CN102165230A - 凸缘密封系统 - Google Patents

Abstract

一种密封元件提供了在凸缘密封系统中邻接管的管端凸缘之间的不透流体密封。密封系统还使用了相对于管端凸缘环绕并定位密封元件的定心环，该定心环在定心环的两端之间在定心环的圆周方向上是不连续的，定心环的两端在管端凸缘之间的安装位置是彼此不连接的，以使得定心环可被弯曲以在将管端凸缘移除时更换其中的密封元件。定心环具有凹的楔形边缘形式的内圆周，且密封元件具有被布置为在定心环的凹的楔形边缘中被接收的凸的楔形边缘形式的楔形横截面。

Description

凸缘密封系统

本申请要求于2009年9月3日递交的名称为“Flange Sealing System”的第2009904213号澳大利亚临时专利申请的优先权和权益，该临时专利申请的全部公开内容通过引用并入本公开内容中。

发明领域

本发明涉及用于密封两个邻接的管的凸缘的凸缘密封系统，且具体地但不排除其他地涉及为多凸缘标准而设计的单一尺寸衬垫。

发明背景

在包括食品加工、化学和选矿工业的多种工业中，流体通过管线在工业工厂或过程中的各阶段之间或工厂和终端用户之间被运送。在一个管与另一个管接合的每个点处都有凸缘连接以使管能接合在一起，一般是通过螺栓和螺母且有时候通过焊接的方式接合在一起。每个凸缘连接都需要密封系统以确保在凸缘之间保持不透流体密封。普通的现有技术的密封系统是螺旋缠绕衬垫(spiral-wound gasket)。

螺旋缠绕衬垫由金属条形成，一般是不锈钢，其与填充材料例如石墨、TEFLON(注册商标)、处理的石棉纤维等缠绕在一起形成芯。在缠绕过程中施加恒定的张力以给予芯在压缩负载下内在的恢复力或弹性。有支承的和无支承的螺旋缠绕衬垫两者都是常用的。有支承的螺旋缠绕衬垫设置有被用作定心和压缩控制设备的实体外部金属环。为了进一步增强衬垫的压力等级，也可提供实体金属内部环。

除螺旋缠绕衬垫之外，还有很多其他类型的衬垫和凸缘密封系统。但是，这些现有技术的密封系统有着共同的问题。每个衬垫或凸缘密封系统必须被制作成适合或符合适用于有关的管线的特定的压力级和/或凸缘标准。有许多国际凸缘标准被应用，包括英国标准(BS)、美国国家标准协会(ANSI)、日本工业标准(JIS)和德国工业标准(DIN)。这导致了被设计为适合每个国际凸缘标准以及各种管线的大量压力等级的产品的激增。因此，为了提供管线的充足的服务和维护，公司有必要备有库存的备用衬垫和密封系统的大存货清单。这大大增加了维护成本以及仓储成本。

当使用定心环来关于固定在一起的两个管端凸缘定位密封元件时，现有技术设置教导，该环必须安装成完全并连续地围绕密封系统以向密封元件提供足够的支承。关于密封衬垫的圆周的连续支承的一个例子由Quinson在第1,017,294号英国专利中描述。

Kendall的第1,896,795号美国专利公开了由定心环支承的密封元件的另一个例子。在这种情况下，定心环初始被形成为不连续的，以允许当在其中插入密封元件时能弯曲。Kendall教导，不连续的环的端部必须在放置在端凸缘之间的安装位置之前通过突缘(lug)接合在一起，以便提供足够的支承来在使用中将定心环保持在密封元件附近的适当位置。一旦定心环的端部被接合，密封元件可能不再容易移除，以使得当密封元件不再处于适合于密封的状态时将定心环和密封元件一起丢弃。

Veiga的第6,994,356号美国专利公开了通过环绕的定心环支承的密封元件的另一个例子。定心环由通过将末端焊接在一起而关于密封元件接合的两个半圆部分形成。与以上提到的Kendall的相似，一旦定心环的部分关于密封元件接合，密封元件可能不再容易移除，以使得当密封元件不再处于适合于密封的状态时将定心环和密封元件一起丢弃。

Ruhe等人的第1,892,416号美国专利公开了用于凸缘接合的密封构件，该密封构件需要被提供用来支承密封元件的定心套环。外部支承环被提供以维持密封元件关于内部定心套环的支承。外部支承环是不连续的且是柔性的以允许密封元件的移除和更换。为了适当地支承密封元件，Ruhe等人教导，密封元件必须关于内部套环安装且在被置于安装位置之前弹簧必须连接在外部支承环的未连接的末端之间。弹簧结构不易安装和维护，使得所得到的密封构件成本高且其使用寿命受到用于维持外部环关于密封元件的张力的弹簧的限制。

在本说明书中对现有技术的引用仅是为了说明的目的且不应被作为对这样的现有技术是澳大利亚或其他地方的公知常识的一部分的承认。

发明内容

本发明被开发以用于提供可用于多种国际凸缘标准和管线压力等级的简化的凸缘密封系统。

根据本发明的一个方面，提供了与通过紧固件彼此接合的邻接管(adjoining pipes)的一对管端凸缘相组合的凸缘密封系统，该凸缘密封系统包括：

环形密封元件，其位于端凸缘之间，具有第一面和第二面，该第一面和第二面与端凸缘中的相应的端凸缘密封接合，以便在端凸缘之间提供不透流体密封；以及

定心环，其环绕环形密封元件以便被布置为相对于被紧固的管端凸缘定位密封元件；

定心环在定心环的两端之间在定心环的圆周方向上是不连续的，定心环的两端在管端凸缘之间的安装位置彼此不连接；

环形密封元件的外圆周楔入定心环的内圆周；并且

定心环是柔性的，以允许密封元件在定心环内的插入和移除。

依照本发明的相对于凸缘之间的紧固定位密封元件的定心环适合于由其自身提供对密封元件的足够的支承，即使是在端部保持不连接时，以使得在将密封组件从管凸缘移除时密封元件保持易于更换。构造有保持不连接的相对端的定心环的简单性对于组件来说具有低成本和低复杂度，其由于其简单和耐用的结构而延长了使用期限。

定心环优选地是弹性的以便在张力下关于环形密封构件是自支承的，使得环形密封元件的外圆周在压缩下只通过环形密封构件的张力楔入定心环的内圆周。通过仅依靠定心环的刚度来定位密封元件并在安装位置向密封元件提供足够的压缩，就不需要其他的部件，这与现有技术配置相比较有效地缩减了与密封组件相关联的成本和维修。

优选地，密封元件的外圆周具有凸的楔形边缘形式的楔形横截面，且定心环的内圆周具有凹的楔形边缘形式的凹的横截面，以形成用于在其中接收密封元件的楔形边缘的形状。

优选地，密封元件的凸的楔形边缘比定心环的凹的楔形边缘平。

密封元件的凸的楔形边缘的顶点的外直径优选地小于定心环在凹的楔形边缘的顶点处的最大内直径且大于定心环的凹的楔形边缘密封元件的第一面和第二面附近处的最小内直径。

凸缘密封系统还可包括具有外圆周的内部构件，该内部构件的外圆周包括凹的楔形边缘，其中环形密封元件具有包括凸的楔形边缘的内圆周。在这种情况下，内部构件的外圆周优选地在密封构件的内圆周内被接收，使得环形密封元件的内圆周的凸的楔形边缘在内部构件的外圆周的凹的楔形边缘内被接收。

优选地，内部构件的外圆周的凹的楔形边缘比密封元件的内圆周的凸的楔形边缘平。

内部构件可从包括在密封元件和管的内直径之间的间隔物、在环形密封元件和管的内直径之间的主密封件、具有直径小于管的内直径的孔的孔板以及完全跨管的内直径以阻挡管内的流的盲板的组中选择。

内部构件可包括厚度实质上等于密封构件在其第一面和第二面之间的厚度的金属插入物。

可选地，内部构件可包括比密封构件的材料软的材料，该内部构件的厚度大于密封构件在第一面和第二面之间的厚度。

优选地，定心环包括在第一面和第二面之间延伸通过其中的至少一个紧固件孔，且该至少一个紧固件孔被布置为接收通过其中的紧固管端凸缘的各个紧固件。定心环可仅包括由与定心环整体接合的辅助安装环限定的单个紧固件孔。可选地，定心环可包括在第一面和第二面之间延伸通过其中的多个圆周地间隔开的紧固件孔，其中每个紧固件孔接收将管端凸缘紧固到一起的各个紧固件。

定心环可通过提供在环的圆周中形成空隙的径向切断而被制作成不连续的，该空隙优选地在圆周方向上为大约1.0mm到2.0mm宽。

当被提供为与不同尺寸的多个定心环相组合以便被布置为适合多种标准管和凸缘尺寸时，每个定心环优选地包括内圆周，相同的环形密封构件的外圆周被布置为楔入定心环的内圆周内。

密封元件的第一面和第二面每个可以都形成有锯齿形表面。

密封元件的第一面和第二面还可设置有适合的密封复合物以进一步改进不透流体密封。密封复合物优选地从包括聚四氟乙烯、石墨、云母基复合物、合成非石棉纤维和橡胶基层压材料的组中选择。

根据本发明的第二个方面，提供有用于凸缘密封系统的密封元件，该凸缘密封系统包括邻接管的一对管端凸缘和用于安装在端凸缘之间的定心环，其中定心环具有楔形边缘形式的内圆周，环形密封元件包括：

环形结构，其具有被布置为在定心环的内圆周内被接收的外圆周，且具有第一面和第二面，第一面和第二面被布置为与端凸缘中的相应的端凸缘密封接合以便提供端凸缘之间的不透流体密封；

密封元件的外圆周具有被布置为与定心环的楔形边缘相匹配的楔形边缘形式的楔形横截面。

当定心环在内圆周上具有凹的楔形边缘时，优选地，密封元件在其外圆周上具有凸的楔形边缘。另外，密封元件的凸的楔形边缘优选地被布置为比定心环的凹的楔形边缘平。

在一些情况下，可设置具有包括凹的楔形边缘的外圆周的内部构件。在这种情况下，环形密封元件优选地具有包括凸的楔形边缘的内圆周，同时内部构件的外圆周在密封构件的内圆周内被接收，以使得环形密封元件的内圆周的凸的楔形边缘在内部构件的外圆周的凹的楔形边缘内被接收。

优选地，内部构件的外圆周的凹的楔形边缘比密封元件的内圆周的凸的楔形边缘平。

在本说明书全文中，除非上下文中另有要求，词语“包括(comprise)”或其变化形式例如“包括(comprises)”或“包括(comprising)”将被理解为含有包括所阐述的整体或整体的组但不排除任何其他的整体或整体的组的意思。同样，词语“优选地”或其变化形式例如“优选的”将被理解为含有所阐述的整体或整体的组对于本发明的工作来说是期望的但不是必不可少的意思。

附图说明

仅通过举例的方式，参考附图，由以下的凸缘密封系统的若干具体实施方式的详细描述，本发明的特点将被更好地理解，其中：

图1是依照本发明的凸缘密封系统的第一个实施方式的顶部透视图；

图2是依照本发明的凸缘密封系统的第二个实施方式的顶部透视图；

图3是示出了在原位置处的图1密封元件的凸缘连接的一半的剖视图；

图4是在图1的凸缘密封系统中应用的定心环的顶部透视图；

图5是在图2的凸缘密封系统中应用的定心环的顶部透视图；

图6是在图1和图2两者的凸缘密封系统中应用的密封元件的顶部透视图；

图7是图1中示出的定心环的平面图；

图8是通过线A-A的图7定心环的截面图；

图9是通过线C-C的图7定心环的截面图；

图10是图9的定心环的D处的部分的放大；

图11是图8的定心环的B处的部分的放大；

图12是图6中示出的密封元件的平面图；

图13是图12的密封元件的侧视图；

图14是通过线A-A的图12定心环的截面图；

图15是图14的密封元件的B处的部分的放大；

图16A是小直径密封元件和定心环组合的横截面视图；

图16B是直径比图16A的密封元件和定心环大的中等直径密封元件和定心环组合的横截面视图；

图16C是直径比图16B的密封元件和定心环大的大直径密封元件和定心环组合的横截面视图；

图17A是当内部构件由刚性材料形成时内部构件和外部定心环之间的密封元件的横截面视图；

图17B是当内部构件由比密封元件软的材料形成时内部构件和外部定心环之间的密封元件的横截面视图；

图18是定心环的可选实施方式的透视图；

图19是依照图18的定心环的另一个透视图。

在附图中，相同的参考符号指示不同图中的相应的部分。

具体实施方式

如图1中所示出的，依照本发明的凸缘密封系统10的第一个实施方式包括环形密封元件12，该环形密封元件12用于在邻接管16(见图3)之间的凸缘连接的各个端凸缘14之间提供不透流体密封。密封系统10还包括定心环18，该定心环18用于为凸缘14之间的密封元件12定心以及用于相对于连接在凸缘14之间的凸缘螺栓15定位密封元件12。定心环18是不连续的以便是柔性的，且允许密封元件12在定心环18内的插入和移除。

图2示出了凸缘密封系统20的第二个实施方式。密封系统20同样包括实质上与第一个实施方式的密封元件12相同的环形密封元件12，以及用于相对于在端凸缘14之间延伸的凸缘螺栓15定位密封元件的定心环22。图2的组件应用了设置有螺栓孔24的全面型定心环(full face style centering ring)22，凸缘螺栓在原位置通过螺栓孔24。螺栓孔24圆周地彼此间隔开以与通过其中接收的各个凸缘螺栓15对准。每个螺栓孔可单独地用于在其从服务中被移除之后通过使用螺栓来将定心环悬挂于凸缘上。当在这个位置时，密封元件可被安装回导环中，然后围绕所选的螺栓枢轴旋转入其使用位置。与第一个实施方式一样，定心环22是不连续的以便是柔性的，且允许密封元件22在定心环22内插入和移除。

图18示出了凸缘密封系统的第三个实施方式，该凸缘密封系统包括接收与先前的实施方式中相同的环形密封元件12的定心环23。在这种情况下，定心环23具有与图1和图3中示出的从管的中心到凸缘螺栓15的内侧的径向距离相一致的外半径，与环18相似，以用于在管的端凸缘中相对于凸缘螺栓15将密封元件12定位在其中。定心环23的第三个实施方式因提供了固定到定心环23的外圆周的另外的安装环25而与图1和图3的第一个实施方式不同。安装环25是位于与定心环23同一平面内的平的环形构件，用于和定心环一起夹在管端凸缘之间。安装环25的内直径限定在环的相对的第一面和第二面之间完全延伸通过环的紧固件孔，以便接收通过其的凸缘螺栓15中的一个。紧固件孔的内直径大约与通过其接收的凸缘螺栓15的直径相一致。安装环25位于定心环23的外边缘，以便与管端凸缘的紧固件孔对准，从而在定心环23与管端凸缘同中心地安装且定心环23的外圆周与围绕其圆周地相间隔的凸缘螺栓15中的每个凸缘螺栓的内侧对准时，接收一个螺栓通过。与以上提到的全面定心环中的螺栓孔相似，安装环25可用于在其从服务中被移除之后通过使用螺栓来将定心环悬挂于凸缘上。当在这个位置时，密封元件可被安装回导环中，然后围绕安装环25中的凸缘螺栓枢轴旋转回到其使用位置。

在所有的实施方式中，密封元件12优选地适合于楔入各个定心环18、22或23中。密封元件12的外直径大约等于定心环的内直径。通过弯曲定心环，密封元件12可插入到定心环18、22或23中。优选地，密封元件12的外圆周适合于与定心环18、22或23的内圆周接合。

如图13、14和15中最清楚所见，密封元件12的外圆周具有凸的楔形边缘26的形式的楔形横截面。类似地，如图8、9和11中最清楚所见，定心环18的内圆周具有凹的横截面形状以在其中接收密封元件12的楔形边缘。在这个实施方式中，楔形边缘26的各个斜面之间的内角是120°。在另一方面，如图8、9和11中最清楚所见，定心环18的内圆周的凹的横截面是带有90°的内角的内圆周槽32的形式。楔形边缘36的略微浅的角有助于促进密封元件在内部槽32中的插入和移除。在另一个实施方式中，楔形边缘26的各个斜面之间的内角可在大约90°和大约120°之间，例如90°、91°、92°、93°、94°、95°、96°、97°、98°、99°、100°、101°、102°、103°、104°、105°、106°、107°、108°、109°、110°、111°、112°、113°、114°、115°、116°、117°、118°、119°和120°。在一些实施方式中，内角可小于90°。在一些可选的实施方式中，内角可大于120°。

如本文中所描述的，定心环的内圆周包括凹的楔形边缘，该凹的楔形边缘包括与接合连接的管的各个端凸缘的定心环的相应的第一面和第二面相邻接的第一表面部分和第二表面部分。第一表面部分和第二表面部分一般是平的，且彼此成横向以便向向内凹入的中央顶点倾斜。定心环的内圆周适用于一般与密封元件的外圆周的匹配连接。

如本文中所描述的，密封元件的外圆周包括凸的楔形边缘，由第一表面部分和第二表面部分形成，分别邻接密封元件的第一面和第二面，且其一般是平的且彼此成横向以便向外圆周26的向外伸出的中央顶点倾斜。密封元件的第一表面部分和第二表面部分彼此成较大的角以使得顶点比定心环的向内凹入的顶点平。因此，定心环的内圆周的凹的楔形边缘比密封元件的外圆周的凸的楔形边缘尖。密封元件的外圆周在定心环的外圆周内被接收，以使得环形密封元件的外圆周的凸的楔形边缘楔入定心环的内圆周的凹的楔形边缘中。

密封元件的凸的楔形外边缘的顶点处的最大外直径被设置为大于在其相对的第一面和第二面附近定心环的最小内直径，以确保定心环和密封元件的一部分在径向方向上重叠。定心环的凹的楔形边缘的顶点处的最大内直径大于密封元件的外边缘的顶点处的最大外直径，以使得密封元件在定心环内的压缩摩擦配合集中在与密封元件的相对的第一面和第二面相邻接的间隔开的环形接触区域。

楔形边缘的角可被改变以有助于使在所有凸缘标准中插入各种管尺寸变得容易，如图16A、16B和16C中所示。当衬垫的尺寸增大时，楔的角可能改变以允许密封元件进入定心环并与密封元件作为整体给予导环更好的位置和更大的刚性。虽然在每种情况下密封元件和定心环之间的关系都相似，但是一般地，定心环的内圆周和密封元件的外圆周两者对于较小衬垫尺寸具有比对于中等衬垫尺寸平的外形。类似地，定心环的内圆周和密封元件的外圆周两者对于中等衬垫尺寸具有比对于较大衬垫尺寸平的外形。因此，凹的楔形边缘和凸的楔形边缘的顶点随着衬垫尺寸的增加而更加尖锐且更明显，而总的边缘外形随着衬垫尺寸的减小变得更加平且不那么明显。

密封元件12一般具有适合于与邻接管16的各个凸缘14接合以形成不透流体密封的第一面和第二面。有利地，密封元件12的第一面和第二面中的每个都被形成为带有锯齿形表面30。如在图15中最清楚所见，锯齿30通过环状V形槽形成，其中峰径向间隔开1.5mm的间隔，且该槽的各个相对的壁彼此成90°。密封元件上的锯齿30被设计为与邻接管的各个凸缘14接合，如图3所示，以提供不透流体密封。这个实施方式的密封元件用实体金属芯制造，一般为不锈钢。但是，应理解，作为凸缘密封系统中的衬垫的密封元件能以很多形式被制作，例如以螺旋缠绕衬垫的形式。虽然本描述集中于Kammprofile技术，但密封元件可采取其他的形式例如平金属层压板(Klinger Type 108)、绝缘衬垫、RTJ更换衬垫(弹性体密封元件)以及螺旋缠绕衬垫。

优选地，密封元件12的第一面和第二面设置有适合的密封复合物(未示出)以进一步改进不透流体密封。密封复合物层一般应用在锯齿形表面30的顶上。一般的密封复合物包括TEFLON(注册商标)、石墨和云母基复合物、合成非石棉纤维以及橡胶基层压材料。密封元件12可易于通过在再插入定心环内之前更换密封复合物而被修新。

有利地，相同的密封元件12可被应用于多个定心环来适应多种标准管和凸缘尺寸。对于所有的凸缘标准和在该标准内的压力级的所有的各种导环可被布置为与用于每种管尺寸的普通尺寸的密封元件相匹配，每种管尺寸为从1/2″到24″(12NB到600NB)但不限于这些尺寸。例如，管尺寸可以是1/2″、3/4″、1″、11/4″、11/2″、13/4″、2″、21/2″、3″、31/2″、4″、41/2″、5″、51/2″、6″、61/2″、7″、71/2″、8″、81/2″、9″、91/2″、10″、11″、12″、13″、14″、15″、16″、17″、18″、19″、20″、21″、22″、23″或24″。导环可被制造为也适应非标准的凸缘类型且仍使用标准的密封元件。系统还可被扩展到最大尺寸(大约2500NB)。在所有情况下，导环可在工厂的使用期限内的大多数条件下被重复利用。

密封元件12的外直径一般为大约87mm，内直径为大约70mm。这些尺寸是2″(英寸)或50NB的密封元件的典型尺寸。定心环的外直径改变为适合由应用所需的凸缘压力等级和/或凸缘标准。以这种方式，本发明的凸缘密封系统可在具有从小至12mm直到600mm的公称管径(NB)的各种范围的管尺寸内应用。例如，公称管径可以是12mm、13mm、14mm、15mm、16mm、17mm、18mm、19mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm、55mm、60mm、65mm、70mm、75mm、80mm、85mm、90mm、95mm、100mm、105mm、110mm、115mm、120mm、125mm、130mm、135mm、140mm、145mm、150mm、155mm、160mm、165mm、170mm、175mm、180mm、185mm、190mm、195mm或200mm。作为密封系统中的凸缘适配器的定心环被设计为属于凸缘接合组件以在需要时连续重复用于新的密封元件。

一般地，定心环通过提供在环中形成圆周空隙34的径向切断而被制作成不连续的。一般地，圆周空隙34为大约1.0mm到2.0mm宽，如图9和图10中最清楚所见。空隙34的存在意味着定心环可被人工弯曲以使密封元件12的插入变得容易。定心环一般由高级碳钢制造，但也可由任何其他合适的材料例如钛制造，这取决于应用和化学环境。定心环中的空隙导致定心环在两个相对端之间是大体C形的，空隙在圆周方向横跨在该相对端之间。

因此，空隙确保两个相对端在安装位置彼此保持不连接，使得当随后移除定心环时，密封元件仍可易于移除和更换。易于更换密封元件和重复利用定心环是有环境效益的。主要的环境积极意义是具有在设备使用期限内与凸缘相关联的单个导环因而不需要进行一年通常两次的钢环元件布置的资源效率。在主要的石化工厂，这可等同于在工厂的使用期限内未处理掉的几吨钢。

虽然定心环是柔性的以允许密封元件的更换，但是定心环具有能保持使密封构件在插入定心环中时必须足以楔入定心环中的刚度的弹性度。因此，一旦密封构件在其中被接收，定心环就在张力下关于密封构件从松弛位置径向向外弯曲到弯曲位置，以使得定心环在安装位置处自身的张力提供关于密封构件的圆周的足够的压缩力以将密封构件固定在定心环内。

在一些应用中，还提供有由在端凸缘之间接收到的平的构件形成的内部构件40以便由环形密封元件环绕。内部构件40具有包括凹的楔形边缘的外圆周42，该凹的楔形边缘包括第一表面部分和第二表面部分，该第一表面部分和第二表面部分分别与被布置为与连接的管的各个端凸缘相接合的内部构件的第一面和第二面邻接。第一表面部分和第二表面部分一般是平的且彼此成横向以便向向内凹入的中央顶点倾斜。外圆周42一般适合于与密封元件的内圆周44匹配连接。

在这种情况下，密封元件的内圆周包括凸的楔形边缘，也由第一表面和第二表面部分形成，靠近密封元件的相应的第一面和第二面，且其一般是平的且彼此成横向以便向向外伸出的中央顶点倾斜。密封元件的第一表面部分和第二表面部分相对于彼此成较小的角，使得顶点的角比内部构件的向内凹入的顶点尖。因此，内部构件的外圆周的凹的楔形边缘比密封元件的内圆周的凸的楔形边缘平。内部构件的外圆周在密封元件的内圆周内被接收，使得环形密封元件的内圆周的凸的楔形边缘楔入内部构件的外圆周的凹的楔形边缘内。

在密封元件的凸的楔形边缘的顶点处的最小内直径小于在内部构件的相对的第一面和第二面以及密封元件的第一面和第二面附近内部构件的最大外直径，以便确保密封元件和内部构件在径向方向上的重叠。内部构件的凹的楔形边缘的顶点处的最小外直径一般接近于密封元件的顶点处的内直径或可能略微大点以使得内部构件紧配合在环绕的密封构件内。

插入到密封元件内的内部环可以是以下中的任何项：

i)间隔物元件，其在环形密封元件和管的内直径之间以减缓或阻止在密封元件内直径和管内直径之间的空间中产生的高速湍流；

ii)阻挡物或主密封件，其在环形密封元件和用于在产品不应暴露于金属部分的应用的管的内直径之间(一般采用可压缩材料，例如但不限于PTFE、CNAF、塑料和/或橡胶)；

iii)孔板，其具有直径小于管的内直径以便控制或限制管中的流的孔或开口；以及

iv)盲板(blank plate)，其完全跨管的内直径以阻挡或阻止管中的流。

如图17A中所示，当内部构件包括刚性金属插入物时，厚度实质上等于密封构件的第一面和第二面之间的厚度。

可选地，如图17B中所示，当内部构件包括比密封构件的材料软的材料时，内部构件具有的厚度比密封构件的第一面和第二面之间的厚度大，以便在使用中在压力下安装在管的端凸缘之间。

由于凸缘密封系统的优选实施方式已被详细描述，所描述的实施方式明显地提供了相对于现有技术的若干优势，包括以下项：

i)克服了对于每种压力级以及每种国际凸缘标准的不同衬垫的需要。

ii)非接触部件(定心环)不需要更换。

iii)密封元件可被更换且/或修新很多次。

iv)减少了50-70％的库存量和存货，因而随之节省存货、仓储和运输成本。

v)减少手头不适当库存的风险或减少被安装的不适当的衬垫。

vi)增加凸缘接合的可靠性。

vii)利用更具成本效益的精良的锯齿衬垫技术。

对于相关领域中技术人员来说明显的是，可对前述的实施方式作出除已描述过的那些之外的各种修改和改进而不偏离本发明的基本发明思想。例如，密封元件设计允许在具体的应用所需要时增加可选的主密封元件以适用于内直径。因此，应认识到，本发明的范围不限于所描述的具体实施方式。

Claims (20)

1.一种凸缘密封系统，所述凸缘密封系统与通过适当的紧固而彼此接合的邻接管的一对管端凸缘组合，所述凸缘密封系统包括：

环形密封元件，其位于所述端凸缘之间，具有第一面和第二面，所述第一面和所述第二面与所述端凸缘中的相应的端凸缘密封接合，以便在所述端凸缘之间提供不透流体密封；以及

定心环，其环绕所述环形密封元件以便被布置为相对于被紧固的管端凸缘定位所述密封元件；

所述定心环在所述定心环的两端之间在所述定心环的圆周方向上是不连续的，所述定心环的所述两端在所述管端凸缘之间的安装位置彼此不连接；

所述环形密封元件的外圆周楔入所述定心环的内圆周；并且

所述定心环是柔性的，以允许所述密封元件在所述定心环内的插入和移除。

2.如权利要求1所述的凸缘密封系统，其中，所述定心环是弹性的以便在张力下关于所述环形密封构件是自支承的，使得所述环形密封元件的所述外圆周在压力下通过所述环形密封构件的张力而楔入所述定心环的所述内圆周。

3.如权利要求1所述的系统，其中，所述密封元件的所述外圆周具有呈凸的楔形边缘的形式的楔形横截面，且所述定心环的所述内圆周具有呈凹的楔形边缘的形式的凹的横截面，以形成在其中接收所述密封元件的所述楔形边缘的形状。

4.如权利要求3所述的系统，其中，所述密封元件的所述凸的楔形边缘比所述定心环的所述凹的楔形边缘平。

5.如权利要求3所述的系统，其中，所述密封元件的所述凸的楔形边缘的顶点的外直径小于所述定心环在所述凹的楔形边缘的顶点处的最大内直径且大于所述定心环的所述凹的楔形边缘在所述密封元件的所述第一面和所述第二面附近处的最小内直径。

6.如权利要求1所述的系统，还包括：具有外圆周的内部构件，所述内部构件的所述外圆周包括凹的楔形边缘，其中，所述环形密封元件具有包括凸的楔形边缘的内圆周，所述内部构件的所述外圆周在所述密封构件的所述内圆周内被接收，使得所述环形密封元件的所述内圆周的所述凸的楔形边缘在所述内部构件的所述外圆周的所述凹的楔形边缘内被接收。

7.如权利要求6所述的系统，其中，所述内部构件的所述外圆周的所述凹的楔形边缘比所述密封元件的所述内圆周的所述凸的楔形边缘平。

8.如权利要求6所述的系统，其中，所述内部构件包括跨在所述密封元件和所述管的内直径之间的间隔物。

9.如权利要求6所述的系统，其中，所述内部构件包括金属插入物，所述金属插入物的厚度实质上等于所述密封构件在所述第一面和所述第二面之间的厚度。

10.如权利要求6所述的系统，其中，所述内部构件包括比所述密封构件的材料软的材料，所述内部构件的厚度大于所述密封构件在所述第一面和所述第二面之间的厚度。

11.如权利要求1所述的系统，其中，所述定心环包括在所述第一面和所述第二面之间延伸通过其中的至少一个紧固件孔，所述至少一个紧固件孔被布置为接收通过其中的紧固所述管端凸缘的相应的紧固件。

12.如权利要求1所述的系统，其中，所述定心环通过提供在所述环的圆周中形成空隙的径向切断而被制作成不连续的，所述空隙在所述圆周方向上为大约1.0mm到2.0mm宽。

13.如权利要求1所述的系统，与不同尺寸的多个定心环相组合，以便被布置为适合多种标准的管和凸缘尺寸，每个定心环包括内圆周，所述环形密封构件的所述外圆周被布置为楔入所述定心环的所述内圆周。

14.如权利要求1所述的系统，其中，所述密封元件的所述第一面和所述第二面中的每个都形成有锯齿形表面。

15.如权利要求1所述的系统，其中，所述密封元件的所述第一面和所述第二面设置有适当的密封复合物以进一步改进不透流体密封。

16.如权利要求7所述的系统，其中，所述密封复合物从包括聚四氟乙烯、石墨、云母基复合物、合成非石棉纤维和橡胶基层压材料的组中选择。

17.一种用于凸缘密封系统的密封元件，所述凸缘密封系统包括邻接管的一对管端凸缘和用于安装在所述端凸缘之间的定心环，其中，所述定心环具有呈楔形边缘的形式的内圆周，所述环形密封元件包括：

环形结构，其具有被布置为在所述定心环的所述内圆周内被接收的外圆周，且具有第一面和第二面，所述第一面和所述第二面被布置为与所述端凸缘中的相应的端凸缘密封接合以便提供所述端凸缘之间的不透流体密封；

所述密封元件的所述外圆周具有被布置为与所述定心环的所述楔形边缘相匹配的呈楔形边缘的形式的楔形横截面。

18.如权利要求17所述的密封元件，与在所述内圆周上具有凹的楔形边缘的定心环一起使用，其中，所述密封元件的所述外圆周上具有凸的楔形边缘。

19.如权利要求18所述的密封元件，其中，所述密封元件的所述凸的楔形边缘被布置为比所述定心环的所述凹的楔形边缘平。

20.如权利要求17所述的密封元件，还包括：具有包括凹的楔形边缘的外圆周的内部构件，其中，所述环形密封元件具有包括凸的楔形边缘的内圆周，所述内部构件的所述外圆周在所述密封构件的所述内圆周内被接收，以使得所述环形密封元件的所述内圆周的所述凸的楔形边缘在所述内部构件的所述外圆周的所述凹的楔形边缘内被接收。

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