[发明专利]螺旋缠绕式衬垫

说明书

相关专利申请的交叉引用

本专利申请要求以下优先权：在2012年10月4日提交的标题为“螺旋缠绕式衬垫”(Spiral Wound Gasket)的美国专利申请号13/645,320，它是2011年10月4日提交的标题为“极端温度衬垫及其制造方法”(Extreme Temperature Gasket and Method of Making the Same)的美国专利申请号13/252,718的部分延续案；并且是2011年10月4日提交的标题为“极端温度衬垫及其制造方法”(Extreme Temperature Gasket and Method of Making the Same)的美国专利申请号13/252,788的部分延续案；并要求2010年10月20号提交的标题为“极端温度衬垫及其制造方法”(Extreme Temperature Gasket and Method of Making the Same)的美国临时专利申请号61/405,038的权益；以及要求2012年9月19日提交的标题为“螺旋缠绕式衬垫”(Spiral Wound Gasket)的美国临时申请号61/703,121的权益。这些申请的内容在此通过引用以其整体并入本文。

背景技术

在用于输送不同压力和温度下的各种液体和气体的装配中，螺旋缠绕式衬垫通常被用于提供在相对的管法兰之间的密封。螺旋缠绕式衬垫包括弹性密封元件，其由金属带和缠绕填充材料的交替层形成。在各种应用中，通常由碳钢形成的外导向环，从密封元件径向地延伸，并且被标定尺寸，以防止密封元件的过压缩。通常情况下，典型地由碳钢形成的内导向环，从内周径向地向内延伸，以防止屈曲。

螺旋缠绕式衬垫的共同区别因素是用于不同应用的缠绕填充材料的类型。相对较软的缠绕填充材料一般是在衬垫中“最弱”的连接，尤其是当应用温度上升时。高温缠绕填充材料的例子包括：石棉；云母；蛭石；和化学或热膨胀蛭石(如耐热固力特)。通常，这些缠绕填充材料是脆性的或尘状的，由于它们缺乏有机物以赋予较低温度密封材料的弹性性能，这趋于更“粘”并粘在一起，但可赋予更大的密封特性和密封完整性。

当较低温度的缠绕填充材料被缠绕有金属的交替层，他们有时从金属层之间挤出以形成可压缩材料层，其有助于对相对的法兰面密封。用于螺旋缠绕式衬垫的常见的较低温度填料材料是石墨。石墨在常见的温度高达约850°F的应用中表现良好，在该点温度，它趋于氧化且不断损失质量。石墨也不能在被归类为强氧化剂，如熔盐，的介质中使用。这不利地影响衬垫的密封能力。因此，石墨螺旋缠绕不适合于在氧化环境中连续温度高于850°F的应用，或扩展温度突袭高于900°F。

当较高温度的缠绕填充材料被缠绕时，它们与较低温度填料类似地挤出。当前的高温缠绕填充材料具有两个主要问题。挤出的缠绕填充材料通常剥落而不形成良好的密封层，或填料配方被设计为保持衬垫的完整性，而不是有效地密封介质。高纤维含量填充材料是由于填料配方具有高完整性但密封性差的材料的一个例子。因此，大部分高温密封材料缺乏有效密封目标介质的首要功能。使这一问题加剧的是，由于高温填料的差的密封能力，目前的螺旋缠绕衬垫在提高的泄漏率下操作，并且这降低了系统的效率，产生热点，并且是潜在的基于应用的健康问题。密封效果的成本效益的改善是在高温应用中利用螺旋缠绕式衬垫的许多行业所需要的。

发明内容

本发明内容被提供用于引入简化形式的概念选择，其在后面的具体实施方式中将会被进一步阐述。本发明内容，以及前述的背景技术，并非意图确定所要求主题的关键方面或基本方面。另外，本发明内容并非意图用作辅助确定所要求主题。

螺旋缠绕式衬垫的实施方式包括弹性密封元件，其包括金属带和缠绕填充材料的螺旋缠绕的交替层。在一些应用中，螺旋缠绕式衬垫被提供为仅包括该密封元件。在其它应用中，螺旋缠绕式衬垫的实施方式将包括外导向环，其从密封元件的外周径向地向外延伸。螺旋缠绕式衬垫的一些实施方式将包括内导向环，其从密封元件的内周径向地向内延伸。螺旋缠绕式衬垫的各种应用可能需要使用外导向环和内导向环中的任一个或两者。

密封元件包括弹性螺旋芯，它是由被缠绕成叠加匝的螺旋的细长金属带制成。在一些实施方式中，金属带的螺旋缠绕将金属带的相邻匝以彼此间隔的关系放置，以限定金属带的侧面部分之间的间隙。在各种实施方式中，间隙至少基本上被填充了与金属带有交替、重叠的关系的弹性缠绕填充材料。