改進的換熱器密封件的製作方法
2023-12-01 15:54:51 1
專利名稱：改進的換熱器密封件的製作方法
技術領域：
本發明涉及殼管式換熱器，更具體地涉及用於浮動管板式換熱器
的鎮4牛(packing)方法。
背景技術：
傳統的殼管式換熱器大體包括管狀殼體或管狀外殼，其具有第一 流體流經的成對的進口/出口管；和容置在外殼內的管道組。該管道組 包括大致平行的管道元件，第二流體流經該管道元件用於與上述第一 流體進行換熱，該管道元件在成對的支承構件或管道板之間延伸並且 由其所支承。管道組還包括多個隔板，其布置在管道板之間並且橫向 於管道元件延伸。
第二流體通過在相應蓋子中的進口/出口提供給管道組，該蓋子通 過任意適當的裝置固定到外殼上，諸如通過設置在這些部分上的螺栓 結合凸緣或螺栓和突緣布置。為了防止第一流體和第二流體的混合， 在換熱器的一端處，圍繞管板的適當的密封裝置插入在蓋子和外殼之 間，而在換熱器的另一端處，管板具有延伸凸緣，該延伸凸緣攜帶同 樣布置在蓋子和外殼之間的相應填料。該凸緣還作為相對於外殼的鄰 接件，並且用於將管道組軸向地定位在外殼內。
在系統的操作期間，由於在許多應用中將在第一流體和第二流體 之間發生傳熱，故管道的內部上的材料與外部上的材料相混合將是不 利的。為此，必須在每個管道和金屬管板之間存在非常緊密的密封。 此外，由於平行管道中的溫度達到高水平，故必須允許管道經受膨脹 和隨後的收縮，而不破壞平行管道和管板之間的初4成密封。釋》丈熱應 力的一種方法是使用浮頭設計，其中管道組的一端保持在管板中，在熱循環期間允許該管板相對於殼體移動。
浮頭殼管式熱交換的若干種不同設計被普遍地使用。雖然每種設 計實現釋放交換器上的熱應力的目標，但是每種構造具有不同的缺 力、。
最簡單的設計是"抽出束(pull through bundle)"類型，其中將管板的 其中一個製造得足夠地小，以便可從殼體中抽出該管板和管板的填密 的帽，用於殼體側面的檢查和清潔。這種設計的缺點是必須從束的邊 緣上省略許多管道以考慮帽緣和螺栓圓周。
恢復省略的管道的其它類型的浮頭設計包括本領域已知的"開口 環浮頭"、"外部填料的套環浮頭"和"外部填料的填料盒浮頭"。這些浮 頭設計都主要具有如下缺點，即他們難以進行密封並且易於在管束處 滲漏到殼體接頭。
希望本發明克服這些缺點。
以下公開可能涉及本發明的不同方面，並且可概要地總結如下 美國專利第6,406,028號公開了一種密封件組，該密封件組包括 適合於至少在第一溫度範圍內密封的第一 v形環密封件。第一 v形環 密封件包括至少一個主v形環密封件和至少一個輔v形環密封件，其 中輔v形環密封件中的至少一個基本上不比所有的主v形環密封件柔 軟，以支承主v形環密封件。第二密封件鄰近於第一v形環密封件中 的一個，第二密封件適合於至少在比第一溫度範圍小的溫度範圍內密封。
美國專利第5,788,216號和第5,549,276號描述了包括多個獨立環 的填料，該獨立環包括凸形轉接器、凹形轉接器和基本包括定位在凸 形轉接器和凹形轉接器之間的全氟彈性體的一個人字形密封環，該人 字形密封環朝向填料的大氣端。凸形轉接器和凹形轉接器基本包括在 高溫下穩定的聚合樹脂，其選自基本包括非彈性體含氟聚合物和聚醚 醚酮的組，人字形密封環布置在凸形轉接器和凹形轉接器之間並且接 觸凸形轉接器和凹形轉接器。該填料具有改進的密封性能。美國專利第5,542,681號描述了一種石墨填料材料。 美國專利第5,297,805號描述了一種密封環，其包括具有收斂的 截面和加強面的彈性體本體，使得所述密封環的一部分不比所述密封 環的剩餘部分柔軟。彈性體本體提供用於形成密封件的第一組接觸 面，其中所述加強面提供與所述第 一組接觸面不同且間隔開的用於形 成密封件的第二組接觸面。
發明內容
簡而言之，根據本發明的一個實施例，提供一種換熱器，其包括
(i) 空心外殼，第一流體流經空心外殼；
(ii) 管道組，其布置在外殼內並且包括多個管道元件，第二流體 流經管道元件用於與所述第一流體進行換熱；
(iii) 密封系統，其包括換熱器管板，多個所述管道元件延伸通過 所述換熱器管板中的開口，每個管道元件具有孔，材料流經該孔用於 在管道元件和周圍區域之間進行換熱；和布置在管板和外殼之間的多 層密封組件，該多層密封組件包括
a) 不可擠壓的填料層，其鄰近於密封組件的第一端；
b) —個或多個彈性體O形環，每個O形環鄰近於至少一個不 可擠壓的填料層布置，使得彈性體O形環鄰近於不可擠壓的填料 層，該不可擠壓的填料層鄰近於密封組件的第一端；
c) 一個或多個編織塑料填料層，其具有彈性體芯部；
d) 不可擠壓的填料層，其鄰近於編織塑料填料層並且布置在 密封件的第二端處；和
e) 可選地，另外的不可擠壓的填料層。
在換熱器的另 一 個實施例中，不可擠壓的填料層可包括編織金屬。
在本發明的換熱器的又一個實施例中，載荷分配填料層可包括編 織金屬。
在本發明的換熱器的又一個實施例中， 一個或多個編織塑料填料層可包括PTFE。
在本發明的換熱器的又一個實施例中，鄰近於密封件的第二端的
不可擠壓的填料層包括具有金屬絲的編織塑料填料。
在本發明的換熱器的又一個實施例中，彈性體芯部包括矽橡膠。 根據本發明的另 一個方面，提供一種在熱循環期間用於兩個金屬
表面之間的密封組件，所述密封組件包括
a) 不可擠壓的填料層，其鄰近於密封組件的第一端；
b) —個或多個彈性體O形環，每個O形環鄰近於至少一個不可 擠壓的填料層布置，使得彈性體O形環鄰近於不可擠壓的填料層，該 不可擠壓的填料層鄰近於密封組件的第 一端；
c) 一個或多個編織塑料填料層，其具有彈性體芯部；
d) 不可擠壓的填料層，其鄰近於編織塑料填料層並且布置在密封 件的第二端處；和
e) 可選地，另外的不可擠壓的填料層。
通過結合附圖進行的以下詳細說明，將更加充分地了解本發明， 在附圖中
圖1顯示本發明的密封件的實施例的詳細截面圖。
圖2顯示本發明的換熱器的截面的示意圖。
雖然將結合本發明的優選實施例描述本發明，但是應了解的是， 該優選實施例不意圖覆蓋可包括在由權利要求限定的本發明的精神 和範圍內的所有替換物、變型和等同物。
具體實施例方式
本發明的密封組件可用於任意兩個金屬表面之間的密封，其中該 密封需要在熱循環期間允許兩個表面之間的相對運動。本發明的實施 例適合於用作浮頭式換熱器中的密封組件。通過參考附圖可更好地了解本發明。
圖1顯示本發明的密封組件的實施例的示例。該密封系統包括換 熱器(10)的殼體或其它壁，該換熱器(10)需要相對可具有裙部(18)的管 板(ll)密封。密封組件(12-15)包括可作為載荷分配層(load distribution layer)的不可擠壓的填料層(12)。至少一個不可擠壓的填料層布置在密 封組件的每端處。
不可^齊壓的填料層的示例將為可從ChemStar Packing(Mulberry， FL)獲得的銅絲編織填料，諸如"型號49"。可使用在運行所需的搡作 壓力和溫度下不流動或蠕動的任何填料材料。可選地，密封組件可包 括作為載荷分配層的另外的不可擠壓的填料層(l5)。不可擠壓的填料 層的另 一個示例將為具有金屬絲的編織塑料填料。所使用的金屬不必 限於絲，而是可包括諸如帶狀的其它構造。
圖1所示的實施例還包括彈性體0形環(13)。本發明不局限於所 顯示的 一個O形環或者甚至兩個O形環。O形環的數量可與在換熱器 的操作條件下提供最佳密封性能所需的數量相等。本領域技術人員將 能夠在沒有過多實驗的情況下確定O形環和載荷分配層的最佳數量。 適當的材料是由一種或多種彈性體，尤其由諸如Viton (Du Pont, Wilmington, DE)和Aflas (Asahi Glass, Japan)的含氟彈性體所構成的 '0，環。在圖1的實施例中，O形環中的一個鄰近於不可擠壓的填料層， 該不可擠壓的填料層又位於密封組件的 一端處。
可在兩個或更多個O形環之間使用載荷分配層。本發明的載荷分 配層不必為交替的。載荷分配層位於密封組件的每端處的所有布置在 本發明的範圍內。
圖1所示的實施例還包括編織塑料填料層(14)。編織塑料填料層 包括覆蓋在彈性體芯部上的編織聚四氟乙烯(PTFE)。圖l所示的實施 例顯示兩個編織塑料填料層。然而，本發明的範圍可包括具有一個和 任意個可選的編織塑料填料層14的組件，只要一個編織塑料填料層 14鄰近於密封組件的一端。密封墊壓圈(16)是調節裝置，用於防止換熱器的滲漏。 雖然本發明不局限於矽樹脂並且可使用適合於密封件的操作要 求的所有橡膠，但是用於編織塑料填料層(14)的適當的彈性芯部是矽
橡膠。適當的PTFE填料的示例可從Sepco(Alabaster， AL)和Du Pont(Wilmington, DE)獲得。
本發明的實施例還涉及包括本發明的密封組件的所有實施例的 浮頭式換熱器。現在參考圖2，顯示浮頭式換熱器的截面的示意圖。 換熱器包括第一流體流經的空心外殼20。外殼具有兩端22,25。管道 組21布置在外殼內，並且包括多個管道元件，第二流體流經該管道 元件用於與所述第一流體進行換熱。管道束包括管道組21和外殼末 端22,25。管道組的一端由在一端25處的某些裝置所固定，該固定裝 置不意圖限制本發明。在另一端(22，)處的管道由於熱應力而自由移 動。密封系統又包括管板23和本發明的密封組件(未示於圖2中)固定 在其內的間隙24，從而在提供對殼體20的柔性密封的同時允許管板 移動。多個所述管道元件延伸通過所述熱管板中的開口，每個管道元 件具有孔，材料流經該孔以在管道元件和周圍區域之間進行換熱，密 封組件布置在管板和外殼之間的間隙24中。密封組件又包括鄰近 於密封組件的第一端的不可擠壓的填料層； 一個或多個彈性體O形 環，其中每個O形環鄰近於至少一個不可擠壓的填料層布置，使得彈 性體O形環鄰近於不可擠壓的填料層，該不可擠壓的填料層鄰近於密 封組件的第一端；具有彈性體芯部的一個或多個編織塑料填料層；鄰 近於編織塑料填料層並且布置在密封件的第二端處的不可擠壓的填 料層；和作為載荷分配層的可選的另外的不可擠壓的填料層。
附圖標記28和29分別表示管道的側面流體進口和出口 。殼體進 口由附圖標記26表示，殼體出口由附圖標記27表示。
本發明利用作為填料系統的多編織填料環基本上降低了現有換 熱器系統的成本和滲漏量。相比於本發明的O形環密封組件系統，三 個加熱器(即重沸器)利用多編織填^h環密封系統。多編織填料環系統的三個加熱器需要大約每兩個月更換所有三個加熱器中的填料系統
以減少滲漏。用於維護所有三個這種加熱器的成本為大約$25,000/年。
比較地，在三個加熱器中利用本發明的o形環密封組件填料系統，不 僅減少了滲漏，而且停止了滲漏。此外，兩年以上不需要更換填料系
統。包括周期性地使填料變緊的維護的年度費用降低為小於$ 1000/年。 因此，本發明顯示了對現有填料系統的顯著改進。
因此，顯而易見的是，根據本發明提供了一種完全滿足上文提出 的目的和優點的換熱器密封件。雖然結合本發明的具體實施例描述本 發明，但是顯然的是，許多替換物、變型和變化將對本領域技術人員 顯而易見。因此，本發明旨在包括在權利要求的精神和廣泛範圍內的 所有這種替換物、變型和變化。
權利要求
1.一種換熱器，其包括(i)空心外殼，第一流體流經所述空心外殼；(ii)管道組，其布置在所述外殼內並且具有多個管道元件，第二流體流經所述管道元件用於與所述第一流體進行換熱；和(iii)密封系統，其包括換熱器管板，多個所述管道元件延伸通過所述換熱器管板中的開口，每個管道元件具有孔，材料流經所述孔用於在所述管道元件和周圍區域之間進行換熱；和布置在所述熱管板和所述外殼之間的多層密封組件，所述多層密封組件包括a)不可擠壓的填料層，其鄰近於所述密封組件的第一端；b)一個或多個彈性體O形環，每個O形環鄰近於至少一個不可擠壓的填料層布置，使得所述一個或多個彈性體O形環鄰近於所述不可擠壓的填料層，所述不可擠壓的填料層鄰近於所述密封組件的第一端；c)一個或多個編織塑料填料層，其具有彈性體芯部；d)不可擠壓的填料層，其鄰近於編織塑料填料層並且布置在所述密封件的第二端處；和e)可選地，另外的不可擠壓的填料層。
2. 根據權利要求1所述的換熱器，其特徵在於，所述不可擠壓 的填料層中的至少 一 個包括編織金屬。
3. 根據權利要求1所述的換熱器，其特徵在於，載荷分配填料 層中的至少 一 個包括編織金屬。
4. 根據權利要求1所述的換熱器，其特徵在於，所述一個或多 個編織塑料填料層中的至少 一個包括PTFE。
5. 根據權利要求1所述的換熱器，其特徵在於，鄰近於所述密 封件的第二端的所述不可擠壓的填料層包括具有金屬絲的編織塑料填料。
6. 根據權利要求1所述的換熱器，其特徵在於，所述彈性體芯 部包括矽橡膠。
7. —種密封組件，其用於兩個金屬表面之間並且在熱循環期間允許所述兩個表面之間的相對運動，所述密封組件包括a)不可擠壓的填料層，其鄰近於所述密封組件的第一端； t ) 一個或多個彈性體O形環，每個O形環鄰近於至少一個不可 擠壓的填料層布置，使得一個或多個彈性體O形環鄰近於所述不可擠 壓的填料層，所述不可擠壓的填料層鄰近於所述密封組件的第 一端；c) 一個或多個編織塑料填料層，其具有彈性體芯部；d) 不可擠壓的填料層，其鄰近於編織塑料填料層並且布置在所述 密封件的第二端處；和e) 可選地，另外的不可擠壓的填料層。
8.根據權利要求7所述的密封組件，其特徵在於，所述不可擠 壓的填料層中的至少 一個包括編織金屬。
9. 根據權利要求7所述的密封組件，其特徵在於，載荷分配填 料層中的至少 一個包括編織金屬。
10. 根據權利要求7所述的密封組件，其特徵在於，所述一個或 多個編織塑料填料層中的至少一個包括PTFE。
11. 根據權利要求7所述的密封組件，其特徵在於，鄰近於所述 密封件的第二端的所述不可擠壓的填料層包括具有金屬絲的編織塑 料填料。
12. 根據權利要求7所述的密封組件，其特徵在於，所述彈性體 芯部包括矽橡膠。
全文摘要
一種密封件，其用於兩個金屬表面之間並且在熱循環期間允許兩個表面之間的相對運動。該密封件包括鄰近於密封組件的第一端的不可擠壓的填料層(12)。該密封件還包括一個或多個彈性體O形環(15，16)；一個或多個載荷分配填料層(12)；一個或多個編織塑料填料層，其具有彈性體芯部(14)；不可擠壓的填料層(12)，其鄰近於編織塑料填料層(14)並且布置在密封件的第二端處；和可選的另外的不可擠壓的填料層(12)。
文檔編號F16J15/18GK101317068SQ200680044528
公開日2008年12月3日 申請日期2006年12月1日 優先權日2005年12月1日
發明者M·J·伯吉斯, T·M·霍克 申請人:納幕爾杜邦公司