的 許多材料不適于高壓應(yīng)用。變形趨勢較小的材料，例如填充有石墨的螺旋纏繞的金屬密 封件導(dǎo)電。用來形成密封系統(tǒng)的許多材料在高溫時(shí)可能熔化，例如將導(dǎo)致著火的那些， 從而損害了凸緣之間的密封。這是極其危險(xiǎn)的情形，因?yàn)槊芊庀到y(tǒng)的損害允許介質(zhì)，例 如石油或氣體產(chǎn)品，快速地從流送管線泄漏，其能增加用于這種火的可用的燃燒產(chǎn)品。 因此，能承受高壓、電絕緣并且在著火期間能提供安全的密封系統(tǒng)將是有效的流送管線 密封領(lǐng)域中的顯著改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明認(rèn)識到能承受高壓、電絕緣并且在著火期間能提供安全的密封系統(tǒng)將是 有效的流送管線密封領(lǐng)域中的顯著改進(jìn)。這里所披露的實(shí)施方式提供用于高壓應(yīng)用的密封系統(tǒng)，其提供 連接元件之間的電絕緣以及著火期間的增強(qiáng)的抗介質(zhì)泄漏功能。使用電 絕緣材料被結(jié)合到其任一側(cè)或兩側(cè)上的金屬芯實(shí)現(xiàn)高壓密封。通過電介質(zhì)密封元件，例 如彈簧加強(qiáng)的聚四氟乙烯(PTFE)環(huán)，而實(shí)現(xiàn)密封。在密封件插入在凸緣之間且凸緣被 螺接在一起的情況下，接頭的凸緣可以被螺接在一起。在著火的情況下，可以產(chǎn)生足夠 高溫度的熱以燒掉絕緣材料和PTFE環(huán)。各實(shí)施方式的系統(tǒng)提供金屬芯備用密封件和壓 縮限制器，它們分別防止介質(zhì)從接頭泄漏。本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種用在流送管線的連接件之間的絕緣裝置，該流送管 線可操作地用以供流體在不泄漏的情況下從其通過。這個(gè)方面的絕緣裝置例如包括平坦 金屬板，諸如平坦環(huán)形金屬板，該平坦金屬板具有相反的側(cè)表面和形成在金屬板內(nèi)以允 許流體從其通過的開口。此外，電介質(zhì)材料板片被布置在金屬板的至少一個(gè)側(cè)表面上。 進(jìn)一步地，內(nèi)凹槽和外凹槽被形成在電介質(zhì)材料板片所布置的一個(gè)或兩個(gè)側(cè)表面上，內(nèi) 凹槽和外凹槽穿透電介質(zhì)材料并且穿到金屬板中并且圍繞形成在金屬板中的整個(gè)開口延 伸。主密封元件被布置在內(nèi)凹槽中，并且次密封元件被布置在外凹槽中并且有壓縮限制 器，該壓縮限制器以某種方式作用在該密封件上，例如，它能被布置在外凹槽中或者它 本身能是墊片保持器。依照本發(fā)明的實(shí)施方式，形成在電介質(zhì)材料片所被布置的一個(gè)或兩個(gè)側(cè)表面上 的凹槽的橫截面可以是例如矩形形狀、等腰梯形形狀、梯形形狀、或平行四邊形形狀。 依照本發(fā)明的其它實(shí)施方式，布置在內(nèi)凹槽中的主密封元件例如能是彈簧加強(qiáng)的PTFE唇 形密封件或O-環(huán)密封元件。依照進(jìn)一步的實(shí)施方式，布置在外凹槽中的次密封元件例如 能是具有E-形或C-形橫截面的環(huán)形金屬體密封元件，并且環(huán)形金屬體密封元件能額外 地被提供有絕緣材料涂層。在進(jìn)一步的實(shí)施方式中，能被布置在外凹槽中的壓縮限制器 被布置成與次密封元件相鄰并且能是具有基本上矩形橫截面的環(huán)形金屬環(huán)，并且壓縮限 制器能額外地被提供有絕緣材料涂層。依照進(jìn)一步的實(shí)施方式，如果正確地設(shè)置凹槽深 度和密封件橫截面的大小，也能由墊片的電介質(zhì)外層材料提供壓縮限制作用。本發(fā)明的其它方面提供一種在流送管線的連接凸緣件之間的電絕緣系統(tǒng)，各連 接凸緣件具有內(nèi)表面和外表面，所述流送管線可操作地用以在不泄漏的情況下供流體從 其通過，電絕緣系統(tǒng)例如使用具有形成在其內(nèi)以允許流體從其通過的開口的平坦金屬墊 片，該平坦金屬墊片具有電介質(zhì)材料片被層壓在其上的相反的側(cè)表面，各所述側(cè)表面具 有限定內(nèi)凹槽和外凹槽的部分，所述內(nèi)凹槽和外凹槽穿透電介質(zhì)材料層并且穿到金屬板 中并且圍繞整個(gè)開口延伸，內(nèi)凹槽具有布置其內(nèi)的主密封元件并且外凹槽具有次密封元 件和作用在所述次密封件上的壓縮限制器。在進(jìn)一步的方面中，本發(fā)明提供例如與至少一個(gè)絕緣套筒相結(jié)合的墊片的使 用，所述至少一個(gè)絕緣套筒可被接收在形成在各連接凸緣件中的相對齊的孔中，所述套 筒的長度基本上等于在墊片被插入在凸緣件之間的情況下連接凸緣件的外表面之間的距 離。絕緣套筒例如能由玻璃增強(qiáng)聚合物材料、環(huán)氧樹脂材料、酚醛樹脂材料或間位芳族 聚酰胺材料制成。進(jìn)一步地，這種其它實(shí)施方式例如包括至少一個(gè)帶有相反端的長形金 屬緊固件，例如用于接收螺母的帶有螺紋的有頭金屬螺栓，該緊固件可被接收在絕緣套 筒中用以在平坦金屬墊片插入在連接凸緣件之間的情況下將連接凸緣件連接到彼此。這種方面進(jìn)一步例如包括至少一個(gè)全部或部分由具有電絕緣性能的材料制成的墊圈，例如層壓到環(huán)形墊圈基片的一側(cè)的電介質(zhì)材料片或者涂覆有電介質(zhì)材料的金屬墊圈，該墊圈可被接收在帶有電絕緣材料的長形金屬緊固件上，與其中一個(gè)凸緣件外表面 鄰接。本發(fā)明更進(jìn)一步的方面提供一種電絕緣裝置，其包括平坦金屬板，該平坦金屬 板具有相反的側(cè)表面和形成在其內(nèi)以允許流體從其通過的開口，布置在相反的側(cè)表面中 的一個(gè)或兩個(gè)上的電介質(zhì)材料層，形成在電介質(zhì)材料片所布置的一個(gè)或兩個(gè)側(cè)表面上的 至少內(nèi)凹槽和外凹槽，所述至少內(nèi)凹槽和外凹槽穿透電介質(zhì)材料并且穿到金屬板中并且 圍繞形成在金屬板中的整個(gè)開口延伸。環(huán)形主密封元件被布置在內(nèi)凹槽中，并且環(huán)形次 密封件和作用在所述次密封件上的壓縮限制器被布置在外凹槽中。在下面的描述中部分地闡述了本發(fā)明的這些和其它好處以及新穎性的特征，下 面的描述披露了多個(gè)實(shí)施方式，包括目前優(yōu)選的實(shí)施方式。


圖1是正面和部分橫截面中的側(cè)視圖，示出了依照本發(fā)明的第一代表性的實(shí)施 方式的絕緣墊片和密封系統(tǒng)；圖2是部分橫截面中的放大側(cè)視圖，示出了與用于電絕緣各代表性的實(shí)施方式 的凸緣接頭的各絕緣部件一起使用的代表性的螺母和螺栓組件；圖3是依照代表性的實(shí)施方式的絕緣墊片的透視圖；圖4是用于代表性的實(shí)施方式的、圖3的絕緣墊片的分解的橫截面圖；圖5是各代表性的實(shí)施方式的絕緣墊片的內(nèi)密封凹槽的放大的橫截面圖；圖6是各代表性的實(shí)施方式的絕緣墊片的外密封凹槽的放大的橫截面圖；圖7是依照另一代表性的實(shí)施方式的絕緣墊片的一部分的橫截面圖；圖8(a)_(d)是橫截面圖，圖示了可以與多種不同實(shí)施方式的絕緣墊片一起使用 的多種凹槽橫截面；和圖9是依照進(jìn)一步的代表性的實(shí)施方式的絕緣墊片的部分去除后的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式為了更完整地理解本發(fā)明，現(xiàn)在參考在附圖中示出的幾個(gè)實(shí)施方式的在下文中 的詳細(xì)描述，在所述附圖中同樣的附圖標(biāo)記表示相同或相似的元件。這里描述各實(shí)施方 式，其中提供在多個(gè)情形中的特定例子用來示出和討論包含在本發(fā)明中的各種概念。所 提供的特定實(shí)施方式和例子相對于其它實(shí)施方式和/或例子并非必須被解釋為優(yōu)選的或 者有利的。本發(fā)明總體上涉及適于用在流送管線應(yīng)用的兩個(gè)凸緣之間的絕緣墊片。這種凸 緣能是以端對端地關(guān)系連接在一起的管線的兩個(gè)部分之間的凸緣連接部?？蛇x地，這種 凸緣可以是用來將監(jiān)視裝備連接到流送管線的凸緣。因此，將參考一對管線部分的端對 端的連接部介紹這種凸緣連接部，但是應(yīng)當(dāng)清楚地理解，本發(fā)明不被限制到這種應(yīng)用。 因此，例如，如同在圖1中所示的那樣，絕緣墊片10被定位在凸緣連接部12中，在流送 管線應(yīng)用的兩個(gè)管部分14之間。各管部分14包括凸緣16，所述凸緣16可以以與它們之 間的墊片10成面對的關(guān)系地放置。凸緣16被提供有彼此相對齊的孔20使得可以通過螺母和螺栓組件18連接凸緣16，這在本領(lǐng)域中是已知的。繼續(xù)參考圖1，并且參考圖2，可以看到，通過多個(gè)與各對齊的孔對20相關(guān)的不同部件實(shí)現(xiàn)凸緣16之間的電絕緣。這里，一對相對齊的孔20被提供有套筒22，所述套 筒22，例如，由玻璃增強(qiáng)聚合物構(gòu)成，盡管可以合適地使用其它材料，例如環(huán)氧樹脂、 酚醛樹脂和高熔點(diǎn)芳香族聚酰胺材料。套筒22的尺寸被設(shè)置成其長度大約與在墊片10 插入在凸緣16之間的情況下凸緣16的外表面24之間的距離相等。一旦套筒22已經(jīng)被 插入到一對相對齊的孔20中，絕緣墊圈26被放置在孔20的每一側(cè)上，在凸緣16的外表 面24上。在這個(gè)實(shí)施方式中，任選的金屬墊圈28然后被定位的靠在墊圈26上并且螺栓 18穿過墊圈和套筒22，其后用螺母32固定它。為各相對齊的孔20采用這種組裝，在其 之后螺母32可以被擰緊從而以所期望的壓力壓縮墊片10。這里所描述的各實(shí)施方式使絕緣墊片10、絕緣墊圈26、和套筒22提供分離的管 部分14的電絕緣。絕緣墊圈26，如同在圖1-2中所示的那樣，被定位成靠在凸緣16的 外表面24上，并且，與套筒22相結(jié)合，提供螺母和螺栓組件18與凸緣16之間的電絕 緣。絕緣墊圈26可以是涂覆有電介質(zhì)材料的金屬芯墊圈。如同在圖3-6中所示的那樣，描述了用于代表性的實(shí)施方式的絕緣墊片10的結(jié) 構(gòu)。在這個(gè)實(shí)施方式中，絕緣墊片10包括由扁平環(huán)形金屬板40形成的墊片本體38，具 有允許流體在流送管線應(yīng)用中從其通過的開口 44。在一個(gè)實(shí)施方式中，金屬板40由11 規(guī)格(gauge)不銹鋼制成。電介質(zhì)襯套42被層壓在金屬板40的各外表面上。如同在圖 4中所示的那樣，在這個(gè)實(shí)施方式中，一對凹槽46和48被形成在墊片本體38的表面上， 其中這些凹槽各自穿透電介質(zhì)襯套42并且到金屬板40中。如同所示的那樣，凹槽48具 有比凹槽46更大的直徑，使得凹槽46和48相對于開口 44是從彼此徑向地偏移的。凹 槽46可以被稱作內(nèi)凹槽46，并且凹槽48可以被稱作外凹槽48。在圖4_6中所示的實(shí)施 方式中，墊片本體38具有多種所示的尺寸。如同將會理解的那樣，這些尺寸是一個(gè)實(shí)施 方式的示例，并且提供這些尺寸的目的僅僅是示例性的和討論用的。本領(lǐng)域技術(shù)人員將 會容易認(rèn)識到，可以存在對于流送管線的不同應(yīng)用和不同大小的多種變形。在這個(gè)實(shí)施 方式中，6英寸(15.24cmm)墊片具有直徑A為6.000英寸(15.24cm)的開口 44、直徑B 為6.565英寸(16.68cm)的內(nèi)凹槽46、直徑C為7.838英寸(19.91cm)的外凹槽48，并且 總直徑D為9.813英寸(24.93cm)。墊片本體38的總厚度E是0.308英寸(7.82mm)，其 包括0.120英寸(3.05mm)厚的芯、和在各表面上的0.093英寸(2.36mm)厚的電介質(zhì)覆 層。內(nèi)凹槽46，在圖5的詳細(xì)視圖中示出了，具有0.150英寸(3.81mm)的寬度F、和
0.111英寸(2.82mm)的深度G。在這個(gè)實(shí)施方式中，凹槽46的徑向向外側(cè)以75度的角 傾斜。這種傾斜表面給布置在內(nèi)凹槽46中的密封件提供增強(qiáng)的保持力，并且這將在下面 更詳細(xì)地討論。這個(gè)實(shí)施方式的外凹槽48在圖6的詳細(xì)視圖中被示出，并且具有.111英 寸-0.252 英寸(2.82mm-6.40mm)的寬度 H，和 0.093-0.123 英寸(2.36-3.12mm)的深度
1。這將會理解，圖3-6的實(shí)施方式的尺寸是代表性的，并且在各不同的應(yīng)用中可以使用 其它合適的尺寸，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將是非常顯而易見的。如同在圖7中所示的那樣，合適的密封件50和52的大小被設(shè)置成并且適合被嵌 入在各自的凹槽46和48中。密封件50被布置在內(nèi)凹槽46中，并且可以被稱作主密封 件50，因?yàn)樵谶@個(gè)實(shí)施方式中當(dāng)被安裝在接頭中時(shí)密封件50為墊片提供主要密封。在實(shí)施方式中，主密封件50是唇形密封件，包括具有彈簧51的PTFE材料，彈簧51定位在 PTFE材料內(nèi)以為密封件50提供結(jié)構(gòu)支撐。如同所示的那樣，主密封件50是防止介質(zhì)通 過并且被配合成位于凹槽46中的唇形密封件。凹槽46具有半燕尾(half-dovetail)構(gòu)造， 使得當(dāng)介質(zhì)將壓力施加到密封件50時(shí)，密封件50被壓靠在半燕尾凹槽46的內(nèi)側(cè)表面上 并且因此被壓到凹槽46中。在這個(gè)實(shí)施方式中，密封件50包括有助于將密封件50置于 凹槽46中的斜邊緣53。密封件52被布置在外凹槽48中，并且可以被稱作備用或次密 封件52，因?yàn)樵谶@個(gè)實(shí)施方式中密封 件52不暴露到介質(zhì)除非主密封件50中有失效。在 這個(gè)實(shí)施方式中，次密封件52包括具有E-形狀的金屬密封件，也被稱作E-環(huán)密封件。 次密封件52，在各實(shí)施方式中，具有在其上的PTFE覆層以提供電絕緣。這種PTFE涂 層可以是例如三到五密耳(0.075-0.127mm)，在由.0095英寸(2.41mm)厚的鉻鎳鐵合金 材料制成的E-環(huán)上。壓縮限制器54也能被布置在外凹槽48中。如同在圖7的實(shí)施方 式中所示的那樣，壓縮限制器54可以被定位在外凹槽48中，與次密封件52相鄰。壓縮 限制器也可以是一體的從而它本身是墊片保持器。在代表性的實(shí)施方式中，壓縮限制器 54由碳鋼制成并且被涂覆有電介質(zhì)材料例如ECTFE(乙烯-三氟氯-乙烯)。壓縮限制 器54具有與外凹槽48的深度相對應(yīng)的厚度。在正常操作中，墊片本體38被安裝在流送管線的接頭中，其中主密封件50將介 質(zhì)容納在接頭內(nèi)。在主密封件50失效的情況下，次密封件52將介質(zhì)容納在接頭內(nèi)。如 同上面所討論的那樣，這種墊片的通常應(yīng)用是在高壓烴管線中，例如石油和天然氣管線 中。也如同上面所討論的那樣，對于這種管線重點(diǎn)關(guān)注的是火，并且期望具有甚至在顯 著著火的情況下也將維持密封的墊片。圖3-7的實(shí)施方式的墊片提供在著火的情況下的 增強(qiáng)的性能。在這種情況下，火的高溫可以熔化或燒掉主密封件50以及在墊片本體38上 的電介質(zhì)涂層42。這樣，主密封件50失效，但是由金屬制成的次密封件52將介質(zhì)維持 在接頭內(nèi)。如同所提及的那樣，電介質(zhì)涂層42的損失也可能發(fā)生，其導(dǎo)致墊片厚度E減 少。在這種情形中，壓縮限制器54用來維持實(shí)際上的墊片厚度E，其有助于將合適的載 荷維持在將接頭的凸緣16保持在一起的螺栓18上并且不允許次密封件由于電介質(zhì)涂層42 的減少而被過度壓縮。在沒有壓縮限制器50的情況下，當(dāng)電介質(zhì)涂層42減少時(shí)，螺栓 18上的螺接載荷也減少，因此導(dǎo)致接頭松動，其可能導(dǎo)致介質(zhì)從接頭泄漏。這樣，在這 種情形中，壓縮限制器，例如壓縮限制器54，用來幫助維持螺接載荷并且不允許密封件 被過度壓縮。在著火和絕緣電介質(zhì)涂層42損失的情況下，接頭的側(cè)面不再是電絕緣的， 然而，這種情形無論如何都將需要修理流送管線和替換墊片?，F(xiàn)在參考圖8 (a)-8(d)，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，多種凹槽構(gòu)造，例如凹槽46和48可以與 本發(fā)明一起使用。例如，在圖8(a)中，凹槽80是通過電介質(zhì)材料42形成的并且形成到 金屬芯40中的矩形橫截面的凹槽。圖8(b)提供梯形燕尾構(gòu)造的凹槽82。凹槽82也被 切得通過電介質(zhì)層42并且被切到金屬芯40中。在圖8(c)中，凹槽84具有平行四邊形 的橫截面并且也被形成的通過絕緣層42并且被形成到金屬芯40中。最后，圖8(d)示出 了它的一側(cè)被定向成相對于底部成直角的梯形凹槽86。凹槽86被切的通過電介質(zhì)層42 并且被切到金屬芯40中。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會容易認(rèn)識到，這種凹槽構(gòu)造僅僅是代表性 的，并且可以使用其它凹槽構(gòu)造?，F(xiàn)在參考圖9，描述了另一代表性的實(shí)施方式。圖9是墊片100的一半的橫截面的示例。在圖9中所示的墊片100包括金屬芯104和在金屬芯的各側(cè)上的電介質(zhì)層108。 內(nèi)凹槽112和外凹槽116被形成在墊片100中，各凹槽延伸通過電介質(zhì)層108并且延伸到 金屬芯104中。在一些實(shí)施方式中，內(nèi)凹槽112可以不完全穿透電介質(zhì)層108，并且外凹 槽116可以穿透電介質(zhì)層108并且穿到金屬芯104中。如同在圖9中所示的那樣，合適 的密封件120和124的大小被設(shè)置成并且適于被嵌入在各自的凹槽112和116中。密封 件120被布置在內(nèi)凹槽112中，并且可以被稱作主密封件，因?yàn)樵谶@個(gè)實(shí)施方式中當(dāng)被安 裝在接頭中時(shí) 密封件120為墊片提供主要密封。在一實(shí)施方式中，主密封件120包括彈 簧的PTFE材料，彈簧定位在PTFE材料內(nèi)以為密封件120提供結(jié)構(gòu)支撐。在操作中，主 密封件120可以是防止介質(zhì)通過的唇形密封件。密封件124被布置在外凹槽116中，并 且可以被稱作備用或次密封件124，因?yàn)樵谶@個(gè)實(shí)施方式中密封件124不暴露到介質(zhì)除非 主密封件120失效。在這個(gè)實(shí)施方式中，次密封件124包括具有E-形狀的金屬密封件， 也被稱作E-環(huán)密封件。在各實(shí)施方式中，次密封件124具有在其上的電介質(zhì)涂層以提供 電絕緣。這種涂層可以是在由金屬制成的E-環(huán)上的例如三到五密耳(0.076-0.127mm)厚 的PTFE涂層。這個(gè)實(shí)施方式的墊片100的內(nèi)凹槽112和外凹槽116具有不同的深度， 由此為次密封件124提供壓縮限制器。在這種方式中，如果電介質(zhì)層108減少，金屬芯 104將保留，且次密封件124被布置在外凹槽116中。外凹槽116進(jìn)入到金屬芯104中的 深度使得次密封件124腳部容易被過度壓縮，并且因此將繼續(xù)提供密封。在另一實(shí)施方式中，墊片可以包括單個(gè)凹槽而不是雙凹槽。在這種實(shí)施方式 中，類似于上面所描述的，墊片可以包括金屬芯和在金屬芯的各側(cè)上的電介質(zhì)層。單個(gè) 凹槽可以被形成在墊片中，延伸通過電介質(zhì)層并且延伸到金屬芯中。單個(gè)密封件適于被 嵌入在單個(gè)凹槽中。在這種實(shí)施方式中，單個(gè)密封件包括具有E-形狀的金屬密封件，也 被稱作E-環(huán)密封件，盡管可以使用其它構(gòu)造。這種實(shí)施方式的單個(gè)密封件可以具有在其 上的電介質(zhì)涂層以提供電絕緣。這種涂層可以是，例如，在由金屬制成的E-環(huán)上的三到 五密耳(0.076-0.127mm)厚的PTFE涂層。這種實(shí)施方式的墊片也可以為單個(gè)密封件提 供壓縮限制器。這種壓縮限制器可以包括上面所描述的任何壓縮限制器，例如涂覆有電 介質(zhì)材料的碳鋼，或者凹槽相對于金屬芯的深度的構(gòu)造，使得即使在電介質(zhì)層減少的情 況下單個(gè)密封件124較不可能被過度壓縮。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會認(rèn)識到，例如石油和天然氣工業(yè)等工業(yè)使用許多英里長的 連接在一起的金屬管線，金屬管線例如遭受通過管線和跨過管線中的金屬對金屬的凸緣 連接部的電流的自然流動，其使得凸緣連接部腐蝕并且增大類似于電池端子的腐蝕。用 于本發(fā)明的實(shí)施方式的絕緣墊片中斷了流過管線的電流并且防止凸緣腐蝕，并且防止形 成在金屬對金屬的密封件中容易形成的腐蝕方式。將會理解，本發(fā)明的實(shí)施方式涵蓋大范圍的應(yīng)用，包括但不限于，不僅絕緣而 且潛在火安全，例如火密封應(yīng)用。在這一點(diǎn)上，用于本發(fā)明的實(shí)施方式的包括墊圈的組 合是本發(fā)明的重要方面，因?yàn)椋缛绻麎|圈材料因?yàn)闊嶙冃位蜷_始流動，螺接載荷將 失去。如果失去螺接載荷，在流送管線的兩個(gè)凸緣之間的接頭中不再有任何壓縮，這意 味著墊片不再使接頭密封。進(jìn)一步地對于這一點(diǎn)，具有在墊片本體的表面上的、由于火 最終損失厚度的電介質(zhì)涂層能導(dǎo)致金屬制成的密封件的過度壓縮。因此提供一些類型的 壓縮限制器以幫助防止螺接載荷損失和密封件過度壓縮。
將會進(jìn)一步理解，制造用于本發(fā)明的實(shí)施方式的墊片材料的方法包括將電介質(zhì)襯套材料結(jié)合到大板片的金屬基片的兩側(cè)以確保層壓的均勻性。依照這種方法，噴水裝 置然后被用來從大板片切割墊片的合適尺寸的I.D和O.D圓。并且例如，其中通過將圓 形墊片材料安裝在車床上，在切掉的環(huán)形墊片材料的相反側(cè)上形成凹槽。用于本發(fā)明的 實(shí)施方式的最終的絕緣墊片具有金屬墊片的穩(wěn)定性和/或剛性，其中不銹鋼芯具有優(yōu)良 的抗腐蝕性能，同時(shí)層壓到墊片的相反表面的玻璃增強(qiáng)環(huán)氧樹脂提供優(yōu)良的絕緣性能。如同前面同樣指出的那樣，本發(fā)明的實(shí)施方式的另一重要方面是將合適類型的 密封件置于墊片本體的凹槽中。密封件選項(xiàng)的代表性的例子包括彈簧加強(qiáng)的PTFE密封 件，以及作為備用密封件的其它類型的O-環(huán)或軟材料，或者例如涂覆有更軟的絕緣材料 例如PTFE的金屬密封件。如同前面類似地指出的那樣，本發(fā)明的實(shí)施方式的進(jìn)一步的 重要方面是形成在墊片本體中的凹槽的形狀。選擇一個(gè)或多個(gè)前面所描述的凹槽形狀的 因素是旨在使用的密封件的特定類型。當(dāng)內(nèi)部壓力作用在密封件上時(shí)，凹槽的形狀為密 封件提供支撐并且?guī)椭乐姑芊饧棾?。這樣，如同本領(lǐng)域技術(shù)人員將會容易地認(rèn)識到 的那樣，具有特定橫截面的凹槽可以提供更好的支撐并且，相比于具有不同橫截面的凹 槽，為特定類型的密封元件提供更好的密封性能。提供所披露的實(shí)施方式的前面的描述以使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能制造或使用本發(fā) 明。在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，對這些實(shí)施方式的多種修改對本領(lǐng)域技 術(shù)人員而言將是非常顯而易見的，并且這里所限定的一般原理可以被應(yīng)用到其它實(shí)施方 式。這樣，本發(fā)明不旨在被限定到這里所示的實(shí)施方式而是將依照與這里所披露的原理 和新穎性的特征相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用在流送管線的連接件之間的密封裝置，該流送管線可操作地用以允許流體 從其通過，所述密封裝置包括平坦金屬板，具有相反的側(cè)表面和形成在其中以允許流體從其通過的開口 ； 電介質(zhì)材料層，被布置在所述相反的側(cè)表面的至少一個(gè)上；形成在所述相反的側(cè)表面中的至少一個(gè)上的內(nèi)凹槽和外凹槽，所述內(nèi)凹槽和外凹 槽中的至少一個(gè)穿透所述電介質(zhì)材料層并且穿到所述金屬板中并且圍繞整個(gè)所述開口延 伸；布置在所述內(nèi)凹槽中的主密封元件； 布置在所述外凹槽中的次密封元件；和 壓縮限制器。
2.如權(quán)利要求1所述的密封裝置，其中所述金屬板進(jìn)一步包括平坦環(huán)形金屬板。
3.如權(quán)利要求1所述的密封裝置，進(jìn)一步包括布置在各所述相反的側(cè)表面上的電介質(zhì) 材料層。
4.如權(quán)利要求3所述的密封裝置，其中所述電介質(zhì)材料層被層壓到各所述相反的側(cè)表
5.如權(quán)利要求1所述的密封裝置，進(jìn)一步包括形成在各所述相反的側(cè)表面上的內(nèi)和外 凹槽，各所述內(nèi)和外凹槽穿透所述電介質(zhì)材料層并且穿到所述金屬板中，并且各所述內(nèi) 和外凹槽圍繞整個(gè)所述開口延伸。
6.如權(quán)利要求1所述的密封裝置，其中所述至少一個(gè)凹槽的橫截面是矩形形狀、等腰 梯形形狀、梯形形狀和平行四邊形形狀中的一種。
7.如權(quán)利要求1所述的密封裝置，其中所述主密封元件包括PTFE彈簧加強(qiáng)唇形密封件。
8.如權(quán)利要求1所述的密封裝置，其中所述主密封元件包括O型環(huán)密封元件。
9.如權(quán)利要求1所述的密封裝置，其中所述次密封元件包括環(huán)形金屬體密封元件。
10.如權(quán)利要求9所述的密封裝置，其中所述環(huán)形金屬體密封元件具有電介質(zhì)材料涂層。
11.如權(quán)利要求9所述的密封裝置，其中所述環(huán)形金屬體密封元件包括E-環(huán)密封元件。
12.如權(quán)利要求1所述的密封裝置，其中所述壓縮限制器被布置在所述外凹槽中與所 述次密封元件相鄰。
13.—種在流送管線的連接凸緣件之間提供對接的絕緣系統(tǒng)，所述連接凸緣件各具有 內(nèi)和外表面，所述流送管線可操作地用以允許流體從其通過，該絕緣系統(tǒng)包括平坦金屬墊片，該平坦金屬墊片具有形成在其中以允許流體從其通過的開口，所 述平坦金屬墊片具有相反的側(cè)表面，在各相反的側(cè)表面上具有電介質(zhì)材料層，各所述側(cè) 表面具有限定內(nèi)凹槽和外凹槽的部分，至少外凹槽穿透所述電介質(zhì)材料層并且穿到所述 金屬板中，各所述內(nèi)和外凹槽圍繞整個(gè)所述開口延伸，主密封元件被布置在所述內(nèi)凹槽 中，并且次密封元件被布置在所述外凹槽中，所述平坦金屬墊片具有壓縮限制器；至少一個(gè)絕緣套筒，該絕緣套筒可接收在形成于各所述連接凸緣件中的相對齊的孔 中，所述套筒的長度基本上等于在所述墊片置于所述連接凸緣件之間的情況下所述連接凸緣件的所述外表面之間的距離；至少一個(gè)具有相反端的長形金屬緊固件，所述緊固件可被接收在所述絕緣套筒中， 以在所述平坦金屬墊片被置于所述連接凸緣件之間的情況下將所述連接凸緣件連接到彼 此；和至少一個(gè)絕緣墊圈，所述至少一個(gè)絕緣墊圈可被接收在至少一個(gè)長形金屬緊固件 上，與至少一個(gè)所述凸緣件的外表面相鄰接。
14.如權(quán)利要求13所述的絕緣系統(tǒng)，其中所述絕緣墊圈進(jìn)一步包括具有相反的側(cè)表面 的金屬墊圈，且電介質(zhì)材料片被層壓到所述相反的側(cè)表面之一上，并且其中所述絕緣墊 圈可被接收在至少一個(gè)長形金屬緊固件上，且所述層壓的電介質(zhì)材料鄰接至少一個(gè)所述 凸緣件的外表面。
15.如權(quán)利要求14所述的絕緣系統(tǒng)，其中所述絕緣墊圈由涂覆有電介質(zhì)材料的合適金 屬芯組成。
16.如權(quán)利要求13所述的絕緣系統(tǒng)，其中所述絕緣套筒進(jìn)一步包括由玻璃增強(qiáng)聚合物 材料、環(huán)氧樹脂材料、酚醛樹脂材料和間位芳族聚酰胺材料中的一種制成的套筒。
17.如權(quán)利要求13所述的絕緣系統(tǒng)，其中所述金屬緊固件進(jìn)一步包括金屬軸，該金屬 軸帶有螺紋以將螺母接收在至少一個(gè)所述相反端上。
18.—種用在流送管線中的連接件之間的密封裝置，所述流送管線可操作地用以供流 體從其通過，該密封裝置包括平坦金屬板，該平坦金屬板具有相反的側(cè)表面和形成在其中以允許流體從其通過的 開口 ；電介質(zhì)材料層，該電介質(zhì)材料層被布置在至少一個(gè)所述相反的側(cè)表面上；形成在至少一個(gè)所述相反的側(cè)表面上的內(nèi)凹槽和外凹槽，至少一個(gè)所述凹槽穿透所 述電介質(zhì)材料層并且穿到所述金屬板中，所述內(nèi)和外凹槽圍繞整個(gè)所述開口延伸；和涂覆有電介質(zhì)材料的環(huán)形金屬密封元件和作用在所述環(huán)形金屬密封元件上的壓縮限 制器。
19.如權(quán)利要求18所述的密封裝置，其中所述壓縮限制器是環(huán)形金屬環(huán)，該環(huán)形金屬 環(huán)被布置在所述外凹槽中，與所述環(huán)形金屬密封件相鄰。
20.如權(quán)利要求19所述的密封裝置，其中所述壓縮限制器涂覆有電介質(zhì)材料。
21.如權(quán)利要求18所述的密封裝置，其中所述壓縮限制器包括平坦金屬板和電介質(zhì)材 料，所述外凹槽的深度被選擇使得當(dāng)所述電介質(zhì)材料層減少時(shí)所述環(huán)形金屬密封件不被 過度壓縮。
22.一種用在流送管線的連接件之間的密封裝置，所述流送管線可操作地用以供流體 從其通過，所述密封裝置包括平坦金屬板，該平坦金屬板具有相反的側(cè)表面和形成在其中以允許流體從其通過的 開口 ；電介質(zhì)材料層，該電介質(zhì)材料層被布置在至少一個(gè)所述相反的側(cè)表面上；形成在至少一個(gè)所述相反的側(cè)表面上的凹槽，該凹槽穿透所述電介質(zhì)材料層并且穿 到所述金屬板中并且圍繞整個(gè)所述開口延伸；布置在所述凹槽中的環(huán)形金屬體密封元件。
23.如權(quán)利要求22所述的密封裝置，其中所述金屬板進(jìn)一步包括平坦環(huán)形金屬板。
24.如權(quán)利要求22所述的密封裝置，進(jìn)一步包括布置在各所述相反的側(cè)表面上的電介 質(zhì)材料層。
25.如權(quán)利要求24所述的密封裝置，其中所述電介質(zhì)材料層被層壓到各所述相反的側(cè)表面。
26.如權(quán)利要求24所述的密封裝置，進(jìn)一步包括形成在各所述相反的側(cè)表面上的凹 槽，各所述凹槽穿透所述電介質(zhì)材料層并且穿到所述金屬板中，并且各所述凹槽圍繞整 個(gè)所述開口延伸。
27.如權(quán)利要求22所述的密封裝置，其中凹槽的橫截面是矩形形狀、等腰梯形形狀、 梯形形狀或平行四邊形形狀中的一種。
28.如權(quán)利要求22所述的密封裝置，其中所述環(huán)形金屬體密封元件具有電介質(zhì)材料涂層。
29.如權(quán)利要求22所述的密封裝置，其中所述環(huán)形金屬體密封元件包括E-環(huán)密封元件。
30.如權(quán)利要求22所述的密封裝置，其中所述環(huán)形金屬體密封元件具有作用在其上的 壓縮限制器。
31.如權(quán)利要求30所述的密封裝置，其中所述壓縮限制器包括平坦金屬板和電介質(zhì)材 料，所述凹槽的深度被選擇使得當(dāng)所述電介質(zhì)材料層減少時(shí)所述環(huán)形金屬密封件不被過度壓縮。
32.如權(quán)利要求30所述的密封裝置，其中所述壓縮限制器是被布置在所述凹槽中且與 所述環(huán)形金屬密封件相鄰的環(huán)形金屬環(huán)。
33.如權(quán)利要求32所述的密封裝置，其中所述壓縮限制器被涂覆有電介質(zhì)材料。
全文摘要
用于高壓應(yīng)用的密封系統(tǒng)，其提供連接元件之間的電絕緣以及著火期間的增強(qiáng)的抗介質(zhì)泄漏能力。使用電絕緣材料被結(jié)合在其任一側(cè)或兩側(cè)上的金屬芯實(shí)現(xiàn)高壓密封。通過電介質(zhì)密封元件，例如彈簧加強(qiáng)的聚四氟乙烯(PTFE)環(huán)，而實(shí)現(xiàn)密封。在密封件插入在凸緣之間且凸緣螺接在一起的情況下接頭的凸緣可以被螺接在一起。在著火的情況下，可以產(chǎn)生足夠高溫度的熱以燒掉絕緣材料和PTFE環(huán)。各實(shí)施方式的系統(tǒng)提供金屬芯備用密封件和壓縮限制器，它們分別防止介質(zhì)從接頭泄漏和維持凸緣處的螺接載荷。
文檔編號F16L25/02GK102027280SQ200980117490
公開日2011年4月20日 申請日期2009年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月28日
發(fā)明者T·S·坦納, 本·D·克拉默, 桑頓·J·安德森, 西格弗里德·魯茲 申請人:以派科泰克的名義經(jīng)營的腐蝕控制公司