專利名稱：凸起法蘭用的易定心密封墊的制作方法
發(fā)明的背景1.發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及如流體管道中的螺栓式法蘭連接件那樣的密封連接件用的密封墊，特別是有關(guān)可方便地在這種連接件中加以定中心的密封墊。
2.現(xiàn)有技術(shù)的說明在過去的許多系統(tǒng)和裝置中曾推薦在螺栓式法蘭上定中心環(huán)形密封墊。這些密封墊的定中心被認(rèn)為是至少兩個原因所需要(1)為在安裝過程中通過使密封墊固定在正確的密封方位上來保證正確密封；(2)為防止在安裝后流體管道內(nèi)的流體流動的阻斷，這些原因可產(chǎn)生許多不希望有的情況，例如非層流、在壓力上的不必要的損失或流體污染物質(zhì)的可能積聚。
兩種主要幾何形狀已顯示為商業(yè)上初步用來解決這個問題的方法-環(huán)形密封墊和全平面密封墊。兩類密封墊使用若干凸緣螺栓以有助于密封墊的定位?？上?，由于這種連接件中螺栓定位上的過度公差，這些技術(shù)都不能被認(rèn)為是特別精密的環(huán)形密封墊是如此設(shè)計的，即當(dāng)螺栓是在凸緣的螺柱孔中定中心后，密封墊的外徑(OD)可與所有螺栓接觸。這種方法通過使密封墊的中心孔相對于螺栓孔成適當(dāng)比例應(yīng)大致把密封墊定心在適當(dāng)位置上。
全平面密封墊設(shè)計有象凸緣一樣的通常尺寸和幾何外形的螺栓孔。接著，密封墊和連接件裝配螺栓一起安裝在適當(dāng)位置，密封件于是安裝就位。但是，為了易于安裝，密封墊中的螺栓孔通常大于螺栓本身，而在安裝過程中引入附加的誤差(不精確度)。這個缺陷因密封墊越過裝配螺栓延伸到管道的外面而在某些部分上起反作用，為密封墊的定中心的某些精確調(diào)節(jié)作準(zhǔn)備，要注意在進(jìn)行密封墊的最后安裝前，需確保密封墊是完全與管道的外部對齊的。
為了改進(jìn)密封墊的定中心，曾推薦一些另外的解決方法。使用裝配螺栓有助于安裝和/或使密封墊定心的各種裝置的例子顯示在1989年6月12日發(fā)布的Merwarth的美國專利605,891；1902年3月11日出版的Roller的美國專利695,174；1934年1月9日出版的Hubbard等人的美國專利1,942,704；1969年11月25日發(fā)布的Kroening的美國專利3,480,301；1973年12月25日出版的Hagmann的美國專利3,781,043；1977年1月11日出版的史密期的美國專利4,002,344；1984年3月13日出版的Sawabe等人的美國專利4,436,310；和1985年6月11日出版的Vidrine的美國專利4,522,536。
對于任一裝置使用螺栓來協(xié)助密封墊定中心的缺點是因螺栓而經(jīng)?？赡苡械倪^度公差。這樣，因為所有標(biāo)準(zhǔn)凸緣都具有稍大于螺柱的螺孔，故實際的定中心只有使用螺栓作為導(dǎo)向件來加以獲得。在安裝期間，螺栓在螺栓孔內(nèi)移動位置，因此使得實際上不可能使每一螺栓定心在其螺栓孔中來保證精確定心。密封墊制品商和使用者都認(rèn)識到這種情況在新的ANSI B16.5-1988標(biāo)準(zhǔn)中已規(guī)定密封墊的內(nèi)徑稍微大于管子的內(nèi)徑(ID)以使密封墊材料甚至在密封墊不完善地定中心時不致妨礙流動。
在ANSI B16.5-1988標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的尺寸可保證密封墊的ID可通過全平面密封墊0.12英寸的最大線性位移和150磅標(biāo)定凸緣(假定密封墊材料不變形)來加以錯位(偏位)。這是螺栓可偏離螺栓孔內(nèi)的中心的間隙(間隔)量加上密封墊可偏離螺栓中心的間隙(間隔)。當(dāng)密封墊的ID是和凸緣ID一樣時，達(dá)30％的管子開孔可由最小尺寸的密封墊所阻斷且約48％的周邊可成為裂隙(縫)。
在大多數(shù)工業(yè)企業(yè)中，一般地說，即使密封墊的ID大于凸緣的ID，在接合點產(chǎn)生一裂隙也不要緊。不過，在某些應(yīng)用中，例如輸送某些超高純物質(zhì)或需要高速層流的管道，任何裂隙和對流動的干擾都是危險的。在高純凈流體輸送中，裂隙或突起部可截獲細(xì)菌或污染物，之后，這些細(xì)菌和污染物被釋放入主流，從而以環(huán)流方式污染系統(tǒng)的其余部分。因此，在高純凈流體工業(yè)中已采取很多措施來減少在管道系統(tǒng)內(nèi)表面上的突起部和干擾，甚至對極微級別的突起部分和干擾也是如此。事實上，管子管孔尺寸在某些應(yīng)用中是通過掃描電子顯微鏡檢查法(SEM)作定期檢查的，以確保最大值。
因為工藝裝備的狀況現(xiàn)在以每10億分之幾來檢測污染物，極小的裂隙和突起部都能對系統(tǒng)的性能的關(guān)鍵問題。在這些系統(tǒng)中，對密封墊精確地定中心方式，即使得密封墊的ID完全符合凸緣的ID，是十分需要的，但直到現(xiàn)在都沒有達(dá)到。
已嘗試過的另一途徑是使用外接頭(接片)來協(xié)助使密封墊對準(zhǔn)和固定在中心位置。這樣的一些設(shè)備顯示于1929年10月15日出版的Watherill的美國專利1,731,404以及美國專利4,522,536。盡管這些定中心方法可對宏觀尺度提供一些幫助，但是它們并沒有說明怎樣使密封墊精確地在要求精確公差的連接件內(nèi)定中心。
在高純凈液體應(yīng)用等中暴露出的另一問題是在不斷增加使用的凸起法蘭密封墊，這些密封墊則采用與凸緣密封表面相隔開的裝配螺栓。這些連接件經(jīng)常使用分隔的支撐板或類似設(shè)置加以連接，這些支撐板或類似設(shè)備可使用長螺栓彼此相對地作拉引。對于這些應(yīng)用而言，往往十分難于使具有和密封表面一樣幾何形狀的環(huán)形密封墊在密封面之間保持和定中心。這種麻煩是由于支撐板之間的相當(dāng)小的間隙的限制出入(接近)而引起的。這一問題是因密封表面內(nèi)缺乏在最終定中心之前提供給密封墊的松動對準(zhǔn)和穩(wěn)定定位的螺栓所構(gòu)成的。
目前，解決易于安裝在凸起的法蘭連接件的最佳可利用的方法在于使用改進(jìn)的全平面密封墊，該密封墊正好越過密封面延伸，以與裝配螺栓結(jié)合。盡管這對支撐板之間的密封墊的松動裝配是有用的，但是因管道的外部難于用作最后定位的基準(zhǔn)，所以精確對準(zhǔn)大大地受到妨礙(也就是，在這種情況下，密封墊的邊緣延伸出外裝配螺栓(之外)，不提供與引導(dǎo)最終對準(zhǔn)的密封墊直接接觸的表面)。在某些凸起法蘭中的另一復(fù)雜化的定中心是一些支撐板也是松動地安裝的，而且提供過量間隙(公差)，妨礙密封墊精確定心。最后，這種安裝的方法往往過度地浪費密封墊材料，相當(dāng)大量的材料沒有提供密封或其它作用。
在這些應(yīng)用中的另一途徑在于使用大于密封面的環(huán)形密封墊，該密封墊可作為初始密封墊布置被倚靠在下面的外裝配螺栓上。雖然這個途徑有助于密封墊的初始布置，但它具有與這些應(yīng)用中使用全平面密封墊同樣的缺點，包括難于判斷精確的最終密封墊位置和不必要使用的處于密封面外的密封材料。
因此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種可精確地和容易地在連接件內(nèi)定中心的密封墊。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種密封墊在凸起的法蘭密封墊應(yīng)用中便于對密封墊予以初始定位和最終對準(zhǔn)。
本發(fā)明的這些和其它目的將從下列說明書的綜述中成為明顯的。發(fā)明的簡要說明本發(fā)明提供一種容易地和精確地定心的密封墊，在那里密封墊通過凸緣(法蘭)的凸起部分的外表面與凸起類型凸緣(法蘭)加以對準(zhǔn)，而不是通過裝置的螺栓作對準(zhǔn)的。
本發(fā)明的最佳結(jié)構(gòu)采用一具有一環(huán)形密封區(qū)和一個或多個從其中突伸出的延伸部的密封墊，以允許松動地附裝到末端裝配螺栓上。如此，可使用裝配螺栓而出現(xiàn)密封墊的初始松動裝配，并通過使密封區(qū)的外緣與管道的外表面的定中心而形成密封墊的最終精確定位。
密封墊被切割、模制或成形，以致其密封區(qū)的內(nèi)徑(ID)是和凸緣的ID一樣，密封區(qū)的外徑(OD)正好為凸緣(法蘭)的凸起部的OD。照這樣，通過使密封墊的密封區(qū)的外徑定位而與凸緣的凸出部分的外部對齊，密封墊的內(nèi)徑應(yīng)該精確地和管道的內(nèi)徑相符(一致)。因此，可提供一方便安裝和定心的密封墊，此密封墊適合需要管道內(nèi)的密封墊高精度定位要求的密封應(yīng)用。附圖的說明本發(fā)明的實施例當(dāng)與附圖結(jié)合從下列說明中應(yīng)成為顯而易見的。


圖1是所安裝在凸起法蘭內(nèi)的本發(fā)明的密封墊第一實施例且與其配合的凸起法蘭的前視圖；圖2是一沿圖1的2-2線所作的剖視圖；圖3是一沿圖1的3-3線所作的剖視圖；圖4是一本發(fā)明的密封墊的第一實施例的平面視圖；圖5是一本發(fā)明的密封墊的第二實施例的平面視圖；圖6是一本發(fā)明的密封墊的第三實施例的平面視圖；圖7是一本發(fā)明的密封墊的第四實施例的平面視圖。
本發(fā)明是一在各種密封場合中使用的改進(jìn)的密封墊，特別是在氣體或流體管道的密封凸起的法蘭連接件中使用的密封墊。
圖1至3表示一本發(fā)明的密封墊10，它安裝在凸起的法蘭連接件12上。連接件包括一流體管道14，該管道含有一內(nèi)表面16(或內(nèi)徑ID)和一外表面18(或外徑OD)；兩支撐板(墊板)20、22，它們適合于裝配在流體管道14的凸起的法蘭端24，26周圍且其中具有若干螺栓孔28；以及裝配螺栓30a、30b、30c、30d和一些裝配螺帽32a、32b、32c、32d，它們通過螺栓孔28加以裝配并彼此相對地推壓支撐板20，22。當(dāng)以所示方式裝配在一起后，流體管道14的法蘭端24、26提供兩個密封表面34，36，這些表面與密封墊10構(gòu)成不透流體的密封。
如已指出的那樣，將密封墊10安裝在這種類型的連接件上的困難在于在兩塊支撐板20、22之間將密封墊精確地定位。若采用一個密封墊，該封墊僅僅被安裝在密封表面34、36之間，因為沒有螺釘參與粗略的定位，這表明在裝配連接件12的同時要使密封件保持在適當(dāng)位置上是麻煩的。在另一方面，即使使用一大的環(huán)狀密封墊或全平面密封墊，在組裝過程中采用外螺栓30來保持初始位置情況下，螺栓30、法蘭螺栓孔28、支撐板20、22它們本身和/或密封螺栓孔的過量公差也使密封件在連接件內(nèi)(上)精確對準(zhǔn)有困難。
本發(fā)明的密封墊克服了以上這些缺陷。如圖4中所示的那樣，本發(fā)明的密封件10包括一環(huán)形密封區(qū)38，該密封區(qū)具有一與管道14的內(nèi)表面16在尺寸上接近或精確相當(dāng)?shù)膬?nèi)緣40并形成一中心開孔42，并且具有一外緣44，至少該外緣的弓形部分與在凸起法蘭端24、26上的管道14的外表面在尺寸上接近或精確相等。這種密封墊10能通過觸到支撐板20、22之間并使密封墊的外緣44與管道14的外表面均勻地對齊而易于在其中被放入連接件12內(nèi)的恰當(dāng)位置上對中心。
為有助于初始連接(件)裝配，密封墊10還包括一個或多個延伸部46a、46b、46c、46d，它們伸出密封區(qū)38并適合于附裝到使它們和連接件固定在一起的裝置。在圖解說明的實施例中，在各個延伸部上各自設(shè)有開孔48a、48b、48c和48d，用來把密封墊10附裝到螺栓30a、30b、30c、30d上。因為螺栓30僅用于密封墊的大致的、初始的定向，在不影響密封墊的精確安置的情況下，開孔尺寸可稍微大于螺栓30的尺寸。
本發(fā)明的密封墊安裝的方法從由開孔48所提供的初步對準(zhǔn)開始。一旦用手把密封墊壓緊，密封墊可通過使其外緣44與管道14的外表面18對準(zhǔn)而進(jìn)一步被對中。如果足夠間隔出現(xiàn)在支撐板20、22之間，這可用手工來調(diào)整；如果在支撐板20、22之間空間受到限制，那么可借助于具有扁平端的細(xì)長物件來調(diào)準(zhǔn)。小的校正量可從密封墊的所有側(cè)面來作修正直到密封墊被精確地對中為止。密封墊一旦處于其正確位置上，連接件就可通過扭轉(zhuǎn)螺栓30達(dá)到全(最大)密封壓力而完全地加以密封。
因此，本發(fā)明的密封墊10在凸起的法蘭密封墊應(yīng)用的初始安裝方便方面提供了全平面密封墊的好處，而在最終密封墊裝配前使得極精確的密封墊定心成為可能。這樣，可容易地提供通過管道的一平穩(wěn)的、不中斷的流量，使本發(fā)明的密封墊特別適用于一些靈敏密封操作。本發(fā)明的另一明顯優(yōu)點是關(guān)于在凸起的法蘭密封應(yīng)用中使用全平面密封墊，密封墊材料損失受到約束，用最小密封墊材料作為非密封應(yīng)用。
本發(fā)明的密封墊可與各種不同密封墊材料一起使用。最好是密封墊由已作切割、沖壓、模壓、機(jī)加工，或其它加工成形到所需尺寸的連續(xù)材料所制成。另一方面，密封墊可由兩種或兩種以上不同材料構(gòu)成，例如為密封區(qū)38提供一種材料和為延伸部46提供不同材料。某些材料可通過諸如利用粘合、連接(焊接)等的任一適用方法來加以結(jié)合成完整的密封墊10。
應(yīng)該認(rèn)識到因流體流動干擾對密封墊十分敏感的作用，材料應(yīng)在載荷下具有極小的變形或可預(yù)測變形，以防止材料膨脹或潛伸入管道14?？晒┍景l(fā)明使用的適宜材料包括聚四氟乙烯(PTFE)，多孔聚四氟乙烯，含有填充料、橡膠或其它合成橡膠的聚四氟乙烯或多孔聚四氟乙烯，非石棉板材、石墨板、復(fù)合板等。
本發(fā)明可以做成各種形狀和尺寸供不同用途的使用。舉例來說，可根據(jù)需要提供許多不同排列的延伸部46、而且在它們的數(shù)量、形狀和/或尺寸上也易于作變化。在圖5至7中示出了一些本發(fā)明的其它可能的實施例的例子。
在圖5所示的實施例中，所述的密封墊50具有一密封區(qū)52和一單個延伸部54。當(dāng)密封墊與可安裝到定心的上裝配螺栓上的單個延伸部54一起使用時，這個實施例可為密封墊的提供粗略定中心的基本上初始輔助，而可達(dá)到極少浪費的密封墊材料。
圖6表示一利用兩延伸部58a、58b的密封墊56?？梢哉J(rèn)為這個實施例在連接件組裝過程中可提供比單個延伸部更好的初始支承而與螺栓位置無關(guān)。此外，在這種設(shè)計中消耗(浪費)極少密封墊材料。在本實施例中的圓形延伸部也設(shè)計成使消耗的材料減至最少。
圖7表示一使用兩個延伸部62a、62b的另一實施例的密封墊60。這個實施例可用于需要多個延伸部的初始支承但是得以接近的所有螺栓都受到限制。另外，在這種情況下，在密封墊密封區(qū)64和延伸部62之間有著較穩(wěn)固和較寬的連接部以防止在操作和安裝期間可能的損壞。此外，延伸部62a、62b通常(遵循)支撐板(墊板)20、22的同樣的尺寸和幾何形狀以避免在極接近位置中所安裝和使用的其它設(shè)備、管道、或工具可能的干涉。
在圖4和7的各個實施例中，含有一個比其它的、稍長的延伸部(各為46b、62b)。這是一種標(biāo)明密封墊材料及制造商標(biāo)記或其它標(biāo)志的方便的措施。
應(yīng)該意識到盡管本發(fā)明所示的安裝在具有四個螺栓的法蘭連接件上，但是本發(fā)明實際上可與任一法蘭連接件或類似連接結(jié)構(gòu)一起使用。因此，本文中使用的術(shù)語”法蘭連接件”意味著包含具有可通過密封區(qū)外的螺栓、夾具或其它機(jī)構(gòu)(裝置)保持在一起的任何流體連接器。其它結(jié)構(gòu)的例子包括具有兩個、三個、六個、八個或八個以上螺栓的結(jié)構(gòu)。另外，應(yīng)該了解到所采用的螺栓的數(shù)量取決于所需的支承數(shù)量和所使用的密封墊的撓性，而未必取決于用于密封任一特定連接的總的螺栓數(shù)量。
雖然本發(fā)明的特有實施例已在本文中加以圖解表示和說明，但本發(fā)明將不限于這種圖示和說明。應(yīng)該明顯地看到一些改變和變化可作為本發(fā)明的一部分被包含和歸納在下列權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種插入流體管道的法蘭連接件中的密封墊，連接件上的管道包含一流體流過的內(nèi)徑、一形成在管道外的外徑和一位于內(nèi)徑和外徑之間的密封區(qū)，連接件可通過密封區(qū)外部并充分地與連接件隔開的裝置而被保持在一起，使得有可能接近連接件的外部，密封墊包括密封區(qū)具有一內(nèi)緣和一外緣，其中，內(nèi)緣形成一在尺寸上精確地相當(dāng)于管道的內(nèi)徑的中心開孔并且至少一外緣的弓形部分在尺寸上精確地相當(dāng)于管道的外徑；至少一延伸部，該延伸部伸出于適于附裝到連接上的密封區(qū)的外緣之外，以便在初始連接件裝配過程中使密封墊固定在適當(dāng)位置上；其中，密封墊在連接件中定中心，以便通過使外緣的相應(yīng)弓形部分與管道的外徑對齊而提供經(jīng)過流體管道的不中斷的流量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封墊，其特征在于使連接件保持在一起的裝置包括至少一螺栓；密封墊包含至少一延伸部，該延伸部突出于密封區(qū)的外緣以外并含有一開孔，螺栓可穿過開孔而裝配。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的密封墊，其特征在于密封區(qū)和延伸部由一連續(xù)材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封墊，其特征在于使連接件保持在一起的裝置包括安裝在連接件兩側(cè)、相互間隔安置的支撐環(huán)和多個裝配在支撐板之間的螺栓；密封墊包括多個突出于密封區(qū)的外緣之外的延伸部，每個延伸部含有一開孔，若干螺栓之一可安裝在開孔中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的密封墊，其特征在于密封區(qū)和延伸部由連續(xù)材料制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封墊，其特征在于密封墊包括一環(huán)形中心密封區(qū)和四個由此突出的矩形延伸部，每個延伸部包含至少一個在其內(nèi)的裝配孔。
7.一種密封流體管道中的連接件的密封墊，具有一內(nèi)表面和一外表面，該密封墊包括一適于精確地座落在流體管道的內(nèi)表面和外表面之間的密封區(qū)；至少一突出于密封區(qū)之外的延伸部，此延伸部包含一開孔，外裝配螺栓可穿過開孔而安裝其中，密封墊易于通過使密封區(qū)的外緣與流體管道的外表面對齊定位而便于在連接件內(nèi)部定中心。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的密封墊，其特征在于密封區(qū)和延伸部由一連續(xù)材料制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的密封墊，其特征在于它包括多個突出于密封區(qū)之外的延伸部，每個延伸部包括一開孔，裝配螺栓可通過開孔而安裝。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的密封墊，其特征在于密封區(qū)和延伸部由連續(xù)材料制成。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的密封墊，其特征在于密封墊包括一環(huán)狀中心密封區(qū)和至少兩個由此突出的延伸部，每個延伸部包括至少一在其內(nèi)的裝配孔。
12.一種在管道的兩段之間的法蘭連接件內(nèi)的密封墊定心方法，管道包含一內(nèi)表面和一外表面，連接件通過至少一個在管道外的并充分地與連接件隔開的螺栓而被保持在一起，以便有可能接近管道的外表面，方法包括提供一具有連續(xù)密封面的密封墊，密封面為一種管道的內(nèi)表面和外表面之間的精密配合；提供至少一個突出于密封墊的密封面之外的延伸部，延伸部包括一適宜于安裝螺栓開孔以使連接件保持在一起；把密封墊寬松地安裝在連接件內(nèi)；在延伸件的開孔中穿過螺栓；通過把密封區(qū)的外緣與管道的外表面均衡地對齊定位使密封墊精確地在連接件內(nèi)定中心；將連接件擰緊在一起以把密封墊固定在其中心位置。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括在密封墊上設(shè)有多個延伸部，每個延伸部包括適宜于安裝一在連接件上的多個裝配螺栓之一的開孔；通過將每個延伸部與相應(yīng)的裝配螺栓連接而把密封墊寬松地附裝到連接件內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于形成密封墊的密封區(qū)和延伸部由連續(xù)材料構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及易于安裝和定中心的密封墊，特別是有關(guān)適于供凸起法蘭連接件使用或類似應(yīng)用的密封墊。本發(fā)明的密封墊采取利用外部裝配螺栓的獨特結(jié)構(gòu)來促使在初始連接件組裝和切截外緣過程中使密封墊保持在適當(dāng)位置上以便為密封墊的最后精確定中心作準(zhǔn)備。由于其在裝配位置上的精度，本發(fā)明的密封墊可提供較緊的密封墊公差，因此較清潔層流可流過流體管道。
文檔編號F16L23/16GK1142865SQ94194992
公開日1997年2月12日 申請日期1994年10月19日 優(yōu)先權(quán)日1994年2月15日
發(fā)明者莉蓮E·溫納, 羅斯·肯尼迪·赫特爾 申請人:W·L·戈爾及同仁股份有限公司