專(zhuān)利名稱(chēng)：閉鎖裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從一種關(guān)閉狀態(tài)運(yùn)行到開(kāi)口狀態(tài)、或者以相反方向運(yùn)動(dòng)、從而閉鎖物流的移動(dòng)式閉鎖裝置的密封裝置。
該密封裝置由金屬部件構(gòu)成，這些金屬部件限定一個(gè)壓力室，它可從外部對(duì)它施加壓力，以取得密封性。由于僅使用金屬部件，所以允許使用寬的溫度范圍，和由于裝置操作頻繁或者工作介質(zhì)成分的特殊磨損條件。
對(duì)于這樣一種密封部件的功能來(lái)說(shuō)，重要的是通過(guò)在殼體中安裝的兩個(gè)密封支座在殼體和閉鎖機(jī)構(gòu)之間取得裝置的密封。若在這個(gè)方向上規(guī)定了壓差，則要求在背向壓差的一側(cè)有一個(gè)剛性的密封支座。朝向壓差的這一側(cè)必須得到一個(gè)軸向可動(dòng)的密封支座，它也可以平衡由于內(nèi)壓或者/和外載荷引起的機(jī)殼變形。殼體外部部位的載荷要求活動(dòng)座環(huán)有一個(gè)與傳力點(diǎn)的距離成正比例的剛性，因而該座環(huán)不再能平衡閉鎖機(jī)構(gòu)和殼體的變形。這樣就不能保證整個(gè)系統(tǒng)在每個(gè)工作狀態(tài)時(shí)的密封性。為了實(shí)現(xiàn)密封性的這個(gè)基本要求，即既在該裝置的關(guān)閉狀態(tài)，也在開(kāi)口狀態(tài)沒(méi)有介質(zhì)成份進(jìn)入殼體，可以在殼體的內(nèi)部通過(guò)一種密封介質(zhì)施加一種壓力，這樣做的結(jié)果是在不密封時(shí)只有密封介質(zhì)成份能夠進(jìn)入工作介質(zhì)，并且在壓力的下游處手動(dòng)閉鎖是安全的。
密封裝置原理上是已知的，它是利用可膨脹的密封件在閉鎖機(jī)構(gòu)上產(chǎn)生足夠的表面壓力。但是由彈性塑料制成的軟管式密封件由于溫度上限和磨損特性方面的原因只能有限度地應(yīng)用。特別是當(dāng)進(jìn)一步磨損時(shí)，這些密封件發(fā)展到自己卡在應(yīng)密封的密封縫隙中。這樣，不是密封件喪失了膨脹能力，就是閉鎖裝置喪失了操作能力。
已知的產(chǎn)生軸向柔性的金屬密封結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是，它是一種混合式的解決辦法，即金屬限制壓力室向外膨脹，和由此產(chǎn)生的力傳遞到由彈性體制成的彈性密封件上的組合。這同樣地產(chǎn)生了上述缺點(diǎn)。由于彈性變形能力的原因，壓力室受到多個(gè)平行薄膜的限制，這些薄膜無(wú)論是在生產(chǎn)中還是在運(yùn)行中均不必檢查它們彼此間的密封性。由于彈性變形能力的原因，即使在最高工作溫度時(shí)也要求彈性薄膜是多層的。對(duì)于壓力室的密封功能，單個(gè)薄膜的失效會(huì)導(dǎo)致整個(gè)失效。通過(guò)成型工藝制造支承彈性密封環(huán)的薄膜包，特別是具有幾乎相同徑向厚度的薄膜特別困難。彈性密封環(huán)在薄膜包中的支承不充分，從而導(dǎo)致密封環(huán)在相對(duì)于閉鎖機(jī)構(gòu)的移動(dòng)方向而言的圓周位置的磨損。
在德國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)19653456.9中采用了兩個(gè)金屬薄膜，這兩個(gè)金屬薄膜通過(guò)外部施加壓力，連同殼體內(nèi)部壓力對(duì)閉鎖機(jī)構(gòu)產(chǎn)生密封效果。這種生產(chǎn)工藝很費(fèi)錢(qián)，批量生產(chǎn)中的變形效果的可重復(fù)性差，特別是薄膜之間以及和可拆卸的法蘭盤(pán)的密封焊接很費(fèi)錢(qián)?？刹鹦兜姆ㄌm盤(pán)以及剛性密封支座的密封，還有它們的軸向定位是難以解決的。特別是變化的內(nèi)部壓力載荷引起裝置殼體的變形，導(dǎo)致金屬密封元件的貴金屬涂層的磨損，從而導(dǎo)致剛性密封支座對(duì)殼體的密封效果的降低。
本發(fā)明的任務(wù)是創(chuàng)造一種本文開(kāi)始所述的那種類(lèi)型的密封裝置，它可以較小花費(fèi)取得和圓周位置無(wú)關(guān)的、均勻的密封效果和磨損率，即使工作介質(zhì)對(duì)閉鎖機(jī)構(gòu)施加高溫和高壓，閉鎖機(jī)構(gòu)和/或整個(gè)系統(tǒng)的外部元件出現(xiàn)變形，閉鎖機(jī)構(gòu)的操作頻率高，以及由于固定的介質(zhì)成份可能使磨損條件變得困難。此外，僅用殼體內(nèi)部的閉鎖氣體壓力就可產(chǎn)生密封效果。閉鎖氣體壓力和工作壓力之間起著作用的壓力差改進(jìn)了剛性支座對(duì)閉鎖機(jī)構(gòu)的密封效果。
這個(gè)任務(wù)通過(guò)權(quán)利要求1的特征得到解決。為了理解這一功能，必須對(duì)兩個(gè)不同壓力室的壓力情況進(jìn)行研究。在該裝置處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，在閉鎖機(jī)構(gòu)和裝置的連接法蘭盤(pán)之間存在著應(yīng)該閉鎖的工作壓力Pb，殼體內(nèi)部的壓力Pg以及彈性支座內(nèi)部的操作壓力Ps。需要兩個(gè)能滿(mǎn)足必需變形能力的最佳薄膜，該薄膜與殼體密封連接，并和閉鎖機(jī)構(gòu)平行布置。僅這種環(huán)形面積差本身就足以產(chǎn)生必需的表面壓力。有可能用比較小的壓力Pg在支座上產(chǎn)生大的表面壓力。這也是必需的，因?yàn)樵谌嵝灾ё烷]鎖機(jī)構(gòu)之間僅必須進(jìn)行金屬密封。在薄膜系統(tǒng)內(nèi)部的室和壓力Pg起作用的殼體內(nèi)室之間存在著連接。這個(gè)連接的橫截面比起用于和小閉鎖裝置的外部連接的孔的橫截面要小得多。
這個(gè)密封裝置的功能描述如下。在裝置處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，也就是處于打開(kāi)或者關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，朝向閉鎖裝置的薄膜與閉鎖裝置接觸。這種密封或多或少是以一種圓形線(xiàn)進(jìn)行的。在薄膜的中間密封直徑和內(nèi)部直徑之間的環(huán)形表面上是Pg和Pb之間的壓差在起作用，而其中Pg總是大于Pb。薄膜系統(tǒng)內(nèi)的室具有和殼體一樣的壓力。為了對(duì)裝置進(jìn)行操作，薄膜系統(tǒng)內(nèi)部的壓力降至接近于零，同時(shí)卸載孔的橫截面通過(guò)打開(kāi)外部的小閉鎖裝置而自由開(kāi)放。由于薄膜系統(tǒng)之間連接孔的橫截面小，所以壓力Pb降低的不是很大，在操作該裝置時(shí)也能完成它的功能。在閉鎖機(jī)構(gòu)到達(dá)終端位置后，外部閉鎖裝置重新關(guān)閉，薄膜系統(tǒng)對(duì)閉鎖機(jī)構(gòu)重新進(jìn)行密封。
第二個(gè)可能性存在于，借助外部閉鎖裝置把薄膜系統(tǒng)內(nèi)部的壓力排入工作壓力Pb起作用的壓力室中。雖然薄膜系統(tǒng)的卸載效果不是那么大，但是，它特別是對(duì)于有毒的或者對(duì)環(huán)境有害的介質(zhì)來(lái)說(shuō)是必要的。
操作過(guò)程中的密封和接觸要求面向閉鎖機(jī)構(gòu)一側(cè)的薄膜的半徑外部范圍有防磨損涂層。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)λ泄ば蜻^(guò)程中產(chǎn)生的裝置部件的變形進(jìn)行補(bǔ)償。能夠降低所要求的剛度，特別是殼體和閉鎖機(jī)構(gòu)的剛度，以及降低對(duì)平面密封面的形狀偏差的要求。它對(duì)與密封有關(guān)的裝置部件的最終加工的加工方法也有影響。
相對(duì)薄膜系統(tǒng)固定的密封支座是剛性結(jié)構(gòu)，并且和殼體之間具有彈性的和壓力密封的連接。這種連接是由一個(gè)環(huán)形薄膜構(gòu)成，該薄膜在外徑上和剛性密封支座連接，在內(nèi)徑上和殼體連接。這樣，由于壓力Pb的作用出現(xiàn)的殼體的變形就與座環(huán)去耦。除了通過(guò)閉鎖機(jī)構(gòu)傳遞到剛性密封支座的工作壓力差之外，還有殼體壓力Pb和工作壓力Ps之間的壓力差對(duì)剛性密封支座的中間密封直徑和薄膜內(nèi)徑之間的環(huán)形表面產(chǎn)生作用，因而提高了密封表面壓力。
還可能有一種在閉鎖機(jī)構(gòu)的兩側(cè)具有上述薄膜結(jié)構(gòu)的兩個(gè)剛性支座的實(shí)施形式。
下面借助附圖對(duì)本發(fā)明的密封裝置的不同實(shí)施形式作一說(shuō)明。
這些圖表示

圖1.閉鎖裝置總2.圖1的局部詳圖I，薄膜系統(tǒng)處于軸向完全卸載狀態(tài)圖3.圖1的局部詳圖I，薄膜系統(tǒng)在壓力Pg支持下軸向處于全壓狀態(tài)圖4.圖1的局部詳圖II，剛性密封支座處于軸向完全卸載狀態(tài)圖5.圖1的局部詳圖II，剛性密封支座在壓力Pg支持下軸向處于全壓狀態(tài)下圖6.圖5的第二種形式圖7.在未受壓狀態(tài)時(shí)具有兩個(gè)剛性支座的形式圖1表示閉鎖裝置1的總圖。該裝置是由一個(gè)通過(guò)管3和法蘭盤(pán)4和毗鄰的管道密封地連接在一起的殼體7構(gòu)成。借助閉鎖機(jī)構(gòu)2，通過(guò)剛性支座5和柔性支座6可以達(dá)到閉鎖。閉鎖機(jī)構(gòu)2借助驅(qū)動(dòng)裝置15，通過(guò)活塞桿14從開(kāi)放位置進(jìn)入關(guān)閉位置和相反。柔性支座6的壓力室11通過(guò)管道13和一個(gè)外部閉鎖裝置8密封連接。
圖2為柔性密封座6的放大圖。該密封座主要是由具有大約相同面積的圓環(huán)形金屬薄膜9、10組成。金屬薄膜9以及10是通過(guò)焊縫18在它們的外徑處彼此連接，以及通過(guò)焊縫19和20在它們的內(nèi)徑處密封地和環(huán)16連接。兩個(gè)薄膜9和10和環(huán)16構(gòu)成一個(gè)壓力室11。壓力Ps在其中工作的這個(gè)壓力室11通過(guò)孔17和壓力Pb在其中工作的殼體7的壓力室40連接。另一方面壓力室11通過(guò)孔12和管13也和外部閉鎖裝置8連接。環(huán)16通過(guò)焊縫21和殼體7密封連接。薄膜10也在閉鎖裝置1完全處于無(wú)壓力狀態(tài)時(shí)至少在一條連續(xù)的圓形線(xiàn)上和閉鎖機(jī)構(gòu)2接觸。
圖3表示通過(guò)壓力Pb，Pg和Ps的作用處于變形時(shí)的柔性密封支座6。壓力室39應(yīng)該通過(guò)柔性密封支座6、剛性支座5和閉鎖機(jī)構(gòu)1在每個(gè)工作階段都和閉鎖裝置1的剩余部分很好地密封，壓力室39中的工作壓力Pb在管道3的內(nèi)部起作用。閉鎖氣體壓力Pg在壓力室40內(nèi)剩余殼體7的內(nèi)部起作用，并且必須高于壓力室40中的工作壓力Pb。壓力Ps是在薄膜系統(tǒng)9、10內(nèi)部的壓力室11中起作用，并且在閉鎖機(jī)構(gòu)1處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)和壓力Pg相等。在其外徑等于中間密封直徑22的圓環(huán)表面上和在薄膜9內(nèi)徑上的壓力Pg和Pb的壓差用于薄膜9和10在閉鎖機(jī)構(gòu)1的方向上產(chǎn)生變形，以產(chǎn)生一種密封表面壓力。在所有其它表面上，特別是在薄膜10的表面上壓力處于平衡。
為了移動(dòng)閉鎖機(jī)構(gòu)1，必須將密封表面壓力降到最小。這可通過(guò)打開(kāi)外部閉鎖裝置8完成。因?yàn)榭?7的橫截面比孔12的橫截面要小得多，所以壓力Ps降到接近環(huán)境壓力，而不使壓力Pg有實(shí)質(zhì)性的下降。這樣在密封支座5、6和閉鎖機(jī)構(gòu)2上的防磨損涂層的磨損降到最小，以及驅(qū)動(dòng)力減小。
圖4表示垂直于閉鎖機(jī)構(gòu)2縱軸的剛性密封支座5的剖面圖。固定的密封座5具有一個(gè)凸起的支座28，該支座在中間密封直徑27上對(duì)閉鎖機(jī)構(gòu)2進(jìn)行密封。固定的密封支座5相對(duì)于殼體7可作軸向運(yùn)動(dòng)，并在它的外徑處通過(guò)焊縫24和薄膜26密封連接。薄膜26通過(guò)焊縫25和殼體7密封連接。
圖5表示閉鎖機(jī)構(gòu)2沿縱軸方向上剛性密封支座5的剖面圖。由于在閉鎖氣體壓力Pg的作用下殼體7發(fā)生變形，這一方面在薄膜26和剛性密封支座5之間產(chǎn)生間隔，另一方面在薄膜26和殼體7之間也產(chǎn)生間隔，這樣，支座28的平面度未發(fā)生變化，仍然保持和閉鎖機(jī)構(gòu)2的完全接觸。除此之外，主要又是Pg和Pb之間的壓力差對(duì)薄膜26的整個(gè)表面起作用。所產(chǎn)生的力傳遞到剛性密封支座5，并且成為既是支座28，也是柔性密封支座6的附加密封表面壓力。
圖6是圖5的另一種實(shí)施形式。其區(qū)別在于薄膜31的連接。它是通過(guò)外徑處的焊縫29和殼體7連接的。薄膜31的內(nèi)徑是通過(guò)焊縫30和剛性密封支座5連接的。密封力的產(chǎn)生和圖5相似。
圖7表示一個(gè)具有兩個(gè)剛性密封支座34，36的實(shí)施形式的未負(fù)載狀態(tài)。它們通過(guò)薄膜36，37和殼體7密封連接。間距38比閉鎖機(jī)構(gòu)2的厚度要小。在安裝閉鎖機(jī)構(gòu)2時(shí)要把薄膜36，37的彈性常數(shù)變換成最小表面壓力。在應(yīng)用了閉鎖氣體壓力Pg后達(dá)到了所必需的密封表面壓力。
圖注名稱(chēng)表1.閉鎖裝置2.閉鎖機(jī)構(gòu)3.管4.法蘭盤(pán)5.剛性支座6.柔性支座7.殼體8.外部閉鎖裝置9.薄膜10.薄膜11.壓力室，壓力Ps
12.孔13.管14.活塞桿15.驅(qū)動(dòng)裝置16.環(huán)17.孔18.焊縫19.焊縫20.焊縫21.焊縫22.中間密封直徑23.間距24.焊縫25.焊縫26.薄膜27.中間密封直徑28.支座29.焊縫30.焊縫31.薄膜32.支座33.剛性支座34.剛性支座35.剛性支座36.薄膜37.薄膜38.間距39.壓力室，壓力Pb44.壓力室，壓力Pg
權(quán)利要求
1.用于高溫工作的移動(dòng)式操作的閉鎖裝置(1)，該裝置由具有管(3)和法蘭盤(pán)(4)的殼體(7)，以及一個(gè)通過(guò)柔性支座(6)的密封裝置，一個(gè)閉鎖機(jī)構(gòu)(2)和一個(gè)剛性支座(5)組成，其特征為，為了產(chǎn)生柔性密封支座對(duì)閉鎖機(jī)構(gòu)(2)的密封表面壓力，主要使用了壓力室(40)中的殼體(7)內(nèi)部的壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的閉鎖裝置，其特征為，柔性密封支座(6)具有兩個(gè)圓環(huán)形金屬薄膜(9)和(10)，該金屬薄膜有幾乎相同的內(nèi)徑和相同的外徑，并且在無(wú)壓力狀態(tài)時(shí)平行毗鄰配置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的閉鎖裝置，其特征為，處于無(wú)壓力狀態(tài)的薄膜(9)至少部分地貼靠在環(huán)(16)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的閉鎖裝置，其特征為，薄膜(9)在它的內(nèi)徑處和環(huán)(16)密封連接，在它的外徑處和薄膜(10)密封連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的閉鎖裝置，其特征為，薄膜(10)在它的內(nèi)徑處和環(huán)(16)密封連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的閉鎖裝置，其特征為，薄膜(9)和(10)限定一個(gè)壓力室(11)，該壓力室(11)通過(guò)孔(17)和殼體(7)的內(nèi)室連接，通過(guò)孔(12)、管(13)和一個(gè)外部閉鎖裝置(8)和周?chē)拇髿庥幸环N可關(guān)閉的連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求2的閉鎖裝置，其特征為，孔(17)的橫截面比孔(12)的橫截面小。
8.根據(jù)權(quán)利要求2的閉鎖裝置，其特征為，在閉鎖機(jī)構(gòu)(2)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)之前外部閉鎖裝置(8)打開(kāi)，在運(yùn)動(dòng)結(jié)束之后重新關(guān)閉。
9.根據(jù)權(quán)利要求2的閉鎖裝置，其特征為，在閉鎖裝置(1)處于無(wú)壓力狀態(tài)時(shí)，薄膜(9)和閉鎖機(jī)構(gòu)(2)有一個(gè)大約為圓形的線(xiàn)接觸。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的閉鎖裝置，其特征為，剛性支座(5)在工作壓力梯度方向上軸向可動(dòng)地布置，并且通過(guò)一個(gè)圓環(huán)形薄膜(26)和殼體(7)連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的閉鎖裝置，其特征為，薄膜(26)的外徑和剛性支座(5)密封連接，薄膜(26)的內(nèi)徑和殼體(7)密封連接。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的閉鎖裝置，其特征為，剛性支座(5)在工作壓力梯度方向上軸向可動(dòng)地布置，并且通過(guò)一個(gè)圓環(huán)形的薄膜(31)和殼體(7)連接。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的閉鎖裝置，其特征為，薄膜(31)的外徑和殼體7密封連接，薄膜(31)的內(nèi)徑和剛性支座(5)密封連接。
14.用于高溫工作的移動(dòng)式操作的閉鎖裝置(1)，該裝置由具有管(3)和法蘭盤(pán)(4)的殼體(7)，以及一個(gè)通過(guò)剛性支座(34)的密封裝置，一個(gè)閉鎖機(jī)構(gòu)(2)和一個(gè)剛性支座(35)組成，其特征為，為了剛性密封支座(34)和(35)相對(duì)閉鎖機(jī)構(gòu)(2)密封，僅使用了殼體(7)內(nèi)部的閉鎖氣體壓力。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的閉鎖裝置，其特征為，剛性支座(34)和(35)通過(guò)薄膜(36)及(37)和殼體(7)連接。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的閉鎖裝置，其特征為，剛性支座(34)和(35)相對(duì)閉鎖機(jī)構(gòu)(2)的最小表面壓力是通過(guò)薄膜(36)和(37)在軸向方向上的彈性變形達(dá)到的。
17.按照前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)的閉鎖裝置，其特征為，來(lái)自壓力室(11)的壓力通過(guò)外部閉鎖裝置(8)排入周?chē)?br> 18.按照前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)的閉鎖裝置，其特征為，來(lái)自壓力室(11)的壓力通過(guò)外部閉鎖裝置(8)排入壓力室(39)。
全文摘要
柔性密封支座(6)主要由圓環(huán)形狀的金屬薄膜(9,10)構(gòu)成,薄膜(9,10)有幾乎相同的表面。金屬薄膜(9)和(10)通過(guò)焊縫(18)在它們的外徑處相互連接,通過(guò)焊縫(19)和(20)在它們內(nèi)徑處以緊密密封方式和環(huán)(16)連接。薄膜(9),(10)和環(huán)(16)一起構(gòu)成一個(gè)壓力室(11)。壓力Ps在其中起作用的壓力室(11)通過(guò)孔(17)和壓力P
文檔編號(hào)F16K1/36GK1347485SQ00806250
公開(kāi)日2002年5月1日 申請(qǐng)日期2000年4月13日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月15日
發(fā)明者D·措賽爾 申請(qǐng)人:弗利亞特克公司