CN1033715C - 具有端接焊夹层密封环的阀 - Google Patents

Abstract

一圆盘阀，有固定于外壳的夹层密封环，与阀圆盘的阀座面形成一防漏密封。密封环由两或多个金属夹层制成，通过例如WIG焊或激光焊将其外周边冷焊在一起，以防止流体经夹层相对的邻接面泄漏。一螺栓上紧的压力环将夹层密封环在轴向压靠在外壳的轴向定位的支承面上。在支承面上有一轴向开口的槽，其由靠近的密封环夹层覆盖，并充以石墨衬垫，以防止在密封环后面泄漏。另外，夹层密封环可装在圆盘上，而配合阀座形成在外壳上。

Description

具有端接焊夹层密封环的阀

本发明涉及一种用于输送高压，高温和/或高腐蚀性流体的阀的夹层金属密封环，特别是具有夹层金属密封环的阀。

已期满的美国专利No.3,442,488公开了一种圆盘阀，其中，圆盘可在开启位置和关闭位置之间转动，在开启位置，圆盘与穿过外壳的轴线大致平行，在关闭位置，圆盘大致横向于外壳。圆盘转轴相对于穿过外壳的主轴偏置。该专利公开了将密封环装设在圆盘上。

美国专利No.4,281,817公开了一种类似的阀，其中密封环是在外壳上，并包括径向向内伸出的密封面，当圆盘处于其关闭位置时，密封面与圆盘的周边密封面相接和配合，形成一流体的密封。该阀的外壳包括一加大直径的凹部，其位于流道穿过的部分，流道从外壳端部延伸至一轴向定位的密封环支承面。密封环靠着支承面，使其密封面径向朝内，并且一个导环固定于外壳上，位于加大直径的凹部。

在可从本申请受让人得到的上述专利公开的阀的改进型中，密封环安装导环装在外壳上，其不使用螺栓，并与密封环隔开。一组装在导环上的调整螺钉紧靠在密封环上，直接或通过一居中压力环，迫使密封环靠在外壳支承面上，使其保持在位。

只要上述密封环是可压缩材料的，例如橡胶体，并且受到较小的压力，较低的热和/或用于非腐蚀性流体，其就能很好地工作。对于高温和高压的场合，或当用于腐蚀性流体时，密封环必须用金属制成，例如不锈钢夹层件。其难于防止一些加压流体通过邻接夹层表面泄漏，或至少是渗漏，特别是受到较高流体压力时。过去，通过在相对的夹层面之间放一石棉材料的薄层来解决这一问题。一旦轴向安装力施加在夹层密封环上，夹层之间的石棉层防止流体渗漏出来。

因为众所周知的石棉对健康的危害，其不再适于作为置于夹层间防止泄漏的材料。

因为既使是夹层微观表面不规则也能引起泄漏，所以在密封环夹层上简单地施加大的轴向力来防止它们之间任何流体渗漏是不合理的。另外，夹层是薄的，其通常具有不大于1mm的厚度，典型地，它们通常具有小于该值的厚度。这样薄的夹层在施加固定力的方向没有刚度。这能导致夹层周边上产生小的翘曲或偏移，这又能导致夹层间的流体渗漏。

结果，还需要在密封环夹层之间放一个衬垫。能够承受高温和防止任何流经这种阀的腐蚀性流体的唯一合理材料是石墨。然而，石墨基本上是一非晶体材料，当其爱到高压时，将成为无结构整体的压成粉末的煤粉状。所以，其有在夹层之间“浮动”的倾向。于是，其难于在夹层金属密封环之间保持防漏密封。甚至当密封初始建立时，阀在其关闭和开启位置之间反复循环，而使在较短的工作时间之后，引起夹层之间的石墨垫圈退化，而导致泄漏。

本发明的目的是消除过去试图防止压力流体经夹层金属密封环泄漏时所遇到的问题，其是通过消除密封环夹层相对面之间任何密封或垫圈来实现的。而代之以将夹层设置得相互平齐，以使相对的夹层面相邻接。夹层内缘或其外周缘以耐密封的方式焊在一起，以致其使流体不能经邻接的夹层面泄漏，所以不需要在夹层之间放一衬垫材料，而消除了上述的问题。

因为大体上夹层较薄，典型地少于1mm，并且其直径能较大，例如大致1m或更大，所以，使用沿密封环夹层内缘或外缘的防漏焊接边缘与在夹层间放一较软的垫圈相比更不容易实施。另外，环较窄，其宽度典型地处于0.3mm-0.8mm范围之间。结果，当将边缘之一焊在一起时，在沿被焊接的整个周边的一个点上，较大量的热不均匀地施加在密封环上。在金属夹层上所产生的热膨胀和收缩，这导致了变形，包括永久性变形，例如导致夹层不均匀的局部波纹形。一旦出现了永久性变形，实际上这样的密封环不可能重新完全平整了。如要形成一防漏密封所需的那样。因此，具有边缘焊在一起的夹层金属的密封环以前未使用过。

于是，根据本发明的阀具有一密封环，其或装于外壳上，或装于闭合件，例如蝶阀、挡板阀或球阀的转动圆盘上。密封环具有两或多个例如是不锈钢的金属夹层，对于装在外壳上的密封环来说，其外周缘以耐密封方式焊在一起。为了防止焊接时夹层变形，夹层边缘被“冷焊”在一起。为了本发明的目的，“冷焊”是指一种焊接工艺，其释放很少的热进入夹层体，防止夹层变形。在这方面，合适的焊接技术是间歇焊接工艺，其中，周期性地中断焊接，也使热释放中断，以限制热在夹层中的积累；“Wolfram”惰性气体(“WIG”)焊接，其是在一惰性气体气氛中焊接，不仅产生较少的热，而且进一步保护了金属夹层和焊接材料免受化学反应和氧化等影响；或最近发展起来的激光焊接技术，其是使激光束聚在夹层边缘，以最少量的热进行焊接。这些焊接技术的不变形作用能通过在焊接期间使用使夹层固定平整的适当夹具来加强。另外，这种夹具的构造能使其吸收一些焊接时所产生的热，以减少夹层所受到的热量。焊缝例如是不锈钢的。

本发明另一方面提供了一种单一的静态密封，防止在密封环“后面”泄漏。密封环压靠在其上的支承面(在外壳或圆盘上)包括一充以石墨衬垫的槽。当密封环压靠在支承面上时，其也靠在石墨衬垫上，在密封环和外壳之间形成一密封，防止流体在密封环后面泄漏。

未焊在一起的密封环夹层边缘形成了一密封面，其与一阀座或圆盘上的阀座表面、或在密封环装在圆盘的情况下与外壳相配合。在本发明的一实施例中，密封环的密封面由夹层的相对弯曲端部所限定，以致当阀关闭时，弯曲部分与相对的阀座密封接合。

根据阀的尺寸、由其输送的流体、工作参数、初始温度和压力，根据本发明的焊接密封环结构有至少两个夹层，并可以有三个或更多。夹层数量的上限取决于能按上述方法将夹层焊在一起而不变形的能力。

本发明的密封环不仅能有效地形成密封，而且其制造成本，特别是装设成本较低。另外，本发明的密封环在夹层之间没有衬垫材料层，该材料层可能磨损，所以在过去要频繁地更换密封环。所以，本发明的密封环要求很少的保养，由此，减少了阀的装设和后来操作的整个成本。

图1是本发明的包括一密封环的阀的局部侧剖图；

图2是用于图1中阀的密封环定位环的侧视图；

图3是本发明的密封环装在一阀中的安装方式的局部放大剖视图。

参照附图，圆盘阀2包括一外壳4，其沿一通道轴线8形成一流体通道6，通道从外壳第一端10延伸至第二端(未示)。一普通的外壳凸缘12在第一外壳端部从外壳径向向外延伸，并具有螺孔14，用于将阀固定到具有螺栓的管道或类似物(未示)上。在通道内侧是一阀圆盘16，其装有一可转动地固定于枢轴20上的支座18。枢轴轴线典型地与通道轴线8偏置。于是，凸缘的转动传递给圆盘，使圆盘在基本平行于外壳轴线的打开位置(未示)和图1所示的关闭位置之间运动。一夹层金属密封环22具有由一对密封环夹层66相对弯曲端部24形成的密封面26，当圆盘处于其关闭位置时(如图1所示)，密封面与典型的锥形圆周阀座或圆盘阀座面28相接合，形成一防漏密封。通过使圆盘在时针方向转动，如图1所示，密封环和圆盘座之间的密封被破坏，当圆盘处于与通道轴线8基本平行时，阀处于其全开位置。

外壳通道6包括一从第一外壳端部10延伸至一轴向定位支承面30的加大直径的凹部或部分，支承面30与第一外壳端部隔开，并朝向该端部。为了将夹层密封环22固定在位，本发明的一个实施例中采用了一定位环34，其由一环形主体36和一从该处径向向外伸出的突缘38构成。突缘38延伸进入一向内开口的圆周槽32，其例如可以有一个方形或矩形截面，其与支承面间隔一距离，位于支承面和第一外壳端部之间。突缘38的尺寸应能合适地装入槽32中，以致能通过将突缘滑动插入而使其座落于槽中。配合公差应足够紧，以致在突缘和槽之间基本上没有间隙。

为了使定位环能装在圆周外壳槽中，环被分成三个或更多的圆形节段40、42和44，其各延伸小于180°的弧度。通过最初将节段定位于阀通道壁46内部，然后使它们径向向外运动，直至其突缘座落于槽32中，而装上定位环。这要求至少一个定位环节段，例如，第一节段40的两端48，是相互平行的。相邻节段42、44的相对端50平行于第一节段边缘，如图2所示。节段42，44的另一相对端52也可以相互平行，最好它们也平行于第一节段的端部，以便于定位环节段的装设。

为了防止例如在节段处于通道6顶部的情况下，第一节段40意外地从槽32中脱出，将闭锁销54插入跨越定位环节段相对端部之间间隙56的适当尺寸的孔中。销可以是简单的圆柱形，或可以具有螺纹，在这种情况下，在节段上的对应孔也有螺纹。一旦装设完毕，销阻止定位环节段之间在径向相对移动，以致位于通道顶部的例如第一节段不会因重力从槽32中掉出。

在没有空间限制的情况下，可将定位环直接螺接在外壳(未示)上，而代替前述的使定位环径向突缘位于外壳对应槽中而使其固定的方法。

定位环34包括几个轴向定位的螺纹孔58，用于接纳螺栓60，螺栓端部靠住覆盖在密封环22平面部分上的一压力环62，如下面将要详细描述的。通过旋紧螺栓60，产生了一轴向力，使密封夹层24相互压紧，并且密封环作为一整体靠在外壳支承面30上。

由螺栓60所产生的反作用力从螺栓传递到主体34，并从该处通过定位环突缘38传递到外壳40。因为突缘合适地装在外壳槽32中，所以不会产生楔入作用。调整螺钉46紧紧顶住螺栓60，使其闭锁在位，防止其意外松开。

现在特别参见图1和3，密封环22由至少两个环形密封环夹层66构成，其径向朝内的端部由前述提到的弯曲端部24构成。夹层的径向外缘68是平齐的；也就是说，它们在轴向是对齐的，通过一连续的周边防漏焊缝70使其相互固定。如上所述，焊缝由“冷焊”，例如WIG焊或激光焊形成，以致在焊接时产生较少热量，不致因热应力使夹层66变形。所以，夹层的主部72能保持平整。在焊接时，最好将夹层紧紧压在一起，例如，可使用一焊接夹具(未示)，其便于使夹层相对面相互邻接。

在外壳支承面30上形成一最好是方形或矩形的槽74，其位置应使贴紧的夹层66的平的主部72覆盖在槽上。槽基本上完全充以石墨制的衬垫76，以承受高温和防止被可能流经阀的腐蚀性材料侵蚀。因为石墨衬垫充满了槽，并且槽的开口侧由密封环夹层覆盖，在阀的使用中石墨不承受运动，并在使用中在封闭的槽的范围内能保持封闭在位。由此，就消除了前述的石墨衬垫在密封夹层间浮动的问题。

现在描述密封环的装设和操作。典型地，首先装设阀圆盘16，在其处于开启位置的同时，使密封环22轴向移动进入通道6，直至其平面部分72靠在轴向外壳面30上，并接触石墨衬垫76。如果用压力环62，将其轴向插入外壳，直至其靠在先定位的密封环上。

然后，除了具有平行端48的第一节段40之外，顺序地插入所有节段，最后使第一节段在径向并平行于其端部沿相邻节段相对端50滑动，直至其径向突缘座落于槽32中，而将定位环节段40，42和44装上。现在，装上闭锁销，使定位环节段保持在位。然后，使密封环相对于圆盘上的阀座面28对中，例如通过关闭圆盘而使密封环自我对中。然后，旋紧螺栓60，直至其对密封环22施加所需的轴向力，使密封环固定地安装和定位在外壳中，并对石墨衬垫76施加一个必要的力，在其和覆盖的密封环夹层66平面部分72之间形成一防漏密封。

衬垫76和密封环22之间的密封防止在密封环“后面”出现任何压力流体的泄漏，即，例如从密封环右手侧，如图3所示，沿支承面30，绕壁70的外侧，至密封环的左手侧。因为衬垫76是一不承受运动的受约束的静态密封，所以，在高压，高温和/或当输送腐蚀性流体的条件下，都能保持密封。

应注意到，因为在密封环后面的石墨衬垫76在两个方向防止泄漏，并且夹层的弯曲端部24被偏置与阀座28形成牢固的密封接合，而与密封环哪一侧受压无关，所以，密封环22形成一双向防漏密封。

作为上述本发明密封环结构和安装的一个变型，能将密封环装在阀圆盘16上(未示)，而不是外壳4上。在这种情况下，密封环夹层周边外端部相反地弯曲，而将夹层径向内缘焊在一起。在这种情况，外壳形成了一阀座表面，可与密封环弯曲端部密封接合。另外，密封环可由两个以上的夹层组成。例如，在图1和3所示的两个夹层之间设置一个第三平夹层(未示)。作为另一个变型，第三夹层可以包括在一或另一方向弯曲而对应于外密封环夹层弯曲度的端部。当然，以能将节段以防漏方式焊在一起而不使夹层变形为条件，能增加另外的密封环，和平行或弯曲的端部。

Claims (20)

1.一种用于阀(2)的夹层密封环，用于沿阀座形成一密封，密封环(22)包括第一和第二对齐的平的由金属构成的环形夹层(66)，夹层的相对面相互邻接，各夹层(66)限定了一内缘和一外缘(68)，接近夹层内或外缘之一的装置(24、26)形成了密封环的密封面，用于与阀座接合，其特征在于：一金属焊缝(70)沿另一边缘使夹层(66)连接，焊缝是防漏的，防止流体在夹层邻接面之间通过。

2.如权利要求1所述的密封环，其特征在于：焊缝沿夹层外缘形成。

3.如权利要求1所述的密封环，其特征在于：形成了密封面的装置(24、26)包括夹层(66)形成了所述另一边缘的相反弯曲部分(24)，该部分在相反方向弯曲。

4.如权利要求3所述的密封环，其特征在于：弯曲部分(24)形成了夹层(66)内缘。

5.如权利要求1所述的密封环，其特征在于：金属为不锈钢的。

6.如权利要求5所述的密封环，其特征在于：焊缝(70)是由WIG焊接所形成的。

7.如权利要求5所述的密封环，其特征在于：焊缝(70)是由激光焊所形成的。

8.如权利要求1所述的密封环，其特征在于：包括至少三个夹层(66)。

9.一种阀，包括一外壳(4)，限定了一从中通过的流体通道(6)；一闭合件(16)可运动地装在外壳上，可在一允许流体流经外壳的开启位置和防止流体流经外壳的关闭位置之间移动；一个阀座(28)位于外壳和闭合件中的一个之上，并且一个配合密封环(22)位于外壳和闭合件的另一个之上，当闭合件处于其关闭位置时，阀座和密封环形成一防漏密封，密封环包括第一和第二平的同轴的由金属构成的夹层(66)，并有一相对的平面相互搭接，夹层有一径向内、外缘，其一个边缘包括用于与阀座相配合的装置(24、26)，和用于将密封环装在外壳和闭合件中一个之上的装置(34)，安装装置包括向夹层施加一轴向压力使其朝支承面偏置并且一个夹层与支承面邻接的装置(64)，其特征在于：在夹层另一边缘采用一焊缝，焊缝使夹层保持平整，表面基本上相互邻接，并形成一防漏密封，防止任何流体经焊缝和夹层的相对表面通过；一个槽形成于支承面(30)上，其位置使一个夹层能覆盖该槽，一个石墨衬垫(76)设于槽中并与一个夹层接触，用于防止流体经衬垫泄漏。

10.如权利要求9所述阀，其特征在于，石墨衬垫(76)基本上完全充满槽。

11.如权利要求9所述阀，其特征在于，闭合件是一转动安装的阀圆盘(16)，并形成了阀座(28)，密封环(22)装在外壳(4)上，焊缝(70)沿夹层(66)外缘形成。

12.如权利要求11所述阀，其特征在于，夹层内缘包括与阀座(28)密封接合的弯曲的金属部分(24)。

13.如权利要求12所述阀，其特征在于，夹层(66)的弯曲部分(24)在相反方向弯曲。

14.如权利要求9所述阀，其特征在于，焊缝(70)由激光焊接形成。

15.如权利要求9所述阀，其特征在于，焊缝(70)由WIG焊接形成。

16.如权利要求9所述阀，其特征在于，包括至少三个密封环夹层(66)。

17.如权利要求11所述阀，其特征在于，安装装置还包括一定位环(34)，其可取下地固定于外壳(4)，与密封环(22)基本轴向对齐，定位环所具有的装置(62、64)施加一个轴向力使密封环偏置而靠在支承面(30)上。

18.如权利要求17所述阀，其特征在于，施力装置包括一位于定位环(34)和密封环(22)之间的压力环(62)，和一组绕定位环分布的轴向定位的螺栓(64)，对压力环施加一轴向力，并将力传递到密封环上。

19.如权利要求18所述的阀，其特征在于，定位环(34)包括一组分离的定位环节段(40、42、44)。

20.如权利要求17所述阀，其特征在于，外壳(4)限定了一支承面(30)，密封环(22)、压力环(62)和定位环(34)固定在外壳上。

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