NL8203028A

NL8203028A - SEALING DEVICE.

Info

Publication number: NL8203028A
Application number: NL8203028A
Authority: NL
Original assignee: Smith International
Priority date: 1981-07-31
Filing date: 1982-07-29
Publication date: 1983-02-16
Also published as: JPS5828082A; CA1172667A; FR2510711B1; GB2103310A; JPH0210313B2; GB2103310B; DE3228583A1; FR2510711A1; DE3228583C2

Description

i - 1 - ί N/31.061-dV/kvni - 1 - ί N / 31,061-dV / kvn

AfdichtingsinrichtingSealing device

De uitvinding heeft betrekking op een afdichtingsinrichting voor toepassing bij hoge druk en variSrende tern-peratuur voor het vormen van een afdichting tussen de wanden van een axiaal beweegbare klepsteel en een de klepsteel om-5 ringende pakkingbus, welke een poort in zijn bodem bezit, waar de klepsteel doorheen tot buiten de pakkingbus loopt.The invention relates to a sealing device for use at high pressure and varying temperature for forming a seal between the walls of an axially movable valve stem and a stuffing box surrounding the valve stem, which has a port in its bottom, where the valve stem runs out of the stuffing box.

De klep, waarbij de afdichtingsinrichting volgens de uitvinding kan worden toegepast is van het hoge druk, hoge temperatuur schuifkleptype met gebalanceerde omhooglopende 10 steel, zoals bijvoorbeeld beschreven in de Amerikaanse oc-trooi-aanvragen 833.684 en 697.084.The valve in which the sealing device according to the invention can be used is of the high pressure, high temperature slide valve type with balanced upward stem, as described, for example, in United States Patent Applications 833,684 and 697,084.

Het steel-afdichtingsorgaan volgens de onderhavige uitvinding staat in verband met het steel-afdichtingsorgaan volgens de bovengenoemde octrooi-aanvrage 697.084.The stem sealing member of the present invention is associated with the stem sealing member of the above-mentioned patent application 697,084.

15 In de olie- en gasindustrie worden putten geboord met steeds hogere putgat-temperaturen en drukken, waarbij soms in "zure" gasvelden wordt gewerkt, waarbij het put-fluldum relatief hoge percentages bevat. Er zijn de laat-ste tijd afdichtingen ontwikkeld voor olieveldkleppen en put-20 monden, welke relatief goed bestand zijn tegen de aantasting door de gecombineerde invloed van een hogere druk en temperatuur. en het corroderende putfluldum, zoals I^S.In the oil and gas industry, wells are drilled at progressively higher wellhole temperatures and pressures, sometimes operating in "acidic" gas fields, the well fluid containing relatively high percentages. Seals have recently been developed for oilfield valves and wellheads, which are relatively resistant to attack due to the combined influence of higher pressure and temperature. and the corroding well fluid, such as I 2 S.

Volgens het Amerikaanse octrooischrift 4.056.272, waarnaar hier wordt verwezen, is een statische afdichting 25 aangebracht tussen een putmond en een hierin ondersteunde pijphanger, welke afdichting is voorzien van een paar afge-knot-kegelvormige elastische metalen ringpakkingen met een althans nagenoeg rechthoekige dwarsdoorsnede, welke plat worden gedrukt door een borgschroef en drukring en zodanig wor-30 den belast, totdat de randen van de metalen ringpakkingen plastisch gaan vloeien of "smeden" tot een metaal-metaal-afdichtingscontact met de parallelle cylindrische wanden van de putmond en de pijphanger. Bij deze statische afdichting is een vervormbare ring met een in eerste instantie ongeveer 35 trapeziumvormige dwarsdoorsnede, welke bijvoorbeeld is ver-vaardigd uit teflon, polyurethaan of rubber, aangebracht tussen de metalen ringpakkingen en wordt deze samengedrukt bij 8203028 ^ - 2 - het vlakmaken van de metalen ringpakkingen tot een recht-hoekige dwarsdoorsnedevorm, waarbij de vervormbare ring in aanraking komt met de wanden van de putmond en de pijphanger. De vervormbare ring van deze statische afdichting dient als 5 een backup-afdichting voor de metalen ringpakkingen voor het geval dat een niet geheel perfecte afdichting door de meta-. len ringpakkingen wordt bereikt, bijvoorbeeld doordat kras-sen of machinemerktekens in de putmond of op de pijphanger aanwezig zijn. De vervormbare ring zal in deze krassen of 10 machinemerktekens vloeien en deze afdichten.According to U.S. Pat. No. 4,056,272, to which reference is made herein, a static seal 25 is disposed between a wellhead and a pipe hanger supported therein, which seal includes a pair of truncated conical elastic metal ring gaskets of at least substantially rectangular cross section, which are flattened by a locking screw and pressure washer and are loaded until the edges of the metal ring gaskets flow plastically or "forge" into a metal-metal seal contact with the parallel cylindrical walls of the wellhead and pipe hanger. In this static seal, a deformable ring of initially about 35 trapezoidal cross-section made, for example, of Teflon, polyurethane or rubber, is interposed between the metal ring gaskets and is compressed at 8203028 ^ - 2 - flattening the metal ring gaskets to a rectangular cross-sectional shape, where the deformable ring contacts the wellhead walls and pipe hanger. The deformable ring of this static seal serves as a backup seal for the metal ring gaskets in case an imperfect seal through the meta. Ring gaskets are achieved, for example, because scratches or machine marks are present in the wellhead or on the pipe hanger. The deformable ring will flow into and seal these scratches or 10 machine marks.

Een bekende afdichting, die zowel voor een dynami-sche als een statische afdichting tussen de steel van een klep en het kleplichaam of de kap wordt toegepast, maakt ge-bruik van afgeknot-kegelvormige elastische metalen ringpak-15 kingen met een rechthoekige dwarsdoorsnede, die in een pak-kingbus om de steel zijn aangebracht, waarbij sasdwlchrin'gen van een meer meegevend materiaal tussen de elastische metalen ringpakkingen zijn aangebracht. De redenen voor de elastische uitvoering van de metalen ringpakkingen, overeenkom-20 stig aan de Belleville-veren, hoewel zij niet uit.. veerstaal maar uit een zachter materiaal zijn vervaardigd, bestaan o.a. hierin, dat (1) de pakkingen een grotere binnendiameter en een kleinere buitendiameter hebben in onbelaste toestand, zodat de afdichtingseenheid gemakkelijk in en uit de pakking-25 bus kan worden genomen zonder dat grote wrijving optreedt tussen de klepsteel of de pakkingbus; (2) de pakkingen zul-len hun aangrijping onder spanning met de steel en de pakkingbus .tijdens het gebruik van de klep behouden, ondanks geringe wijzigingen in de klepafmetingen ten gevolge van 30 bijvoorbeeld temperatuur- en drukvariaties, welke de vervor-ming of spanning op de pakkingen, die in eerste instantie worden opgewekt door het aandraaien van de pakkingvasthouder, enigszins zouden kunnen wijzigen. Met andere woorden, de pakkingen moeten elastisch zijn om hun voorbelasting te be-35 houden.A known seal, which is used both for a dynamic and a static seal between the stem of a valve and the valve body or cap, uses frusto-conical elastic metal ring packings with a rectangular cross section, which are fitted around the stem in a packing sleeve, with flexible materials of a more compliant material sandwiched between the elastic metal ring packings. The reasons for the elastic design of the metal ring gaskets, similar to the Belleville springs, although they are not made of spring steel but of a softer material, include the fact that (1) the gaskets have a larger inner diameter and have a smaller outer diameter in the unloaded state, so that the sealing unit can be easily taken in and out of the stuffing box without great friction occurring between the valve stem or the stuffing box; (2) the gaskets will retain their engagement with the stem and stuffing box under tension during valve use, despite slight changes in valve size due to, for example, temperature and pressure variations, which deform or stress on the gaskets, which are initially generated by tightening the gasket retainer, could change slightly. In other words, the gaskets must be elastic to maintain their preload.

De bovengenoemde klepsteelafdichting is beschreven in de bovengenoemde Amerikaanse octrooi-aanvrage 697.084 en in een ASME-artikel, getiteld "Seals for Valve Stems and Wellheads in High Pressure - High Temperature Service" door 8203028 #·’ * <1 •v - 3 - H.D.·Morrill en C.W. Meyer, dat is geschreven voor een con-ferentie in Mexico City, 19-24 September, 1976. De hierin-be-schreven afdichting wordt samengedrukt door een van schroef-draad voorziene pakkingvasthouder of -drukstuk, zodat de me-5 talen ringpakkingen plat worden gemaakt en hun binnen- en buitenomtreksranden worden vervormd of "gesmeed" tot een me-taal-metaalafdichtingscontact met het buitenoppervlak van de klepsteel en de wanden van de pakkingbus. De sandwichringen tussen de metalen ringpakkingen worden eveneens vervormd 10 door het samendrukken van de afdichting, zodat deze zich aan-past aan de vorm van de metalen ringpakkingen en in aangrij-ping komt met de steel en de pakkingbus. De pakkingringen dienen derhalve enigszins elastisch te zijn. De beginvervor-ming zal gewoonlijk tot gevolg hebben, dat de sandwichringen 15 een permanente beginvorm aannemen, doch zij zullen enigszins elastisch blijven. Als materialen, die bij dergelijke afdich-tingen voor de sandwichringen kunnen worden toegepast, kun-nen worden genoemd fluorkunststoffen, bijvoorbeeld tetra-fluorethyleenpolymeer en grafietmaterialen. Als materiaal is 20 ook gebruikt tetrafluorethyleenpolymeer, dat is gevuld met tot 15% molybdeendisulfide.The aforementioned valve stem seal is described in the aforementioned U.S. Patent Application 697,084 and in an ASME article entitled "Seals for Valve Stems and Wellheads in High Pressure - High Temperature Service" by 8203028 # · '* <1 • v - 3 - HD Morrill and CW Meyer, written for a conference in Mexico City, September 19-24, 1976. The seal described herein is compressed by a threaded gasket retainer or gland so that the metal ring gaskets are flat and their inner and outer peripheral edges are deformed or "forged" into a metal-metal sealing contact with the outer surface of the valve stem and the stuffing box walls. The sandwich rings between the metal ring gaskets are also deformed by compressing the seal so that it conforms to the shape of the metal ring gaskets and engages the stem and stuffing box. The packing rings should therefore be somewhat elastic. The initial deformation will usually cause the sandwich rings 15 to take a permanent initial shape, but they will remain somewhat elastic. As materials that can be used with such sandwich ring seals, there may be mentioned fluorine plastics, for example tetrafluoroethylene polymer and graphite materials. Tetrafluoroethylene polymer, which is filled with up to 15% molybdenum disulfide, has also been used as material.

De sandwichringen van de zojuist beschreven klep-steelafdichting vormen dynamische afdichtingen, die in hoofd-zaak gedurende de steelbeweging werkzaam zijn als afdichting 25 tussen de metalen ringpakkingen en de steel, als de metalen ringpakkingen worden verstoord door de beweging van de steel. Dergelijke sandwichringen vertonen tevens de neiging de con-tactzone tussen de steel en de metalen ringpakkingen te sme- · ren door enigszins op de steel af te geven,zodat de wrijving 30 tussen de_steel en de metalen ringpakkingen wordt verkleind.The sandwich rings of the valve stem seal just described form dynamic seals which act substantially as a seal between the metal ring packings and the stem during stem movement if the metal ring packings are disturbed by movement of the stem. Such sandwich rings also tend to lubricate the contact zone between the stem and the metal ring packings by releasing slightly onto the stem, thereby reducing the friction between the stem and the metal ring packings.

De sandwichringen zijn tevens smerend, ten einde de wrijving tussen de steel en de sandwichringen en tussen de sandwichringen en de metalen ringpakkingen te verkleinen. De sandwichringen werken verder als backup-afdichting voor de meta -35 len ringpakkingen op dezelfde wijze als de vervormbare rin- * gen bij de afdichting volgens het Amerikaanse octrooischrift 4.056.272, doordat zij in de eventuele krassen of machine-r merktekens op de steel vloeien en deze afdichten.The sandwich rings are also lubricating in order to reduce the friction between the stem and the sandwich rings and between the sandwich rings and the metal ring gaskets. The sandwich rings further act as a backup seal for the metal ring gaskets in the same manner as the deformable rings in the seal of U.S. Pat. No. 4,056,272 in that they have any scratches or machine marks on the stem. flow and seal it.

8203028 ♦ * - 4 -8203028 ♦ * - 4 -

De uitvinding beoogt een verbeterde inrichting van de in de aanhef genoemde soort te verschaffen.The object of the invention is to provide an improved device of the type mentioned in the preamble.

Een uitvoeringsvorm van de hierboven beschreven steelafdichting is voorzien van drie metalen ringpakkingen 5 en twee sandwichringen, die hiertussen zijn aangebracht, welke afdichting bekend staat als een "SMT"-type afdichting. Dit type afdichting blijkt een bevredigende steelafdichting te verschaffen voor kleppen met een werkdruk tot 5 1,75.10 kPa bij temperaturen van -29°·- 149°C.An embodiment of the stem seal described above includes three metal ring gaskets 5 and two sandwich rings disposed between them, which seal is known as an "SMT" type seal. This type of seal has been found to provide a satisfactory stem seal for valves with an operating pressure of up to 1.75 x 10 kPa at temperatures of -29 ° - 149 ° C.

5 10 Bij kleppen met een werkdruk tot 2,07.10 kPa of meer zal het SMT-type afdichting echter niet altijd een bevredigende afdichting van de klepsteel verschaffen onder de omstandigheden, die tijdens bedrijf kunnen optreden. Alleen grafietmateriaal bijvoorbeeld is niet gewenst voor het 15 SMT-type steelafdichting voor kleppen van deze drukklasse, omdat dergelijke materialen de neiging vertonen langs de metalen ringpakkingen te worden geperst bij het vlakmaken van de pakking voor het in werking stellen van de afdichting, aangezien het grafiet begint te extruderen voordat de pak-20 kingen in voldoende mate vlak zijn gemaakt om een afdichting met de klepsteel en de pakkingbus te vormen. Bovendien ver-toont grafietmateriaal de eigenschap dat het wegslijt of weg-erodeert door de beweging van de klepsteel, waarbij het grafiet op de steel wordt afgezet en door de steel langs de 25 pakkingen tot buiten de pakkingbus wordt getransporteerd. Een dergelijke extrusie en wegslijten van het grafietmateriaal 5 bin een bedrijfsdruk van 2,07.10 kPa kan leiden tot een lekkage van het putfluldum langs de afdichting en tot de noodzakelijke vervanging van de grafietring.However, for valves with an operating pressure of up to 2.07.10 kPa or more, the SMT type seal will not always provide a satisfactory valve stem seal under the conditions that may arise during operation. For example, only graphite material is not desirable for the SMT type stem seal for valves of this pressure class, because such materials tend to be pressed along the metal ring gaskets when flattening the gasket to actuate the seal, since the graphite begins to extrude before the packings are flattened sufficiently to form a seal with the valve stem and stuffing box. In addition, graphite material exhibits the property of wearing or eroding due to the movement of the valve stem, depositing the graphite on the stem and transporting it out of the stuffing box along the packings. Such extrusion and wear of the graphite material within an operating pressure of 2.07.10 kPa can lead to a leakage of the well fluid along the seal and the necessary replacement of the graphite ring.

30 Ook tetrafluorethyleenpolymeer (TFE) materiaal al leen of een dergelijk materiaal met M0S2 als toeslag, is niet geschikt voor een SMT-type steelafdichting voor kleppen voor 5 een druk van 2,07.10 kPa, omdat een dergelijk materiaal niet altijd een volledige afdichting bij een dergelijke druk kan 35 handhaven, als de klep een vari§rende temperatuur ondergaat. Een klep op een olieveld, waar een fluldum onder hoge druk doorheen kan stromen vanuit een diepe put kan door het fluldum worden verwarmd tot een temperatuur van ongeveer 149°C. Als de doorstroming van het putfluldum door de klep stopt, 8203028 - 5 - ? t *r bijvoorbeeld als de put wordt afgesloten, kan de klep af-koelen tot de omgevingstemperatuur van bijvoorbeeld 21 °C, terwijl als de put weer wordt geopend en het putfluldum weer begint te stromen, de klep weer zal opwarmen tot 149°C. De 5 kleptemperatuur varieert derhalve tussen ongeveer 21 °C en 149°C. Een klepsteelafdichting moet doorlopend bij elke tem-peratuur en bij elk temperatuurvariatie, waaraan de klep tijdens bedrijf wordt blootgesteld/ volledig dicht blijven.Also, tetrafluoroethylene polymer (TFE) material alone, or a similar material with M0S2 as an additive, is not suitable for an SMT-type valve stem seal for a pressure of 2.07.10 kPa, because such a material does not always provide a complete seal at a such pressure can maintain when the valve undergoes a varying temperature. A valve on an oilfield, through which a fluid can flow under high pressure from a deep well, can be heated by the fluid to a temperature of about 149 ° C. If the flow of the well fluid through the valve stops, 8203028 - 5 -? For example, when the well is closed, the valve can cool to the ambient temperature of, for example, 21 ° C, while when the well is opened again and the well fluid starts to flow again, the valve will reheat to 149 ° C. The valve temperature therefore varies between about 21 ° C and 149 ° C. A valve stem seal must remain continuously closed at any temperature and at any temperature variation to which the valve is exposed during operation.

Een SMT-type afdichting met TFE-ringen of met M0S2 gevulde 10 TFE-ringen zal een afdichting vormen voor een putfluldum bij 5 een druk tot 2,07.10 kPa bij de omgevingstemperatuur van bijvoorbeeld 21°c en opnieuw bij een hogere temperatuur van bijvoorbeeld 149°C, doch wanneer de klep wordt blootgesteld aan een thermische variatie vanaf de omgevingstemperatuur 15 tot 149°C en weer terug tot de omgevingstemperatuur/ zal het SMT-type afdichting niet altijd dicht blijven; in bepaalde gevallen zal de afdichting een geringe lekkage vertonen bij een beweging van de klepsteel of bij stationaire klepsteel of in beide gevallen. Hoewel de lekkage kan worden gestopt 20 door een verder aandraaien van het pakkingdrukstuk, zal lekkage opnieuw optreden bij een volgende temperatuurvariatie.An SMT type seal with TFE rings or M0S2-filled 10 TFE rings will seal for a well fluid at a pressure of up to 2.07.10 kPa at the ambient temperature of, for example, 21 ° C and again at a higher temperature of, for example, 149 ° C, but when the valve is exposed to a thermal variation from the ambient temperature 15 to 149 ° C and back to the ambient temperature / the SMT type seal will not always remain closed; in certain cases, the seal will show little leakage upon movement of the valve stem or stationary valve stem or in both cases. Although the leakage can be stopped by further tightening the packing gland, leakage will reoccur with a subsequent temperature variation.

De uitvinding beoogt de bovengenoemde problemen te ondervangen door een betrouwbare klepsteelafdichting te verschaffen, die geschikt is voor kleppen met een werkdruk 5 25 in de orde van grootte van 2,07.10 kPa of meer, waarbij temperatuurvariaties tussen ongeveer -29°C en +149°C moge-lijk zijn. De uitvinding beoogt voorts een dergelijke afdichting te. verschaffen, die dicht zal blijven en niet zal gaan lekken, wanneer deze wordt blootgesteld aan een put- 5 30 fluidum. van 2,07.10 kPa of meer en wanneer de temperatuur van de klep varieert vanaf de omgevingstemperatuur tot ongeveer 149°C en terug naar de omgevingstemperatuur, zonder dat het nodig is om de pakkingvasthouder opnieuw aan te draaien.The invention aims to overcome the above-mentioned problems by providing a reliable valve stem seal suitable for valves with an operating pressure of the order of 2.07.10 kPa or more, with temperature variations between about -29 ° C and + 149 ° C may be. Another object of the invention is to provide such a seal. which will remain closed and will not leak when exposed to a well fluid. of 2.07.10 kPa or more and when the temperature of the valve varies from the ambient temperature to about 149 ° C and back to the ambient temperature, without the need to re-tighten the packing retainer.

35 Voorts beoogt de uitvinding een dergelijke afdich ting te. verschaffen, die eenvoudig, compact en economisch is en gemakkelijk kan worden vervaardigd, gelnstalleerd en on-derhouden. Voorts beoogt de uitvinding een dergelijke afdichting te verschaffen, welke een lage wrijving vertoont, 8203028 11 \ - 6 - duurzaam is en relatief goed bestand is tegen aantasting door fluctuaties en extreme waarden voor de temperatuur, de druk en de chemische activiteit van het putfluldum, waartegen een afdichting wordt gevormd.Another object of the invention is to provide such a seal. which is simple, compact, economical and easy to manufacture, install and maintain. Furthermore, it is an object of the invention to provide such a seal, which has a low friction, is durable and relatively resistant to attack by fluctuations and extreme values for the temperature, pressure and chemical activity of the well fluid, against which a seal is formed.

5 Volgens de uitvinding is bij een ontlaste hogedrukr.According to the invention, with a relieved high pressure.

schuifklep met omhoogstekende steel een metaal-metaal/meege-vend materiaal steelafdichtingsorgaan aangebracht tussen het kapdeel van het klephuis en de klepbedieningssteel en tussen het kamerdeel van het klephuis en de ontlastingssteel. Elk 10 afdichtingsorgaan omvat tenminste δδη afdichtingsstel, dat is voorzien van een paar afgeknot-kegelvormige elastische meta-len ringpakkingen, waartussen twee pasringen zijn aangebracht uit meegevend, taai materiaal met een hoog smeervermo-. gen, bijvoorbeeld tetrafluorethyleenpolymeer, waarbij de ene 15 pasring grenst'aan de ene metalen ringpakking en de andere pasring grenst aan de andere metalen ringpakking. Tussen de pasringen is een kernring aangebracht uit een materiaal, dat een aanmerkelijk kleinere volumetrische uitzetting vertoont bij verwarming dan de pasringen, bijvoorbeeld samengeperst 20 grafiet. De kernring heeft een binnendiameter, die groter is dan de binnendiameter van de pasringen. Tegen de binnenomtrek van de kernring is tussen de kernring en de klepbedieningssteel of de ontlastingssteel een draagring aangebracht, wel-ke van hetzelfde materiaaltype kan-zijn als de pasringen, 25 bijvoorbeeld tetrafluorethyleenpolymeer. Elk afdichtingsstel is in een ringvormige pakkingbus geplaatst in het aangrenzen-de deel van het klephuis, dat zich rondom de steel uitstrekt. Elke pakkingbus is afgesloten door een ringvormig pakking-drukstuk, dat ver genoeg in de pakkingbus is geschroefd om 30 de afgeknot-kegelvormige metalen ringpakkingen vlak te maken, zodat de binnen- en buitenomtrek van elke metalen ringpakking aangrijpt op respectievelijk de steel en de pakkingbus met een voldoende druk om de plastische vervorming te veroorzaken van de binnenomtreksrand aan de concave zijde en de buiten-35 omtreksrand aan de convexe zijde. De sandwichstapel, bestaan-de uit de kernring en de draagring, die tussen de pasringen zijn geplaatst, wordt vervormd, zodat deze zich aanpast aan de vorm van en nagenoeg alle ruimte opvult tussen de vlakge-maakte metalen ringpakkingen. Het volume van de kernring be- 8203028stick-up sliding valve a metal-metal / compliant material stem sealing member disposed between the cap body portion and the valve actuating stem and between the valve body chamber portion and the relief stem. Each sealing member comprises at least δδη sealing set, which is provided with a pair of frusto-conical elastic metal ring gaskets, between which two shims are made of compliant, tough material with a high lubricity. gene, for example, tetrafluoroethylene polymer, where one shim is adjacent to one metal ring gasket and the other shim is adjacent to the other metal ring gasket. Between the shims a core ring is made of a material which exhibits a considerably smaller volumetric expansion when heated than the shims, for example compressed graphite. The core ring has an inner diameter that is larger than the inner diameter of the shims. A support ring, which may be of the same material type as the shim rings, for example tetrafluoroethylene polymer, is arranged against the inner circumference of the core ring between the core ring and the valve operating stem or the relief stem. Each seal set is placed in an annular stuffing box in the adjacent portion of the valve body that extends around the stem. Each stuffing box is closed by an annular packing gland screwed far enough into the stuffing box to flatten the frusto-conical metal ring gaskets so that the inner and outer circumferences of each metal ring gasket engage the stem and stuffing box with sufficient pressure to cause the plastic deformation of the inner peripheral edge on the concave side and the outer peripheral edge on the convex side. The sandwich stack, consisting of the core ring and the support ring placed between the shims, is deformed to conform to the shape of and fill almost all of the space between the flattened metal ring gaskets. The volume of the core ring is 8203028

- } I-} I

> - 7 - draagt ongeveer §Sn derde van het totale volume van de sand-wichstapel.> - 7 - Carries approximately §Sn third of the total volume of the sand-weight stack.

Tijdens bedrijf van de klep zal tijdens een tempe-ratuurcyclus de afdichting volledig dicht blijven, waarbij 5 de voorbelasting blijft gehandhaafd, zonder dat het pakking-drukstuk opnieuw moet worden aangedraaid. Het klepsteel-af-dichtingsstel volgens de uitvinding kan ook worden toegepast voor het afdichten van borgschroeven en in andere situaties, waarbij. ten opzichte van elkaar beweegbare delen, die bloot-10 staan aan temperatuurcycli, moeten worden afgedicht gedurende en na de beweging.During valve operation, the seal will remain completely closed during a temperature cycle, maintaining the preload without having to retighten the packing gland. The valve stem sealing set according to the invention can also be used for sealing locking screws and in other situations, where. Movable parts exposed to temperature cycles must be sealed during and after movement.

De uitvinding wordt hierna nader toegelicht aan de hand van detekening, waarin een uitvoeringsvoorbeeld van de inrichting volgens de uitvinding is weergegeven.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing, in which an embodiment of the device according to the invention is shown.

15 Fig. 1 is een verticale doorsnede van een klep, waarbij een uitvoeringsvorm van de afdichtingsinrichting volgens de uitvinding is toegepast.FIG. 1 is a vertical section of a valve using an embodiment of the sealing device according to the invention.

Fig. 2A en 2B tonen gedeeltelijk weergegeven door-sneden volgens hetzelfde vlak als fig. 1 op een vergrote 20 schaal, waarin een uitvoeringsvorm van het bedieningssteel-afdichtingsorgaan volgens de uitvinding zichtbaar is, waarbij de afgeknot-kegelvormige metalen ringpakkingen zijn afgericht van de druk binnen de klep, waartegen een afdichting moet worden gevormd. Fig. 2B toont het afdichtingsorgaan, zoals 25 dit in de klep is gelnstalleerd voordat het wordt gespannen door het aandraaien van het pakkingdrukstuk. Fig. 2A toont het steelafdichtingsorgaan in gespannen toestand.Fig. 2A and 2B show partial sectional views along the same plane as FIG. 1 on an enlarged scale, showing an embodiment of the actuator stem sealing member of the invention, with the frusto-conical metal ring gaskets being turned away from the pressure within the valve, against which a seal must be formed. Fig. 2B shows the sealing member as it is installed in the valve before it is tensioned by tightening the packing gland. Fig. 2A shows the stem sealing member in the tensioned state.

In fig. 1 is een klep weergegeven,die is voorzien van een hoi huis met een kamerdeel 21 en een kapdeel 23, dat 30 hierop is bevestigd door middel van tapeinden 25 en moeren 27. Het kapdeel 23 is ten opzichte van het kamerdeel 21 afgedicht door een geschikte, door druk in werking gestelde pakking 29. Zittingen 31, 33, die aan het binneneinde van doorgangen 35, 37 zijn gemonteerd, werken samen met een paar, 35 met poorten uitgevoerde schuiven 39, 41, welke de doorstro-ming van een fluldum, bijvoorbeeld water,olie of gas, door de klep regelen. Een afdichtingsmateriaal is opgeslagen in reser-soirs 43, 45, welk afdichtingsmateriaal automatisch via de verdeeldoorgangen 47, 49 wordt toegevoerd aan de grensvlakken 8203028 - 8 - tussen. de schuiven en de zittingen en tussen de zittinghal-zen en het klephuis, teneinde een afdichting bij deze grensvlakken tot stand te brengen.Fig. 1 shows a valve, which is provided with a hay housing with a chamber part 21 and a hood part 23, which is fastened to this by means of studs 25 and nuts 27. The hood part 23 is sealed with respect to the chamber part 21 by a suitable pressure actuated gasket 29. Seats 31, 33 mounted on the inner end of passages 35, 37 cooperate with a pair of 35 ported sliders 39, 41, which allow flow through control a fluid, for example water, oil or gas, through the valve. A sealing material is stored in reservoirs 43, 45, which sealing material is automatically supplied to the interfaces 8203028-8 between the distribution passages 47, 49. the sliders and the seats and between the seat necks and the valve body, so as to provide a seal at these interfaces.

De schuiven 39, 41 worden heen en weer verplaatst 5 door een ongeveer cylindrische bedieningssteel 51 tussen een gesloten stand, welke in fig. 1 is weergegeven, waarin een doorstroming van een fluldum door de doorgangen 35, 37 wordt voorkomen, en een open stand, waarin een dergelijke doorstroming mogelijk is en waarin de schuifpoorten 53, 55 in 10 lijn liggen met de poorten. 57, 39 in de zittingen 31, 33.The slides 39, 41 are moved back and forth by an approximately cylindrical actuating stem 51 between a closed position, shown in Fig. 1, in which a flow of fluid through the passages 35, 37 is prevented, and an open position, in which such flow is possible and in which the sliding gates 53, 55 are in line with the gates. 57, 39 in sessions 31, 33.

Het boveneinde van de bedieningssteel 51 steekt uit uit het kamerdeel 21 en loopt via een poort 61 in de kap 23. Een af-dichtingsorgaan 63 volgens de uitvinding vormt een afdichting tussen de steel 51 en een ongeveer cylindrische pakkingbus 15 65, die in de kap 23 is gemonteerd. Het afdichtingsorgaan wordt in de pakkingbus 65 samengeperst door een pakkingdruk-stuk 67, dat in een van schroefdraad voorziene hals 69 aan de bovenzijde van de kap 23 is geschroefd. Een aftappoort 71 wordt gebruikt voor de controle op lekkage van fluldum tussen 20 de steel 51 en de poort 61 na het terugbrengen van de steel.The upper end of the operating stem 51 protrudes from the chamber part 21 and extends through a port 61 in the cap 23. A sealing member 63 according to the invention forms a seal between the stem 51 and an approximately cylindrical stuffing box 65, which is provided in the cap 23 is mounted. The sealing member is compressed into the stuffing box 65 by a packing gland 67 screwed into a threaded neck 69 at the top of the cap 23. A drain port 71 is used to check fluid leakage between stem 51 and port 61 after stem return.

De buitenzijde van de kaphals 69 is eveneens van schroefdraad voorzien en werkt samen met een hierop ger- ^ , schroefde lagerkap 73. Een bedieningsmoer 75 is op het van schroefdraad voorziene bovendeel 77 van de bedi.eningjssteel 25 51 geschroefd en bezit een flens 79, welke zich tussen een bovenste en onderste axiaal druklager 81 respectievelijk 83 bevindt. Het onderste druklager 83 is in aanraking met de bovenzijde van een vulring 85, die op de bovenzijde van het pakkingdrukstuk 67 is geplaatst. Het bovenste druklager 81 30 is in aanraking met de binnenkant van de bovenzijde van de lagerkap 73. Een handwiel 87 bezit een niet-cirkelvormige opening 89, die past over een overeenkomstig gevormd gedeelte 81 van de bedieningsmoer 75. Het handwiel 87 wordt op zijn plaats gehouden door een vasthoudmoer 93, die op het boven-35 einde van de bedieningsmoer 75 is geschroefd.Een aftappoort 95 maakt het mogelijk, dat fluldum kan ontsnappen tussen het schroefdraadgedeelte 77 van de steel 51 en de bedieningsmoer 75 door.The outside of the cap neck 69 is also threaded and cooperates with a threaded bearing cap 73 screwed thereon. An actuating nut 75 is screwed onto the threaded top 77 of the actuator stem 51 and has a flange 79. which is located between an upper and lower axial thrust bearing 81 and 83, respectively. The lower thrust bearing 83 contacts the top of a shim 85 placed on the top of the packing gland 67. The top thrust bearing 81 30 contacts the inside of the top of the bearing cap 73. A handwheel 87 has a non-circular opening 89, which fits over a correspondingly shaped portion 81 of the actuating nut 75. The handwheel 87 is put in place held by a retaining nut 93 screwed to the top end of the actuating nut 75. A drain port 95 allows fluid to escape between the threaded portion 77 of the stem 51 and the actuating nut 75.

Een ongeveer cylindrische ontlastingssteel 97 is 8203028 ► - 9 - verbonden met de ondereinden van de schuiven en strekt zich via een poort 99 tot buiten de klepkamer uit. Een afdich-tingsorgaan 101 volgens de uitvinding vormt een afdichting tussen de ontlastingssteel 97 en een ongeveer cylindrische 5 pakkingbus 103 in het klephuis. Het afdichtingsorgaan 101 is samengeperst in de pakkingbus 103 door een onderste pak-kingdrukstuk 10.5,. dat in-een van - schroef draad voorziene bus 107 is geschroefd, welke coaxiaal verloopt met de poort 99 en de pakkingbus 103. Een aftappoort 109 wordt gebruikt voor 10 de controle op lekkage van fluldum tussen de ontlastingssteel 97 en de poort 99 door, als het vergrote gedeelte aan het boveneinde van de ontlastingssteel volledig tegen de ring-vormige zitting in het klephuis om de poort 99 aan ligt. Een onderste kap 111 is op het klephuis bevestigd door schroeven 15 113 en bedekt het onderste pakkingdrukstuk 105 en het onder- einde van de balanssteel*97.An approximately cylindrical relief stem 97 is connected to the lower ends of the sliders and extends through a port 99 beyond the valve chamber. A sealing member 101 of the invention forms a seal between the relief stem 97 and an approximately cylindrical stuffing box 103 in the valve body. The sealing member 101 is compressed in the stuffing box 103 by a lower packing gland 10.5. screwed into a threaded sleeve 107 coaxially with port 99 and stuffing box 103. A bleed port 109 is used for fluid leakage control between relief stem 97 and port 99, as the enlarged portion at the top of the relief stem fully abuts the annular seat in the valve body about port 99. A lower cap 111 is attached to the valve body by screws 113 and covers the lower packing gland 105 and the lower end of the balance stem * 97.

Als het handwiel 87 wordt gedraaid, draait de be-dieningsmoer 75, waardoor de bedieningssteel 51 de schuiven 39, 41 ornheog of omlaag verplaatst, waarmee de steel is ver-20 bonden door de naaf 115. Hierdoor wordt de balanssteel 97, die met de schuiven is verbonden door een naaf 117, omhoog of omlaag bewogen. Er treedt derhalve een axiale beweging op van de stelen 51, 97.ten opzichte van de bijbehorende af-dichtingsorganen 93, 101. De afdichtingsorganen 73, 101 moe-25 ten dicht blijven voor, tijdens en na een dergelijke axiale beweging.When the handwheel 87 is turned, the operating nut 75 rotates, causing the operating stem 51 to move the sliders 39, 41 up or down, thereby connecting the stem to the hub 115. This causes the balance stem 97, which is connected to the sliding is connected by a hub 117, moved up or down. Therefore, axial movement of the stems 51, 97 relative to the associated sealing members 93, 101 occurs. The sealing members 73, 101 must remain closed before, during and after such axial movement.

De afdichtingsorganen 63, 101 zijn op dezelfde wij-ze uitgevoerd, zodat er slechts §§n nader behoeft te worden beschreven-. Volgens de fig. 2A en 2B omvat het afdichtings-30 orgaan 63 een bovenste afdichtingsstel 119 en een onderste afdichtingsstel 121. Een basisverloopring 123 is op de bodem van de ringvormige pakkingbus 65 aangebracht onder het onderste afdichtingsstel 121. De bodem van de basisverloopring 123 ligt in §dn vlak met en is correlatief met de bodem van de 35 pakkingbus. Een drukstukverloopring 125 is aangebracht tussen het ondervlak 127 van het pakkingdrukstuk 67 en het bovenste afdichtingsstel 119. Het bovenvlak van de drukstukverloopring 125 ligt in §Sn vlak met en is correlatief met het ondervlak 127 van het pakkingdrukstuk 67. Een tussenliggende verloop- 8203028 v - 10 - ring 129 is tussen de beide afdichtingsstellen 119, 121 aan- gebracht. Het bovenvlak van de basisverloopring 123, het on- dervlak van de drukstukverloopring 125 en het boven- en ondervlak van de tussenliggende verloopring 129 hebben een 5 afgeknotte kegelvorm met de gewenste kegelhoeken voor de vor- men van de afdichtingsstellen 119, 121 in de uiteindelijke gemonteerde positie. In dit verband wordt opgemerkt, dat fig. 2B het afdichtingsorgaan weergeeft, zoals dit in de klep is gelnstalleerd, doch voordat het afdichtingsorgaan in 10 werking is gesteld door het aandraaien van het pakkingdruk- - stuk; fig. 2A toont het in werking gestelde afdichtingsor- * gaan, waarbij het pakkingdrukstuk verder in de van schroef-draad voorziene opening is geschroefd en de afdichtingsstellen en de verloopringen zich in hun uiteindelijke ge-15 monteerde posities bevinden. Zoals hierna nog nader wordt toegelicht, zijn de metalen ringpakkingen van de afdichtingsstellen sterker conisch uitgevoerd, d.w.z. zij hebben een kleinere kegelhoek in de ontspannen toestand volgens fig. 2B dan in de uiteindelijke werktoestand volgens fig. 2A. Desge-20 gewenst kan Sen van de verloopringen of kunnen beide verloopringen 123, 125 worden weggelaten, in plaats waarvan de bodem van de pakkingbus en/of het_ondereinde van het druk-stuk 67 worden uitgevoerd met een afgeknot-kegelvormig opper-vlak met de gewenste kegelhoek en grootte. Indienzij worden 25 toegepast moeten de verloopringen 123, 125 en de verloopring 129 uit een betrekkelijk hard materiaal worden vervaardigd, ) zoals bijvoorbeeld staal 41&0. Het klephuis en de kap be-hoeven slechts te worden vervaardigd uit een staal, dat ge-woonlijk voor hogedrukkleppen wordt toegepast.The sealing members 63, 101 are designed in the same manner, so that only one more need be described. According to FIGS. 2A and 2B, the sealing member 63 includes an upper sealing set 119 and a lower sealing set 121. A base adapter ring 123 is disposed on the bottom of the annular stuffing box 65 below the lower sealing set 121. The bottom of the base adapter ring 123 is located in §dn plane with and is correlative with the bottom of the 35 stuffing box. A gland adapter ring 125 is disposed between the bottom surface 127 of the packing gland 67 and the top sealing set 119. The top surface of the gland adapter ring 125 is flush with and correlates with the bottom surface 127 of the gland gland 67. An intermediate adapter 8203028 v - 10 - ring 129 is arranged between the two sealing sets 119, 121. The top surface of the base adapter ring 123, the bottom surface of the gland adapter ring 125, and the top and bottom surfaces of the intermediate adapter ring 129 have a truncated cone shape with the desired cone angles for the shapes of the sealing sets 119, 121 in the final assembled position. In this connection, it is noted that Fig. 2B shows the sealing member as installed in the valve, but before the sealing member is actuated by tightening the packing gland; FIG. 2A shows the actuated sealing member with the packing gland screwed further into the threaded opening and the sealing sets and adapter rings in their final assembled positions. As explained in more detail below, the metal ring gaskets of the sealing sets have a more conical shape, i.e. they have a smaller cone angle in the relaxed state according to Fig. 2B than in the final working state according to Fig. 2A. If desired, Sen of the adapter rings or both adapter rings 123, 125 may be omitted, instead of which the bottom of the stuffing box and / or the bottom of the gland 67 may be formed with a frusto-conical surface with the desired cone angle and size. If used, the adapter rings 123, 125 and the adapter ring 129 must be made of a relatively hard material, such as, for example, steel 41 & 0. The valve body and cap need only be made from a steel commonly used for high pressure valves.

30 De afdichtingsstellen 119, 121 zijn onderling ge- lijk, zodat er slechts Sin nader behoeft te worden beschre-ven. Het afdichtingsstel 119 is voorzien van een paar afge-knot-kegelvormige metalen ringpakkingen 131, waartussen twee identieke pasringen 133 zijn aangebracht. De pasringen 35 133 zijn vervaardigd uit een taai, meegevend, massief smerend materiaal met een kleinere elasticiteitsmodulus dan de metalen ringpakkingen 131. De ene pasring grenst aan de ene metalen ringpakking, terwijl de andere pasring grenst aan de andere metalen ringpakking.The sealing sets 119, 121 are the same, so that only Sin needs to be described in more detail. The sealing set 119 is provided with a pair of truncated cone-shaped metal ring gaskets 131, between which two identical shims 133 are arranged. The shims 35 133 are made of a tough, compliant, solid lubricating material with a lower modulus of elasticity than the metal ring gaskets 131. One shim is adjacent to one metal ring gasket, while the other shim is adjacent to the other metal ring gasket.

8203028 - 11 -8203028 - 11 -

Een kernring 135 is tussen de beide pasringen 133, geplaatst. De kernring 135 heeft een kleinere volumetrische thermische uitzettingsco§f£iciSnt dan de pasring 133. De binnendiameter van de kemring 135 is groter dan de binnen-5 diameter van de pasringen .133. Op de binnenomtrek van de kernring 135 is tussen deze ring 135 en de klepbedienings-steel 51 een lagerring 137 aangebracht uit een taai, meege-vend, vast smerend materiaal, dat van hetzel'fde type kan zijn als het materiaal van de pasringen 133. De lagerring 137 zit 10 met een schuifpassing in de opening in de kemring 135..A core ring 135 is placed between the two shims 133. The core ring 135 has a smaller volumetric thermal expansion coefficient than the shim ring 133. The inner diameter of the core ring 135 is larger than the inner diameter of the shim rings. On the inner periphery of the core ring 135, a bearing ring 137 of a tough, yielding, solid lubricating material, which may be the same type as the material of the shim rings 133, is disposed between this ring 135 and the valve actuating stem 51. The bearing ring 137 sits 10 with a sliding fit in the opening in the core ring 135 ..

De metalen ringpakkingen 131 hebben in hun'ont- . spannen toestand een ongeveer rechthoekige dwarsdoorsnede, welke ongeveer een hoek van 30° maakt met de horizontaal.The metal ring gaskets 131 have in their design. clamping state is an approximately rectangular cross section, which makes an angle of approximately 30 ° with the horizontal.

De kegelhoek van de pakkingen 131 in de ontspannen toestand 15 is derhalve ongeveer 120°. De pakkingen 131 hebben in de ontspannen toestand een radiale speling ten opzichte van de steel 51 en de pakkingbus 65, zodat noch de steel noch de pakkingbus zal worden.beschadigd bij het installeren van de pakkingen 131 in de klep. De pakkingen 131 kunnen gewoon op 20 hun plaats vallen. Bij het in-<werking stellen van het af-dichtingsorgaan door het aandraaien van het pakkingdrukstuk, worden de pakkingen vlak gemaakt, zodat de binnendiameter van elke pakking wordt verkleind en de buitendiameter van elke pakking wordt vergroot in zodanige mate, dat de binnen-25 omtreksrand aan de concave zijde van elke pakking en de buitenomtreksrand aan de convexe zijde van elke pakking worden vervormd of "gesmeed", d.w.z. dat zij plastisch gaan vloeien tot een · metaal-metaalafdichtingsaanraking met de steel respectievelijk de pakkingbus. Teneinde de stelen niet 30 te schaven of te beschadigen dienen de metalen ringpakkingen te worden vervaardigd uit een zachter materiaal dan de klep-stelen. De klepstelen kunnen bijvoorbeeld zijn vervaardigd uit K Monel, doch ook een vergelijkbare staalsoort kan worden toegepast. Bij voorkeur is de steel voorzien van een 35 harde bekleding, bijvoorbeeld een wolfraamcarbide-bekleding met een dikte van 75-150 Ja, , zodat de hardheid en de duur-zaamheid van de steel zijn vergroot. Een dergelijke bekleding zou de hardheid van de steel vergroten van ongeveer 30 tot ongeveer 6 0 Rockwell. De metalen ringpakkingen dienen een vol- 8203028 - 12 - doende vervormbaarheid te bezitten, waardoor een smeden van de omtreksranden door een hoge druk mogelijk is, teneinde de metaal-metaalafdichting te verkrijgen en dienen een voldoen-de sterkte te bezitten om de hoge voorbelasting en de tijdens 5 bedrijf optredende putfluldumdrukken te kunnen weerstaan. Zij kunnen bijvoorbeeld zijn vervaardigd uit onthard (austeni-tisch) roestvrijstaai, zoals roestvrijstaal No. 316, of een ander metaal. zoals koolstofstaal of een staallegering. Om de mogelijkheid op afschaven of beschadigen van de stelen verder 10 te verkleinen, i£ de binnenomtreksrand aan de concave zijde van elke pakking afgerond, bij voorkeur met een straal, die ongeveer gelijk is aan de helft van de pakkingdikte, bijvoorbeeld een straal van 0,5 mm voor een pakking met een dik-te van 1 mm. In de vlakke toestand maken de metalen ringpak-15 kingen 131 een hoek van ongeveer 15° met de horizontaal, over-eenkomende met een kegelhoek van ongeveer 150°, in overeen-stemming met de afgeknot-kegelvormige vlakken van de verloop-ringen 123, 125 en 129, welke eveneens een hoek van ongeveer 15° met de horizontaal maken. Hoewel de metalen ringpakkingen 20 bij voorkeur afgeknot-kegelvormig zijn, kunnen ook andere vormen voor de metalen ringpakkingen worden toegepast.The cone angle of the packings 131 in the relaxed state 15 is therefore about 120 °. The packings 131, when relaxed, have radial play with respect to the stem 51 and the stuffing box 65, so that neither the stem nor the stuffing box will be damaged when installing the packings 131 into the valve. The gaskets 131 can simply fall into place. When the sealing member is actuated by tightening the packing gland, the gaskets are flattened so that the inner diameter of each gasket is reduced and the outer diameter of each gasket is increased to such an extent that the inner diameter of the gasket is increased. circumferential edge on the concave side of each gasket and the outer circumferential edge on the convex side of each gasket are deformed or "forged", ie they flow plastically into a metal-metal sealing contact with the stem or stuffing box, respectively. In order not to scrape or damage the stems, the metal ring gaskets should be made of a softer material than the valve stems. The valve stems can for instance be manufactured from K Monel, but a comparable steel type can also be used. Preferably, the stem is provided with a hard coating, for example a tungsten carbide coating with a thickness of 75-150 Ja, so that the hardness and durability of the stem are increased. Such a coating would increase the hardness of the stem from about 30 to about 60 Rockwell. The metal ring gaskets must have sufficient deformability, which allows forging of the peripheral edges by a high pressure, in order to obtain the metal-metal seal and must have sufficient strength to withstand the high preload and to withstand the well fluid pressures occurring during operation. For example, they can be made of softened (austenitic) stainless steel, such as No. 316, or some other metal. such as carbon steel or a steel alloy. To further reduce the possibility of chafing or damage to the stems, the inner circumferential edge on the concave side of each gasket is rounded, preferably with a radius approximately equal to half the gasket thickness, for example a radius of 0 .5 mm for a gasket with a thickness of 1 mm. In the flat state, the metal ring packings 131 make an angle of about 15 ° to the horizontal, corresponding to a cone angle of about 150 °, corresponding to the frusto-conical surfaces of the adapter rings 123, 125 and 129, which also make an angle of approximately 15 ° to the horizontal. Although the metal ring gaskets 20 are preferably frusto-conical, other shapes for the metal ring gaskets can also be used.

Het materiaal, dat wordt gebruikt voor de pasringen 133 en de lagerring 137, dient een lage wrijvingcoSfficiSnt te bezitten, d.w.z. het dient een zeer glad materiaal te zijn. 25 Het materiaal van de pasringen 133 en de lagerring 137 dient tevens een voldoende sterkte en taaiheid te bezitten, zodat het onder een hoge druk Sdn geheel blijft vormen, en dient bestand te zijn tegen de chemische activiteit van het fluldum, dat door de klep wordt geregeld, en dient bestand te zijn te-30 gen de temperaturen die tijdens bedrijf kunnen optreden, bijvoorbeeld varigrend van 150°C tot -30°C. Het materiaal dient tevens voldoende meegevend of elastisch te zijn om in zeer kleine spleten te vloeien, welke aanwezig kunnen blijven tussen de metalen ringpakkingen en de steel en de pakkingbus 35 ten gevolge van krassen of machinemerktekens op de steel of de pakkingbus, of tussen de metalen ringpakkingen en het opnieuw aangrenzende steeloppervlak tijdens en na het ver-plaatsen van de steel. Spleten van het laatstgenoemde type kunnen bijvoorbeeld optreden omdat gedurende en na het ver- 8203028 - 13 - plaatsen van de steel de binnenomtrekken van de metalen ring-pakkingen niet direct en misschien niiraner verder plastisch zullen gaan vloeien ter aanpassing aan het nieuw-aangrenzende steeloppervlak. Het materiaal van de pasringen en de lagerring zal in dergelijke zeer kleine spleten vloeien en deze 5 afdichten. De pasringen en de lagerring kunnen derhalve wor-den beschouwd als afdichtingsringen. Geschikte materialen voor de pasringen 133 en de lagerring 137 zijn bijvoorbeeld tetrafluorethyleenpolymeer, dat bijvoorbeeld onder het merk "Teflon" en "Moly-Teflon" wordt verkocht, dat overeenkomt met 10 Teflon doch tot 15% molybdeendisulfide (MoS2) bevat. Een ge-schikt gebleken materiaal bevat 5 gew.% MoS2 en 95 gew.% TFE en wordt verkocht door de Allied Chemical Company onder de aanduiding No. 2021.The material used for shim 133 and bearing ring 137 should have a low coefficient of friction, i.e. it should be a very smooth material. The material of the shims 133 and the bearing ring 137 should also have sufficient strength and toughness to continue to form Sdn under high pressure, and be resistant to the chemical activity of the fluid passed through the valve. controlled, and should be resistant to temperatures that may occur during operation, for example, ranging from 150 ° C to -30 ° C. The material should also be sufficiently flexible or elastic to flow in very small gaps, which may remain between the metal ring packings and the stem and stuffing box 35 due to scratches or machine marks on the stem or stuffing box, or between the metals ring packings and the re-adjacent stem surface during and after stem movement. Crevices of the latter type can occur, for example, because during and after displacement of the stem, the inner circumferences of the metal ring packings will not flow directly and perhaps more plastically to adapt to the newly adjacent stem surface. The material of the shims and the bearing ring will flow into such very small gaps and seal them. The shims and the bearing ring can therefore be considered as sealing rings. Suitable materials for the shim rings 133 and the bearing ring 137 are, for example, tetrafluoroethylene polymer, which is sold, for example, under the trade mark "Teflon" and "Moly-Teflon", which corresponds to 10 Teflon but contains up to 15% molybdenum disulfide (MoS2). A suitable material has been found to contain 5 wt.% MoS2 and 95 wt.% TFE and is sold by the Allied Chemical Company under the designation No. 2021.

* Het materiaal, dat voor de kernring 135 wordt ge-._ 15 bruikt, dient evenals het materiaal voor de ringen 133, 137 een voldoende sterkte te bezitten om de hoge druk, die nodig is voor de voorbelasting van de afdichting,te weerstaan en dient tevens bestand te zijn tegen de chemische activiteit van het putfluldum, waartegen een afdichting moet worden ge-20 vormd, en dient bestand te zijn tegen de temperaturen binnen het temperatuurbereik, dat tijdens bedrijf kan optreden, bijvoorbeeld van 150°C tot -60°C.The material used for the core ring 135 must, like the material for the rings 133, 137, be of sufficient strength to withstand the high pressures required for the preload of the seal, and should also withstand the chemical activity of the well fluid against which a seal is to be formed, and withstand temperatures within the temperature range that may occur during operation, for example from 150 ° C to -60 ° C.

De verdere eigenschappen van de kernring 135 kunnen het best worden toegelicht aan de hand van de door aan-25 vraagster ontdekte oorzaak van de lekkage van het SMT-type afdichting bij hoge drukken en extreme temperatuurvariaties? hoewel uiteraard de hier beschreven afdichting het lekkage-probleem oplost onafhankelijk van de theorie van de werking hiervan.The further properties of the core ring 135 can best be explained on the basis of the cause discovered by the applicant of the leakage of the SMT-type seal at high pressures and extreme temperature variations? although, of course, the seal described here solves the leakage problem regardless of the theory of its operation.

30 De lekkage bij het SMT-type steelafdichting, waar- bij TFE of met MoS0 gevulde TFE-ringen worden gebruikt bij Δ 5 een druk in het gebied van 2,07.10 kPa na een temperatuur-variatie, is blijkbaar het gevolg van een gedeeltelijk ver-lies van de voorbelasting van de afdichting. Vergelijk het 35 verlies van de voorbelasting bij een zuiver elastomeerpakking volgens het bovengenoemde ASME-artikel. Als het SMT-type afdichting voor het eerst wordt gevormd of in werking wordt gesteld, wordt een mechanische drukkracht op de afdichting uitgeoefend door het aandraaien van het pakkingdrukstuk, zo- 8203028 - 14 - dat de afdichting in sterkere mate wordt gespannen dan het zou worden gespannen door de hoge druk van het putfluldum. Wanneer een klep met het SMT-type steelafdichting vanaf de omgevingstemperatuur tot 149°C wordt verwarmd, trachten de 5 TFE-ringen uit te zetten, doch kunnen dit niet in een aan-merkelijke mate doen,aangezien zij aan alle zijde althans nagenoeg zijn ingesloten door metalen, welke minder snel uit-zetten dan de TFE-ringen. Hierdoor neemt de voorbelastingsspanning op de afdichting toe ten opzichte van de oorspron-10 kelijke waarde, d.w.z. voor de verwarming. Als de klep af-koelt tot de omgevingstemperatuur, neemt de voorbelastings-spanning niet alleen af vanaf de verhoogde waarde, die bij de verwarming werd bereikt, doch wordt lager dan de oorspron-kelijke waarde. Dit wordt blijkbaar veroorzaakt door de ene 15 of de andere of misschien beide van de volgende effecten.30 The leakage at the SMT-type stem seal, where TFE or MoS0-filled TFE rings are used at Δ 5 a pressure in the range 2.07.10 kPa after a temperature variation, is apparently due to a partial distortion -loss of the preload of the seal. Compare the preload loss with a pure elastomer gasket according to the ASME article above. When the SMT type seal is first formed or actuated, a mechanical compressive force is applied to the seal by tightening the packing gland, such that the seal is tensioned to a greater degree than it would be tensed by the high pressure of the well fluid. When a valve with the SMT-type stem seal is heated from ambient temperature to 149 ° C, the 5 TFE rings attempt to expand, but cannot do so to an appreciable degree, since they are at least substantially enclosed on all sides by metals, which expand less quickly than the TFE rings. This increases the preload stress on the seal from the original value, i.e., for the heating. As the valve cools to the ambient temperature, the preload voltage not only decreases from the increased value achieved during heating, but falls below the original value. This is apparently caused by one or the other or maybe both of the following effects.

Als de klep wordt verwarmd tot ongeveer 149°C, kan de verhoogde spanning boven de reeds hoge voorbelastingsspanning op de afdichting en de omgevende metaalstructuur, welke wordt veroorzaakt door de thermische expansie van de TFE-ringen, 20 een geringe permanente vervorming of zetting, d.w.z. meege-ving, veroorzaken van de omringende metaalstructuur, zodat. het volume wordt vergroot, dat door de afdichting in beslag wordt genomen, wanneer de afdichting weer afgekoeld is tot de omgevingstemperatuur, waarbij de spanning op de afdichting af-25 neemt tot onder de voorbelastingswaarde. Alternatief of misschien cumulatief zouden de TFE-ringen, wanneer deze ringen , worden. gespannen tot een. verhoogde waarde ten gevolge van de thermische expansie bij het verwarmen van de klep tot 149°C, een permanente vervorming kunnen ondergaan verder dan 30 die welke wordt veroorzaakt door de voorbelastingsspanning, d.w.z. zij zouden een verdere samendrukking kunnen ondergaan, welke gehandhaafd blijft als de klep is afgekoeld tot de omgevingstemperatuur, hetgeen een spanningsontlasting in de TFE-ringen tot gevolg heeft, welke de invloed van de samen-35 drukkende werking op de afdichting van het pakkingdrukstuk enigszins vermindert. Hierdoor zou na een temperatuurvariatie het pakkingdrukstuk weer moeten worden aangedraaid om de juiste voorbelasting te herstellen. Zonder een dergelijk op-nieuw aandraaien zou de klep niet meer zijn afgedicht tegen 8203028When the valve is heated to about 149 ° C, the increased stress above the already high preload stress on the seal and the surrounding metal structure caused by the thermal expansion of the TFE rings can cause slight permanent deformation or settlement, ie causing the surrounding metal structure, such that. increases the volume occupied by the seal when the seal has cooled back to ambient temperature, the voltage on the seal decreasing below the preload value. Alternatively or perhaps cumulatively, the TFE rings would become when these rings. tense up to one. increased value due to the thermal expansion when the valve is heated to 149 ° C, may undergo permanent deformation beyond 30 caused by the preload stress, ie they could undergo further compression, which is maintained if the valve is cooled to ambient temperature, which results in stress relief in the TFE rings, which somewhat reduces the impact of the compressive action on the packing gland seal. As a result, after a temperature variation, the packing gland should be tightened again to restore the correct preload. Without such retightening, the valve would no longer be sealed to 8203028

VV

- 15 - een druk in de orde van grootte van 2,07.105 kPa en zou een geringe lekkage kunnen optreden.- 15 - a pressure of the order of 2.07.105 kPa and a slight leakage could occur.

Volgens de uitvinding wordt nu een deel van het bij voorkeur toegepaste TFE of met MoS2 gevulde TFE-materiaal 5 tussen de metalen ringpakkingen van het SMT-type steelafdich-ting vervangen door een materiaal, dat bij verwarming een re-latief kleine uitzetting vertoont in vergelijking met het TFE of MoS2 gevulde TFE-materiaal. Bij voorkeur wordt dit materiaal met lage thermische uitzetting gevormd door de kern-10 ring 135, die aan zijn aan de metalen ringpakkingen en de steel grenzenden zijden is afgesloten door de pasringen 133 en de lagerring 137. De kernring 135 moet derhalve een volume-trische thermische uitzettingscoefficidnt hebben, die kleiner is dan die van de ringen 133, 137. Een geschikt materiaal 15 voor de kernring 135 is samengeperst grafiet, zoals dit bij-voorbeeld wordt verkocht onder het merk "Grafoil", zie het Amerikaanse octrooischrift 3.404.061. Gemeend wordt, dat de volumetrische thermische uitzettingscodfficidnt van bijvoor-' beeld TFE aanmerkelijk groter is dan die van Grafoil en wel 20 verscheidene malen groter, hoewel preciese waarden niet aan aanvraagster bekend zijn. Gepubliceerde gegevens geven echter aan, dat Grafoil, dat wordt vervaardigd in de vorm van dunne flexibele gelaagde vellen of banden, een lineaire uitzettings- -5 coefficient heeft van ongeveer -0-.02 x 10 in/in°F. in rich- 25 tingen parallel aan de grafietlagen, d.w.z. in de lengte en de breedte over een temperatuurbereik van 21-1094°C en van -5 • ongeveer 1.5 x 10 in/in°F. in een richting loodrecht op deAccording to the invention, a part of the preferred TFE or MoS2-filled TFE material 5 between the metal ring gaskets of the SMT-type stem seal is now replaced by a material that exhibits a relatively small expansion when heated compared to TFE material filled with the TFE or MoS2. Preferably, this low thermal expansion material is formed by the core-ring 135, which is closed on its sides adjoining the metal ring gaskets and the stem by the shim rings 133 and the bearing ring 137. The core ring 135 must therefore have a volume have a thermal expansion coefficient less than that of the rings 133, 137. A suitable material 15 for the core ring 135 is compressed graphite, such as, for example, it is sold under the trade name "Grafoil", see U.S. Patent 3,404,061. The volumetric thermal expansion coefficient of, for example, TFE is believed to be significantly greater than that of Grafoil and several times greater, although exact values are not known to the applicant. Published data, however, indicate that Grafoil, which is manufactured in the form of thin flexible layered sheets or tapes, has a linear expansion coefficient of about -0.02 x 10 in / in ° F. in directions parallel to the graphite layers, that is, lengthwise and widthwise over a temperature range of 21-1094 ° C and -5 • about 1.5 x 10 in / in ° F. in a direction perpendicular to the

Jagen, d.w.z. in diktefichting, over een temperatuurbereik van 21-2200°C. TFE heeft een liniaire uitzettingsco§fficiSnt • -5 30 van ongeveer 7.0 - 10.0 x 10 in/in°F over een temperatuurbereik van 25-260°C. Voor massieve materialen bedraagt de volumetrische thermische uitzettingscoefficidnt ongeveer drieHunting, i.e. in thickness thickness, over a temperature range of 21-2200 ° C. TFE has a linear expansion coefficient • -5 30 of approximately 7.0 - 10.0 x 10 in / in ° F over a temperature range of 25-260 ° C. For solid materials, the volumetric thermal expansion coefficient is about three

<L<L

maal de lineaire thermische uitzettingscoSfficidnt ( zie The Handbook of Chemistry and Physics, 48e druk, biz. F-90, 35 Chemical. Rubber Co. 1967). Indien wordt aangenomen, dat Grafoil bij verwarming volumetrisch zou uitzetten met een coefficient, overeenkomende met drie maal de grootste van de bovengenoemde waarden voor lineaire uitzetting, zou nog steeds minder dan dSn vierde van de volumetrische uitzetting zijn, 8203028 Γ - 16 - die bij verwarming wordt verwacht voor TFE, bij verwarming van de klep van een temperatratuur van ongeveer 25 °C tot 149°C.times the linear thermal expansion coefficient (see The Handbook of Chemistry and Physics, 48th ed., biz. F-90, 35 Chemical. Rubber Co. 1967). If it were assumed that Grafoil would expand volumetrically on heating with a coefficient corresponding to three times the largest of the above linear expansion values, it would still be less than dSn fourth of the volumetric expansion, 8203028 Γ - 16 - that on heating is expected for TFE, when the valve is heated from a temperature of about 25 ° C to 149 ° C.

De stapel ringen, die tussen de metalen ringpakkin-gen zijn geplaatst en die hierna worden aangeduid als de 5 sandwichstapel, welke stapen bestaat uit de kernring 135 met de aan de binnenomtrek hiervan aangebrachte lagerring 137 en de pasringen 133, die aansluiten op de boven- en onderzijde van de ringen 135, 137, wordt vervormd, om deze in overeen-stemming te brengen met de vorm van en althans nagenoeg alle 10 ruimte te doen opvullen tussen de metalen ringpakkingen, zo-als deze in de werkstand plat liggen. De ringen van de sandwichstapel hebben oorspronkelijk een rechthoekige dwarsdoor-snede, maar kunnen in een pers worden vervomd, voordat zij in de klep worden gelnstalleerd, zodat de in de rechterhelft 15 van fig. 2 afgeknotte kegelvorm wordt verkregen, welke overeenkomt met de afgeknot-kegelvormige oppervlakken van de verloopringen 123, 125 en 129, waartegen de metalen ringpakkingen worden platgedrukt. Als alternatief kunnen de ringen van de sandwichstapel in hun oorspronkelijke vorm met 20 rechthoekige dwarsdoorsnede worden gelnstalleerd en tot de afgeknotte kegelvorm worden vervormd bij het in werking stel-len van de afdichting.The stack of rings placed between the metal ring packings, hereinafter referred to as the sandwich stack, which steps consist of the core ring 135 with the bearing ring 137 disposed on its inner circumference and the shims 133 connecting to the top and underside of the rings 135, 137 is deformed to conform to the shape of and at least fill substantially all of the space between the metal ring packings, as they lie flat in the working position. The rings of the sandwich stack originally have a rectangular cross-section, but can be formed in a press before they are installed in the valve, so that the truncated cone shape in the right half of fig. 2 corresponds to the truncated shape. conical surfaces of the adapter rings 123, 125 and 129 against which the metal ring gaskets are pressed flat. Alternatively, the rings of the sandwich stack may be installed in their original rectangular cross-sectional shape and deformed to the truncated cone shape upon actuation of the seal.

Het materiaal, waarvan de spanningsontlastingsring 135 is vervaardigd kan de vorm hebben van een Grafoil-band, 25 die strak wordt gewikkeld en wordt samengeperst tot een mas-sieve eindloze ring. Een dergelijke band kan van het type zijn, dat door de Union Carbide Corporation wordt verkocht onder de naam Grafoil Ribbon-Pack en dat is beschreven in Union Carbide Corporation's Technical Information Bulletin 30 No. 524-204, waarvan een kopie hieraan is toegevoegd alsThe material from which the strain relief ring 135 is made can be in the form of a Grafoil tape, which is tightly wound and compressed into a solid endless ring. Such a tape may be of the type sold by the Union Carbide Corporation under the name Grafoil Ribbon-Pack and described in Union Carbide Corporation's Technical Information Bulletin 30 No. 524-204, a copy of which is added as

Appendix I. Een ring van strakgewikkeld Grafoil Ribbon-Pack-materiaal, dat is samengeperst, vertoont zijn grootste ther-mische uitzetting in radiale richting, wanneer een dergelijke ring in de pakkingbus om de steel wordt gelnstalleerd, d.w.z. 35 in de richting van de steel en de pakkingbus. Als alternatief kan de ring. 135 worden gesneden uit een vel Grafoil of uit een aantal op elkaar gestapelde vellen Grafoil. Het commerci-eel verkrijgbare Grafoil kan slechts tot ongeveer 70% zijn samengeperst, maar kan volledig, d.w.z. 100% worden samengeperst in een pers, voordat het wordt gelnstalleerd, zoals 8203028 - 17 - hierboven is beschreven, of op zijn plaats in de klep bij het in werking stellen van de afdichting.Appendix I. A ring of tightly wound Grafoil Ribbon-Pack material, which is compressed, exhibits its greatest thermal expansion in the radial direction when such a ring is installed in the stuffing box around the stem, ie 35 in the direction of the stem and the stuffing box. Alternatively, the ring. 135 are cut from a sheet of Grafoil or a number of sheets of Grafoil stacked on top of each other. The commercially available Grafoil may only be compressed to about 70%, but may be fully compressed, ie 100%, in a press before being installed, as described above 8203028-17, or in place in the valve at actuation of the seal.

De pasringen 135 zijn in axiale richting dunner dan de ring 135 en de ring 137, welke ongeveer dezelfde axiale 5 dikte hebben als de ring 135 volledig is samengeperst, maar radiaal breder zijn dan de ring 135 of 137. De gecombineerde radiale breedte van de ringen 135 en 137 is ongeveer gelijk aan die van de ringen 133. De ringen 133 en 137 dienen een nauwe schuifpassing te hebben op de steel bij het installeren 10 van de sandwichstapel in de klep. Als de sandwichstapel wordt samengedrukt bij het in werking stellen van de afdichting, worden de binnenomtrekken van de ringen 133, 137 steviger te-gen de steel 51 gedrukt, terwijl de buitenomtrekken van de ringen 133 en 135 stevig tegen de wanden van de pakkingbus 15 65 worden gedrukt.The shims 135 are thinner in the axial direction than the ring 135 and the ring 137, which have approximately the same axial thickness when the ring 135 is fully compressed, but are radially wider than the ring 135 or 137. The combined radial width of the rings 135 and 137 is approximately equal to that of the rings 133. The rings 133 and 137 should have a close slip fit on the stem when installing the sandwich stack into the valve. When the sandwich stack is compressed upon actuation of the seal, the inner circumferences of the rings 133, 137 are pressed more tightly against the stem 51, while the outer circumferences of the rings 133 and 135 are pressed firmly against the walls of the stuffing box 15 65 be pressed.

Hoewel in de tekening twee afdichtingsstellen 121 zijn weergegeven, is gebleken dat reeds §έη afdichtingsstel een bevredigende afdichting verschaft. Het tweede afdichtingsstel, dat het verst is verwijderd van het fluldum, waar-20 tegen een afdichting moet worden gevormd, is aangebracht als noodafdichting voor het geval het afdichtingsstel faalt. Als andere nood-,of backup-afdichtingsmaatregel is een doorgang 139 in de kap 23 gevormd, welke in lijn ligt met en in ver-binding staat met een doorgang 141 in de tussenliggende ver-25 loopring 129, als de afdichting in werking is gesteld. De doorgang 139 staat tevens in verbinding met een inspuitstuk 140, dat is aangebracht in een schroefdraadbus aan de buiten-zijde van de kap 23. Een ringvormige groef 143, die in verbinding staat met de doorgang 139, is in de wand van de pak-30 kingbus 65 gevormd,terwijl een ringvormige groef 145, die in verbinding staat met de doorgang 141, is gevormd in de bin-nenomtrek van de tussenliggende verloopring 129. Als de af-dichtingstellen 119, 121 zouden falen, kan een afdichtings-materiaal via het inspuitstuk 140 en de doorgangen 139, 141 35 in de groeven 143, 145 worden geinjecteerd, zodat een nood-of backup-afdichting om de pakkingbus respectievelijk de steel wordt verkregen.Although two sealing sets 121 are shown in the drawing, it has been found that the sealing set already provides satisfactory sealing. The second sealing set furthest from the fluid to be formed against a seal is provided as an emergency seal in case the sealing set fails. As another emergency or backup sealing measure, a passage 139 is formed in the cap 23, which is aligned with and communicates with a passage 141 in the intermediate adapter ring 129 when the seal is actuated . The passage 139 also communicates with an injection nozzle 140, which is mounted in a threaded sleeve on the outside of the cap 23. An annular groove 143, which communicates with the passage 139, is in the wall of the package. King sleeve 65 is formed, while an annular groove 145, which communicates with the passage 141, is formed in the inner circumference of the intermediate adapter ring 129. If the sealing sets 119, 121 fail, a sealing material may the injection nozzle 140 and the passages 139, 141 35 are injected into the grooves 143, 145, so that an emergency or backup sealing around the stuffing box or the stem is obtained.

Het afdichtingsorgaan volgens de uitvinding wordt voorbelast door het aandraaien van het pakkingdrukstuk tot 8203028 - 18 - een spanning, die aanmerkelijk hoger is dan de spanning, welke naar verwachting zal worden uitgeoefend door de flul-_i.The sealing member according to the invention is preloaded by tightening the packing gland to a voltage significantly higher than the voltage expected to be applied by the flute.

dumdruk tijdens het bedrijf van de klep.. Een gebruikelijke voorbelastingsspanning voor. de steelafdichting voor een klep 5 volgens fig. 1, welke een werkdruk van 2,07.10 kPa heeft, 5 5 bedraagt 2,59.10 kPa.dumping pressure during valve operation .. A usual pre-load voltage for. the stem seal for a valve 5 of Figure 1, which has an operating pressure of 2.07.10 kPa, is 2.59.10 kPa.

Wanneer een klep met het steelafdichtingsorgaan volgens de uitvinding bijvoorbeeld door het door de klep stromende fluldum wordt verwarmd vanaf de omgevingstempera-tuur van bijvoorbeeld 2J °C.· tot ongeveer -149°C en vervolgens 10 weer wordt afgekoeld tot de omgevingstemperatuur, is geen verder aandraaien van het pakkingdrukstuk noodzakelijk. De oorspronkelijke voorbelasting wordt derhalve gehandhaafd on-:; . danks temperatuurvariaties. Dit wordt blijkbaar veroorzaakt .0.. door het feit, dat de spanning boven de oorspronkelijke 15 voorbelastingsspanning, welke wordt veroorzaakt door de thermische uitzettingspoging van het materiaal tussen de me-talen ringpakkingen 131, niet voldoende groot is om een per-v manente vervorming of zetten te veroorzaken van de omringende metaalstructuur van de klepdelen, die grenzen aan de afdich-20 ting, ten gevolge van de lagere thermische uitzetting van de kernring 135 in vergelijking met de pasringen 133 en de lagerring 137. Om dezelfde reden is de door de verwarming ver-oorzaakte extra -spanning blijkbaar voldoende laag, zodat een verdere permanente vervorming of samendrukking van de ringen 25 133, 137 wordt vermeden, hetgeen op zijn beurt een verlies van de voorbelastingsspanning voorkomt als de ringen 133, 137 ontspannen bij het afkoelen.When a valve with the stem sealing member according to the invention is heated, for example by the fluid flowing through the valve, from the ambient temperature of, for example, 2J ° C. to about -149 ° C and then again cooled to the ambient temperature, no further tightening of the packing gland necessary. The original input tax is therefore maintained un- :; . thanks to temperature variations. This is apparently caused by the fact that the voltage above the original preload voltage, which is caused by the thermal expansion attempt of the material between the metal ring gaskets 131, is not large enough for a permanent deformation or cause the surrounding metal structure of the valve members adjacent to the seal, due to the lower thermal expansion of the core ring 135 compared to the shim rings 133 and the bearing ring 137. For the same reason, the heating apparently caused additional stress to be sufficiently low, so that further permanent deformation or compression of the rings 133, 137 is avoided, which in turn prevents a loss of the preload stress as the rings 133, 137 relax upon cooling.

Gebleken is, dat het beschreven steelafdichtingsorgaan volgens de uitvinding een goede afdichting verschaft 30 bij een druk van 2,07.10 kPa en een temperatuurvariatie van -29°C tot +149°C, zonder dat een extra aandraaien van het pakkingdrukstuk nodig is, als de pasringen 133 en de lagerring 137 zijn vervaardigd uit met 5% MoS2 gevuld TFE en de kernring 135 is vervaardigd uit Grafoil en wanneer het volu-35 me van de spanningsontlastingsring 135 ongeveer §§n derde van het totale volume van de sandwichstapel bedraagt. Dit . houdt in, dat bij de voorkeursuitvoeringsvorm het totale volume van de pasringen 133 en de lagerring 137 ongeveer 8203028 - 19 - twee maal het volume van de kernring 135 bedraagt. Het mate-riaal van de pasringen 133 zal niet langs de metalen ring-pakkingen 131 worden geperst bij het in werking stellen van de afdichting en zal de kernring 135 van Grafoil hiertussen 5 opsluiten gedurende het in werking stellen van de afdichting, waardoor wordt voorkomen dat het materiaal hiervan langs de pakkingen 131 wordt geperst voordat de pakkingen de metaal-metaal afdichtingen vormen op de steel en de pakkingbus. Voorts verkleint de lagerring 137 uit met 5% M0S2 gevuld ^ 10 ,TFE op de binnenomtrek van de kernring 135, de wrijving tus-sen de steel en het steelafdichtingsorgaan en voorkomt een sterke slijtage van de kemring. Een kernring van Graf oil met zijn lage thermische uitzetting, welke aan zijn drie zijden, die grenzen aan de steel en de metalen pakkingen, is bedekt 15 met met 5% MoS2 gevulde TFE-ringen en waarbij de ring van Grafoil ongeveer de helft van het totale volume van de met 5% MoS2 gevulde TFE-ringen heeft, verdient de voorkeur bij de sandwichstapel volgens de uitvinding. Uiteraard kunnen 00k andere volumes voor de ringen van de sandwichstapel een goede 20 werking vertonen, terwijl 00k andere materialen voor de ringen van de sandwichstapel kunnen worden toegepast.It has been found that the described stem sealing member according to the invention provides a good seal at a pressure of 2.07.10 kPa and a temperature variation from -29 ° C to + 149 ° C, without the need for additional tightening of the packing gland, if the shim 133 and the bearing ring 137 are made of 5% MoS2 filled TFE and the core ring 135 is made of Grafoil and when the volume of the strain relief ring 135 is approximately one third of the total volume of the sandwich stack. This . means that in the preferred embodiment, the total volume of the shims 133 and the bearing ring 137 is approximately 8203028-19 times the volume of the core ring 135. The material of shims 133 will not be pressed along the metal ring gaskets 131 upon actuation of the seal and will trap Grafoil core ring 135 therebetween during actuation of the seal, thereby preventing the material thereof is pressed along the packings 131 before the packings form the metal-metal seals on the stem and the stuffing box. Furthermore, the bearing ring 137 of 5% M 2 S2 filled 10 TFE on the inner circumference of the core ring 135 reduces the friction between the stem and the stem sealing member and prevents strong wear of the core ring. A Graf oil core ring with its low thermal expansion, which on its three sides, adjacent to the stem and the metal gaskets, is covered with 5% MoS2-filled TFE rings and where the Grafoil ring is approximately half of the total volume of the TFE rings filled with 5% MoS2 is preferred in the sandwich stack according to the invention. Naturally, other volumes for the sandwich stack rings may show good performance, while other materials for the sandwich stack rings may be used.

Hoewel volgens de fig. 1, 2A en 2B de kegels van metalen ringpakkingen en de ringen van de sandwichstapel zijn afgekeerd van de druk, waartegen een afdichting moet worden 25 gevormd, komen bij het vormen van een afdichting tussen pa-rallelle oppervlakken de binnen- en buitenomtrekken van de afdichting op overeenkomstige wijze in aangrijping hiermee, zodat de afdichting omkeerbaar is. De kegels van de metalen ringpakkingen en de ringen van de sandwichstapel kunnen bij-30 gevolg als alternatief naar de af te dichten druk zijn toe-g'ericht. Ook behoeven de ringen 133, 137 niet als afzonder-lijke ringen te zijn uitgevoerd. Zij kunnen bijvoorbeeld zijn uitgevoerd als een uit §Sn stuk bestaande cylindrische ring met een groef, die in het midden van de buitenomtrek is ge-35 vormd, d.w.z. een ring met een U-vormige dwarsdoorsnede. De ring van Grafoil kan dan op zijn plaats in de groef worden gesnapt, voordat installatie in de klep plaatsvindt.Although, according to Figures 1, 2A and 2B, the cones of metal ring gaskets and the rings of the sandwich stack have turned away from the pressure, against which a seal must be formed, when forming a seal between parallel surfaces, the inner and outer circumferences of the seal correspondingly engaged with it so that the seal is reversible. Consequently, the cones of the metal ring gaskets and the rings of the sandwich stack may alternatively be oriented towards the pressure to be sealed. Also, the rings 133, 137 need not be designed as separate rings. They may, for example, be designed as a one piece cylindrical ring with a groove formed in the center of the outer circumference, i.e. a ring with a U-shaped cross section. The Grafoil ring can then be snapped into place in the groove before installation in the valve.

De uitvinding is niet beperkt tot het in het voor-gaande beschreven uitvoeringsvoorbeeld, dat binnen het kader 8203028 v - 20 - der uitvinding op verschillende manieren kan worden gevari-eerd.The invention is not limited to the above-described exemplary embodiment, which can be varied in a number of ways within the scope of the invention 8203028 of the invention.

82030288203028

Claims

1. Sealing device for use at high pressure and variable temperature to form a seal between the walls of an axially movable valve stem and a stuffing box surrounding the valve stem, which has a port in its bottom through which the valve stem extends beyond the stuffing box, characterized by a first and a second elastic metal ring gasket, which gaskets are arranged in the stuffing box around the valve stem, and through an annularly yielding sealing member, which is arranged between the two packings in the stuffing box around the valve stem, which sealing member is provided with a first and a second annular portion of tough, compliant material, which portions adjoin the first and the second gasket, respectively, and with a core portion disposed between the first and second annular portions and consisting of a material with a lower thermal expansion coefficient than the material of the first and the second annular section.

2. Device according to claim 1, characterized in that the material of the first and the second annular part has a low frictional coefficient.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the material of the first and the second annular part consists of tetrafluoroethylene-polymer, while the material of the core part consists of compressed graphite.

The device according to claim 3, characterized in that the material of the first and the two-annular portion further comprises up to about 15% molybdenum disulfide.

5. Device according to the preceding claim, characterized in that the first and second annular parts consist of shims which sealingly engage the stem and the stuffing box, while the core part consists of a core ring with an inner diameter , which is larger than the outer diameter of the stem, and further comprises a bearing ring of a tough, compliant material disposed on the inner circumference of the core ring 8203028 * - '22 - between the core ring and the stem.

6. Device according to claim 5, characterized in that the bearing ring is made of the same material as the shims.

7. Device as claimed in claim 6, characterized in that the core ring and the bearing ring together take up substantially all space between the two shims in axial direction, as well as all space between the stem and the stuffing box in radial direction.

8. Device as claimed in claim 5, 6 or 7, characterized in that the volume of the core ring is approximately half the total volume of the shims and the bearing ring.

9. Device according to δδη of the preceding claim. 15, characterized in that the thermal expansion coefficient of the material of the core portion is min. less than the SSn is fourth of the material of the first and second annular portions.

The device of claim 1, characterized by means for compressing the first and second ring gaskets so that the gaskets are partially flattened and their inner and outer peripheral edges are forged into a sealing metal-metal engagement on the stem and the stuffing box, which means also make the first and second annular parts of the sealing member engage sealingly on the stem and the stuffing box.

11. Device according to claim 10, characterized in that the core section is annular, the radial outer circumference being adjacent to the stuffing box, while the inner diameter is larger than the outer diameter of the stem, the sealing member comprising a third annular section of a tough, compliant material, placed between the core portion and the stem.

Device according to claim 11, characterized in that the first, the second and the third annular part consists of tetrafluoroethylene polymer, while the core part consists of compressed graphite.

13. Device according to claim 11, characterized in that the first, second and third annular parts are composed of a material consisting of 95% tetrafluoroethylene polymer and 5% molybdenum disulfide, while the core portion is composed of compressed graphite, the first, second and third annular portions and the core portion occupying at least substantially all of the space between the metal ring gaskets, stem and stuffing box, if the gaskets are compressed, the core portion having a volume equal to έδη third of the total volume of this space. 8203028