用於製造多層密封件的方法及所獲得的多層密封件的製作方法
2023-07-30 12:42:16 3
專利名稱：用於製造多層密封件的方法及所獲得的多層密封件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於製造多層密封件的方法。尤其是，本發明涉及一種用於製造具有不同形狀的多層密封件的方法，該多層密封件尤其適用於避免流體洩漏(即使是最少量洩漏)的場合，或者也適用於有害、危險或者具有高經濟價值流體的場合。
本發明製造的具有筒形密封件的例子，是該密封件可作為閥的多層波紋管密封件(例如旋塞閥)，或者在電力傳輸中作為伸縮接頭或柔性接頭的波紋管。
在通過上述方法製造的具有平面形構造的密封件中，為了保護測量器具(諸如壓力表)免於受到腐蝕性流體的損壞，將各部分之間的密封薄膜用在流體分隔線上。
可優選的是，上述密封件由金屬製成，但是在特殊應用中也可以採用不同的材料。
US-A-2,691,773中公開了用於旋塞閥的波紋管密封件。
在旋塞閥中使用波紋管密封件的特定情況下，為了提高密封件的性能同時降低閥內所容納流體洩漏的危險，以前已經採用了多層波紋管密封件，從而在閥內流動的流體和外部環境之間設置了多重阻礙。
此外，為了控制洩漏，還出現了在多層波紋管密封件的層之間設置間隙的技術方案。
EP945,658公開了一種多層波紋管密封件，在該密封件中，由多層波紋管密封件的層之間構成的間隙的體積受到密封而且與一指示壓力變化的壓力檢測器相連，而該壓力檢測器可指示出內或者外層的洩漏。因此，與大氣壓力相比，間隙內的壓力預先增加或者降低。
通常，這樣的間隙具有與密封件的金屬層相同或者更大數量級的厚度。如在JP59-232627中所公開的，這樣的間隙可通過用低熔點填充材料層替換上述層然後使整個部件處於高溫，以便熔化並去除填充材料，從而留下空的空間來獲得。
但是，上述類型的多層波紋管密封件具有許多缺點。
例如，在不同層之間間隙的存在意味著一種非均態作用分布和對振動(由於系統本身產生或者由外部引起)的放大，從而增加了破裂的危險和工作壽命的降低。
此外，在現有的密封件中，由於密封件受到較大的間隙體積引起的慣性的影響，所以壓力檢測器相對於間隙內的壓力變化的響應時間通常不是令人滿意的。這樣，及時診斷裂縫或者孔的形成就很困難了。
由於製造間隙導致的高加工成本並不是該密封件的最後一個缺點。這是因為，具有間隙的密封件和與其相連的洩漏檢測器並不普及。在沒有設置檢測器的密封件中，由於在加工過程中對層完整性進行安全檢查是不可能的，所以必須根據實驗室的測試所獲得的工作壽命和統計模式來更換密封件。這樣，一方面，由於更換了可能仍然完整和可正常使用的密封件而增加了成本，另一方面，在根據實驗室獲得的工作壽命終止之前，某些密封件中可能出現早期損壞的危險卻增加了。
現有密封件以及製造該密封件採用的方法的另一個缺點在於，難於根據現有技術的啟示製造出由滿足不同需要的不同材料所製造層的密封件。
因此，本發明的一個主要目的是提供一種製造多層密封件的方法，其中，該密封件能夠構成一種固定阻擋物來有效和準確的響應處理過流體的洩漏，而且在操作過程中使用者能容易且有效地直接監控其效率。
本發明的另一個目的是提供一種製造多層密封件的方法，其中，該密封件緊湊，耐用，而且具有優異的抗振和抗疲勞性能。
本發明的還一個目的是提供一種簡單、便宜的製造多層密封件的方法。
如附屬權利要求書所述，上述及其它目的可通過本發明製造一多層密封件的方法以及通過該方法獲得的多層密封件來實現。
本發明的方法包括在將被用作多層密封件的層的表面上形成通道。
在為了製造一多層密封件的疊置層而已經形成了上述表面之後，本發明的方法還包括使所述層之間構成的體積內的壓力為一預設值，然後將該體積連接到一顯示壓力變化的系統上。
尤其是，通過本發明的方法，對於體積內的壓力值低於環境壓力(即層之間產生真空)時更加有利，這樣，增加了層之間的粘附力，從而提高了密封件的結構性能，尤其是壓力分布，並且增加了工作壽命。
但是，在真空情況的生產線操作中，為了指示密封件內裂紋或者孔的形成以及密封件的完整性受到破壞，層之間的體積內的壓力優選在環境壓力之上。
而且，將一個追蹤流體注入到由密封層之間構成的體積中可以實現增壓，這樣，可以獲得另一個指示密封件的完整性受到破壞的裝置。
總體而言，本發明的方法並不在於在密封層之間設置間隙；相反，本發明的實質在於，在不同層之間獲得粘附力，從而使密封件提高結構性能。
在層之間獲得的粘附力能使這些層成為一單一、緊湊的結構。這樣，密封件的振動將低於不同層之間存在間隙時，從而使密封件可以獲得更長的工作壽命。
此外，所有的層都響應於作為一整體的壓力，而與由於最外層和最內層可能發生的回彈所造成的反差無關。
可優選的是，層的粘附力允許使用非均態的材料和金屬，而且仍然能夠獲得一緊密的結構。
用於不同層的材料將僅根據其性能而選取出來。因此，耐腐蝕的金屬可能具有低的機械性能和非常小的厚度，但是仍能被用於最內層和最外層，而中間層可以由具有優良彈性和韌性的材料來製成，即使這樣的材料可能耐腐蝕性差和比較便宜也沒有關係。
在最終的密封件結構中，最初形成在密封件表面上的通道不僅構成不同層之間的間隙，而且構成了加壓流體的導電系統或者多層密封件內的真空。
可優選的是，將一個壓力檢測器連接到通道網絡上，從而表示出具有洩漏危險的密封件其完整性受到了破壞的情況。
該通道的深度根據容納在密封件內的流體的密度或者粘性而不同，當然，其深度必須隨著流體的密度和粘性的增加而增加。但是，總體而言，該深度比密封層厚度要小至少一個數量級。
因此，當通道較淺時，具有一預設值壓力的體積(例如，從中抽取出空氣以便產生真空的體積)是一最小體積。此特徵相比現有技術中不同密封層之間設置間隙的技術方案而言具有更多的優點。首先，僅僅通過使用粗加工技術製造一組通道就能代替一實際腔室，而且需要抽取或者泵送流體達到壓力為一預設值的體積很小，所以在製造密封件時節省了費用。其次，可以獲得一個時間與洩漏之間的響應非常快的系統。
下面，結合附圖對本發明的優選實施例進行詳細的描述。
圖1a至1c示出本發明三個實施例中的密封表面；圖2示出了獲得筒形層的步驟；圖3是筒形密封件的橫截面視圖；圖4是圖3所示密封件的局部放大視圖；圖5是圖3所示密封件的局部放大視圖，其中密封件設有一在加壓或者產生真空過程中使用的壓力檢測器；圖6是與圖5對應的視圖並且示出了筒形密封件的一變型實施例；圖7是圖3所示密封件的局部放大視圖，其中壓力檢測器與用於加壓或者產生真空的裝置斷開；圖8是用於旋塞閥的筒形密封件的橫截面視圖；圖9示出本發明第四個實施例中的密封表面；圖10是用於壓力表的平面形密封件的示意圖。
參考圖1a至圖1c，本發明用於製造多層波紋管密封件的方法包括一個步驟準備一組大體上為矩形，優選為平面型的金屬板A，而且在該金屬板上設有至少一個通道3。所述的通道3可以如圖1a所示大體上平行於金屬板A的兩側，或者如圖1b所示構成蛇形，或者，還可以如圖1c所示構成網格形。
通道3設置在至少金屬板A的一個表面上，而且這些通道也可以根據板A的材料不同而通過不同的加工技術來獲得，例如，可以採用機械變形，藉助一工具的除去，藉助一雷射的除去，化學腐蝕，材料在金屬板整個表面(除了所希望的通道之外)的沉積。
作為設置通道3的一種替換，可以將金屬隔離物(例如薄管或者網格)設置在金屬板A上。
可優選的是，為了便於加工，通道3的橫截面可根據特定使用者的要求而變化例如，橫截面可以是如圖4所示的半圓形，或者矩形或者三角形。
圖2示出了本發明第一實施例中方法的下一個步驟，金屬板A在已經彎曲從而構成一中空筒形體1之後，通過沿邊緣5，5』進行焊接而使兩個主平行側邊連接在一起。
如圖2所示，在圖示的實施例中通道3位於所述筒形體1的內表面上。
在本發明方法的下一個步驟中，已經可優選地通過上述步驟獲得的一對金屬筒形體1，1』中至少一個在其表面上設置通道，將這兩個金屬筒形體一個設置在另一個之內，使得具有通道的表面位於兩個筒形體之間(如圖4所示)。
最後，內筒形體1的直徑將略小於外筒形體1』的直徑，而且通過使筒形體1，1』的表面之間設置最小的體積23(圖中為了清楚起見而放大)確保了兩個筒形體很好地粘附。
附帶一體的是，在所述筒形體之間存在的間隙大體上包含了在金屬板A上形成的通道3。
所述的通道3(將在下面進行詳述)能被用作一導電系統，而該通道的整體體積優選非常小。
接著，這樣獲得的多層結構11將被送入到罐形成型模具中，以便獲得如圖3所示的一波紋管結構。
作為罐形成型模具的一種替換，尤其是對於大波紋管而言，可優選的是可採用一種滾軋成形工藝來獲得多層結構11中的波紋管結構。
當筒形體1，1』已經變形後，分別在其邊緣6，6』通過將一第一環形插入件7和一第二盤形插入件9焊接到筒形體上而實現密封。
這樣，在筒形體1，1』的表面之間確定出的體積23就密封地與周圍環境隔離開。
如圖3所示，外和內筒形體1』，1的上邊緣6分別沿線15被焊接在環7的下邊緣13上以及沿線19被焊接在環7的內邊緣17上。因此，內筒形體1將略長於外筒形體1』。
環7在其內表面上設有一環形槽21，以允許通道3與一洩漏檢測系統相通。
這樣，需要將所有的通道3都直接或者間接地通過其它的通道3連接於所述的環形槽21。例如，在圖1a所示的通道模式情況下，所有的通道3都直接與槽21相通；另一方面，在圖1c所示的通道系統情況下，即使一個通道直接端接於所述的槽21也是足夠的。
可優選的是，以這樣的方式就能夠避免在兩個筒形體的表面之間、可能發生在一個或者多個位置處的密封性接觸，阻礙由於洩漏而進入到由層間構成的體積內的流體的自由流動。
參考圖3，外和內筒形體1』，1的下邊緣6』沿線25被焊接到蓋子9上。
可以清楚地看到，如果將本發明的密封件用作一任何場合中容納可流動流體的伸縮接頭，則本領域普通技術人員都可以在本發明的範圍內進行簡單的變化，例如，可以設置一對環7以封閉兩個密封件端部。
如果設置兩個環7，則將每個環設置在每個密封件的端部，而且兩個環7都可設有一環形槽21。在這種情況下，部分通道3可與一個環7的槽21相通，而其餘的通道與另一個環7相通。
現在參考圖5，環7在與槽21對應處還設置一徑向孔27，該徑向孔27使槽21與一毛細管29相通，該毛細管被連接到一個包含一可變形薄膜腔的壓力檢測器31上。
如果希望由筒形體1』，1構成的體積內的壓力低於外部壓力，檢測器31還通過一適當的管33連接到一真空泵35上，其中，該真空泵35能使由內和外筒形體1，1』之間構成的體積23內產生希望的真空條件。
由於將真空泵35連接到檢測器31的管33上，所以位於筒形體的表面之間的空氣通過毛細管29被排出，直到該體積23內產生真空為止。
因此，筒形體的表面之間的粘附力更強了。
另一方面，如果希望由筒形體1，1』構成的體積內的壓力高於環境壓力，檢測器31還可通過管33連接到一泵35上，其中，該泵35能將流體泵送到由內和外筒形體1，1』之間構成的體積23內，直到獲得希望的壓力。
可以理解到，即使在這種情況下，雖然使體積33被加壓，但是還保持了在多層結構11的不同層之間的粘附力。用於分離上述層的壓力作用與層間的機械幹擾相比，與筒形體1，1』的最小直徑差有關。
還可以理解到，由於通過本發明方法製造的多層結構對於洩漏非常敏感，所以需要使體積23內的壓力值略超過周圍環境的壓力。
同樣地，當層之間產生真空時，不太低的壓力值(例如周圍環境內的壓力值的一半)就足以獲得洩漏情況下一有效和及時的響應。
圖6示出了圖5所示多層密封件的一變型實施例。
將一個或者多個中等直徑的筒形體1」設置在最內層的筒形體1和最外層的筒形體1』之間，其中，每一個筒形體1」在其至少一個表面上都設置通道。
值得注意的是，由於所述的筒形體1，1』，1」之間強的粘附力，所以不需要將中間筒形體1」固定到端環7上，這是因為這些中間筒形體通過彼此之間的相互的粘附力就能保持在恰當的位置上，並且將最內層和最外層的筒形體1，1』焊接到端環7上。
該特徵在將不同材料用于波紋管密封件的不同層時尤其具有優勢。事實上，最內層和最外層的筒形體1，1』可以由貴重、高耐腐蝕性金屬製成，而中間筒形體1」可以由僅具有良好的彈性和韌性的不太貴重的材料來製成，不再需要解決不同性質的材料焊接在一起的問題。
圖7示出在層間的體積內產生真空時的波紋管密封件。真空檢測器31與真空泵35脫離開，並且薄膜32由於筒形體1，1』之間(即在多層波紋管密封件的層之間)產生的真空而向內彎曲。
管33藉助適當的密封件36而氣密地密封，此時真空泵35已經被拆除掉。
薄膜32從向內彎曲位置向向外彎曲位置的移動將成為多層波紋管密封件的完整性受到損壞的一個信號。
顯然，如果將層間的體積增壓，在正常操作的情況下，壓力檢測器31的薄膜32向外彎曲，波紋管密封件的完整性受到損壞將通過薄膜32由向外彎曲向向內彎曲位置來顯示出來。
可優選的是，通道3的總體積(即大體上構成密封件層之間的空隙)非常小，因此，由上述方法製得的密封件對流體洩漏非常敏感，即使是對非常小量的洩漏也很敏感。
值得一提的是，眾所周知，現有的密封件在整個間隙的體積範圍內，相比受到慣性影響，與其可檢測壓力變化需要的時間響應相比，檢測器31的響應非常快。
此外，儘管通道3不會降低密封件的機械阻力，但是這些通道還是構成了預破裂點的網絡，這些破裂點使得對密封件完整性的檢查更加容易。
圖8示出了將根據本發明方法製造的波紋管密封件37應用到旋塞閥39上的一個例子。
閥39截斷的流體是從輸入管43流入並流過容納波紋管密封件37的腔41，然後從輸出管45中流出。控制杆47通過對蓋子39進行致動而控制輸入管43的開和關。
當流體流過腔41時，控制杆33的端部與所述的蓋子9相連接並受到波紋管密封件37的保護，從而避免流體流入並接觸旋塞閥的控制部件。
將波紋管密封件27連接到壓力檢測器31上，該壓力檢測器在發生流體滲入到密封件中時可發出密封件的密封性受到破壞的信號。
圖9和圖10為本發明與平面形密封件的製造有關的另一個實施例。
圖9示出本發明方法的開始步驟，該步驟與通道成形有關。
本發明的方法包括準備一組(通常為一對)大體上為盤形，優選為平面形的金屬板B，而且在該金屬板上設置至少一個通道3。
就構成這些通道3的方式及其幾何形狀而言，適用於筒形密封件的在此都有效。
在本發明方法的下一個步驟中，按照本發明前述方法獲得的至少兩個金屬板B(至少一個金屬板在一個表面上設有通道3)被疊置構成一個多層結構，這樣，就使得具有通道的表面位於兩個金屬板之間而且所述板能緊密地相互接觸。
如果使用平面形密封件的情況需要這樣，則密封件可被送入到壺形成型模具中或者進行類似加工，從而獲得具有同心折皺的構型。
隨後，將密封層101，101』在其圓周邊緣處沿線115和119焊接到環107上。環107具有一環形槽121和一徑向孔127，其中該環形槽可使通道3彼此相通，徑向孔127可使層間構成的體積通過毛細管129與壓力檢測器131相通。
一旦將密封層101，101』焊接到環107上並且層間構成的體積被氣密地密封時，該方法的最後一個步驟就是將壓力檢測器131與泵相連接並且使層間構成的體積內的壓力達到一預設值。
圖10示出了多層平面形密封件的一個應用，用作與壓力表57有關的一個隔離物的薄膜49。
當流經流體分隔線的流體具有可損壞測量器具的化學-物理性質時，該隔離物用於沿著該流體分隔線保護測量器具(例如壓力表)。
參考圖10，壓力表57測量管道51內流動的流體的壓力。將一個設有多層薄膜49的腔室55連接到該壓力表57和管道51之間。薄膜49將腔室55分成一部分55a和一部分55b，這樣，當閥53開啟時，流經管道51的流體流入到部分55a中，而部分55b中容納著壓力表57所需要的測量流體。
由多層薄膜49的層間構成的體積內的壓力為一預設值而且該體積與一個壓力檢測器31相連。
而且，在這種情況下，由於多層薄膜49的層間構成的體積非常小，多層薄膜的完整性受到任何損壞都能被有效地表示出來，從而降低了洩漏的危險以及繼而對壓力表57的損壞。
權利要求
1.一種製造多層密封件的方法，該方法包括以下步驟準備多個大體上平面形地的板(A，B)；在至少一個所述板(A)的至少一個表面上獲得至少一個通道(3)；將所述板(A，B)中至少一個第一板和第二板緊密地相互接觸，從而使所述第一板中具有通道(3)的所述至少一個表面面向所述第二板；密封所述第一板和第二板的邊緣(5，5』，6，6』，106)，從而使由所述第一板和第二板之間構成的體積(23)與外部環境密封地隔離開；使所述密封隔離開的體積(23)加到一預設壓力值。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，將所述的體積(23)與一壓力檢測器(31，131)相連。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，多個通道(3)彼此平行或者呈蛇形，網格形或者呈輻射狀地分布，而且這些通道是在至少一個所述板(A)的至少一個表面上獲得。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，構成多層密封件的層(1，1』)的所述板(A)是大體上矩形的金屬板。
5.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，在獲得所述通道(3)之後，使所述板進行一成型步驟以獲得相應的中空筒形體(1，1』)，而且所述板通過使獲得的筒形體(1，1』)一個設置在另一個中而疊置起來。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述的成型步驟是在沿鄰近邊緣(5，5』，6，6』)焊接後藉助一彎曲工藝來獲得。
7.根據權利要求5或者6所述的方法，其特徵在於，在成型之後，使所述筒形體(1，1』)進行一變形步驟來獲得一波紋管結構。
8.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述邊緣(5，5』，6，6』)通過與設置的一相應的第一和第二插入件(7，9)焊接而被密封。
9.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，組成多層密封件的層(1，1』)的所述板為大體上盤形金屬板(B)。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述的盤(101，101』)通過與設置的一相應的插入件(127)焊接而沿其圓周邊緣(106)連接起來。
11.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，在獲得所述通道(3)之後，使所述盤(101，101』)進行一變形步驟來獲得一波紋管結構。
12.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述變形步驟通過一罐形成型模具或者滾軋成形工藝來獲得。
13.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，所述通道(3)是通過機械變形，雷射技術，化學腐蝕，金屬沉積或者向所述板的表面上設置間隔物來獲得的。
14.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，所述通道(3)的橫截面形狀為半圓形，矩形或者三角形。
15.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，所述體積(23)藉助於一壓縮/抽吸裝置(35)而使其內壓力高於/低於外部壓力。
16.一種多層密封件，該密封件包括至少一個第一和一個第二疊置層，所述的疊置層緊密地相互接觸並且沿邊緣(5，5』，6，6』，106)密封以便使層(1，1』，101，101』)之間構成一相應的體積(23)，該體積與周圍環境密封地隔離開並且該體積內的壓力被設定成一預設值，其特徵在於，在所述層(1，1』，101，101』)面向所述體積(23)的至少一個表面上設有至少一個通道(3)。
17.根據權利要求16所述的密封件，其特徵在於，所述密封件包括一個與所述體積(23)相連的壓力檢測器(31，131)。
18.根據權利要求16所述的密封件，其特徵在於，多個通道(3)彼此平行或者呈蛇形，網格形或者呈輻射狀地分布，而且這些通道設置在至少一個所述板(A)的至少一個表面上。
19.根據權利要求16所述的密封件，其特徵在於，所述層是金屬板的中空筒形體(1，1』)。
20.根據權利要求19所述的密封件，其特徵在於，所述中空筒形體(1，1』)通過與設置的一相應的第一和第二插入件(7，9)焊接而沿其邊緣(5，5』，6，6』)密封。
21.根據權利要求20所述的密封件，其特徵在於，所述的第一插入件是一個金屬環(7)，所述的內和外筒形體(1，1』)分別被焊接到所述金屬環(7)的內壁和下邊緣上。
22.根據權利要求20所述的密封件，其特徵在於，所述的第二插入件是一個金屬蓋(9)，所述的內和外筒形體(1，1』)被焊接到所述金屬蓋(9)的側邊緣上。
23.根據權利要求16所述的密封件，其特徵在於，所述的層為金屬板的盤形件(101，101』)。
24.根據權利要求23所述的密封件，其特徵在於，所述的盤(101，101』)通過與設置的一相應的環形插入件(7，9)焊接而沿其圓周邊緣密封。
25.根據權利要求21或者24所述的密封件，其特徵在於，所述環(7，107)在其內壁上設有一個環形槽(21，121)，該環形槽與所述至少一個通道(3)連通。
26.根據權利要求9所述的密封件，其特徵在於，所述環形槽(7，107)通過所述環(7，107)內的徑向孔(27，127)與外部相通。
27.根據權利要求26所述的密封件，其特徵在於，所述外環(7，107)內的徑向孔(27，127)通過一毛細管(29，129)與一壓力檢測器(31，131)相連。
28.根據前述權利要求16至27中任一項所述的密封件，所述體積(23)內的壓力高於/低於外部壓力。
29.根據前述權利要求16至28中任一項所述的密封件，其特徵在於，在所述體積(23)內設置至少一個自由層(1」)。
30.一種用於流體的閥，其特徵在於，該閥包括如權利要求16至22或者25至29中任一項所述的多層密封件。
全文摘要
本發明公開了一種製造多層密封件的方法及所獲得的多層密封件。層間體積內的壓力被設定成一預設值，而且層間的至少一個表面上設有通道(3)，該方法包括在至少一個所述層的表面上設置至少一個通道(3)，並由此製造密封件。
文檔編號F16K41/10GK1668868SQ03816823
公開日2005年9月14日 申請日期2003年6月13日 優先權日2002年6月14日
發明者溫琴佐·瓦裡亞萊 申請人:溫琴佐·瓦裡亞萊