抗擠壓填充支承裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于在兩個配合表面例如閥桿和孔之間的環(huán)面提供流體密封的密封配置。所述密封配置包括一對填充支承環(huán)。優(yōu)選地，使用兩對所述填充支承環(huán)使得為所述填充件提供雙端或兩側(cè)軸向支承。在正?；蝾~定溫度使用期間，所述第一和第二支承環(huán)支承所述填充件上的負(fù)載，優(yōu)選地與所述閥桿過盈配合以抵制所述填充件沿著所述閥桿的擠壓。所述支承環(huán)嵌套在一起并且包括不同的材料。例如，一個支承環(huán)包括金屬，另一個支承環(huán)包括較軟的材料，例如聚合物或彈性體。填充材料的一個示例是耐火材料。在另一個支承環(huán)在火災(zāi)或其他災(zāi)難性事件中被損壞的情況下，使用所述金屬支承環(huán)保持所述耐火材料上的負(fù)載。
【專利說明】抗擠壓填充支承裝置
[0001]相關(guān)申請
[0002]本發(fā)明要求于2010年7月30日提交的美國臨時專利申請序列號61/369，199的抗擠壓填充支承裝置(Ant1-Extrusion Packing Support)的優(yōu)先權(quán),其全部公開內(nèi)容通過參考完全合并入本申請中。
[0003]發(fā)明背景
[0004]諸如閥的流動控制設(shè)備例如典型地具有可平移的或可旋轉(zhuǎn)的致動閥桿，其必須相對于流體系統(tǒng)壓力被密封。其他流動控制設(shè)備具有例如用于終端連接器的一個或多個閥桿，其也必須相對于流體系統(tǒng)壓力被密封。閥桿密封可以是靜態(tài)的或動態(tài)的，其依賴于密封構(gòu)件是否與表面接合，其中該表面相對于所述密封構(gòu)件的表面滑動或移動。閥桿密封必須在所述流動控制設(shè)備的需要的或額定的操作范圍和在需要的或額定的壓力下執(zhí)行。然而，由彈性材料制成的閥桿密封件典型地受其溫度特性所限制以便維持額定的壓力，通常是由于沿著所述密封表面的擠壓和減小的壓縮或壓擠。關(guān)于短時排放(fugitive emissions),一些應(yīng)用還提出非常嚴(yán)格的要求。
[0005]發(fā)明概述
[0006]根據(jù)此處描述的一個或多個本發(fā)明的實施例，為用于容納或控制流體類型的流體設(shè)備提供一種密封裝置配置。所述密封裝置配置可以與布置在孔內(nèi)的部件主體一起使用，其中，在所述主體的表面和所述孔之間需要流體密封。所述主體可以是環(huán)形、圓柱形或其他形狀構(gòu)件，其示例包括但是并不限于致動閥桿、連接閥桿和其他閥桿類構(gòu)件。所述閥桿可在所述孔內(nèi)旋轉(zhuǎn)或可在所述孔內(nèi)軸向平移或可靜止在所述孔內(nèi)。所述密封配置能夠與密封構(gòu)件或填充件一起使用，所述填充件例如包括易于擠壓的材料，但是并不限于例如彈性體和塑料和其他不全為金屬的材料或合成物。在一個示例性實施例中，所述密封構(gòu)件包括耐火填充件(fire resistant packing),例如,商標(biāo)為GRAFOIL?的全石墨材料。
[0007]在一個實施例中，所述密封裝置配置包括一對填充支承環(huán)。優(yōu)選地，使用兩對所述填充支承環(huán)為所述填充件提供雙端或兩側(cè)軸向支承。在正?；蝾~定溫度使用期間，所述第一和第二支承環(huán)支承所述填充件上的負(fù)載，優(yōu)選地，所述閥桿的過盈配合沿著所述閥桿抵抗所述填充件的擠壓。所述第二支承環(huán)即使在災(zāi)難性的事件(例如火災(zāi))后支承所述填充件上的負(fù)載。所述抗擠壓環(huán)和金屬墊環(huán)的使用獲得了填充件擠壓防護(hù)使得所述密封配置能夠滿足甚至是非常嚴(yán)格的泄露率測試(例如以短時排放要求為例)。
[0008]在一個示例性實施例中，所述填充支承環(huán)對具有互補(bǔ)的幾何形狀以允許所述支承環(huán)沿軸向嵌套在一起。所述嵌套能夠通過錐形接界面(interface)實現(xiàn),其用于提供所述填充件的徑向分量相對于所述閥桿的自緊偏移。其可以通過使用所述填充支承環(huán)提高所述抗擠壓效益。在更具體的實施例中，所述支承環(huán)中的其中一個包括金屬使得其能夠在災(zāi)難性的事件例如火災(zāi)中存留，而另一個支承環(huán)包括更軟、更有彈性的材料(例如但是不限于塑料、聚合物或彈性體)以抵抗所述填充件沿所述閥桿表面的擠壓。
[0009]根據(jù)在公開的內(nèi)容中陳述的本發(fā)明之一的另一實施例，球閥包括防止流體沿著閥桿從所述閥組件損失的密封裝置配置。在示例性實施例中，密封裝置配置包括耐高溫的閥桿密封構(gòu)件或填充件，在特別的實施例中是耐火的。可設(shè)置一對填充支承環(huán)。在正常的或額定的溫度使用期間，所述第一支承環(huán)支承所述填充件上的負(fù)載，優(yōu)選與所述閥桿的過盈配合以抵抗所述填充件沿著所述閥桿的擠壓。所述第二支承環(huán)甚至在災(zāi)難性的事件(例如火災(zāi))后支承所述填充件上的負(fù)載。在示例性實施例中，使用兩對支承環(huán)為所述填充件提供雙端或兩側(cè)軸向支承。所述支承環(huán)如上所述。所述密封裝置配置能夠與很多不同的球閥設(shè)計結(jié)合。
[0010]在一個實施例中的抗擠壓填充支承裝置包括一對填充支承環(huán)。所述支承環(huán)中的一個包括金屬或其他剛性材料，而另一個支承環(huán)包括更軟或更有彈性的材料例如塑料、聚合物或彈性體。在更特別的實施例中，所述填充支承環(huán)沿軸向嵌套在一起。同時，所述支承環(huán)對的一對沿軸向堆疊壓靠所述填充件的一個軸端，另一對沿軸向堆疊壓靠所述填充件的另
一軸端。
[0011]也會發(fā)現(xiàn)在所述球閥【技術(shù)領(lǐng)域】之外應(yīng)用本發(fā)明，例如旋塞閥和針形閥，并且在其他應(yīng)用中，對于孔內(nèi)的閥桿或閥桿類構(gòu)件，需要相對于流體壓力的密封。所述密封裝置配置相對于流體壓力提供動態(tài)密封和/或靜態(tài)密封。
[0012]參考附圖和基于示例性實施例的下述細(xì)節(jié)描述，此處公開的本發(fā)明的這些和其他實施例能夠被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是例如可與本發(fā)明一起使用的球閥應(yīng)用實施例的立體圖；
[0014]圖2是在圖1中沿著線2-2的圖1的組件的縱向剖視圖；
[0015]圖3是采用圖1和2的示例性實施例的密封裝置配置的對于圖2中的圓形區(qū)域的放大圖示；
[0016]圖4以分解立體圖示出了在圖1至3的實施例中使用的兩個填充支承環(huán)或構(gòu)件；
[0017]圖5是圖1的閥組件的其中一個的分解立體圖；和
[0018]圖6示出了在圖1的所述密封裝置配置上施加負(fù)載的另一實施例。
【具體實施方式】
[0019]盡管此處示例性實施例是以球閥為背景出現(xiàn)，此處的本發(fā)明并不限于這樣的應(yīng)用，并且將會發(fā)現(xiàn)在用于容納流體的很多不同設(shè)備中使用，例如，在壓力下容納流體的設(shè)備，其能夠但是也不必須控制流體流動，例如閥、調(diào)節(jié)器、限流器、耦合器等等。例如，在流體容納【技術(shù)領(lǐng)域】中公知的流體連接器，其可用于在流體循環(huán)中互相連接兩個或多個流體設(shè)備。流體連接器具有很多不同的設(shè)計和結(jié)構(gòu)，但是大多數(shù)都具有共同特征:主體構(gòu)件具有環(huán)形的或大體上圓柱形的主體表面，所述表面在孔內(nèi)布置，需要在所述主體表面和所述孔之間進(jìn)行密封配置以防止流體流動通過在所述主體表面和所述孔壁之間限定的環(huán)面。流體連接器可將所述密封配置用作靜態(tài)密封或動態(tài)密封或兩者。使用靜態(tài)密封意味著所述密封構(gòu)件未必外露或直接與一個或多個表面接觸，所述表面相對于所述密封構(gòu)件的所述接合表面運動。使用動態(tài)密封意味著所述密封構(gòu)件可外露和相對于其形成的密封直接與表面(例如，致動閥桿表面)接觸，其中，所述表面相對于所述密封構(gòu)件的所述接合表面運動。所述表面運動可以是旋轉(zhuǎn)的(例如球閥桿)，或平移的(例如塞子或針閥桿)。本發(fā)明的帶有密封裝置配置的球閥流體設(shè)備的示例性實施例是可以應(yīng)用的很多不同設(shè)計中的一個示例，其數(shù)量很龐大和多樣化以致不能在此處描述或示出。此外，對于球閥應(yīng)用，本發(fā)明也不限制于使用此處示出的示例性設(shè)計的球閥。
[0020]盡管示例性實施例示出例如閥桿構(gòu)件的主體構(gòu)件，其是布置在大體上圓柱形的孔內(nèi)的大體上是圓柱形的或具有大體上圓柱形的表面，考慮到存在非圓柱形的閥桿或主體構(gòu)件的應(yīng)用(例如類橢圓形的或橢圓形的閥桿或其他外形或輪廓)，可以布置在互補(bǔ)的孔內(nèi)并且可以在此處使用一個或多個本發(fā)明的密封裝置配置原理。
[0021]當(dāng)發(fā)明的不同的創(chuàng)造性方面、原理和特征能夠在此處結(jié)合所述示例性實施例進(jìn)行描述和說明，這些不同的方面、原理和特征可以在很多的可選實施例中使用，或者獨立地或者以不同的組合和其子組合使用。除非此處明確地排除所有這種組合和子組合否則都是在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。更進(jìn)一步，關(guān)于本發(fā)明的不同的方面、原理和特征的不同的可選的實施例一例如可選的材料、結(jié)構(gòu)、配置、方法、線路、設(shè)備和部件，可選的關(guān)于形狀、配合和功能，等等能夠在此處描述，不論是現(xiàn)在已知的或今后發(fā)展的，這些描述不是可用的可選實施例的完整的或詳盡的列表。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠輕而易舉地在另外的實施例中采用一個或多個所述創(chuàng)造性特征的方面、原理或特征，并且在本發(fā)明的范圍內(nèi)使用，即使這種實施例在此處沒有明確地公開。此外，盡管本發(fā)明的一些特征、原理或方面在此處描述為優(yōu)選的布置或方法，除非明確地提出，這種描述不是要表明這些特征是要求的或必須的。更進(jìn)一步，可以引入示例的或代表的值和范圍以有助于理解本發(fā)明的內(nèi)容，然而，只有明確地提出的情況下，這些值和范圍不應(yīng)以限制性的意義解釋并且用于關(guān)鍵值或范圍。此外，當(dāng)此處明確確定的不同的方面、特征和原理是創(chuàng)造性的或形成發(fā)明的部分時，這種確定不是專用的，相反，在沒有明確地確定為特定發(fā)明的本身或其一部分時此處充分描述了創(chuàng)造性的方面、原理和特征，而不是如附加權(quán)利要求中所說明。除非明確地陳述，示例方法或過程的描述不限于在所有情況下列出的所需的所有步驟，也不是如需要或必須的順序解釋提出的步驟。
[0022]參考圖1和2，提出了一個或多個本發(fā)明的第一實施例。在此實施例中，示出了以球閥形式實現(xiàn)的流體設(shè)備10，但是如上文中指出可使用很多不同類型的流體設(shè)備，包括使用不必控制流體流動的流體設(shè)備。所述球閥10的設(shè)計除所述閥桿密封裝置配置外不構(gòu)成本發(fā)明的部分。因此，在此處所述球閥10的設(shè)計僅簡要描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解能夠使用很多不同的球閥設(shè)計，包括那些現(xiàn)在已知的或后來發(fā)展的。在圖1和圖2的特別的例子中，共用單一閥體12的兩個球閥10作為雙阻塞和流出配置的一部分，然而，這只是一個示例性應(yīng)用。根據(jù)需要，本發(fā)明可選地可用于單一閥應(yīng)用、其他閥應(yīng)用和無閥應(yīng)用中。
[0023]所述球閥10可包括包含基本閥元件的閥體12。第一流體端口 13和第二流體端口14提供用于流體流動通過所述球閥10的流動端口。每個流體端口 13，14可以是入口或出口，并且可選地所述球閥10可以具有多于兩個的流體端口。每個流體端口 13，14在流體中與端連接件16連通，所述端連接件16可用于在流體線路或系統(tǒng)(未示出)中安裝所述球閥
10。所述端連接件16不需相同。
[0024]所述閥體12也能夠支承閥致動組件18。在此處示例性實施例中,所述球閥10通過手柄20或類似的功能設(shè)備手動地致動?？蛇x地,所述球閥10能夠具有非手動或自動致動設(shè)備(未示出)，例如眾所周知的機(jī)電致動器、液壓致動器或氣動致動器。所述致動組件18能夠通過任何合適的裝置(例如，螺紋螺母21)牢固地安裝到所述閥體12上。[0025]參考圖2和5，所述手柄20 (或可選地其他致動設(shè)備)連接到致動閥桿24。致動閥桿典型地(盡管不需要)大體上是圓柱形構(gòu)件，其沿著縱軸X延伸，并且在所述閥體12內(nèi)被支承使得可繞所述軸X旋轉(zhuǎn)以打開和關(guān)閉所述閥，或設(shè)置流體流動通過所述閥。至于球閥10，例如，所述致動閥桿24能夠與球閥元件26連接。當(dāng)通孔28大體上與所述流體端口13，14對準(zhǔn)時，所述球閥元件26的流體通孔28允許流體在流體端口之間流動。圖2中的所述球閥10以完全開啟的位置示出。當(dāng)所述球閥10關(guān)閉時，例如，當(dāng)所述致動設(shè)備(例如用于手動閥的所述手柄20)使所述球閥元件26繞所述軸X旋轉(zhuǎn)大約離開圖2中示出的九十度位置時，通常使用閥座密封件30來密封流體壓力。所述閥座密封件30可選地相對于所述球閥元件26被按壓，例如，通過閥座密封載體和彈簧(未示出)。
[0026]除非此處另外指出，此處所有參考“軸向”和“徑向”是關(guān)于所述X軸。除非另外指出，此處參考的與動態(tài)密封相關(guān)的旋轉(zhuǎn)運動和平移運動也是參考所述X軸。此外，盡管此處描述的示例性實施例是就致動閥桿而言，所述發(fā)明等同地施加于任何組件表面，所述組件表面安裝在孔壁內(nèi)以滿足密封(靜態(tài)或動態(tài))液壓，所述示例性組件表面以大體上圓柱形主體的形式實現(xiàn)布置在大體地圓柱形的孔內(nèi)。閥桿只是這種主體的一個實施例，但是應(yīng)該理解本發(fā)明會發(fā)現(xiàn)除所述用途之外的應(yīng)用，其通常作為構(gòu)成閥桿來已知或理解。
[0027]提供關(guān)于所述球閥元件26的不同密封以防止系統(tǒng)流體的流失(此處術(shù)語系統(tǒng)流體是指通過流體設(shè)備10容納和控制的流體，包括但不限于氣體或液體)。然而，通常也希望提供密封裝置配置以防止系統(tǒng)流體或系統(tǒng)介質(zhì)逃脫進(jìn)入所述致動組件18或至周圍環(huán)境。致動閥桿(例如此處的所述致動閥桿24)在所述閥體內(nèi)延伸穿過致動閥桿孔36 (圖3)。沿著所述致動閥桿24的所述外表面32的所述閥桿孔36限定了環(huán)面或環(huán)形空間38，其通過密封裝置配置100密封流體流失。不論所述密封裝置配置用于布置在孔內(nèi)的致動閥桿或其他閥桿或閥桿類元件，或其他主體，也不論其用作靜態(tài)密封或動態(tài)密封，所述密封裝置配置100是本發(fā)明的主題。
[0028]查閱圖3，密封裝置配置100的實施例與此處示出的一個或多個本發(fā)明相一致。圖3是圖2的環(huán)形部分的放大視圖。致動閥桿24 (諸如用于例如球閥或其他流體設(shè)備)具有非常簡單的輪廓，例如大體上圓柱的形狀，或具有取決于整體球閥設(shè)計、致動器設(shè)計和密封需求的很多特征。因此，致動閥桿24具有很多凹槽、狹槽、溝槽等。通常，閥桿密封裝置配置在環(huán)形空間38內(nèi)，使得所述密封裝置配置在周圍的表面(例如所述閥桿孔36的所述表面)和所述致動閥桿24的外部表面32之間被徑向地壓縮。
[0029]在圖2和3所述的實施例中，所述致動閥桿24具有徑向外部表面32，所述徑向外部表面32可以是或可以不是所述致動閥桿24的最大直徑的外部表面。例如，在圖3中，其注意到所述致動閥桿24的下端40可具有比所述外部表面32更大的直徑。所述外部表面32緊密地安裝在所述致動閥桿孔36內(nèi)，并且呈現(xiàn)面對所述閥桿孔36的所述表面的閥桿密封表面。
[0030]示例性實施例中的所述密封裝置配置100包括下面描述的填充構(gòu)件102和兩對支承環(huán)。所述填充構(gòu)件能夠由任何合適的材料制成，其與所述系統(tǒng)流體共存，并且在特定事例中所述填充件102可以是但不必是耐火的。耐火材料的一個示例是全石墨基填充件，例如，GRAFOIL?商標(biāo)填充件材料。例如，所述類型的材料能夠相對于壓力用于維持閥的密封，即使災(zāi)難性的事件(例如發(fā)生火災(zāi))。然而，此處的本發(fā)明可以使用由非耐火材料制成的填充件。[0031]為了容納系統(tǒng)壓力和防止系統(tǒng)流體的損失，重要的是:維持所述填充件102在所述環(huán)形空間38內(nèi)的足夠的壓縮從而維持在所述填充件102和所述閥桿24之間的緊密的徑向壓縮。為此，已知的負(fù)載施加構(gòu)件通常與填充件一起使用以試圖維持在所述填充件上的壓縮負(fù)載，其也用于維持所述填充件相對于所述閥桿表面32和所述孔表面36的徑向負(fù)載。然而，在溫度循環(huán)期間，很多填充件(包括石墨類型耐火填充件)用于沿著所述閥桿壁擠壓。在機(jī)械循環(huán)期間，這些和其他填充件也易于擠壓(例如在動態(tài)密封位置沿著所述閥桿24)。上述可以是在先的密封配置的這種情況，即使工作負(fù)載施加于所述填充件102。所述填充件102的擠壓可以導(dǎo)致所述填充件102相對于所述閥桿24的所述壓縮負(fù)載的減小從而損失了密封的完整性。
[0032]在此處示出的實施例中，使用壓縮或軸向負(fù)載環(huán)(例如金屬環(huán)42)將軸向負(fù)載施加于所述密封配置100，以將所述填充件102緊密地壓靠所述閥桿表面32。所述負(fù)載能夠通過螺栓凸緣44施加，所述螺栓凸緣44使用螺栓48固定到所述閥體12上(見圖5)。所述壓縮金屬環(huán)42可選地與所述凸緣44整體制成。圖6為在所述密封配置100上施加負(fù)載的另
一可選方式。
[0033]為了在溫度和/或機(jī)械循環(huán)期間減小擠壓，可選擇地減小摩擦和磨損，并且也可選擇地在火災(zāi)后向整體密封損失提供阻力，我們提供兩對第一和第二支承環(huán)106，108。這些支承環(huán)106，108提供一種抗擠壓填充支承裝置。優(yōu)選地每對(盡管不是必須地)鄰近布置并且與所述填充件102的各自的軸向端直接接觸。所述支承環(huán)106，108軸向堆疊在所述填充件102的任意側(cè)。如下文進(jìn)一步描述，可選地所述支承環(huán)106，108能夠嵌套在一起。優(yōu)選地所述支承環(huán)是周向連續(xù)環(huán)狀環(huán)，不是開口環(huán)。
[0034]優(yōu)選地第一或外部支承環(huán)106由堅固剛性材料(例如表現(xiàn)出低彈性的金屬)制成。對于所述流體元件的施加，例如所述球閥10必須在災(zāi)難性事件(例如火災(zāi)中)存留,優(yōu)選地所述外部支承環(huán)106包括高溫耐火材料，例如，使用例如由不銹鋼制成的金屬環(huán)。也可以使用其他合適的材料，例如陶瓷。所述外部環(huán)106可選地包括成形或構(gòu)型成與所述閥體12的凹槽肩部46的形狀相配合的下端。優(yōu)選地所述外部支承環(huán)106不與所述致動閥桿24接觸，因此排除了任何磨損或其他增加摩擦接觸的機(jī)會。
[0035]第二或內(nèi)部支承環(huán)108 (此處也稱為抗擠壓環(huán))用于與所述閥桿主體24的所述外部表面32緊密配合。優(yōu)選地所述緊密配合可以是過盈配合。在機(jī)械和/或溫度循環(huán)中，所述過盈配合將會減小并在很多情況下消除所述相鄰的填充件102沿著所述閥桿24的所述外部表面的擠壓。由于所述過盈配合，預(yù)計所述密封配置100可被充分地加載以將所述內(nèi)部支承環(huán)108徑向壓靠所述閥桿的所述壁32。進(jìn)一步優(yōu)選地所述內(nèi)部支承環(huán)108包括相對于所述閥桿24不會磨損或增加摩擦的材料，并且此外相對于所述閥的額定的或正常的溫度范圍是穩(wěn)定的。一種合適的材料是PEEK?商標(biāo)塑料，然而，很多其他塑料制品、聚合物和彈性纖維是可用的，根據(jù)所述流體設(shè)備的正?；蝾~定范圍、用于操作所述致動器的扭矩的量、材料與系統(tǒng)介質(zhì)的相容性，等其他方面選擇材料。通過使用塑料或聚合物例如PEEK?，與所述致動閥桿24將會有較小的摩擦，因此壓縮的支承環(huán)108不應(yīng)顯著地增加旋轉(zhuǎn)所述致動手柄20所需的扭矩。然而，在一些應(yīng)用中，可存在軟金屬或其他非塑料材料，其可以是低摩擦的但是提供足夠的抗擠壓防護(hù)。
[0036]在這個示例性實施例中，第二或內(nèi)部支承環(huán)108能夠被設(shè)計為與所述閥桿24的所述外部表面32具有過盈配合，甚至在所述密封裝置配置100通過所述組裝的螺栓凸緣44加載。在組裝期間的應(yīng)用負(fù)載將會在所述支承環(huán)106和所述閥桿24之間增加所述緊密壓縮配合。
[0037]注意到在這個球閥致動器的示例中，所述密封裝置配置100包括靜態(tài)密封部分和動態(tài)密封部分。當(dāng)所述閥桿旋轉(zhuǎn)時，在所述內(nèi)部支承環(huán)108和所述閥桿24之間提供所述動態(tài)密封，在所述外部支承環(huán)106和所述閥體12的所述閥桿孔36之間提供所述靜態(tài)密封，其是通過控制和優(yōu)選地最小化其之間的間隙實現(xiàn)的。盡管所述內(nèi)部支承環(huán)108沒有與所述閥體12直接接觸，所述內(nèi)部支承環(huán)108也有助于所述閥體12的所述靜態(tài)密封。在所述外部支承環(huán)106和所述閥桿孔36之間對所述填充件102的潛在擠壓能夠在不需要較軟的材料環(huán)的情況下被最小化或被阻止，因為所述密封位置是靜態(tài)密封。然而，關(guān)于所述旋轉(zhuǎn)閥桿的所述動態(tài)密封是更具有挑戰(zhàn)性的并且其從所述較軟的密封件108處獲益，因為所述閥桿24具有通常的缺陷例如輕微地不圓或呈現(xiàn)不完美的密封表面32。
[0038]在球閥10的示例中，需要經(jīng)受災(zāi)難性的事件(例如火災(zāi))，預(yù)期所述塑料或聚合物內(nèi)部支承環(huán)108會融化。然而，通過提供所述外部支承環(huán)106，能夠在所述填充件102上保持足夠的負(fù)載，使得甚至在災(zāi)變(例如火災(zāi))之后仍能夠保持密封。從圖3中注意到，每個金屬外部支承環(huán)106包括與所述填充件102的一部分直接接觸的表面106a以保持相對于所述填充件102的負(fù)載，即使內(nèi)部支承環(huán)108移除。位于所述填充件102上方的在所述支承環(huán)對中的所述外部支承環(huán)106 (如圖3中所示)也與施加到金屬環(huán)42的負(fù)載直接接觸。在一些情況下，只具有所述留存的外部支承環(huán)106的所述填充件102的泄露率將會高于所述內(nèi)部非金屬支承環(huán)108也存在的情況，因為在密封的完整性沒有減小的情況下預(yù)計大多數(shù)的閥在火災(zāi)后將不會留存。剩余的金屬外部支承環(huán)106能夠?qū)⒇?fù)載保持在所述填充件102上使得仍然密封流體壓力。
[0039]在此處示例性的實施例中，每對所述支承環(huán)106，108可選地包括錐形接界面，例如，各自地以互補(bǔ)接合錐形表面116，118的形式(圖4A和4B)在所述嵌套的環(huán)106，108之間提供所述錐形接界面。對于所述內(nèi)部支承環(huán)108，所述外部表面118具有呈α角度的錐形，并且對于所述外部支承環(huán)106所述內(nèi)部表面116具有呈β角度的錐形。這些角度可以是相同的或彼此不同的，在一個示例性實施例中我們發(fā)現(xiàn)對于α和β角度大約為60度工作效果好。在所述內(nèi)部和外部支承環(huán)106，108之間的所述錐形接界面幫助確保在兩個支承環(huán)106，108上的一致的自緊負(fù)載以進(jìn)一步確保相對于所述閥桿24的所述內(nèi)部支承環(huán)108的良好的徑向負(fù)載。優(yōu)選地角度α和β大約相等，所述支承環(huán)106，108能夠緊密地嵌套在一起。然而，對于所述兩個支承環(huán)106，108之間的接界面，所述嵌套布置可采用很多不同的選擇形狀和輪廓實現(xiàn)。
[0040]當(dāng)此處所述示例性實施例用于涉及耐火密封配置施加時，我們進(jìn)一步注意到本發(fā)明也有利的提出在正常操作和環(huán)境下的短時排放要求。特別地，在超過所述流動設(shè)備的額定操作溫度和壓力范圍下減小或阻止填充件擠壓，所述兩個環(huán)形設(shè)計大幅度地改進(jìn)了所述密封配置100的泄露率性能。作為例子，對于直徑大約半英寸的閥桿，所述密封裝置配置100提出針對A類和B類ISO (國際標(biāo)準(zhǔn)化組織)的短時排放要求的最大泄露率。這些泄露率分別是1.7χ10_6和1.7χ10_5立方厘米/分鐘，在溫度循環(huán)為-50°C至150°C之間期間使用氦為6250磅/平方英寸(psi)測試協(xié)議，當(dāng)所述閥桿旋轉(zhuǎn)時，采用外部檢漏器探測在所述閥桿周圍的氦泄露。
[0041]參考圖3和圖6，進(jìn)一步注意到所述兩對支承環(huán)106，108與所述內(nèi)部環(huán)沿相同的方向安裝，如附圖中所示?？蛇x地，所述環(huán)對能夠以鏡像方式安裝，使得，例如，所述下對使所述內(nèi)部和外部支承環(huán)108，106翻動以增加接觸和支承所述填充件102的所述外部環(huán)106的所述表面區(qū)域，其應(yīng)當(dāng)是移除所述內(nèi)部環(huán)。
[0042]因此我們在兩個配合表面(例如，同心表面，其使用一個或多個填充件102)之間提供用于密封環(huán)面的密封裝置配置100。所述密封裝置配置100包括第一支承環(huán)106和第二支承環(huán)108，所述第一支承環(huán)106包括堅固的或剛性的材料例如金屬，所述第二支承環(huán)108包括更軟更有彈性的材料，優(yōu)選地也具有低摩擦，以抵制所述填充件102的擠壓。所述支承環(huán)106，108優(yōu)選地緊密地嵌套在一起或具有良好的表面與表面接觸以促進(jìn)所述第二支承環(huán)108相對于表面的自緊負(fù)載。在一個實施例中，當(dāng)對于動態(tài)密封施加無助于磨損或致動扭矩的增加時，所述第二支承環(huán)用于正常環(huán)境以減小或消除所述填充材料的擠壓。在另一實施例中，所述填充件102包括耐火材料，其傾向于表現(xiàn)為擠壓形式，所述第一支承環(huán)106包括高溫耐火材料例如金屬，其將會經(jīng)受火災(zāi)使得維持在所述填充件上的火災(zāi)后負(fù)載，第二支承環(huán)108包括例如為塑料或聚合物的材料，例如，PEEK?以防止在正常使用期間的擠壓。這些密封配置可用于靜態(tài)密封施加，以及動態(tài)密封施加。
[0043]參考圖6，我們示出了可選的實施例。在這個示例中，除示出的以外，所有部分與所述第一實施例是相同的。除了使用所述螺栓凸緣44和分離金屬環(huán)42之外，可使用公螺紋螺母或螺紋閥蓋螺母200，其通過螺紋與在所述閥體12上的螺紋孔202配合。因此在最終的閥組件期間使用所述螺紋閥蓋螺母200將負(fù)載施加到所述填充件102和所述密封裝置配置100上。
[0044]參考示例性實施例描述本發(fā)明的各個方面。在閱讀和理解本說明書的情況下，也會在其他方面發(fā)生改進(jìn)和變換。包括所有這種改進(jìn)和變換范圍都在附加權(quán)利要求或其等同的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種具有布置在孔內(nèi)的閥桿的用于流體容納設(shè)備的閥桿密封裝置，所述密封裝置的配置包括: 包括外部表面的閥桿和包括內(nèi)部表面的孔，所述閥桿的大小被設(shè)置以容納在所述孔內(nèi)，所述孔的內(nèi)部表面與所述閥桿的外部表面形狀互補(bǔ)； 填充件，所述填充件布置在所述閥桿外部表面的一部分周圍，所述填充件為所述閥桿外部表面和所述孔內(nèi)部表面之間的環(huán)面提供流體密封； 第一對支承環(huán)和第二對支承環(huán)，所述第一對支承環(huán)鄰近于所述填充件的第一軸向端布置，所述第二對支承環(huán)鄰近于所述填充件的第二軸向端布置； 每對所述支承環(huán)包括金屬環(huán)和抗擠壓環(huán)，所述金屬環(huán)在所述填充件上施加壓縮負(fù)載，所述抗擠壓環(huán)徑向壓靠所述閥桿外部表面并且抵抗所述填充件的擠壓。
2.如權(quán)利要求1所述的閥桿密封裝置，其中，每個抗擠壓環(huán)包括比所述金屬環(huán)更軟的材料，所述更軟的材料選自下述群組:聚合物、彈性體、塑料。
3.如權(quán)利要求2所述的閥桿密封裝置，其中，每個金屬環(huán)包括耐火材料，使得在暴露于熔化所述抗擠壓環(huán)的溫度后所述填充件處于壓縮。
4.如權(quán)利要求1所述的閥桿密封裝置，其中，每個抗擠壓環(huán)與所述閥桿的外部表面過盈配合。
5.如權(quán)利要求1所述的閥 桿密封裝置，其中，每對支承環(huán)軸向彼此嵌套。
6.如權(quán)利要求5所述的閥桿密封裝置，其中，每對支承環(huán)包括接合錐形表面。
7.如權(quán)利要求1所述的閥桿密封裝置，其中，所述支承環(huán)軸向堆疊抵靠所述填充件軸端。
8.如權(quán)利要求1中所述的閥桿密封裝置，其中，所述填充件包括GRAFOIL?填充件。
9.如權(quán)利要求1中所述的閥桿密封裝置，其中，所述抗擠壓環(huán)包括能夠避免磨損所述閥桿外部表面的低摩擦塑料、聚合物或彈性體。
10.如權(quán)利要求1中所述的閥桿密封裝置，其中，所述流體容納設(shè)備包括球閥。
11.一種耐火閥，具有布置在孔內(nèi)的閥桿，所述耐火閥的密封裝置的配置包括: 包括外部表面的閥桿和包括內(nèi)部表面的孔，所述閥桿的大小被設(shè)置以容納在所述孔內(nèi)，所述孔內(nèi)部表面與所述閥桿外部表面形狀互補(bǔ)， 耐火填充件，所述耐火填充件布置在所述閥桿外部表面的一部分周圍，所述耐火填充件為所述閥桿外部表面和所述孔內(nèi)部表面之間的環(huán)面提供流體密封， 第一對支承環(huán)和第二對支承環(huán)，所述第一對支承環(huán)鄰近于所述耐火填充件的第一軸向端布置，所述第二對支承環(huán)鄰近于所述耐火填充件的第二軸向端布置， 每對支承環(huán)包括壓縮環(huán)和抗擠壓環(huán)，所述壓縮環(huán)在所述填充件上施加壓縮負(fù)載，所述抗擠壓環(huán)徑向壓靠所述閥桿外部表面并且抵抗所述填充件的擠壓，所述壓縮環(huán)包括第一材料，所述抗擠壓環(huán)包括與所述第一材料不同的第二材料。
12.如權(quán)利要求11所述的耐火閥，其中，所述第一材料包括允許所述壓縮環(huán)在火災(zāi)后將負(fù)載施加至所述填充件的材料。
13.如權(quán)利要求11所述的耐火閥，其中，所述第一材料包括金屬。
14.如權(quán)利要求13所述的耐火閥，其中，所述金屬包括不銹鋼。
15.如權(quán)利要求13所述的耐火閥，其中，所述抗擠壓環(huán)包括選自以下的材料:聚合物、塑料、彈性體。
16.如權(quán)利要求11所述的耐火閥，其中，每個抗擠壓環(huán)與所述閥桿的外部表面過盈配合。
17.如權(quán)利要求11所述的耐火閥，其中，每對支承環(huán)軸向彼此嵌套。
18.如權(quán)利要求17所述的耐火閥，其中，每對支承環(huán)包括接合錐形表面。
19.如權(quán)利要求11所述的耐火閥，其中，所述支承環(huán)軸向堆疊抵靠所述填充件的軸向端。
20.一種具有布置在孔內(nèi)的閥桿的用于流體容納設(shè)備的閥桿密封裝置，所述密封裝置的配置包括: 包括外部表面的閥桿和包括內(nèi)部表面的孔，所述閥桿的大小被設(shè)置以容納在所述孔內(nèi)，所述孔的內(nèi)部表面與所述閥桿的外部表面形狀互補(bǔ)， 填充件，所述填充件布置在所述閥桿外部表面的一部分周圍，所述填充件為所述閥桿外部表面和所述孔內(nèi)部表面之間的環(huán)面提供流體密封， 第一對支承環(huán)和和第二對支承環(huán)，所述第一對支承環(huán)布置在所述填充件的第一軸向偵牝所述第二對支承環(huán)布置在所述填充件的第二軸向側(cè)，每對支承環(huán)包括由第一材料制成的第一環(huán)和由不同于所述第一材料的第二材料制成的第二環(huán)。
21.如權(quán)利要求20所述的閥桿密封裝置，其中，所述第一環(huán)包括金屬；所述第二環(huán)包括塑料、聚合物或彈性體。
22.如權(quán)利要求20所述的閥桿密封裝置，其中，所述第一環(huán)和第二環(huán)嵌套在一起。
23.如權(quán)利要求20所述的閥桿密封裝置，其中，所述第一環(huán)和第二環(huán)利用錐形接界面嵌套在一起。
24.如權(quán)利要求20所述的閥桿密封裝置，其中，所述填充件包括耐火材料。
25.一種用于填充件的抗擠壓填充支承裝置，所述填充件待布置在孔和閥桿之間的環(huán)面處，所述填充支承裝置包括: 第一環(huán)和第二環(huán)，所述第一環(huán)包括第一材料，所述第二環(huán)包括第二材料。
26.如權(quán)利要求25所述的填充支承裝置，其中，所述第一環(huán)包括金屬；所述第二環(huán)包括塑料、聚合物或彈性體。
27.如權(quán)利要求25所述的填充支承裝置，其中，所述第一環(huán)和第二環(huán)嵌套在一起。
28.如權(quán)利要求25所述的填充支承裝置，其中，所述第一環(huán)和第二環(huán)利用錐形接界面嵌套在一起。
【文檔編號】F16K5/06GK103620281SQ201180037106
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2011年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2010年7月30日
【發(fā)明者】丹尼爾·格里芬, 德米特里厄斯·萊特爾 申請人:世偉洛克公司