CN112513554A - 双向自激励垫圈 - Google Patents

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Abstract

一种热交换器包括壳体。管板安装到壳体。多个管从管板延伸且延伸到壳体中以用于管内的第一流体和管外的壳体中的第二流体之间的热交换。管板将壳体的内部分为热交换腔、用于第一流体进入和离开管的入口‑出口腔，在热交换腔中，管可与第二流体换热。尾部锁将管板锁定在壳体内。双向自激励垫圈承坐在管板和壳体之间以将热交换腔与入口‑出口腔密封开。垫圈构造成自激励的以密封，无论是热交换腔中或是入口‑出口腔中存在较高的压力。

Description

双向自激励垫圈
相关申请的交叉引用
该申请请求享有2018年4月6日提交的序列号为15/946,896的美国非临时专利申请(题为“BI-DIRECTIONAL SELF-ENERGIZING GASKETS”)的优先权。
技术领域
本公开涉及密封件和垫圈，以及更特别地涉及自激励密封件。
背景技术
尾部锁(或螺纹锁)热交换器已成为用于特殊高压热交换应用的标准。传统设计在壳体到管板的垫圈处具有泄漏问题，特别是在快速的***停机或设备跳闸后。当热交换器重新启动时，***过程流体从较高压力的侧泄漏到较低压力的侧。该泄漏在热交换器网络的最初几个热交换器中特别显著。
在***启动前不总是再次调整或再次紧固尾部锁热交换器单元的推杆和螺栓。也不总是确定在停机后用推杆将内外螺纹再次紧固将会把管板密封到壳体，特别是在颗粒或污染物已经能够积聚于壳体到管板的垫圈上的情况下。
业界已经接受温度、压力、运动和材料/构件松弛会积累以增加管板和壳体之间可允许泄漏的间隙空间。虽然再次调整螺栓和推杆可在一定程度上有所帮助，但仍有显著的泄漏发生。
常规技术对于其预期目的已被认为是令人满意的。然而，对于改进密封的需求始终存在。本公开为该需求提供了解决方案。
发明内容
热交换器包括壳体。管板接合到壳体。多个管从管板延伸到壳体中以用于管内的第一流体和管外的壳体中的第二流体之间的热交换。管板将壳体的内部分为热交换腔、用于第一流体进入和离开管的入口-出口腔，在热交换腔中，管可与第二流体换热。尾部锁将管板相对于壳体锁定。尾部锁跨过入口-出口腔与管板隔开。双向自激励垫圈固定在管板和壳体之间以将热交换腔与入口-出口腔密封开。垫圈构造成自激励的以密封，无论是热交换腔中或是入口-出口腔中存在较高的压力。
壳体可包括用于第一流体的入口和出口。入口-出口腔可包括用于第二流体的入口和出口。入口-出口腔可被板再分为入口区段和出口区段。管中的每一个可具有穿过管板与入口区段流体连通的入口和穿过管板与出口区段流体连通的出口。
垫圈可为环形的，并且可在壳体的环形面和管板的环形面之间轴向地接合。垫圈可包括任何适合材料，诸如钢、不锈钢、迭尔林(delrin，又称“聚甲醛树脂”)、塑料、青铜和/或橡胶。垫圈的主体可包括构造成利用热交换腔中的压力来增加密封接合的径向地向内开口的自激励特征。径向地向内开口的自激励特征可包括在环形凹穴的任一侧上从垫圈的主体延伸的成对的轴向隔开的脊，该环形凹穴从垫圈的主体径向地向内开口。径向地向内开口的自激励特征可包括垫圈的主体中邻近环形凹穴的成对的轴向相对的环形通道以便于脊的弯曲，以用于脊分别相对于壳体和管板的自激励密封。
垫圈的主体可包括构造成利用入口-出口腔中的压力来增加密封接合的径向地向外开口的自激励特征。径向地向外开口的自激励特征可包括在环形凹穴的任一侧上从垫圈的主体延伸的成对的轴向隔开的脊，该环形凹穴从垫圈的主体径向地向外开口。径向地向外开口的自激励特征可包括垫圈的主体中邻近环形凹穴的成对的轴向相对的环形通道以便于脊的弯曲，以用于脊分别相对于壳体和管板的自激励密封。
从结合附图对优选实施例的下列详细描述，本公开的***和方法的这些和其它特征对于本领域技术人员将变得更容易明白。
附图说明
这样，本公开涉及的本领域技术人员将容易理解如何制作和使用本公开的装置和方法而无需过度的实验，本文将在下文参考某些附图详细描述本公开的优选实施例，其中：
图1为根据本公开构造的尾部锁热交换器的示例性实施例的示意性截面侧立视图，示出了管板和管；
图2为图1的热交换器的部分的示意性截面侧立视图，示出了管板到壳体的接合；
图3为图1的热交换器的部分的示意性截面侧立视图，示出了接合在壳体和管板之间的垫圈；
图4为图3的垫圈的透视图，示出了垫圈的环形主体；以及
图5为图4的垫圈的径向截面视图，示出了自激励特征。
具体实施方式
将对附图进行参考，其中相似的参考标号标识本公开的相似的结构特征或方面。为了解释和说明的目的而非限制，根据本公开的热交换器的示例性实施例的部分视图在图1中示出并且大体上由参考标号100标明。如将描述的那样，在图2到图5中提供了根据本公开或其方面的热交换器的其他实施例。例如，无论从哪个方向施加高压，可使用在本文中描述的***和方法来密封尾部锁热交换器。
热交换器100包括沿纵向轴线A轴向地延伸的壳体102。管板104紧靠壳体102接合。多个管106(为了清楚起见，在图1中仅示出其中一个)从管板104延伸并且延伸到壳体102中以用于管106内的第一流体和管106外的壳体102中的第二流体之间的热交换。管板104将壳体102的内部分为热交换腔108、用于第一流体进入和离开管106的入口-出口腔110，在热交换腔中，管106可与第二流体换热。尾部锁112将管板104锁定在壳体102内并且相对于壳体锁定。尾部锁112跨过入口-出口腔110(也称为通道)与管板104轴向地隔开。
壳体102包括入口114和出口116，各自与热交换腔108流体连通以用于第一流体在其中的循环。入口-出口腔110包括与入口-出口腔110的内部流体连通的入口118和出口120以用于第二流体穿过其中的循环。入口-出口腔110被板122再分为入口区段124和出口区段126。管106中的每一个具有延伸穿过管板104与入口区段124流体连通的入口128和延伸穿过管板104与出口区段126流体连通的出口130。
现在参考图2，更详细地示出了管板104在壳体中的接合。尾部锁112可在管板104上施加轴向力，将其相对于壳体102(例如，相对于壳体102的肩部103)按压。如在图3中更详细地示出的那样，双向自激励垫圈114承坐在管板104和壳体102之间以将壳体侧热交换腔108与入口-出口通道侧腔110密封开。如图4中所示，垫圈114包括环形主体132，并且在壳体102的环形面134和管板104的环形面136之间轴向地接合。垫圈114可由不锈钢制成以用于高压、高温和/或高腐蚀性流体。本领域技术人员将容易理解的是，任何其他适合材料(硬的或软的)可用于给定的应用，诸如钢、迭尔林、塑料、青铜、橡胶等，其可用于其他化学、温度和/或压力应用，包括与本文中公开的示例性热交换器无关的应用。垫圈114构造成自激励的以利用来自两侧的压力密封，无论是热交换腔108中或是入口-出口腔110中存在较高的压力。因此，密封构造可在两个方向上同时工作。
现在参考图5，垫圈114的主体132包括构造成利用热交换腔108中和/或入口-出口腔110中的压力来增加密封接合的径向地向内开口的自激励特征138。自激励特征138包括成对的轴向隔开的脊140，该脊在环形凹穴142的任一侧上从垫圈114的主体延伸，该环形凹穴从垫圈114的主体132径向地向内开口。自激励特征138包括在垫圈的主体中邻近环形凹穴142的成对的轴向相对的环形通道144，以便于脊140远离彼此的弯曲，以用于脊140分别相对于壳体102和管板104的自激励密封。
继续参考图5，垫圈114的主体132还包括构造成利用热交换腔的入口-出口腔110中的压力来增加密封接合的径向地向外开口的自激励特征146。自激励特征146包括成对的轴向隔开的脊148，该脊在环形凹穴150的任一侧上从垫圈114的主体132延伸，该环形凹穴从垫圈114的主体132径向地向外开口。如由图5中的压力箭头指示的那样，自激励特征146包括在垫圈114的主体132中邻近环形凹穴150的成对的轴向相对的环形通道152，以便于脊148远离彼此的弯曲或挠曲，以用于脊148分别相对于壳体102和管板104的自激励密封。
垫圈114最初可通过来自尾部锁112的推杆力承坐，并且其可通过作用在自激励特征138和146上的压力重新承坐。用垫圈114将壳体102和管板104的接合密封防止了泄漏以保持管106和热交换腔108中的第一流体和第二流体的分离。因为垫圈114响应于来自热交换腔108的压力以及在相反方向上响应于入口-出口腔110而自激励，所以即使当跨过垫圈114的压力差改变方向时垫圈114也可提供密封。这允许了不间断的密封，以防止在停机、***瞬变和重新启动中的泄漏。
如上文所描述且在附图中示出的本公开的方法和***提供了带有优异特性的密封，包括传统***不具有的减少或防止泄漏的能力。虽然已经参考优选实施例示出和描述本公开的设备和方法，但本领域技术人员将容易理解的是，在不脱离本公开的范围的情况下可对其进行改变和/或修改。

Claims (19)

1.一种热交换器，包括：
壳体；
接合到所述壳体的管板，其中多个管从所述管板延伸且延伸到所述壳体中以用于所述管内的第一流体和所述管外的所述壳体中的第二流体之间的热交换，其中所述管板将所述壳体的内部分为热交换腔、用于所述第一流体进入和离开所述管的入口-出口腔，在所述热交换腔中，所述管可与所述第二流体换热；
尾部锁，其将所述管板相对于所述壳体锁定，其中所述尾部锁跨过所述入口-出口腔与所述管板隔开；以及
双向自激励垫圈，其承坐在所述管板和所述壳体之间以将所述热交换腔与所述入口-出口腔密封开，其中所述垫圈构造成自激励的以密封，无论是所述热交换腔内中或是所述入口-出口腔中存在较高的压力。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述壳体包括用于所述第一流体的入口和出口，其中所述入口-出口腔包括用于所述第二流体的入口和出口，其中所述入口-出口腔由板再分为入口区段和出口区段，并且其中所述管中的每一个具有穿过所述管板与所述入口区段流体连通的入口和穿过所述管板与所述出口区段流体连通的出口。
3.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述垫圈包括环形主体，并且其中所述垫圈在所述壳体的环形面和所述管板的环形面之间轴向地接合。
4.根据权利要求3所述的热交换器，其特征在于，所述垫圈的所述主体包括构造成利用所述热交换腔的压力来增加密封接合的径向地向内开口的自激励特征。
5.根据权利要求4所述的热交换器，其特征在于，所述自激励特征包括在环形凹穴的任一侧上从所述垫圈的所述主体延伸的成对的轴向隔开的脊，所述环形凹穴从所述垫圈的所述主体径向地向内开口。
6.根据权利要求5所述的热交换器，其特征在于，所述自激励特征包括所述垫圈的所述主体中邻近所述环形凹穴的成对的轴向相对的环形通道以便于所述脊的弯曲，以用于所述脊分别相对于所述壳体和所述管板的自激励密封。
7.根据权利要求3所述的热交换器，其特征在于，所述垫圈的所述主体包括构造成利用所述入口-出口腔中的压力来增加密封接合的径向地向外开口的自激励特征。
8.根据权利要求7所述的热交换器，其特征在于，所述自激励特征包括在环形凹穴的任一侧上从所述垫圈的所述主体延伸的成对的轴向隔开的脊，所述环形凹穴从所述垫圈的所述主体径向地向外开口。
9.根据权利要求8所述的热交换器，其特征在于，所述自激励特征包括所述垫圈的所述主体中邻近所述环形凹穴的成对的轴向相对的环形通道以便于所述脊的弯曲，以用于所述脊分别相对于所述壳体和所述管板的自激励密封。
10.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述垫圈包括不锈钢材料。
11.一种垫圈，包括：
双向自激励主体，其中所述主体构造成自激励的以密封，无论是利用来自第一方向和/或来自与所述第一方向相反的第二方向的压力。
12.根据权利要求11所述的垫圈，其特征在于，所述主体为环形的。
13.根据权利要求12所述的垫圈，其特征在于，所述主体包括构造成利用热交换腔中的压力来增加密封接合的径向地向内开口的自激励特征。
14.根据权利要求13所述的垫圈，其特征在于，所述自激励特征包括在环形凹穴的任一侧上从所述垫圈的所述主体延伸的成对的轴向隔开的脊，所述环形凹穴从所述垫圈的所述主体径向地向内开口。
15.根据权利要求14所述的垫圈，其特征在于，所述自激励特征包括所述主体中邻近所述环形凹穴的成对的轴向相对的环形通道以便于所述脊的弯曲，以用于所述脊的自激励密封。
16.根据权利要求12所述的垫圈，其特征在于，所述垫圈包括构造成利用入口-出口腔内的压力来增加密封接合的径向地向外开口的自激励特征。
17.根据权利要求16所述的垫圈，其特征在于，所述自激励特征包括在环形凹穴的任一侧上从所述主体延伸的成对的轴向隔开的脊，所述环形凹穴从所述主体径向地向外开口。
18.根据权利要求17所述的垫圈，其特征在于，所述自激励特征包括所述主体中邻近所述环形凹穴的成对的轴向相对的环形通道以便于所述脊的弯曲，以用于所述脊的自激励密封。
19.根据权利要求1所述的垫圈，其特征在于，所述主体包括材料，所述材料包括钢、不锈钢、迭尔林、塑料、青铜和/或橡胶中的至少一种。
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