密封装置和密封方法与流程

密封装置和密封方法相关申请的交叉引用本申请要求2013年11月26日提交的美国申请No.14/090307的权益，在此将该美国申请的全部内容通过参引的方式并入。

背景技术：
弹性体由于其密封至粗糙表面或包括缺陷的表面的能力而被普遍地用来将构件彼此密封。这种密封件的应用包括在地层井孔中、例如在碳氢化合物回收和二氧化碳封存行业中使用的管状系统。然而，这种密封件会在高温高压环境下以及在腐蚀性环境下劣化。因此，操作人员总是乐于接受克服了这些缺点的新型密封装置和密封装置。

技术实现要素：
本文公开了一种密封装置。该密封装置包括具有至少两个壁的本体，所述至少两个壁限定了腔，壁能够通过本体的膨胀与至少一个结构接合，并且石墨与本体和所述结构密封地接合并且被所述至少一个结构弹性压缩地保持在所述腔内。本文进一步公开了一种密封方法。该方法包括：在由本体的壁限定的腔内设置石墨；使本体膨胀；使至少一个结构与壁接合；使石墨膨胀；将石墨抵靠所述至少一个结构压缩；以及将石墨密封至所述至少一个结构和本体。附图说明下文的描述不应被理解为任何形式的限制。参照附图，相似的元件标号相似。图1描绘了本文公开的密封装置在密封位置时的局部截面图；图2描绘了图1的密封装置的实施方式在非密封位置时的局部截面图；图3描绘了图1的密封装置的替代性实施方式在非密封位置时的局部截面图；图4描绘了本文公开的替代性密封装置的局部截面图；图5描绘了本文公开的另一个替代性密封装置在非密封位置时的局部截面图；图6描绘了图5的密封装置在密封位置时的局部截面图；图7描绘了本文公开的密封装置的替代性实施方式的局部截面图，其中该密封装置的一部分以更大的放大图示出；图8描绘了所公开的密封装置的替代性实施方式的立体图，其中本体和外部结构被移除；以及图9描绘了处于不同位置的图8的实施方式的立体图。具体实施方式参照附图，通过例示而非限制的方式在此给出对所公开的装置和方法的一个或多个实施方式的详细描述。参照图1，本文公开的密封装置的实施方式用10指代。密封装置10包括定位在本体22中的腔18内的可膨胀石墨14，并且石墨14与靠近本体22中的开口30的结构26可密封地接合。石墨14能够响应于环境的特定变化例如温度变化而在体积方面膨胀。石墨14的体积膨胀导致其被迫与本体22的壁34接合并且被迫与结构26的表面38接合。石墨14能够变形，从而顺应于表面38中的谷部42、峰部46和其他缺陷，由此在该过程中建立起石墨14与结构26之间的密封。石墨14还密封至本体22的壁34，因而使得本体22与结构26可密封地接合。石墨14构造成在小于弹性变形载荷的载荷下塑性变形。并且，正是由于塑性变形而使石墨14能够与表面38一致并与表面38形成密封。处于其膨胀状态的石墨14是可压缩的，因此具有弹性。该弹性使得石墨14能够保持对本体22和结构26加载并且保持密封至本体22和结构26，即使在腔18的容积发生变化时仍然如此。在腔18内可以设置可选的第二压缩构件50，该第二压缩构件50也是弹性的并且因此向石墨14提供附加的压缩力。尽管能够想到其他的实施方式，但本实施方式中弹性构件50是管形箍，在该管形箍内密封有可压缩流体54。当弹性构件50上的力使最初为圆形的截面形状变得扁平时，可压缩流体54的体积的减小导致其中的压力弹性地增大。参照图2，示出了在石墨14与结构26密封地接合之前位置的、密封装置10的实施方式。在该实施方式中，结构26是管件，仅仅示出了四分之一截面的一小部分。在这种情况下，结构26的表面38是管件26的内部径向表面。第二管件58径向地定位在结构26内并且与结构26基本同心。第二管件58的外部径向表面62具有斜坡部66，斜坡部66为截头圆锥形，因而外斜坡部66的径向尺寸朝图的右侧增大。本体22——当在图中向右移动时——具有内部径向面70，内部径向面70与表面62接合并且在向右的运动继续时径向地膨胀。本体22的壁74——其在本实施方式中与面70基本垂直——也在本体22相对于斜坡部66移动时径向地扩大。在获得充分的径向扩大之后，壁74与结构26的表面38接合，从而包围住腔18并且封住腔18内的石墨14，同时允许流体或气体逸出。石墨14的体积膨胀导致其填充腔18并且产生抵靠表面38的压缩力。这些压缩力足以使石墨14与表面38密封地接合，即使在表面38包括前面参照图1所论述的谷部42和峰部46时仍然如此。应当注意，在壁74与结构26接合之前，腔18的容积随着本体22的径向尺寸增大而增大。石墨14的膨胀被选择为大于腔18的体积增大，因此石墨14能够填充尺寸增大了的腔18。事实上，石墨14的体积能够膨胀大约50％至200％。参照图3，示出了在石墨14与结构26密封地接合之前位置的、密封装置10的替代性实施方式。该实施方式类似于图2的实施方式，主要区别在于本实施方式中的石墨14在本体22沿着斜坡部66移动成与表面38接合之前发生膨胀。在本实施方式中，当石墨14在壁74与表面38接触之前接触表面38时，一部分石墨14可能被“刮擦”到腔18之外。这种情况不会改变本实施方式的功能，因为在本体22与结构26接合之前，将有足够多的石墨14通过与表面38接触而被径向压缩到腔18中，从而在石墨14中产生足以导致石墨14密封于表面38和本体22两者的弹性力。其他实施方式(未示出)可以结合图2和图3的元件，石墨14可以在壁74与表面38接合之前和之后都膨胀。参照图4，本文公开的密封装置的替代性实施方式用110指代。密封装置110不同于密封装置10之处在于，限定了包含石墨14的腔118的本体122具有两个开口130。其中一个开口130以与前面描述的实施方式类似的方式面向径向向外的方向，并且其中一个开口130面向径向向内的方向。由于腔118内的石墨14的体积压缩而导致的弹性力使得石墨14除了与本体122的壁174密封地接合之外还与第二管件58的表面38和外部径向表面62密封地接合。注意，在本实施方式中，压缩力仅由石墨14产生，这是因为没有使用第二弹性构件50。另外，本体122的结构构件132(用虚线示出了其中一个)延伸穿过石墨14，同时保持两个壁174隔开固定的距离而不会不利地影响密封装置10的功能。参照图5和图6，本文公开的密封装置的替代性实施方式用210指代。密封装置210包括两个结构226、258，结构226、258能够通过本体222和可膨胀石墨14彼此密封。本体222限定了容纳石墨14的腔218。本体222包括开口230，开口230通过本体222的壁274与表面238的接合而被封闭；在本实施方式中，表面238是作为第一结构226的管件的内部径向表面。本体222的两个截头圆锥状定向的腿部224中的至少一个与第二结构258的外部径向表面262滑动地接合。腿部224的朝向彼此纵向移动的端部228导致壁274径向向外移动，直至壁274与表面238可接合地接触，从而将石墨14封在腔218内。如图5所示的石墨14(处于非密封位置II已经发生了体积膨胀，使得其一部分延伸穿过开口230并且延伸到腔218之外。使两个腿部224同时移动能够导致石墨14径向移动成与表面238仅发生接触，从而避免否则在腔218的封闭期间如果石墨14与表面238之间存在相对纵向移动的情况下将出现的石墨14与表面238的任何刮擦。上述设置使得石墨14能够随着壁274变为与表面238接合而变为被直接径向压缩到腔218中，如图6所示。应当注意，尽管石墨14在被封在腔218内之前发生膨胀，如图5中显而易见的，但石墨14也可以在腔218已经被表面238封住之后膨胀，如图2所示的实施方式中进行的那样。参照图7，本文公开的密封装置的替代性实施方式的截面用310指代，其中所示的一小部分被放大。密封装置310与前述实施方式中的密封装置的主要区别在于，本实施方式中的石墨14是多个条块316的形式。条块316定位在本体22、122、222的腔18、118、218中，使得在条块316的沿最小尺寸方向的相反两侧上的面320抵接周向相邻的条块316上的面320。因此，条块316以这种方式被叠置，因此基本上填充腔18、118、218的整个三百六十度。参照图8和图9，本文公开的密封装置的另一个替代性实施方式用410指代。装置410与装置310类似，主要区别在于石墨14的条块416的形状。在本实施方式中，相对的表面420不像装置310中那样彼此180度正对，而是形成一定的角度，使得纵向穿过其中一个条块416截取的截面大致形成梯形。另外，沿着腔18、118、218分布的每隔一个条块420相对于其相邻的两个条块翻转180度。这种定向使得面420在条块径向向外移动例如沿着管件458的斜坡部466移动时能够保持彼此抵接。在面420径向向外移动的同时允许面420保持抵接可以允许在相邻的条块416之间实现密封同时使得条块416的变形较小。在本文公开的一些实施方式中，所用的石墨14是可膨胀石墨。可用作石墨14的可膨胀石墨的一个示例在转让给与本申请相同的受让人的2013年11月5日提交的共同未决的美国专利申请No.14/072016中进行了公开，该美国专利申请的全部内容通过参引的方式并入本文。尽管已经参照一个或多个示例性实施方式描述了本发明，但本领域普通技术人员将理解的是，可以进行各种变化，并且可以用等同元件来替代本发明的元件，这些都不偏离本发明的范围。此外，可以进行很多改型以使特定的情形或材料适于本发明的教导，这并不偏离本发明的实质范围。因此，无意使本发明局限于所公开的作为设计成用于执行本发明的最佳模式的特定实施方式，而是本发明将包括落在权利要求的范围内的所有实施方式。另外，在附图和说明书中，已经公开了本发明的示例性实施方式，尽管可能使用了特定的术语，但除非另有说明，否则这些术语仅在一般的描述性意义上使用，并不用于限制的目的，本发明的范围因此不受此限制。另外，术语“第一”、“第二”等的使用不表示任何顺序或重要意义，术语“第一”、“第二”等用来将元件彼此区分。此外，术语“一”等的使用不表示对数量的限制，而是表示存在所指项目中的至少一个。