專利名稱：金屬閥桿密封和密封系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新型的且非顯而易見(jiàn)的金屬閥桿密封和密封系統(tǒng)。特別地，本發(fā)明涉及改進(jìn)的金屬對(duì)金屬的閥桿密封，該密封用于密封可動(dòng)的閥桿和閥帽部件之間，且涉及包括金屬對(duì)金屬的閥桿密封的改進(jìn)的密封系統(tǒng)。本發(fā)明的密封系統(tǒng)和金屬閥桿密封特別應(yīng)用于油氣的深海鉆取。然而，本發(fā)明還用作其它流體例如水以及液體和氣體的碳?xì)浠衔镉玫拿芊庀到y(tǒng)，且用作其它適當(dāng)應(yīng)用例如具有將水下海岸線連接到水上的油氣鉆探平臺(tái)的結(jié)構(gòu)的上升裝置用的密封系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
深海油氣儲(chǔ)存的開(kāi)采對(duì)與深海設(shè)備一同使用的可靠、耐用并提供氣密密封以防止油氣泄漏的密封系統(tǒng)的需求不斷增加。密封系統(tǒng)必須能夠在操作中承受所施加的連續(xù)載荷。由于用于深海裝置的復(fù)雜的深海人造結(jié)構(gòu)，所以深海設(shè)備中的密封系統(tǒng)的維護(hù)非常昂貴或甚至于不可能實(shí)施。為盡可能減小或消除需要維護(hù)和修理深海設(shè)備中的密封系統(tǒng)，密封系統(tǒng)的所有關(guān)鍵零件必須表現(xiàn)出持續(xù)的可靠性和耐用性以充分滿足對(duì)環(huán)境零排放的嚴(yán)格要求。
用于油氣鉆取及相關(guān)應(yīng)用的已知金屬閥桿密封和密封系統(tǒng)在本發(fā)明之前就已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)。然而，此類密封和密封系統(tǒng)具有的缺點(diǎn)為，例如在高壓條件下不足且不充分的密封能力、過(guò)早的磨損所致的較差的耐用性和可靠性、較頻繁的維護(hù)和修理、易損傷密封表面以及經(jīng)常使用更昂貴的設(shè)備。此外，許多已知的閥桿密封和密封系統(tǒng)在密封構(gòu)造中合并有塑料或彈性體材料。此類塑料或彈性體材料在用于深海油氣鉆探時(shí)遜色于金屬，這是因?yàn)樗芰匣驈椥泽w材料更易于磨損且/或在高壓條件下爆裂的傾向。
因此，需要克服與已知閥桿密封和密封系統(tǒng)相關(guān)的問(wèn)題的新的且改進(jìn)的金屬閥桿密封和密封系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明滿足此類需求并提供獨(dú)特的、有優(yōu)勢(shì)的金屬閥桿密封和密封系統(tǒng)。已知的金屬閥桿密封或密封系統(tǒng)中沒(méi)有一個(gè)具備本發(fā)明的全部的多個(gè)優(yōu)點(diǎn)中。
在一個(gè)方面，本發(fā)明涉及金屬閥桿密封系統(tǒng)，包括閥體；金屬閥桿，容納于閥體內(nèi)；閥帽部件，容納于閥體內(nèi)；U形金屬桿襯墊，位于金屬閥桿和閥帽部件之間，其中襯墊具有每個(gè)皆具有內(nèi)表面和外表面的第一凸緣部件和第二凸緣部件；金屬楔形圈，安裝于第一凸緣部件的內(nèi)表面和第二凸緣部件的內(nèi)表面之間；以及至少一個(gè)金屬驅(qū)動(dòng)彈簧，鄰近楔形圈，其中，金屬驅(qū)動(dòng)彈簧作用足夠的力于楔形圈上以使楔形圈施加足夠的接觸壓力到第一和第二凸緣部件來(lái)使第一和第二凸緣部件擴(kuò)展從而在襯墊和金屬閥桿之間形成密封并在襯墊和閥帽部件之間形成密封。特別地，第一凸緣部件由驅(qū)動(dòng)彈簧驅(qū)動(dòng)的楔形圈機(jī)械地施加作用力以在第一凸緣部件和金屬閥桿的外表面之間形成第一氣密密封接觸區(qū)域，第二凸緣部件由驅(qū)動(dòng)彈簧驅(qū)動(dòng)的楔形圈機(jī)械地施加作用力以在第二凸緣部件和閥帽部件的外表面之間形成第二氣密密封接觸區(qū)域。
在另一方面，本發(fā)明涉及用于密封可動(dòng)閥桿和閥帽部件之間的金屬對(duì)金屬的密封，其中金屬密封包括U形金屬桿襯墊，位于金屬閥桿的外表面和閥帽部件的外表面之間，其中襯墊具有第一撓性凸緣部件和第二撓性凸緣部件，第一和第二凸緣部件皆具有內(nèi)表面、外表面、上部、下部，其中每個(gè)凸緣部件的下部皆具有外傾斜面；金屬楔形圈，位于第一凸緣部件的內(nèi)表面和第二凸緣部件的內(nèi)表面之間以使凸緣部件擴(kuò)展來(lái)在襯墊和閥桿與閥帽部件之間形成氣密密封；以及至少一個(gè)金屬驅(qū)動(dòng)彈簧，部分地位于楔形圈中，其中，金屬驅(qū)動(dòng)彈簧作用足夠的力于楔形圈上以使楔形圈施加足夠的接觸壓力到第一和第二凸緣部件，該接觸壓力機(jī)械地迫使第一和第二凸緣部件的下部向外轉(zhuǎn)動(dòng)以在第一凸緣部件和金屬閥桿的外表面之間以及第二凸緣部件和閥帽部件的外表面之間分別形成第一氣密密封接觸區(qū)域和第二氣密密封接觸區(qū)域。
金屬閥桿密封和密封系統(tǒng)還可包括連接到金屬桿襯墊上的防轉(zhuǎn)銷。金屬閥桿密封和密封系統(tǒng)的第一和第二凸緣部件還可包括上部和下部，其中下部是撓性的且具有外傾斜面，用于確保當(dāng)施加由楔形圈作用在凸緣部件上的接觸壓力時(shí)第一和第二凸緣部件的下部向外轉(zhuǎn)動(dòng)以增加密封接觸面積。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)的金屬閥桿密封和密封系統(tǒng)，其可承受大多數(shù)惡劣的深海操作條件，且可靠、耐用、耐磨，并提供氣密密封以防止油氣或其它流體泄漏，并且充分滿足對(duì)環(huán)境零排放的嚴(yán)格要求。
本發(fā)明的其它目的是提供一種改進(jìn)的金屬閥桿密封和密封系統(tǒng)，其盡可能減少或消除維護(hù)和修理密封系統(tǒng)的需求并實(shí)現(xiàn)更持久的功能。
本發(fā)明的其它目的是提供一種改進(jìn)的金屬閥桿密封和密封系統(tǒng)，其不需要塑料或彈性體材料作為密封或密封系統(tǒng)的零件，這是因?yàn)樗芰匣驈椥泽w材料更易于磨損且可在高壓條件下爆裂。
本發(fā)明的其它目的是提供一種改進(jìn)的金屬閥桿密封和密封系統(tǒng)，其可承受高達(dá)20000psi的操作壓力。
本發(fā)明的其它目的是提供一種改進(jìn)的金屬閥桿密封和密封系統(tǒng)，其通過(guò)位于鄰近楔形圈之處的至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)彈簧來(lái)機(jī)械地驅(qū)動(dòng)，從而在密封區(qū)域上提供所需的接觸壓力以確保在低操作壓力下的氣密密封，這使得金屬閥桿密封和密封系統(tǒng)使用壽命較長(zhǎng)。
本發(fā)明的其它目的是提供一種改進(jìn)的金屬閥桿密封和密封系統(tǒng)，其能夠調(diào)節(jié)零部件在桿沖程和閥操作過(guò)程中引起的任何偏移而不會(huì)變形。
本發(fā)明的這些和其它特征、方面及優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)以下描述和所附權(quán)利要求書而變得更易于理解。


圖1是本發(fā)明的金屬閥桿密封和密封系統(tǒng)的剖視圖。
圖2是圖1所示的金屬閥桿密封的擴(kuò)大剖視圖。
圖3是本發(fā)明的U形金屬桿襯墊、楔形圈和驅(qū)動(dòng)彈簧的擴(kuò)大剖視圖。
圖4是本發(fā)明的U形金屬桿襯墊底擴(kuò)大剖視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及新型的且非顯而易見(jiàn)的金屬閥桿和密封系統(tǒng)。特別地，本發(fā)明涉及改進(jìn)的金屬對(duì)金屬的閥桿密封，該密封用于密封可動(dòng)的閥桿和閥帽部件之間，且涉及包括金屬對(duì)金屬的閥桿密封的改進(jìn)的密封系統(tǒng)。本發(fā)明的密封系統(tǒng)和金屬閥桿密封優(yōu)選應(yīng)用于與油氣的鉆取和深海流水線以及管線一同使用的深海設(shè)備中。本發(fā)明還用作其它流體例如水以及液體和氣體碳?xì)浠衔镉玫拿芊庀到y(tǒng)，且用作其它適當(dāng)應(yīng)用例如具有將水下海岸線連接到水上的油氣鉆探平臺(tái)的結(jié)構(gòu)的上升裝置用的密封系統(tǒng)。
在本發(fā)明的一個(gè)方面中，提供了金屬閥桿和密封系統(tǒng)10，如圖1中在其機(jī)械環(huán)境內(nèi)的剖視圖所示，以及如圖2中的擴(kuò)大剖視圖所示。金屬閥桿和密封系統(tǒng)10優(yōu)選由高強(qiáng)度耐蝕合金例如雙相SS(不銹鋼)和超級(jí)雙相SS(不銹鋼)制造，這兩種鋼可從瑞典的Sanvik AB得到，且在標(biāo)準(zhǔn)UNS(統(tǒng)一編號(hào)系統(tǒng))下也稱作UNS N07718的Inconel718(鎳基合金)可從印第安納州的Haynes of Kokomo得到。然而，也可使用其它合適的耐蝕合金。本發(fā)明的金屬閥桿和密封系統(tǒng)優(yōu)選不具有塑料或彈性體材料構(gòu)成的零件，這是因?yàn)榻饘俑陀?、更持久且不?huì)在高壓下爆裂。
如圖1所示，密封系統(tǒng)10包括穿過(guò)桿口14而在閥體16內(nèi)延伸的可動(dòng)金屬閥桿12。閥桿12具有內(nèi)表面18和外表面20。閥桿12由金屬構(gòu)成。閥桿優(yōu)選涂有從包括碳化鎢和碳化鉻的合金組中選取的合金。然而，也可使用其它合適的合金。閥桿12可以是轉(zhuǎn)動(dòng)桿、上升桿或其它合適的可動(dòng)桿。閥桿的直徑優(yōu)選在尺寸上為從約一英寸到約十英寸。
密封系統(tǒng)10還可包括容納于閥體16內(nèi)的閥帽部件22。閥帽部件22具有內(nèi)表面24和外表面26。密封系統(tǒng)10還可包括標(biāo)準(zhǔn)件例如排氣裝置28、排水裝置30、柱螺母和螺栓32、閥帽襯墊34、座環(huán)36、封閉體38以及其它合適的標(biāo)準(zhǔn)件。
如圖2所示，密封系統(tǒng)10包括U形金屬閥桿40。圖3和圖4表示U形金屬桿襯墊40的擴(kuò)大剖面視圖。金屬桿襯墊40具有頂部42、底部44、外部46和內(nèi)部48。金屬桿襯墊40位于閥桿12的外表面20和閥帽部件22的外表面26之間。金屬桿襯墊40具有第一凸緣部件50和第二凸緣部件52，兩者皆從桿襯墊主體54向下延伸。第一凸緣部件50具有內(nèi)表面56、外表面58、上部60和下部62。第一凸緣部件50的下部62具有外傾斜面64。第二凸緣部件52具有內(nèi)表面66、外表面68、上部70和下部72。第二凸緣部件52的下部72具有外傾斜面74。下部62、72的外傾斜面64、74是撓性的且適于確保當(dāng)接觸壓力施加在第一和第二凸緣部件50、52上時(shí)，第一和第二凸緣部件50、52的下部62、72向外轉(zhuǎn)動(dòng)以產(chǎn)生氣密密封并增加密封接觸的面積。為在最佳范圍內(nèi)保持接觸壓力，下部62、72為獨(dú)特形狀以確保當(dāng)內(nèi)壓增加時(shí)下部62、72轉(zhuǎn)動(dòng)以擴(kuò)展接觸的表面積。該獨(dú)特設(shè)計(jì)允許所產(chǎn)生的接觸壓力受到限制并保證密封系統(tǒng)的性能在其使用壽命內(nèi)一直保持。第一和第二凸緣部件50、52的下部62、72的直徑優(yōu)選在尺寸上為從約一英寸到約十英寸的范圍。
第一凸緣部件50優(yōu)選在第一凸緣部件的外表面涂有從優(yōu)選包括碳化鎢和碳化鉻的合金組中選取的合金涂層100(如圖4所示)。然而，也可使用其它合適的合金。此類合金涂層是有益的，這是因?yàn)槠錁O耐磨損及擦傷。為在金屬密封的壽命內(nèi)實(shí)現(xiàn)氣密，第一凸緣部件50和閥桿12的外表面優(yōu)選涂有適當(dāng)?shù)暮辖穑摵辖鸨仨毮艹惺芑瘜W(xué)侵蝕和嚴(yán)重磨損，且可確保消除氣密密封接觸區(qū)域或兩個(gè)配合表面之間的任何可能的磨損或者侵蝕。第一和第二凸緣部件50、52適合為撓性的以提供所需的性能。凸緣部件50、52皆通過(guò)緊貼閥桿12和閥帽部件22的各表面安裝的界面而機(jī)械地受迫以形成氣密密封。氣密密封用本發(fā)明來(lái)實(shí)現(xiàn)且該密封不會(huì)影響閥桿12的移動(dòng)。凸緣部件50、閥桿12和閥帽部件22的密封表面在長(zhǎng)度和時(shí)間上優(yōu)選為耐磨、耐蝕且耐用約二十年或約五十年。此外，金屬密封和密封系統(tǒng)10設(shè)計(jì)成調(diào)整在閥桿沖程和閥操作過(guò)程中可能發(fā)生的任何偏移而不會(huì)彎曲。
如圖2所示，金屬密封和密封系統(tǒng)10還包括獨(dú)特設(shè)計(jì)的楔形圈76。圖3表示本發(fā)明的楔形圈76的擴(kuò)大剖視圖。楔形圈獨(dú)特地設(shè)計(jì)成對(duì)凸緣部件50、52提供擴(kuò)展力或驅(qū)動(dòng)力且避免自鎖。楔形圈76具有頂部78、底部80、第一側(cè)部82和第二側(cè)部84。楔形圈76由金屬構(gòu)成，優(yōu)選從由高強(qiáng)度耐蝕合金例如雙相SS(不銹鋼)和超級(jí)雙相SS(不銹鋼)構(gòu)成的組中選取，這兩種鋼可從瑞典的Sanvik AB得到，且在標(biāo)準(zhǔn)UNS(統(tǒng)一編號(hào)系統(tǒng))下也稱作UNSN07718的Inconel718(鎳基合金)可從印第安納州的Haynes ofKokomo得到。然而，也可使用其它合適的耐蝕合金。楔形圈76的直徑優(yōu)選在尺寸上為從約一英寸到約十英寸。
楔形圈76安裝于桿襯墊40中的位置處。特別地，楔形圈76的第一側(cè)部82與第一凸緣部件50的內(nèi)表面接觸，并且楔形圈76的第二側(cè)部84與第二凸緣部件52的內(nèi)表面66接觸。楔形圈76與桿襯墊40形成氣密密封。第一氣密密封接觸區(qū)域88形成于第一凸緣部件50和閥桿12之間。第二氣密密封接觸區(qū)域90形成于第二凸緣部件52和閥帽部件22之間。
本發(fā)明的金屬密封和密封系統(tǒng)10基于楔形圈76的剛性和凸緣部件50、52的撓性之間的優(yōu)良折衷，楔形圈76機(jī)械地迫使桿襯墊40跟隨閥桿12的運(yùn)動(dòng)，凸緣部件50、52可調(diào)整閥桿12的微小徑向位移。其結(jié)果，桿襯墊40吸收閥桿12的位移而不產(chǎn)生凸緣部件50、52的永久變形。
金屬密封和密封系統(tǒng)10還包括至少一個(gè)金屬驅(qū)動(dòng)彈簧92，其位于楔形圈76的底部80附近。彈簧92不在楔形圈76內(nèi)。圖3表示本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)彈簧92的擴(kuò)大剖視圖。驅(qū)動(dòng)彈簧92包括上端94和下端96。驅(qū)動(dòng)彈簧92由金屬構(gòu)成，優(yōu)選從由耐蝕合金例如在標(biāo)準(zhǔn)UNS(統(tǒng)一編號(hào)系統(tǒng))下也稱為UNS N07750的Inconel X750和在標(biāo)準(zhǔn)UNS(統(tǒng)一編號(hào)系統(tǒng))下也稱為UNS N07718的Inconel718以及在標(biāo)準(zhǔn)UNS(統(tǒng)一編號(hào)系統(tǒng))下也稱為UNS R30003的埃爾吉洛伊非磁性合金所構(gòu)成的組中選取，前兩者可從印第安納州的Haynes ofKokomo得到，后者可從Elgiloy Specialty Metals of Elgin，Illinois得到。然而，也可使用其它合適的耐蝕合金。金屬密封和密封系統(tǒng)10具有至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)彈簧92且優(yōu)選具有約4個(gè)到約20個(gè)驅(qū)動(dòng)彈簧。驅(qū)動(dòng)彈簧的直徑優(yōu)選在尺寸上為約四分之一(1/4)英寸到約一(1)英寸。
驅(qū)動(dòng)彈簧92向楔形圈76施加足夠的力以使楔形圈76向第一和第二凸緣部件50、52施加足夠的接觸壓力。楔形圈76安裝于第一凸緣部件50的內(nèi)表面和第二凸緣部件52的內(nèi)表面之間從而楔形圈76使凸緣部件50、52擴(kuò)展或?qū)⑵潋?qū)動(dòng)以在襯墊40和閥桿12及閥帽部件22之間形成密封。楔形圈76提供楔形效果，楔形效果使凸緣部件50、52擴(kuò)展并在第一凸緣部件50和閥桿12之間以及第二凸緣部件52和閥帽部件22之間產(chǎn)生所需的接觸壓力。當(dāng)向楔形圈76施加足夠的力時(shí)，楔形圈76機(jī)械地向第一凸緣部件50施力以在第一凸緣部件50和閥桿12的外表面20之間形成第一氣密密封接觸區(qū)域88。此外，當(dāng)向楔形圈76施加足夠的力時(shí)，楔形圈76機(jī)械地向第二凸緣部件52施力以在第二凸緣部件52和閥帽部件22的外表面26之間形成第二氣密密封接觸區(qū)域90。本發(fā)明的楔形圈76對(duì)桿襯墊40提供驅(qū)動(dòng)并也將桿襯墊40保持在正確位置處。楔形圈76向凸緣部件50、52提供驅(qū)動(dòng)或擴(kuò)展，凸緣部件50、52機(jī)械地向凸緣部件50、52的外傾斜面64、74施力以基本上直地接觸閥桿12和閥帽22的密封表面。
施加到接觸區(qū)域88、90上的接觸壓力與施加到桿襯墊40內(nèi)部的操作壓力成比例。因此，接觸壓力至少保持為等于閥操作壓力以實(shí)現(xiàn)氣密密封但不超過(guò)碳化物涂層的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，該結(jié)構(gòu)強(qiáng)度約為36000psi(每平方英寸磅)。這使得本發(fā)明的金屬密封和密封系統(tǒng)的使用壽命增加從而超過(guò)已知的密封系統(tǒng)。由驅(qū)動(dòng)彈簧92施加到楔形圈76上的力優(yōu)選在約10磅(lbs)到約2000磅(lbs)的范圍內(nèi)。襯墊40和楔形圈76優(yōu)選可承受高達(dá)20000psi(每平方英寸磅)的操作壓力。
如圖3所示，本發(fā)明的金屬閥桿密封和密封系統(tǒng)10還可包括連接到桿襯墊40上的防轉(zhuǎn)銷98。防轉(zhuǎn)銷98將桿襯墊40支撐并保持于正確位置處并防止桿襯墊40的轉(zhuǎn)動(dòng)。銷的形狀優(yōu)選為圓柱形，且優(yōu)選的是，銷98的一半位于閥帽部件22中且銷98的另一半位于桿襯墊40中。
如圖2所示，本發(fā)明的金屬密封和密封系統(tǒng)10還可包括帽螺釘102、止推軸承104、桿軸承108和可選擇的其它彈簧、墊塊、封閉體、蓋或其它標(biāo)準(zhǔn)件(未圖示)。
本發(fā)明的另一方面提供可動(dòng)閥桿12和閥帽部件22之間密封用的金屬對(duì)金屬的密封10。金屬密封10包括位于閥桿12的外表面20和閥帽部件22的外表面26之間的U形金屬桿襯墊40。桿襯墊40具有撓性的第一和第二凸緣部件50、52。第一和第二凸緣部件50、52分別具有內(nèi)表面56、66、外表面58、68、上部60、70及下部62、72。下部62、72皆具有外傾斜面64、74。金屬密封10還包括位于第一凸緣部件50的內(nèi)表面56和第二凸緣部件52的內(nèi)表面66之間的金屬楔形圈76以驅(qū)動(dòng)或擴(kuò)展凸緣部件來(lái)在襯墊40和閥桿12及閥帽部件22之間形成氣密密封。金屬密封10還包括位于楔形圈76底部附近的至少一個(gè)金屬驅(qū)動(dòng)彈簧92。驅(qū)動(dòng)彈簧92向楔形圈76施加足夠的力以使楔形圈76向第一和第二凸緣部件50、52施加足夠的接觸壓力來(lái)機(jī)械地向凸緣部件50、52的下部62、72施力以向外轉(zhuǎn)動(dòng)從而分別在第一凸緣部件50和閥桿12的外表面20之間以及第二凸緣部件52和閥帽部件22的外表面26之間形成第一氣密密封接觸區(qū)域88和第二氣密密封接觸區(qū)域90。
雖然本發(fā)明根據(jù)其某些優(yōu)選方面進(jìn)行了相當(dāng)大的詳細(xì)描述，但本發(fā)明的其它方面也是可能的。因此，所附權(quán)利要求的范圍不應(yīng)限于此處包括的優(yōu)選方面的描述。
權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)1.一種金屬閥桿密封系統(tǒng)，包括閥體；金屬閥桿，容納于閥體內(nèi)；閥帽部件，容納于閥體內(nèi)；U形金屬桿襯墊，位于金屬閥桿和閥帽部件之間，其中襯墊具有每個(gè)皆具有內(nèi)表面和外表面的第一凸緣部件和第二凸緣部件；金屬楔形圈，安裝于第一凸緣部件的內(nèi)表面和第二凸緣部件的內(nèi)表面之間；以及至少一個(gè)金屬驅(qū)動(dòng)彈簧，鄰近楔形圈，其中，金屬驅(qū)動(dòng)彈簧施加足夠的力于楔形圈上以使楔形圈施加足夠的接觸壓力到第一和第二凸緣部件，來(lái)使第一和第二凸緣部件擴(kuò)展從而在襯墊和金屬閥桿之間形成密封，以及在襯墊和閥帽部件之間形成密封。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬閥桿密封系統(tǒng)，還包括連接到金屬桿襯墊上的防轉(zhuǎn)銷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封系統(tǒng)，其中第一凸緣部件在外表面涂有從包括碳化鎢和碳化鉻的合金組中選取的合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封系統(tǒng)，其中閥桿在外表面涂有從包括碳化鎢和碳化鉻的合金組中選取的合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封系統(tǒng)，其中第一和第二凸緣部件包括上部和下部，其中下部是撓性的且具有外傾斜面，用于確保當(dāng)施加由楔形圈作用在凸緣部件上的接觸壓力時(shí)，第一和第二凸緣部件的下部向外轉(zhuǎn)動(dòng)以增加密封。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封系統(tǒng)，其中接觸壓力與施加到襯墊內(nèi)的操作壓力成比例。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封系統(tǒng)，其中楔形圈由從高鎳合金、雙相不銹鋼、超級(jí)雙相不銹鋼和Inconel718中選取的金屬構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封系統(tǒng)，其中驅(qū)動(dòng)彈簧的金屬由從InconelX750、Inconel718和埃爾吉洛伊非磁性合金中選取的金屬構(gòu)成。
權(quán)利要求
1.一種金屬閥桿密封系統(tǒng)，包括閥體；金屬閥桿，容納于閥體內(nèi)；閥帽部件，容納于閥體內(nèi)；U形金屬桿襯墊，位于金屬閥桿和閥帽部件之間，其中襯墊具有每個(gè)皆具有內(nèi)表面和外表面的第一凸緣部件和第二凸緣部件；金屬楔形圈，安裝于第一凸緣部件的內(nèi)表面和第二凸緣部件的內(nèi)表面之間；以及至少一個(gè)金屬驅(qū)動(dòng)彈簧，鄰近楔形圈，其中，金屬驅(qū)動(dòng)彈簧施加足夠的力于楔形圈上以使楔形圈施加足夠的接觸壓力到第一和第二凸緣部件來(lái)使第一和第二凸緣部件擴(kuò)展從而在襯墊和金屬閥桿之間形成密封并在襯墊和閥帽部件之間形成密封。
2.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬閥桿密封系統(tǒng)，還包括連接到金屬桿襯墊上的防轉(zhuǎn)銷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封系統(tǒng)，其中第一凸緣部件在外表面涂有從包括碳化鎢和碳化鉻的合金組中選取的合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封系統(tǒng)，其中閥桿在外表面涂有從包括碳化鎢和碳化鉻的合金組中選取的合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封系統(tǒng)，其中第一和第二凸緣部件包括上部和下部，其中下部是撓性的且具有外傾斜面，用于確保當(dāng)施加由楔形圈作用在凸緣部件上的接觸壓力時(shí)，第一和第二凸緣部件的下部向外轉(zhuǎn)動(dòng)以增加密封。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封系統(tǒng)，其中接觸壓力與施加到襯墊內(nèi)的操作壓力成比例。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封系統(tǒng)，其中楔形圈由從高鎳合金、雙相不銹鋼、超級(jí)雙相不銹鋼和Inconel 718構(gòu)成的組中選取的金屬構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封系統(tǒng)，其中驅(qū)動(dòng)彈簧的金屬由從InconelX750、Inconel 718和埃爾吉洛伊非磁性合金中選取的金屬構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封系統(tǒng)，具有約一個(gè)到約二十個(gè)驅(qū)動(dòng)彈簧。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封系統(tǒng)，其中密封系統(tǒng)用于深海氣和油的鉆探、海下流水線和管線。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封系統(tǒng)，其中由驅(qū)動(dòng)彈簧施加到楔形圈上的力在從約100磅到約2000磅的范圍內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封系統(tǒng)，其中襯墊和凸緣部件可承受高達(dá)20000psi(每平方英寸磅)的操作壓力。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封系統(tǒng)，其中閥桿是轉(zhuǎn)動(dòng)桿。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封系統(tǒng)，其中閥桿是上升桿。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封系統(tǒng)，還包括桿軸承，鄰近襯墊的第一頂部；驅(qū)動(dòng)彈簧和彈簧支撐體，皆鄰近襯墊的第二頂部；以及止推軸承，鄰近驅(qū)動(dòng)彈簧的下端。
16.一種金屬閥桿密封系統(tǒng)，包括閥體；可動(dòng)金屬閥桿，穿過(guò)桿口在閥體內(nèi)延伸；閥帽部件，容納于閥體內(nèi)；U形金屬桿襯墊，位于金屬閥桿的外表面和閥帽部件的外表面之間，其中襯墊具有皆從襯墊主體向下延伸的第一凸緣部件和第二凸緣部件，第一和第二凸緣部件皆具有內(nèi)表面和外表面；金屬楔形圈，安裝到第一凸緣部件的內(nèi)表面和第二凸緣部件的內(nèi)表面之間的位置；以及至少一個(gè)金屬驅(qū)動(dòng)彈簧，位于鄰近楔形圈的底部之處，其中，金屬驅(qū)動(dòng)彈簧施加足夠的力于楔形圈上以使楔形圈施加足夠的接觸壓力到第一和第二凸緣部件，從而第一凸緣部件被機(jī)械地施力以在第一凸緣部件和金屬閥桿的外表面之間形成第一氣密密封接觸區(qū)域，且從而第二凸緣部件被機(jī)械地施力以在第二凸緣部件和閥帽部件的外表面之間形成第二氣密密封接觸區(qū)域。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的密封系統(tǒng)，還包括連接到金屬桿襯墊上的防轉(zhuǎn)銷。
18.一種用于密封可動(dòng)閥桿和閥帽部件之間的金屬對(duì)金屬的密封，其中金屬密封包括U形金屬桿襯墊，位于金屬閥桿的外表面和閥帽部件的外表面之間，其中襯墊具有第一撓性凸緣部件和第二撓性凸緣部件，第一和第二凸緣部件皆具有內(nèi)表面、外表面、上部和下部，而且其中每個(gè)凸緣部件的下部皆具有外傾斜面；金屬楔形圈，位于第一凸緣部件的內(nèi)表面和第二凸緣部件的內(nèi)表面之間；以及至少一個(gè)金屬驅(qū)動(dòng)彈簧，位于楔形圈附近，其中，金屬驅(qū)動(dòng)彈簧施加足夠的力于楔形圈上以使楔形圈施加足夠的接觸壓力到第一和第二凸緣部件，該接觸壓力機(jī)械地迫使第一和第二凸緣部件的下部向外轉(zhuǎn)動(dòng)，以分別在第一凸緣部件和金屬閥桿的外表面之間形成第一氣密密封接觸區(qū)域，以及在第二凸緣部件和閥帽部件的外表面之間形成第二氣密密封接觸區(qū)域。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的金屬對(duì)金屬的密封，其中襯墊和凸緣部件可承受高達(dá)20000psi(每平方英寸磅)的操作壓力。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的金屬對(duì)金屬的密封，還包括連接到金屬桿上的防轉(zhuǎn)銷。
全文摘要
本發(fā)明涉及金屬閥桿密封和密封系統(tǒng)，包括閥體；金屬閥桿，容納于閥體內(nèi)；閥帽部件，容納于閥體內(nèi)；U形金屬桿襯墊，位于金屬閥桿和閥帽部件之間，其中襯墊具有每個(gè)皆具有內(nèi)表面和外表面的第一凸緣部件和第二凸緣部件；金屬楔形圈，安裝于第一和第二凸緣部件之間；以及至少一個(gè)金屬驅(qū)動(dòng)彈簧，鄰近楔形圈，其中，金屬驅(qū)動(dòng)彈簧施加足夠的力于楔形圈上以使楔形圈施加足夠的接觸壓力到第一和第二凸緣部件來(lái)在襯墊和金屬閥桿之間形成密封并在襯墊和閥帽部件之間形成密封。
文檔編號(hào)F16K41/00GK101095001SQ200480044601
公開(kāi)日2007年12月26日 申請(qǐng)日期2004年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月5日
發(fā)明者羅伯托·波扎蒂 申請(qǐng)人:石油閥門美國(guó)公司, 羅伯托·波扎蒂