[发明专利]具有抵抗压力变化的互锁内直径密封元件的密封系统

说明书

用于高压应用的垫片密封件包括具有内直径密封元件的保持元件，该内直径密封元件与保持元件互锁以在保持元件和密封元件之间提供对沿轴向和径向两个方向的运动的抵抗。可以使用金属芯保持元件来实现高压密封，电绝缘材料被粘合至金属芯保持元件的任一侧或两侧上。通过内直径介电密封元件，例如聚四氟乙烯(PTFE)内直径密封环来实现密封。流体流线中的接头的法兰可以通过使用螺栓连接在一起，在它们之间插入有垫片密封件。在压力变化的情况下，通过将密封件固定至保持元件的双重锁定构件，内直径密封件产生抵抗以免被拉入流线中并且抵抗相对于保持元件的轴向运动。

技术领域

本公开一般涉及隔离垫片，其适用于被插入并压缩在流线中的接合管件之间，其可操作用于流体流过其中而不泄漏。本公开的密封装置特别适用于通过与保持元件互锁的内直径密封元件抵抗流线中的压力变化。

背景技术

使用垫片装置的密封系统是公知的，并且已经被用于各种应用中以防止流体在接合件之间泄漏。例如，密封装置被插入并压缩在流线的法兰式端部连接之间。在一些情况下，在线过程控制设备将被安装在流线的各个点处，并且可以与流线的法兰式端部连接相关联。在线过程控制设备可以包括诸如阀、泵、流量计、温度控制器、压力控制器等的装置。此外，管段的端部设置有法兰，使得这些管段可以被端对端地连接以形成流线。已知的是，在接合段的接合面处提供垫片装置来防止接头处的流体泄漏。

无论接头的性质如何，也就是说，无论其是在管道的接合段之间或为了某种其他目的(例如用于连接在线过程控制设备的接头)，都需要基于与具体接头和通过接头传送的具体介质相关联的各种因素来选择垫片装置和密封系统。这些因素包括流经管线的介质的腐蚀性以及该流动介质的物理特性。这样的物理特性包括介质的压力、温度和速度，以及介质的压力(包括由于破裂导致的剧烈压力变化)、温度、速度的预期的变化。此外，在许多情况下，还需要不仅为接头提供可靠的密封，而且还需要将接头的一侧与另一侧电隔离。

发明内容

本申请的技术认识到，可以容纳高压并提供可承受显著压力变化的内直径密封元件的密封系统将是高效流线密封领域的显著改进。本文公开的实施例提供了用于高压应用的密封系统。该密封系统包括具有内直径的带有一个或多个内直径密封元件的一个或多个保持元件。内直径密封元件与保持元件的内直径部分互锁，以提供对保持元件和密封元件之间的轴向和径向两个方向上的运动的抵抗。保持元件抵抗外径向方向和内径向方向两个方向上的运动。在该技术的一个方面，通过使用金属芯保持元件来实现高压密封，电隔离材料可以被粘合至该金属芯保持元件的任一侧或两侧上。通过内直径介电密封元件(例如聚四氟乙烯(PTFE)内直径密封环)来实现密封。内直径密封环可以是平坦的或有轮廓的表面，例如凸轮轮廓(kammprofile)。接头的法兰可以用螺栓连接在一起，在它们之前插入有密封件。在压力变化的情况下，通过将内直径密封元件固定至保持元件的锁定构件，内直径密封件产生抵抗，以免被拉入流线中，并且抵抗相对于保持元件的轴向运动。在另外的方面，该技术可以具有其他构造，包括保持元件中的一个或多个备用密封件、内直径密封件中的一个或多个备用密封件、以及内直径密封件或保持元件内的一个或多个压缩限制器。

在一个方面，本申请的技术提供了一种用于流线中的接合件之间的垫片密封装置，其可操作地用于流体通过其中。该垫片密封件包括：(A)保持环，其具有相对侧表面和形成在其中的内直径开口，该保持环包括：(i)在内直径开口上形成周向凹槽的轴向锁定特征，和(ii)形成围绕内直径开口的周向边缘的径向锁定特征；和(B)具有内密封表面、外密封表面和锁定部的内直径密封元件，该锁定部包括：(i)与轴向锁定特征配合地啮合的轴向锁定突起，和(ii)与径向锁定特征配合地啮合的钩，其中轴向锁定突起与轴向锁定特征以及钩与径向锁定特征的配合地啮合基本上防止了保持环和内直径密封元件之间的相对轴向和径向运动。轴向和径向锁定特征和构件互锁，以基本上防止保持环和内直径密封元件之间的轴向和径向运动。保持环可以具有金属芯和设置在相对侧表面中的至少一个上的介电材料层，或者可以由聚酰亚胺材料(仅提供两个示例)形成。保持环还可以包括形成在每个相对侧表面上的凹槽和设置在每个凹槽中的二次密封元件。