用于热膨胀系数不同的材料的密封组件制造技术

密封组件，包括（ａ）两个或多个密封元件，每个元件具有热膨胀系数；和（ｂ）夹持元件，具有第一段、第二段、以及位于第一和第二段之间并与所述第一和第二段连接的连接段，其中在夹持元件的第一和第二段之间设置有两个或多个密封元件。所述连接段具有在夹持元件的第一段和夹持元件第二段之间延伸的中心部分，和所述连接段由具有热膨胀系数的材料制备。连接段材料的热膨胀系数在所述两个或多个密封元件的材料热膨胀系数的最大值和最小值中间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种密封组件，更具体而言，本专利技术涉及一种用于高温气体加工领域的密封组件。
技术介绍
在许多不同行业中，对高温压缩气体的可靠封存都是管道和反应器系统的设计和操作中的重要因素。这些系统在启动、切断和工艺倒置条件下出现温度循环，在正常工艺操作过程中也可能出现这些循环。这些系统中的管道和工艺设备通常由各种材料构建而成，许多材料的热膨胀系数不同。热膨胀系数不同的部件之间的联结和连接存在着问题，尤其在承受高温循环时。为了使气体泄漏降到最低，需要谨慎地设计这些联结和连接。一些高温系统比如陶瓷气体隔离膜件系统、陶瓷膜件反应器系统和固体氧化物燃料电池，采用陶瓷部件在高温下操作。通常通过金属合金管道系统实现气体从这些陶瓷部件的流入和流出，因而需要陶瓷-金属接头。由于陶瓷材料和金属通常具有不同的热膨胀性质，所以在这些陶瓷-金属接头处的正确密封就成了设计和运行这些系统的重大挑战。这些接头处的密封在高运行温度下必须可靠，而且必须能容忍热循环，以便在该系统的预期运行寿命内获得稳定的性能。另外，在装置构建过程中，这些密封的性能在室温下应该可靠，而且这些密封应该便宜、容易组装。在高温气体加工领域内，在热膨胀系数不同的材料之间的联结和连接中需要有经过改进的密封。通过下面描述并由后续权利要求限定的本专利技术实施方案，满足了这种需要。
技术实现思路
本专利技术的一个实施方案涉及包括下列元件的密封组件(a)两个或多个密封元件，每个元件具有第一面、通常与第一面平行的第二面、以及垂直于所述第一和第二面的轴，其中所述密封元件的堆叠使得相邻面互相平行并且轴互相平行或重合，其中每个密封元件由具有某热膨胀系数的材料制备；和(b)夹持元件，具有第一段、第二段、和位于第一和第二段之间并与所述第一和第二段连接的连接段，其中在夹持元件的第一和第二段之间设置有两个或多个密封元件，所述夹持元件用于在所述两个或多个密封元件上施加轴向夹持力，其中所述连接段具有在两个平面之间延伸的中心部分，所述两个平面一个是由与夹持元件第一段相邻的密封元件的面形成的平面，另一个是由与夹持元件第二段相邻的密封元件的面形成的平面，以及其中所述连接段由具有某种热膨胀系数的材料制成。连接段材料的热膨胀系数在所述两个或多个密封元件的材料热膨胀系数的最大值和最小值中间。在本实施方案中，密封组件可以进一步包括设置在相邻密封元件之间、夹持元件的段和相邻密封元件之间的任何界面区域处的柔性密封件。本专利技术的另一实施方案包括含有下列的密封组件(a)第一密封元件，具有第一面、通常与第一面平行的第二面、以及垂直于所述第一和第二面的轴，其中所述第一密封元件由具有第一热膨胀系数的第一材料制备；(b)第二密封元件，具有第一面、通常与第一面平行的第二面、以及垂直于所述第一和第二面的轴，所述轴和第一密封元件的轴平行或者重合，其中所述第二密封元件由具有第二热膨胀系数的第二材料制备，和其中所述第二密封元件的第一面与所述第一密封元件的第二面成受迫性接触；和(c)夹持元件，用于将第一密封元件沿轴向推向第二密封元件，其中所述夹持元件具有与所述第一密封元件的第一面成受迫性接触的第一段、与所述第二密封元件的第二面成受迫性接触的第二段、以及位于所述第一和第二段之间并与所述第一和第二段连接的连接段，其中所述连接段具有在由第一密封元件的第一面和第二密封元件的第二面形成的平面之间延伸的中心部分，通常与第一和第二密封元件的轴平行，并且由具有第三热膨胀系数的第三材料制备；其中所述第三热膨胀系数在第一和第二热膨胀系数中间。在本实施方案中，夹持元件的第一段和夹持元件的第二段中的任一个可以永久性连接到夹持元件的连接段上。或者，夹持元件的第一段和夹持元件的第二段中的任一个可以可拆卸地连接到夹持元件的连接段上。第一材料可以选自Haynes 230、Haynes 188、Haynes 214、Incoloy800H、Inconel 600、Inconel 625、Inconel 693和400-系列不锈钢(SeriesStainless Steel)。第二材料可以选自氧化铝、氧化锆、氧化铈、氧化镁、碳化硅、氮化硅、混合金属钙钛矿、(LaxSr1-x)yCoO3-z(其中1.0＞x＞0.4，1.02≥y＞1.0，z是使物质组成达到电荷平衡的数)、和(LaxCa1-x)yFeO3-z(其中1.0＞x＞0.5，1.1≥y＞1.0，z是使物质组成达到电荷平衡的数)。第三材料可以选自Haynes 230、Haynes 188、Haynes214、Incoloy 800H、Inconel 600、Inconel 625、Inconel 693和400-系列不锈钢。第二密封元件可以由第一子部件和第二子部件构成，每种子部件具有第一面、通常与第一面平行的第二面、以及垂直于第一和第二面并和第一密封元件的轴平行或者重合的轴，其中第一子部件的第一面是第二密封元件的第一面，其中第二子部件的第二面是与夹持元件的第二段受迫性接触的第二密封元件的第二面。夹持元件的第一段和夹持元件的第二段中的任一可以可拆卸地连接到夹持元件的连接段上。在本实施方案中，密封组件可以进一步包括设置在夹持元件的第二段和第二密封元件的第二面之间的柔性密封件。可替换地或者另外地，密封组件可以进一步包括设置在夹持元件第一段和第一密封元件第一面之间的柔性密封件。本实施方案的密封组件中，(1)第二密封元件可以是连接到具有外径的第一柱形管上的凸缘，其中所述凸缘具有外径；(2)夹持元件可以包括环形主体，所述主体具有形成夹持元件的第一段并具有内径和外径的第一环、形成夹持元件的连接段并具有内径和外径的第二环、以及形成夹持元件的第二段并具有内径和外径的第三环；(3)第一密封元件可以是具有内径和外径的补偿性分隔环(compensating spacer ring)；(4)形成夹持元件第一段的第一环的内径可以大于第一柱形管的外径；(5)补偿性分隔环的内径可以大于第一柱形管的外径，补偿性分隔环的外径可以小于形成夹持元件连接段的第二环的内径；和(6)凸缘的外径可以小于形成夹持元件连接段的第二环的内径。凸缘和第一柱形管可以由陶瓷材料制备，夹持元件可以是金属材料，补偿性分隔环可以是金属材料。第一材料可以选自Haynes 230、Haynes 188、Haynes 214、Incoloy 800H、Inconel 600、Inconel 625、Inconel 693和400-系列不锈钢。第二材料可以选自氧化铝、氧化锆、氧化铈、氧化镁、碳化硅、氮化硅、混合金属钙钛矿、(LaxSr1-x)yCoO3-z(其中1.0＞x＞0.4，1.02≥y＞1.0，z是使物质组成达到电荷平衡的数)、和(LaxCa1-x)yFeO3-z(其中1.0＞x＞0.5，1.1≥y＞1.0，z是使物质组成达到电荷平衡的数)。第三材料可以选自Haynes 230、Haynes 188、Haynes 214、Incoloy 800H、Inconel 600、Inconel 625、Inconel 693和400-系列不锈钢。本专利技术的替换实施方案涉及密封组件，包括(a)第一密封元件，具有第一面、通常与第一面平行的第二面、以及垂直于所述第一和第二面的轴，其中所述第一密封元本文档来自技高网...

【技术保护点】
密封组件，包括（ａ）两个或多个密封元件，每个元件具有第一面、通常与第一面平行的第二面、以及垂直于所述第一和第二面的轴，其中所述密封元件的堆叠使得相邻面互相平行并且轴互相平行或重合，并且其中每个密封元件由具有热膨胀系数的材料制备；和　 　（ｂ）夹持元件，具有第一段、第二段、和位于第一和第二段之间并与所述第一和第二段连接的连接段，其中在夹持元件的第一和第二段之间设置有两个或多个密封元件，所述夹持元件用于在所述两个或多个密封元件上施加轴向夹持力，其中所述连接段具有在两个平 面之间延伸的中心部分，所述两个平面一个是由与夹持元件第一段相邻的密封元件的面形成的平面，另一个是由与夹持元件第二段相邻的密封元件的面形成的平面，以及其中所述连接段由具有热膨胀系数的材料制成；其中，连接段材料的热膨胀系数在所述两个或多 个密封元件的材料的热膨胀系数的最大值和最小值中间。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：E明福特，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]