法蘭密封環的方法和系統的製作方法

2023-08-01 02:28:31 2

專利名稱：法蘭密封環的方法和系統的製作方法
法蘭密封環的方法和系統
背景技術：
在管道需要以半永久方式連接到一起的情況下，每個管道端部都安裝有法蘭，且 法蘭螺栓聯接的方式聯接在一起。存在部分地由設置在每個法蘭面上的密封表面的類型限 定的幾種類型法蘭。例如，凸面法蘭具有相對螺栓延伸通過的法蘭的部分被升高的密封表 面，且凸面或者是光滑的或者具有淺圓形槽。當配合凸面法蘭時，墊圈材料被定位在凸面之 間，且通過由螺栓提供的壓縮力被保持在合適位置。環形接頭法蘭(RTJ)是法蘭類型的又 一例子。RTJ法蘭在法蘭面上具有圓形環形凹槽。金屬環或環形墊圈放置在兩個RTJ法蘭 之間並在環形凹槽中，且環形墊圈在法蘭之間被變形或壓印，以提供密封。使環變形的壓縮 力由螺栓提供。對於法蘭來說，除了法蘭的不同類型之外，即便是同一類型的，還有不同的等級。 例如，用於30英寸管的凸面法蘭可能呈現與管道中預期的內壓相關的多種ANSI等級。盡 管每個法蘭具有相同內徑的中央通道，但是用於凸面法蘭的密封表面的尺寸可能稍微不同 於用於給定法蘭尺寸的法蘭-法蘭連接。同樣地，儘管每個法蘭具有相同內徑的中央通道， 但是用於RTJ法蘭的環形凹槽的深度、寬度和/或位置可能由於不同的壓力等級變化或者 可能稍微不同於法蘭_法蘭連接。超聲波流量計用於測量管道中的流體(例如天然氣、油、水)的流量。在一些情況 下，出於交易目的，超聲波儀表用於測量流體流量，且因此需要特別的精確性。為了檢驗超 聲波儀表的精確性，新的儀表(和可能重組裝的儀表)要求在測試實驗室中進行流量校準。 然而，對用於儀表的法蘭類型和壓力等級的選擇由客戶決定。因此出現了如由測試標準所 要求的那樣的、測試實驗室具有一組管道系統的情形，所述一組管道系統具有配合超聲波 儀表的內徑(例如30英寸)，但是測試實驗室可能具有擁有不同密封類型和/或不同壓力 等級的法蘭。例如，除了 RTJ法蘭，測試實驗室可能使用具有不同壓力等級的凸面法蘭。測 試實驗室在過去通過具有多個管道閥已經對該問題進行了研究，其中每個閥在儀表端部具 有不同法蘭類型。然而，這些閥的建造和儲存是昂貴的，在一些情況下花費比待測試的儀表 還多。


為了詳細描述示例性實施例，現在將對附圖進行參考，其中圖1示出了凸面法蘭；圖2示出了環形接頭法蘭；圖3示出了根據至少一些實施例的法蘭密封環；圖4示出了根據至少一些實施例的塊組件的透視圖；圖5示出了沿圖4的線5-5的圖5的塊組件的橫截面正視圖；圖6示出了與凸面法蘭相互作用的塊組件的橫截面正視圖；圖7示出了與具有比圖6所示的凸面偏移量較小的凸面的凸面法蘭相互作用的塊 組件的橫截面正視圖；並且
圖8示出了根據至少一些實施例的方法。符號和術語在整個下面的具體實施方式
和權利要求中使用特定的術語來談及具體的系統部件。如本領域技術人員理解的那樣，流量計設計者和生產者可能通過不同名字談及部件。本 文不打算在名字而非功能不同的部件之間區分。在下面的具體實施方式
中和在權利要求中，以開放形式使用術語「包括」和「包 含」，且因此應當解釋為意味著「包括，但不限於...」。同樣，術語「聯接」或「連接」想要意 味著間接或直接的連接。因此，如果第一裝置聯接到第二裝置，那麼連接可能是通過直接的 連接，或者通過經由其他裝置和連接的間接連接。
具體實施例方式下面的論述指向本發明的多種實施例。儘管這些實施例中的一個或多個可能是優 選的，但是公開的實施例不應當解釋為或另外用作限制本發明的範圍。此外，本領域技術人 員將理解下面的具體實施方式
具有廣泛的應用，且任何實施例的論述不意味著僅是那個實 施例的示例，且不是要表示該公開的範圍局限於那個實施例。多個實施例指向能夠使變化類型的(例如凸面式、環形接頭式(RTJ))和在一些情 況下變化壓力等級的法蘭聯接，而不需要適配器或閥。例如，不同實施例的法蘭密封環能夠 使具有150ANSI的凸面法蘭的儀表聯接到具有900ANSI的RTJ法蘭的測試實驗室的管道系 統上。在轉向法蘭密封環的示例性物理實施例之前，說明書離開正題簡要地對兩種具體類 型的法蘭討論。圖1示出了能與多種實施例的法蘭密封環(圖2中未示出)一起使用的凸面法蘭 10。具體地，圖1示出了凸面法蘭10的橫截面視圖12和正視圖14。凸面16由中央孔或中 央通道20的內徑18和凸面16的外徑22限定。如名字所暗示的，凸面從螺栓面24偏移距 離「D」，所述距離根據法蘭的壓力等級變化。例如，在一些壓力等級中，偏移量D是0. 06英寸 (1.524毫米(mm))，而對於其他的、更高的壓力等級來說，偏移量D是0. 25英寸(6. 35mm)。 當聯接兩個凸面法蘭時，墊圈材料佔據了兩個密封表面之間的空間，且通過由螺栓孔26中 的螺栓提供的壓縮力實現密封。圖2示出了 RTJ法蘭30，所述RTJ法蘭30能與不同實施例中的法蘭密封環(圖2 中未示出)一起使用。具體地，圖2示出了 RTJ法蘭30的橫截面視圖32和正視圖34。RTJ 法蘭的密封特徵部是環形凹槽36。環形凹槽36位於中央通道38和螺栓孔40之間。在一 些RTJ法蘭上，其內切割有環形凹槽36的表面42也從螺栓面44偏移距離D，但是這樣的偏 移不是必要地存在的。環形凹槽36的寬度、深度和/或直徑可能由於不同的壓力等級不同， 其中較大的環形凹槽36 (和相當地較大的金屬環墊圈)用於較高的壓力等級。當聯接兩個 RTJ法蘭時，金屬環墊圈放置在兩個法蘭之間，且金屬環墊圈至少部分地存在於每個法蘭的 環形凹槽36內。通過使金屬環墊圈經由螺栓孔40中的螺栓提供的壓縮力變形實現密封。 說明書現在轉向法蘭密封環的示意性實施例。圖3示出了根據至少一些實施例的法蘭密封環50的正視圖。特別地，圖3示出了 包括金屬環52和多個塊組件54的法蘭密封環50。在一些實施例中，金屬環52由碳鋼製 成。在其他實施例中，例如低壓應用，其他金屬可以等效地使用(例如鋁)。金屬環52限定具有內徑58的中央孔。法蘭金屬環50還包括限定一個平面的密封面60 (在圖3的情況 下，所說平面平行於頁面)。中央孔56基本上垂直於由密封面60限定的平面(即在製造公 差內的垂直)。儘管在圖3中不可見，但是金屬環52還包括在金屬環52的相對側上的第二 密封面，所述第二密封面同樣地限定一個平面。在一些實施例中，由第一密封面60限 定的 平面和第二密封面基本上是平坦的(即在製造誤差內的平坦)且基本上平行的(即在製造 公差內的垂直)。金屬環52還包括環繞中央孔56和密封面60的交叉部的0型環形凹槽62。而且， 儘管在圖3中不可見，在相對側上的第二密封面同樣地具有0型環形凹槽。在構造成與0. 50 英寸(12. 7mm)直徑的彈性體的0型環一起使用的實施例中，每個0型環形凹槽62的深度 是0. 375英寸(9. 525mm)，在密封面60處的寬度是0. 560英寸(14. 224mm)，且具有5度角 (凹槽隨著鍵入到金屬環52中的深度變得更窄)。不同直徑的0型環可以被等效地使用， 且0型環形凹槽的寬度、深度和/或角度可以相應改變。法蘭密封環50還包括多個塊組件54。在圖3的示意性情況中，於在金屬環52的 外徑上平均間隔的徑向位置處存在3個這種塊組件54。儘管示出了 3個這種塊組件54，但 是可以等效地使用更多或更少的塊組件54。每個塊組件包括齒部64。儘管齒部64與金屬 環52的關係在下面討論更多，但是齒部中的每個都延伸通過由密封面60限定的平面(例 如在頁面外)。根據一些實施例，塊組件54的齒部64由碳鋼製成，但是在其他實施例(例 如較小直徑的金屬環)中，齒部64可能由其他材料(例如鋁、塑料)製成。圖4示出了根據至少一些實施例的塊組件54的透視圖。特別地，圖示出了根據至 少一些實施例的、包括由上殼體72和下殼體74組成的殼體70的塊組件。殼體限定出存在 有導向螺杆78的內部空間76。導向螺杆78包括具有外螺紋的軸，且齒80包括具有內螺紋 的孔眼。如圖4所示，齒80經由孔眼以螺紋聯接的方式聯接到導向螺杆78上。通過導向 螺杆78的如通過箭頭82所示的旋轉，齒80的位置可以如通過箭頭84所示調節。齒80包 括多個齒部，但是在圖4的透視圖中僅齒部64是可見的。圖5是基本上沿圖4的線5-5的塊組件54的橫截面正視圖。此外，圖5示出了在 與塊組件54和金屬環52的操作關係中具有不同密封特徵部的兩個法蘭的部分。特別地，圖 5示出了具有凸面92形式的密封特徵部的凸面法蘭90的部分，和具有環形凹槽96形式的 密封特徵部的RTJ法蘭94的部分。金屬環52的中央孔的內徑98與凸面法蘭和RTJ法蘭 90和94的內徑100和102分別對齊。兩個0型環104和106在0型環形凹槽108和110 的每個內分別存在一個。由於由穿過法蘭的螺栓提供的壓縮力，O型環104和106在法蘭 及其各0型環形凹槽之間壓縮，形成密封。仍參考圖5，塊組件54殼體70包括上殼體72和下殼體74。具有組合式外殼能夠 在裝配期間使導向螺杆78和齒80插入到內部空間內。在插入各種內部件之後，下殼體72 被聯接到上殼體72上，例如緊固件(例如螺栓)、焊接件或環氧樹脂。具有在其基部附近 能夠分離的殼體70隻是示例性的。殼體70可以是等效地能夠在便於導向螺杆78和齒80 的插入的任何位置處分離。齒80包括大齒部112，小齒部114和內螺紋孔眼116。在圖5 的示意性實施例中，大齒部112構造成延伸穿過由密封面60A限定的平面，且大齒部112與 RTJ法蘭94的密封特徵部的部分相互作用或配合。特別地，大齒部112的斜接部118與環 形凹槽96接觸和/或聯接。隨著在RTJ法蘭之間具有不同的壓力等級，環形凹槽96的尺寸可以改變(如通過虛線所示的那樣)。在法蘭密封環50與具有大的環形凹槽96、但是相 同的中央通道內徑的RTJ法蘭一起使用的情況下，齒80的位置可以通過導向螺杆78相應 改變，以確 保使大齒部113與環形凹槽96壁接觸。在圖5的構造中，小齒部114相對齒部 112延伸，且存在於由密封表面60A和60B限定的平面之間。圖6是類似於圖5的塊組件54的橫截面正視圖。此外，圖6示出了凸面法蘭120 的、在與大齒部112的操作關係中的部分。具體地，除了斜接部118之外，大齒部112限定有 凹口 122。凹口 122構造成與凸面法蘭120的凸面124的外徑聯接和/或配合。因此，示例 性的大齒部112可以用到與RTJ法蘭的環形凹槽或凸面法蘭的凸面的操作關係中。在圖6 的示意性的情況下，偏移量126可以是0. 25英寸(6. 35mm)，因此大齒部112足夠長以與RTJ 法蘭的環形凹槽相互作用(圖5)和限定出凹口 122，且足夠短以與圖示的凸面法蘭一起使 用。然而，凸面相對於螺栓面24的偏移量126根據法蘭的壓力等級變化。對於低壓力等級 而言，偏移量126可以顯著地小於0. 25英寸(6. 35mm)，且在這種情況下，大齒部112 (如果 使用的話)可以保持金屬環52和/或0型環106遠離法蘭的密封特徵部。在大齒部112太長的情況下，齒80的延伸穿過密封面60A的平面的部分可以通過 塊組件54的重新定位改變。暫時回到圖4，塊組件54經由多個螺栓86保持在抵靠金屬環 52的適當位置處。當法蘭密封環與大齒部112太長的法蘭一起使用時，塊組件54可以被 移走(通過螺栓86的移除)，轉向180度，且然後重新附接到金屬環52上。圖7示出了在 金屬環52中旋轉的塊組件54的橫截面正視圖。具體地，塊組件54的旋轉導致小齒部114 延伸穿過由密封面60A限定的平面，且大齒部112在由密封面60A限定的平面和由密封面 60B限定的平面(通過虛線130示出的平面)之間。小齒部114限定凹口 132。小齒部114 的凹口 132的深度比大齒部112的凹口 122小。凹口 132構造成與凸面136的外徑134聯 接和/或配合。圖7的凸面136的偏移量顯著地比圖6的偏移量小(例如，偏移量可以是 0.06英寸(1.524mm))，因此不恰當地使用了大齒部112。同時參考圖6和7。在圖6和7中，示出了僅一個法蘭，所述法蘭與延伸穿過由密 封面60A限定的平面的齒部相互作用。儘管第二法蘭沒有在圖6或圖7中示出，要注意到， 任一類型的法蘭都可以處於與密封面60B的操作關係中。圖8示出了根據至少一些實施例的方法。特別地，方法開始(框圖800)並進入將 法蘭密封環抵靠第一法蘭的密封面(框圖804)放置。例如，法蘭密封環可以抵靠凸面法蘭 的凸面或者抵靠RTJ法蘭的環形凹槽放置。接著，通過調節一個或多個聯接到密封環上的 齒的位置，使密封環相對於穿過第一法蘭的中央通道居中(框圖808)。在一些實施例中，居 中包括調節聯接到每個齒上的導向螺杆。最後，第二法蘭被聯接到第一法蘭上(框圖812)， 其中密封環在法蘭之間，此後方法結束(框圖816)。根據該方法連接的法蘭的類型可以具 有基本相同直徑的中央孔，但是還可以具有不同壓力等級和/或不同密封表面類型。可以取消或者至少減少使用不同實施例的法蘭密封環，測試實驗室可能需要在手 邊具有的適配器或閥的數量。此外，即使如待測試儀表和測試實驗室之間的那樣，在法蘭和 壓力等級相同的情況下，墊圈密封或金屬環密封的費用(例如對於大直徑墊圈或大直徑的 金屬環密封來說是$1000)可能被不同實施例的法蘭密封環能重複利用特性排除。上面的論述意味著是對本發明的原理和不同實施例的例證。一旦上述公開被完全 地理解，對於本領域技術人員來說，許多變化和修改將變得顯而易見。例如，在一些實施例中，金屬環 的密封面通過位於平面中的整個密封面限定它們的各平面，且其他形式可以被 等效地使用(例如凸部(向外地膨脹)或凹面)。接著是，由密封面限定的平面可以是基於 密封面的任何類似特徵(例如突起密封面的突出部或凹入密封面的凹處)。想要的是，所附 權利要求被解釋為包括所有這些變化和修改。
權利要求
一種密封環，包括金屬環，所述金屬環包括中央孔，所述中央孔限定內徑；第一密封面，所述第一密封面限定第一平面，所述中央孔基本上垂直於所述第一平面；第二密封面，所述第二密封面限定第二平面，所述中央孔基本上垂直於所述第二平面，且所述第一平面和所述第二平面平行；處於所述第一密封面中的第一凹槽，所述第一凹槽環繞所述中央孔和所述第一密封面的交叉部，以及處於所述第二密封面中的第二凹槽，所述第二凹槽環繞所述中央孔和所述第二密封面的交叉部；聯接到所述金屬環的多個齒，每個齒延伸穿過所述第一平面，並且所述多個齒各自定位於圍繞所述金屬環的多個徑向位置之一中；所述多個齒中的至少一個齒具有相對於所述中央孔可調節的位置，並且所述齒令所述中央孔與法蘭的相應的孔對齊。
2.根據權利要求1所述的密封環，其中所述第一密封面基本上是平坦的且基本上平行 於所述第二密封面。
3.根據權利要求1所述的密封環，其中所述多個齒中的每個齒到所述中央孔的距離是 可調節的。
4.根據權利要求1所述的密封環，所述密封環還包括所述多個齒中的每個齒包括具有內螺紋的孔眼；多個塊組件，每個塊組件聯接到所述多個齒中的一個齒上，每個塊組件包括聯接到所述金屬環上的殼體，所述殼體限定內部空間；和在所述內部空間內的導向螺杆，所述導向螺杆以螺紋聯接的方式聯接到相關齒的孔眼；所述多個齒中的每個齒到所述中央孔的距離能夠通過調節每個塊組件中的導向螺杆 而得到選擇。
5.根據權利要求1所述的密封環，所述密封環還包括所述多個齒中的每個齒還包括第一齒部，所述第一齒部限定具有第一深度的凹口 ；和聯接到所述第一齒部的第二齒部，所述第二齒部限定具有第二深度的凹口，所述第二 深度不同於所述第一深度；多個塊組件，每個塊組件聯接到所述多個齒中的一個齒上，所述塊組件中的至少一個 塊組件在所述第一齒部延伸穿過所述第一平面處的第一方位上聯接到所述金屬環，且所述 第二齒部處於所述第一平面與所述第二平面之間。
6.根據權利要求5所述的密封環，其中所述塊組件在所述第二齒部延伸穿過所述第一 平面處的第二方位上聯接到所述金屬環，且所述第一齒部處於所述第一平面與所述第二平 面之間。
7.根據權利要求1所述的密封環，還包括所述多個齒中的每個還包括 具有內螺紋的孔眼；第一齒部，所述第一齒部限定具有第一深度的凹口 ；聯接到所述第一齒部的第二齒部，所述第二齒部限定具有第二深度的凹口，所述第二 深度不同於所述第一深度；多個塊組件，每個塊組件聯接到所述多個齒中的一個齒，每個塊組件包括 聯接到所述金屬環的殼體，所述殼體限定內部空間；和在所述內部空間內的導向螺杆，所述導向螺杆以螺紋聯接的方式聯接到相關齒的孔眼；所述塊組件中的至少一個塊組件在所述第一齒部延伸穿過所述第一平面處的第一方 位上聯接到所述金屬環，且所述第二齒部處於所述第一平面與所述第二平面之間。所述多個齒中的每個齒到所述中央孔的距離能夠通過調節每個塊組件中的導向螺杆 而得到選擇。
8.根據權利要求7所述的密封環，其中所述塊組件中的至少一個塊組件在所述第二齒 部延伸超過所述第一平面處的第二方位上聯接到所述金屬環，且所述第一齒部位於所述第 一平面與所述第二平面之間。
9.根據權利要求1所述的密封環，其中所述多個齒中的每個齒還包括 限定凹口的第一齒部，所述凹口與凸面法蘭的凸面的外徑相配合；和聯接到所述第一齒部且與所述第一齒部相反延伸的第二齒部，所述第二齒部與環形接 頭法蘭的凹槽相配合。
10.根據權利要求9所述的密封環，其中所述第二齒部限定與凸面法蘭的外徑相配合 的凹口。
11.根據權利要求1所述的密封環，其中所述多個齒中的每個齒以垂直於所述第一平 面的方式延伸穿過所述第一平面。
12.一種方法，包括將密封環抵靠第一法蘭的密封特徵部放置；通過調節與所述密封環集成的一個或多個齒的位置，使所述密封環相對於穿過所述第 一法蘭的中央通道居中；並且將第二法蘭聯接到所述第一法蘭，其中所述密封環處於所述法蘭之間，所述第一法蘭 和第二法蘭具有直徑基本相同的內孔並且具有不同壓力等級和/或不同密封特徵部類型。
13.根據權利要求12所述的方法，其中居中的步驟進一步包括調節與齒聯接的導向螺杆。
14.根據權利要求12所述的方法，還包括在放置的步驟之前，將齒相對於所述密封環定向。
15.根據權利要求14所述的方法，其中定向的步驟還包括將齒相對所述密封環定向， 所述齒與凸面法蘭的凸面的外徑相配合。
16.根據權利要求14所述的方法，其中定向的步驟還包括將齒相對所述密封環定向， 所述齒與環形接頭法蘭的環形凹槽配合。
17.一種法蘭密封環，包括用於相對於第一法蘭保持第一 0型環、用於相對於第二法蘭保持第二 0型環以及用於 通過所述第一 0型環和第二 0型環中的每一個限定的圓周來限定中央通道的裝置；用於使所述相對於所述第一法蘭進行保持的裝置居中的裝置，所述用於居中的裝置聯 接到所述用於保持的裝置。
18.根據權利要求17所述的法蘭密封環，其中所述用於居中的裝置還包括 用於聯接到所述第一法蘭的密封特徵部的裝置；以及用於調節所述用於聯接的裝置相對於所述中央通道的外徑的距離的裝置。
19.根據權利要求18所述的法蘭密封環，其中所述用於居中的裝置還包括 用於聯接到凸面法蘭的凸面的外徑的裝置；用於聯接到環形接頭法蘭的凹槽的裝置；以及用於選擇性地令所述用於聯接的裝置之一與所述第一法蘭的密封特徵部有操作關係 的裝置。
20.根據權利要求17所述的法蘭密封環，其中所述用於居中的裝置還包括至少三個用 於聯接到所述第一法蘭的密封特徵部的裝置、用於聯接在圍繞所述用於保持的裝置的多個 徑向位置處的裝置。
全文摘要
法蘭密封環的方法和系統。至少一些示意性實施例是包括金屬環和多個齒的系統。金屬環包括限定內徑的中央孔、限定第一平面的第一密封面、限定第二平面的第二密封面、處於第一密封面中的第一凹槽和處於第二密封面中的第二凹槽。多個齒聯接到金屬環，每個齒延伸通過第一平面，且多個齒各自定位於圍繞金屬環的多個徑向位置中的每個位置處。多個齒中的至少一個具有相對於中央孔可調節的位置，並且齒將中央孔與法蘭的相應的孔對齊。
文檔編號F16L23/16GK101960197SQ200980107311
公開日2011年1月26日 申請日期2009年3月4日 優先權日2008年3月4日
發明者查爾斯·R·艾倫 申請人:丹尼爾度量和控制公司