螺旋缠绕式衬垫的制作方法

文档序号:8476532阅读:654来源:国知局
螺旋缠绕式衬垫的制作方法
【专利说明】螺旋缠绕式衬垫
[0001]相关专利申请的交叉引用
[0002]本专利申请要求以下优先权:在2012年10月4日提交的标题为“螺旋缠绕式衬垫” (Spiral Wound Gasket)的美国专利申请号13/645,320,它是2011年10月4日提交的标题为“极端温度衬垫及其制造方法”(Extreme Temperature Gasket and Method ofMaking the Same)的美国专利申请号13/252,718的部分延续案;并且是2011年10月4日提交的标题为“极端温度衬垫及其制造方法”(Extreme Temperature Gasket and Methodof Making the Same)的美国专利申请号13/252,788的部分延续案;并要求2010年10月20号提交的标题为“极端温度衬垫及其制造方法”(Extreme Temperature Gasket andMethod of Making the Same)的美国临时专利申请号61/405,038的权益;以及要求2012年9月19日提交的标题为“螺旋缠绕式衬垫”(Spiral Wound Gasket)的美国临时申请号61/703,121的权益。这些申请的内容在此通过引用以其整体并入本文。
【背景技术】
[0003]在用于输送不同压力和温度下的各种液体和气体的装配中,螺旋缠绕式衬垫通常被用于提供在相对的管法兰之间的密封。螺旋缠绕式衬垫包括弹性密封元件,其由金属带和缠绕填充材料的交替层形成。在各种应用中,通常由碳钢形成的外导向环,从密封元件径向地延伸,并且被标定尺寸,以防止密封元件的过压缩。通常情况下,典型地由碳钢形成的内导向环,从内周径向地向内延伸,以防止屈曲。
[0004]螺旋缠绕式衬垫的共同区别因素是用于不同应用的缠绕填充材料的类型。相对较软的缠绕填充材料一般是在衬垫中“最弱”的连接,尤其是当应用温度上升时。高温缠绕填充材料的例子包括:石棉;云母;蛭石;和化学或热膨胀蛭石(如耐热固力特)。通常,这些缠绕填充材料是脆性的或尘状的,由于它们缺乏有机物以赋予较低温度密封材料的弹性性能,这趋于更“粘”并粘在一起,但可赋予更大的密封特性和密封完整性。
[0005]当较低温度的缠绕填充材料被缠绕有金属的交替层,他们有时从金属层之间挤出以形成可压缩材料层,其有助于对相对的法兰面密封。用于螺旋缠绕式衬垫的常见的较低温度填料材料是石墨。石墨在常见的温度高达约850° F的应用中表现良好,在该点温度,它趋于氧化且不断损失质量。石墨也不能在被归类为强氧化剂,如熔盐,的介质中使用。这不利地影响衬垫的密封能力。因此,石墨螺旋缠绕不适合于在氧化环境中连续温度高于850° F的应用,或扩展温度突袭高于900° F。
[0006]当较高温度的缠绕填充材料被缠绕时,它们与较低温度填料类似地挤出。当前的高温缠绕填充材料具有两个主要问题。挤出的缠绕填充材料通常剥落而不形成良好的密封层,或填料配方被设计为保持衬垫的完整性,而不是有效地密封介质。高纤维含量填充材料是由于填料配方具有高完整性但密封性差的材料的一个例子。因此,大部分高温密封材料缺乏有效密封目标介质的首要功能。使这一问题加剧的是,由于高温填料的差的密封能力,目前的螺旋缠绕衬垫在提高的泄漏率下操作,并且这降低了系统的效率,产生热点,并且是潜在的基于应用的健康问题。密封效果的成本效益的改善是在高温应用中利用螺旋缠绕式衬垫的许多行业所需要的。

【发明内容】

[0007]本
【发明内容】
被提供用于引入简化形式的概念选择,其在后面的【具体实施方式】中将会被进一步阐述。本
【发明内容】
,以及前述的【背景技术】,并非意图确定所要求主题的关键方面或基本方面。另外,本
【发明内容】
并非意图用作辅助确定所要求主题。
[0008]螺旋缠绕式衬垫的实施方式包括弹性密封元件,其包括金属带和缠绕填充材料的螺旋缠绕的交替层。在一些应用中,螺旋缠绕式衬垫被提供为仅包括该密封元件。在其它应用中,螺旋缠绕式衬垫的实施方式将包括外导向环,其从密封元件的外周径向地向外延伸。螺旋缠绕式衬垫的一些实施方式将包括内导向环,其从密封元件的内周径向地向内延伸。螺旋缠绕式衬垫的各种应用可能需要使用外导向环和内导向环中的任一个或两者。
[0009]密封元件包括弹性螺旋芯,它是由被缠绕成叠加匝的螺旋的细长金属带制成。在一些实施方式中,金属带的螺旋缠绕将金属带的相邻匝以彼此间隔的关系放置,以限定金属带的侧面部分之间的间隙。在各种实施方式中,间隙至少基本上被填充了与金属带有交替、重叠的关系的弹性缠绕填充材料。
[0010]缠绕填充材料的一些实施方式使用按重量计算范围从60%至90%的滑石作为无机填料。用于缠绕填充材料的一些这样的实施方式的无机纤维含量为按重量计算从1%至14%。类似地,用于缠绕填充材料的实施方式的有机粘合剂含量按重量计算为从1%至
[0011]在其它实施方式中,该缠绕填充材料包括亚微米尺度的滑石微粒,其包括缠绕填充材料的75至90wt% (重量百分比)。无机纤维可以是缠绕填充材料16的从5至20wt%,以及可以包括硅酸纤维。粘合剂可以是胶乳乳液,并且可以缠绕填充材料的l_5wt%存在于缠绕填充材料中。缠绕填充材料还可包含添加剂,诸如絮凝剂和消泡剂。在一些实施方式中,缠绕填充材料中存在的有机材料的量被限制为少于缠绕填充材料的5wt%。
[0012]在一些实施方式中,提供了制备上述缠绕填充材料的方法,所述方法通常包括制备滑石浆料,使用该滑石浆料制备片浆料,从该片浆料形成预压实(pre-densified)的衬垫片,和将所述衬垫片压实以形成缠绕填充材料。在本文中还公开了制备缠绕填充材料的其它方法。
[0013]螺旋缠绕式衬垫的各种实施方式包括面材料的一个或多个层,其可以被固定在密封元件的一个或两个轴向面。在各种实施方式中,面材料的各层通过有机粘合剂,诸如各种喷淋胶粘剂中的一种,与轴向面固定。然而,其它的固定方法,包括机械压配合和封装是可以考虑的。一些实施方式使用由如上所述的填料材料相同的材料形成的面材料的层。
[0014]在至少一个实施方式中,螺旋缠绕式衬垫包括弹性密封元件,其包括金属带的螺旋缠绕的交替层,以限定弹性螺旋芯。然而,在金属带的层之间没有设置缠绕填充金属。在各种应用中,螺旋缠绕式衬垫可能需要使用外导向环和内导向环中的任一、两者或两者都不使用。面材料的层可以被固定到密封元件的一个或两个轴向面。
[0015]本系统和方法的这些和其它方面在考虑本文所述的详细描述和附图之后将是明显的。
【附图说明】
[0016]参考附图描述本发明的非限制性和非穷尽性实施方式,包括优选实施方式,其中除非另外指明,在各附图通篇中类似的附图标记指代类似部件。
[0017]图1示出了本技术的螺旋缠绕式衬垫的实施方式的透视图,其中面材料被设置。
[0018]图2示出了图1所示的螺旋缠绕式衬垫的横截面视图。
[0019]图3示出了本技术的螺旋缠绕式衬垫的另一实施方式的透视图,其中没有内环和外环被设置在衬垫缠绕物的内周和外周表面处。
[0020]图4示出了本技术的螺旋缠绕式衬垫的另一实施方式的透视图,其中没有面材料被设置在衬垫缠绕物的相对的轴向面上。
[0021]图5示出了本技术的螺旋缠绕式衬垫的另一实施方式的横截面视图,其中,没有填料材料被使用在衬垫的金属缠绕物之间。
[0022]图6示出了在工作温度的不同螺旋缠绕式衬垫的密封性的比较试验数据。
[0023]图7示出了样品数据展示了在本技术的面材料的实施方式的配方中,抗拉强度和密封性是纤维含量的函数。
【具体实施方式】
[0024]以下参照附图对实施方式进行更充分的描述,该附图构成本申请的一部分并且示例性地显示了具体的示例性实施方式。对这些实施方式进行了充分具体的公开,使得本领域技术人员能够实施该技术。然而,这些实施方式可通过许多不同方式实现,并且不应解释为被本文给出的实施方式所限制。因此,以下具体描述不应理解为限制性的。
[0025]参考图1-4,螺旋缠绕式衬垫10的实施方式被描述。螺旋缠绕式衬垫10的各种实施方式将包括弹性密封元件12,其包括金属带14和缠绕填充材料16的螺旋缠绕的交替层。在一些应用中,如在图3中所描述的,螺旋缠绕式衬垫10的实施方式被提供为仅包括该密封元件12。在其它应用中,螺旋缠绕式衬垫10的实施方式将包括外导向环18,其从密封元件12的外周径向地向外延伸。螺旋缠绕式衬垫10的一些实施方式将包括内导向环20,其从密封元件12的内周径向地向内延伸。可以预期的是螺旋缠绕式衬垫的各种应用可能需要使用外导向环18或内导向环20中的任一个或两者。不论构成组件如何,本技术的螺旋缠绕式衬垫可以提供任何特定应用期望的尺寸和形状。
[0026]密封元件12的各种实施方式包括弹性螺旋芯15,它是由被缠绕成叠加匝的螺旋的细长金属带14制成。在一些实施方式中,金属带14形成包括中间的波峰22,其限定了在相对的侧面部分20之间的脊状物。该金属带14的螺旋缠绕将金属带14的相邻匝以彼此间隔的关系放置,以限定金属带14的侧面部分26之间的间隙24。在图1和2中描绘的实施方式中,金属带14的厚度是大约0.007英寸;然而,该金属带14的厚度范围可以从约0.006英寸至约0.008英寸厚。金属带14的宽度将根据应用而变化。各种实施方式将使用由316不锈钢形成的金属带14。然而,其它金属材料,如铬镍铁合金,或者其它具有较高温度或耐化学腐蚀的冶金材料也可以被使用,这取决于所需的应用和制造成本的限制。
[0027]在各种实施方式中,间隙24被至少基本上填充满与金属带有交替、重叠的关系的弹性缠绕填充材料16。根据螺旋缠绕式衬垫10所需的应用,缠绕填充材料16可被提供有填料、纤维和粘合剂的各种比例。
[0028]一般地,缠绕填充材料16的实施方式使用范围从按重量计算60%至90%的滑石作为无机填料。用于缠绕填充材料16的一些这样的实施方式的无机纤维含量为按重量计算1%至14%。类似地,用于缠绕填充材料16的实施方式的有机粘合剂含量为按重量计算I %至8 %。缠绕填充材料1
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