專利名稱：改進(jìn)的換熱器密封件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及殼管式換熱器，更具體地涉及用于浮動(dòng)管板式換熱器
的鎮(zhèn)4牛(packing)方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)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(jīng)的成對(duì)的進(jìn)口/出口管；和容置在外殼內(nèi)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(jīng)該管道元件用于與上述第一 流體進(jìn)行換熱，該管道元件在成對(duì)的支承構(gòu)件或管道板之間延伸并且 由其所支承。管道組還包括多個(gè)隔板，其布置在管道板之間并且橫向 于管道元件延伸。
第二流體通過(guò)在相應(yīng)蓋子中的進(jìn)口/出口提供給管道組，該蓋子通 過(guò)任意適當(dāng)?shù)难b置固定到外殼上，諸如通過(guò)設(shè)置在這些部分上的螺栓 結(jié)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(dāng)?shù)拿芊庋b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(yīng)填料。該凸緣還作為相對(duì)于外殼的鄰 接件，并且用于將管道組軸向地定位在外殼內(nèi)。
在系統(tǒng)的操作期間，由于在許多應(yīng)用中將在第一流體和第二流體 之間發(fā)生傳熱，故管道的內(nèi)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(gè)管道和金屬管板之間存在非常緊密的密封。 此外，由于平行管道中的溫度達(dá)到高水平，故必須允許管道經(jīng)受膨脹 和隨后的收縮，而不破壞平行管道和管板之間的初4成密封。釋》丈熱應(yīng) 力的一種方法是使用浮頭設(shè)計(jì)，其中管道組的一端保持在管板中，在熱循環(huán)期間允許該管板相對(duì)于殼體移動(dòng)。
浮頭殼管式熱交換的若干種不同設(shè)計(jì)被普遍地使用。雖然每種設(shè) 計(jì)實(shí)現(xiàn)釋放交換器上的熱應(yīng)力的目標(biāo)，但是每種構(gòu)造具有不同的缺 力、。
最簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)是"抽出束(pull through bundle)"類型，其中將管板的 其中一個(gè)制造得足夠地小，以便可從殼體中抽出該管板和管板的填密 的帽，用于殼體側(cè)面的檢查和清潔。這種設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)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(fù)省略的管道的其它類型的浮頭設(shè)計(jì)包括本領(lǐng)域已知的"開口 環(huán)浮頭"、"外部填料的套環(huán)浮頭"和"外部填料的填料盒浮頭"。這些浮 頭設(shè)計(jì)都主要具有如下缺點(diǎn)，即他們難以進(jìn)行密封并且易于在管束處 滲漏到殼體接頭。
希望本發(fā)明克服這些缺點(diǎn)。
以下公開可能涉及本發(fā)明的不同方面，并且可概要地總結(jié)如下 美國(guó)專利第6,406,028號(hào)公開了一種密封件組，該密封件組包括 適合于至少在第一溫度范圍內(nèi)密封的第一 v形環(huán)密封件。第一 v形環(huán) 密封件包括至少一個(gè)主v形環(huán)密封件和至少一個(gè)輔v形環(huán)密封件，其 中輔v形環(huán)密封件中的至少一個(gè)基本上不比所有的主v形環(huán)密封件柔 軟，以支承主v形環(huán)密封件。第二密封件鄰近于第一v形環(huán)密封件中 的一個(gè)，第二密封件適合于至少在比第一溫度范圍小的溫度范圍內(nèi)密封。
美國(guó)專利第5,788,216號(hào)和第5,549,276號(hào)描述了包括多個(gè)獨(dú)立環(huán) 的填料，該獨(dú)立環(huán)包括凸形轉(zhuǎn)接器、凹形轉(zhuǎn)接器和基本包括定位在凸 形轉(zhuǎn)接器和凹形轉(zhuǎn)接器之間的全氟彈性體的一個(gè)人字形密封環(huán)，該人 字形密封環(huán)朝向填料的大氣端。凸形轉(zhuǎn)接器和凹形轉(zhuǎn)接器基本包括在 高溫下穩(wěn)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(huán)布置在凸形轉(zhuǎn)接器和凹形轉(zhuǎn)接器之間并且接 觸凸形轉(zhuǎn)接器和凹形轉(zhuǎn)接器。該填料具有改進(jìn)的密封性能。美國(guó)專利第5,542,681號(hào)描述了一種石墨填料材料。 美國(guó)專利第5,297,805號(hào)描述了一種密封環(huán)，其包括具有收斂的 截面和加強(qiáng)面的彈性體本體，使得所述密封環(huán)的一部分不比所述密封 環(huán)的剩余部分柔軟。彈性體本體提供用于形成密封件的第一組接觸 面，其中所述加強(qiáng)面提供與所述第 一組接觸面不同且間隔開的用于形 成密封件的第二組接觸面。

發(fā)明內(nèi)容
簡(jiǎn)而言之，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供一種換熱器，其包括
(i) 空心外殼，第一流體流經(jīng)空心外殼；
(ii) 管道組，其布置在外殼內(nèi)并且包括多個(gè)管道元件，第二流體 流經(jīng)管道元件用于與所述第一流體進(jìn)行換熱；
(iii) 密封系統(tǒng)，其包括換熱器管板，多個(gè)所述管道元件延伸通過(guò) 所述換熱器管板中的開口，每個(gè)管道元件具有孔，材料流經(jīng)該孔用于 在管道元件和周圍區(qū)域之間進(jìn)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，其鄰近于密封組件的第一端；
b) —個(gè)或多個(gè)彈性體O形環(huán)，每個(gè)O形環(huán)鄰近于至少一個(gè)不 可擠壓的填料層布置，使得彈性體O形環(huán)鄰近于不可擠壓的填料 層，該不可擠壓的填料層鄰近于密封組件的第一端；
c) 一個(gè)或多個(gè)編織塑料填料層，其具有彈性體芯部；
d) 不可擠壓的填料層，其鄰近于編織塑料填料層并且布置在 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(gè)實(shí)施例中，不可擠壓的填料層可包括編織金屬。
在本發(fā)明的換熱器的又一個(gè)實(shí)施例中，載荷分配填料層可包括編 織金屬。
在本發(fā)明的換熱器的又一個(gè)實(shí)施例中， 一個(gè)或多個(gè)編織塑料填料層可包括PTFE。
在本發(fā)明的換熱器的又一個(gè)實(shí)施例中，鄰近于密封件的第二端的
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(fā)明的換熱器的又一個(gè)實(shí)施例中，彈性體芯部包括硅橡膠。 根據(jù)本發(fā)明的另 一個(gè)方面，提供一種在熱循環(huán)期間用于兩個(gè)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，其鄰近于密封組件的第一端；
b) —個(gè)或多個(gè)彈性體O形環(huán)，每個(gè)O形環(huán)鄰近于至少一個(gè)不可 擠壓的填料層布置，使得彈性體O形環(huán)鄰近于不可擠壓的填料層，該 不可擠壓的填料層鄰近于密封組件的第 一端；
c) 一個(gè)或多個(gè)編織塑料填料層，其具有彈性體芯部；
d) 不可擠壓的填料層，其鄰近于編織塑料填料層并且布置在密封 件的第二端處；和
e) 可選地，另外的不可擠壓的填料層。


通過(guò)結(jié)合附圖進(jìn)行的以下詳細(xì)說(shuō)明，將更加充分地了解本發(fā)明， 在附圖中
圖1顯示本發(fā)明的密封件的實(shí)施例的詳細(xì)截面圖。
圖2顯示本發(fā)明的換熱器的截面的示意圖。
雖然將結(jié)合本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例描述本發(fā)明，但是應(yīng)了解的是， 該優(yōu)選實(shí)施例不意圖覆蓋可包括在由權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神 和范圍內(nèi)的所有替換物、變型和等同物。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的密封組件可用于任意兩個(gè)金屬表面之間的密封，其中該 密封需要在熱循環(huán)期間允許兩個(gè)表面之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明的實(shí)施 例適合于用作浮頭式換熱器中的密封組件。通過(guò)參考附圖可更好地了解本發(fā)明。
圖1顯示本發(fā)明的密封組件的實(shí)施例的示例。該密封系統(tǒng)包括換 熱器(10)的殼體或其它壁，該換熱器(10)需要相對(duì)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(gè)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(hào)49"?？墒褂迷谶\(yùn)行所需的搡作 壓力和溫度下不流動(dòng)或蠕動(dòng)的任何填料材料?？蛇x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(gè)示例將為具有金屬絲的編織塑料填料。所使用的金屬不必 限于絲，而是可包括諸如帶狀的其它構(gòu)造。
圖1所示的實(shí)施例還包括彈性體0形環(huán)(13)。本發(fā)明不局限于所 顯示的 一個(gè)O形環(huán)或者甚至兩個(gè)O形環(huán)。O形環(huán)的數(shù)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(shù)量相等。本領(lǐng)域技術(shù)人員將 能夠在沒有過(guò)多實(shí)驗(yàn)的情況下確定O形環(huán)和載荷分配層的最佳數(shù)量。 適當(dāng)?shù)牟牧鲜怯梢环N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(gòu)成的 '0，環(huán)。在圖1的實(shí)施例中，O形環(huán)中的一個(gè)鄰近于不可擠壓的填料層， 該不可擠壓的填料層又位于密封組件的 一端處。
可在兩個(gè)或更多個(gè)O形環(huán)之間使用載荷分配層。本發(fā)明的載荷分 配層不必為交替的。載荷分配層位于密封組件的每端處的所有布置在 本發(fā)明的范圍內(nèi)。
圖1所示的實(shí)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(shí)施 例顯示兩個(gè)編織塑料填料層。然而，本發(fā)明的范圍可包括具有一個(gè)和 任意個(gè)可選的編織塑料填料層14的組件，只要一個(gè)編織塑料填料層 14鄰近于密封組件的一端。密封墊壓圈(16)是調(diào)節(jié)裝置，用于防止換熱器的滲漏。 雖然本發(fā)明不局限于硅樹脂并且可使用適合于密封件的操作要 求的所有橡膠，但是用于編織塑料填料層(14)的適當(dāng)?shù)膹椥孕静渴枪?br> 橡膠。適當(dāng)?shù)腜TFE填料的示例可從Sepco(Alabaster， AL)和Du Pont(Wilmington, DE)獲得。
本發(fā)明的實(shí)施例還涉及包括本發(fā)明的密封組件的所有實(shí)施例的 浮頭式換熱器?，F(xiàn)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(jīng)的空心外殼20。外殼具有兩端22,25。管道 組21布置在外殼內(nèi)，并且包括多個(gè)管道元件，第二流體流經(jīng)該管道 元件用于與所述第一流體進(jìn)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(fā)明。在另一端(22，)處的管道由于熱應(yīng)力而自由移 動(dòng)。密封系統(tǒng)又包括管板23和本發(fā)明的密封組件(未示于圖2中)固定 在其內(nèi)的間隙24，從而在提供對(duì)殼體20的柔性密封的同時(shí)允許管板 移動(dòng)。多個(gè)所述管道元件延伸通過(guò)所述熱管板中的開口，每個(gè)管道元 件具有孔，材料流經(jīng)該孔以在管道元件和周圍區(qū)域之間進(jìn)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 于密封組件的第一端的不可擠壓的填料層； 一個(gè)或多個(gè)彈性體O形 環(huán)，其中每個(gè)O形環(huán)鄰近于至少一個(gè)不可擠壓的填料層布置，使得彈 性體O形環(huán)鄰近于不可擠壓的填料層，該不可擠壓的填料層鄰近于密 封組件的第一端；具有彈性體芯部的一個(gè)或多個(gè)編織塑料填料層；鄰 近于編織塑料填料層并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(biāo)記28和29分別表示管道的側(cè)面流體進(jìn)口和出口 。殼體進(jìn) 口由附圖標(biāo)記26表示，殼體出口由附圖標(biāo)記27表示。
本發(fā)明利用作為填料系統(tǒng)的多編織填料環(huán)基本上降低了現(xiàn)有換 熱器系統(tǒng)的成本和滲漏量。相比于本發(fā)明的O形環(huán)密封組件系統(tǒng)，三 個(gè)加熱器(即重沸器)利用多編織填^h環(huán)密封系統(tǒng)。多編織填料環(huán)系統(tǒng)的三個(gè)加熱器需要大約每?jī)蓚€(gè)月更換所有三個(gè)加熱器中的填料系統(tǒng)
以減少滲漏。用于維護(hù)所有三個(gè)這種加熱器的成本為大約$25,000/年。
比較地，在三個(gè)加熱器中利用本發(fā)明的o形環(huán)密封組件填料系統(tǒng)，不 僅減少了滲漏，而且停止了滲漏。此外，兩年以上不需要更換填料系
統(tǒng)。包括周期性地使填料變緊的維護(hù)的年度費(fèi)用降低為小于$ 1000/年。 因此，本發(fā)明顯示了對(duì)現(xiàn)有填料系統(tǒng)的顯著改進(jìn)。
因此，顯而易見的是，根據(jù)本發(fā)明提供了一種完全滿足上文提出 的目的和優(yōu)點(diǎn)的換熱器密封件。雖然結(jié)合本發(fā)明的具體實(shí)施例描述本 發(fā)明，但是顯然的是，許多替換物、變型和變化將對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員 顯而易見。因此，本發(fā)明旨在包括在權(quán)利要求的精神和廣泛范圍內(nèi)的 所有這種替換物、變型和變化。
權(quán)利要求
1.一種換熱器，其包括(i)空心外殼，第一流體流經(jīng)所述空心外殼；(ii)管道組，其布置在所述外殼內(nèi)并且具有多個(gè)管道元件，第二流體流經(jīng)所述管道元件用于與所述第一流體進(jìn)行換熱；和(iii)密封系統(tǒng)，其包括換熱器管板，多個(gè)所述管道元件延伸通過(guò)所述換熱器管板中的開口，每個(gè)管道元件具有孔，材料流經(jīng)所述孔用于在所述管道元件和周圍區(qū)域之間進(jìn)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，其鄰近于所述密封組件的第一端；b)一個(gè)或多個(gè)彈性體O形環(huán)，每個(gè)O形環(huán)鄰近于至少一個(gè)不可擠壓的填料層布置，使得所述一個(gè)或多個(gè)彈性體O形環(huán)鄰近于所述不可擠壓的填料層，所述不可擠壓的填料層鄰近于所述密封組件的第一端；c)一個(gè)或多個(gè)編織塑料填料層，其具有彈性體芯部；d)不可擠壓的填料層，其鄰近于編織塑料填料層并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(jù)權(quán)利要求1所述的換熱器，其特征在于，所述不可擠壓 的填料層中的至少 一 個(gè)包括編織金屬。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱器，其特征在于，載荷分配填料 層中的至少 一 個(gè)包括編織金屬。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱器，其特征在于，所述一個(gè)或多 個(gè)編織塑料填料層中的至少 一個(gè)包括PTFE。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱器，其特征在于，鄰近于所述密 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(jù)權(quán)利要求1所述的換熱器，其特征在于，所述彈性體芯 部包括硅橡膠。
7. —種密封組件，其用于兩個(gè)金屬表面之間并且在熱循環(huán)期間允許所述兩個(gè)表面之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所述密封組件包括a)不可擠壓的填料層，其鄰近于所述密封組件的第一端； t ) 一個(gè)或多個(gè)彈性體O形環(huán)，每個(gè)O形環(huán)鄰近于至少一個(gè)不可 擠壓的填料層布置，使得一個(gè)或多個(gè)彈性體O形環(huán)鄰近于所述不可擠 壓的填料層，所述不可擠壓的填料層鄰近于所述密封組件的第 一端；c) 一個(gè)或多個(gè)編織塑料填料層，其具有彈性體芯部；d) 不可擠壓的填料層，其鄰近于編織塑料填料層并且布置在所述 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(jù)權(quán)利要求7所述的密封組件，其特征在于，所述不可擠 壓的填料層中的至少 一個(gè)包括編織金屬。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的密封組件，其特征在于，載荷分配填 料層中的至少 一個(gè)包括編織金屬。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的密封組件，其特征在于，所述一個(gè)或 多個(gè)編織塑料填料層中的至少一個(gè)包括PTFE。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的密封組件，其特征在于，鄰近于所述 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(jù)權(quán)利要求7所述的密封組件，其特征在于，所述彈性體 芯部包括硅橡膠。
全文摘要
一種密封件，其用于兩個(gè)金屬表面之間并且在熱循環(huán)期間允許兩個(gè)表面之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。該密封件包括鄰近于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(gè)或多個(gè)彈性體O形環(huán)(15，16)；一個(gè)或多個(gè)載荷分配填料層(12)；一個(gè)或多個(gè)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)，其鄰近于編織塑料填料層(14)并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(hào)F16J15/18GK101317068SQ200680044528
公開日2008年12月3日 申請(qǐng)日期2006年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月1日
發(fā)明者M·J·伯吉斯, T·M·霍克 申請(qǐng)人:納幕爾杜邦公司