ГИБКОЕ КРИОГЕННОЕ УПЛОТНЕНИЕ Российский патент 2023 года по МПК F16K1/46 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Клапаны используют для управления потоком жидкости в широком диапазоне применений. Шаровые краны обычно применяют в случаях, когда требуется прерывание потока жидкости через шаровой кран. Прерывание и установление потока жидкости через шаровой кран происходит за счет избирательного приведения в действие шара внутри шарового крана. Уплотнения между компонентами шарового крана могут быть применены для контроля относительного перемещения между такими компонентами шарового крана, что способствует управлению потоком жидкости через шаровой кран. Однако, когда шаровой кран подвергается воздействию экстремальных условий окружающей среды, таких как криогенные температуры, вставка седла и/или другие части шарового крана могут сжиматься, деформироваться или иным образом смещаться поступательно, что приводит к утечке жидкости через шаровой кран. Соответственно, промышленность по-прежнему нуждается в усовершенствовании технологии шаровых кранов для таких применений.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ

Варианты осуществления настоящего изобретения в целом относятся к клапану, имеющему кольцевое уплотнение, которое воспринимает и/или компенсирует деформации механической части клапана, возникающие в результате эксплуатации клапана в экстремальных условиях окружающей среды, таких как криогенные температуры. Варианты осуществления уплотнения могут включать в себя корпус уплотнения, содержащий: пятку; верхнее колено и нижнее колено, каждое из которых продолжается от пятки; и полость, образованную между верхним коленом и нижним коленом и содержащую первый участок полости и второй участок полости; и воздействующий элемент, расположенный внутри первого участка полости. Варианты осуществления клапана могут включать в себя корпус клапана; шар, выполненный с возможностью избирательного вращения внутри корпуса клапана; седло, имеющее вставку седла, расположенную внутри корпуса клапана и выполненную с возможностью образования уплотнения с шаром; и уплотнение, расположенное внутри полости, образованной между корпусом клапана и седлом, при этом уплотнение содержит: корпус уплотнения, содержащий: пятку; верхнее колено и нижнее колено, продолжающиеся от пятки; и полость, содержащую первый участок полости и второй участок полости, расположенные между верхним коленом и нижним коленом; и воздействующий элемент, расположенный внутри первого участка полости.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Чтобы способ, которым достигаются признаки и преимущества вариантов осуществления, можно было понять более подробно, может быть приведено более подробное описание со ссылкой на их варианты осуществления, которые проиллюстрированы в прилагаемых графических материалах. Однако графические материалы иллюстрируют только некоторые варианты осуществления и, следовательно, их не следует рассматривать как ограничивающие объем изобретения, поскольку могут существовать и другие столь же эффективные варианты осуществления.

На Фиг. 1 представлен частичный вид в разрезе клапана в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

На Фиг. 2 представлен частичный вид в разрезе клапана в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

На Фиг. 3 представлен график контактных давлений вариантов осуществления уплотнения по Фиг. 1 и 2.

На Фиг. 4А показана рабочая характеристика утечки для нескольких испытаний варианта осуществления уплотнения для совмещенного состояния.

На Фиг. 4В показана рабочая характеристика утечки для нескольких испытаний варианта осуществления уплотнения при смещении на 0,2 мм.

На Фиг. 4С показана рабочая характеристика утечки для нескольких испытаний варианта осуществления уплотнения при смещении на 0,3 мм.

Использование одних и тех же обозначений позиций на разных графических материалах указывает на аналогичные или идентичные варианты осуществления.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО(-ЫХ)

ВАРИАНТА(-ОВ) ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На Фиг. 1 показан частичный вид в разрезе клапана 100 в соответствии с вариантом осуществления изобретения. В некоторых вариантах осуществления клапан 100 может представлять собой шаровой клапан. Однако в других вариантах клапан 100 может содержать любой другой подходящий клапан. Клапан 100, как правило, может содержать корпус 102 клапана, имеющий продольную ось 104 вдоль пути потока через клапан 100, и шар 106, выполненный с возможностью избирательного вращения внутри корпуса 102 клапана, чтобы выборочно обеспечить поток жидкости вдоль пути потока через клапан 100. Клапан 100 также может содержать седло 108, имеющее вставку 112 седла, которая, как правило, может быть предназначена для предотвращения утечки жидкости через канал утечки, когда шар 106 выборочно повернут для предотвращения потока жидкости вдоль пути потока и через клапан 100. В некоторых вариантах осуществления между корпусом 102 клапана и седлом 108 может быть образована полость 110. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления клапан 100 может также содержать одну или несколько пружин 114, выполненных с возможностью смещения седла 108 от корпуса 102 клапана к шару 106, чтобы избирательно обеспечивать непроницаемое для жидкости уплотнение между вставкой 112 седла и шаром 106. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления клапан 100 может также содержать одно или несколько уплотнений 200.

На Фиг. 2 показан частичный вид в разрезе уплотнения 200 в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Уплотнение 200 обычно может быть выполнено с возможностью воспринимать и/или компенсировать деформации механической части клапана 100, которые возникают, когда клапан 100 работает в экстремальных условиях окружающей среды, таких как криогенные температуры. Уплотнение 200 обычно может содержать пятку 202, верхнее колено 204, продолжающееся от пятки 202, нижнее колено 206, продолжающееся от пятки 202, полость 208, образованную между верхним коленом 204 и нижним коленом 206, и воздействующий элемент 210. Пятка 202 обычно может содержать основание и/или вертикальную конструкцию уплотнения 200. В некоторых вариантах осуществления пятка 202 может образовывать внутренний диаметр уплотнения 200. В других вариантах осуществления пятка 202 может образовывать наружный диаметр уплотнения 200. Соответственно, в некоторых вариантах осуществления пятка 202 может прилегать к корпусу 102 клапана 100. В других вариантах осуществления пятка 202 может прилегать к седлу 108 клапана 100. В альтернативных вариантах осуществления пятка 202 может прилегать к другим компонентам клапана 100 в зависимости от конфигурации клапана 100.

Верхнее колено 204 обычно может продолжаться от верхнего конца пятки 202. В некоторых вариантах осуществления верхнее колено 204 может продолжаться ортогонально от верхнего конца пятки 202. В других вариантах осуществления верхнее колено 204 может продолжаться под острым или тупым углом от верхнего конца пятки 202 (например, 5 градусов, 10 градусов и т.д.). Верхнее колено 204 обычно может содержать наружную верхнюю поверхность 212, которая продолжается от пятки 202, радиальный переход 214 и наружную верхнюю контактную поверхность 216. В некоторых вариантах осуществления радиальный переход 214 может содержать несколько радиальных кривых, соединяющих наружную верхнюю поверхность 212 и наружную верхнюю контактную поверхность 216. В некоторых вариантах осуществления наружная верхняя поверхность 212 и наружная верхняя контактная поверхность 216 могут быть, по существу, параллельны. В некоторых вариантах осуществления наружная верхняя контактная поверхность 216 может иметь большую вертикальную высоту от центра 218 воздействующего элемента 210, чем наружная верхняя поверхность 212 от центра 218 воздействующего элемента 210. Таким образом, уплотнение 200 может иметь большую общую вертикальную высоту, измеренную на наружной верхней контактной поверхности 216, по сравнению с вертикальной высотой, измеренной на наружной верхней поверхности 212. Кроме того, следует понимать, что в некоторых вариантах осуществления наружная верхняя контактная поверхность 216 во время работы может оставаться в контакте с корпусом 102 клапана, седлом 108 и/или другим компонентом клапана 100 для стабилизации компонентов клапана 100, и может воспринимать и/или компенсировать деформации механической части клапана 100, возникающие при работе клапана 100. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления верхнее колено 204 может иметь скос 220 на конце наружной верхней контактной поверхности 216. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления верхнее колено 204 может иметь торцевую поверхность 222, продолжающуюся от скоса 220. В некоторых вариантах осуществления торцевая поверхность 222 может быть наклонена внутрь по направлению к центру 218 воздействующего элемента 210. Однако в других вариантах осуществления торцевая поверхность 222 может быть, по существу, вертикальной.

Нижнее колено 206 обычно может продолжаться от нижнего конца пятки 202. В некоторых вариантах осуществления нижнее колено 206 может продолжаться ортогонально от нижнего конца пятки 202. В других вариантах осуществления нижнее колено 206 может продолжаться под острым или тупым углом от нижнего конца пятки 202 (например, 5 градусов, 10 градусов и т.д.). Нижнее колено 206 обычно может содержать наружную нижнюю поверхность 224, продолжающуюся от пятки 202, радиальный переход 226 и наружную нижнюю контактную поверхность 228. В некоторых вариантах осуществления радиальный переход 226 может содержать несколько радиальных кривых, соединяющих наружную нижнюю поверхность 224 и наружную нижнюю контактную поверхность 228. В некоторых вариантах осуществления наружная нижняя поверхность 224 и наружная нижняя контактная поверхность 228 могут быть, по существу, параллельны. В некоторых вариантах осуществления наружная нижняя контактная поверхность 228 может иметь большую вертикальную высоту от центра 218 воздействующего элемента 210, чем наружная нижняя поверхность 224 от центра 218 воздействующего элемента 210. Таким образом, уплотнение 200 может иметь большую общую вертикальную высоту, измеренную на наружной нижней контактной поверхности 228, по сравнению с вертикальной высотой, измеренной на наружной нижней поверхности 224. Кроме того, следует понимать, что в некоторых вариантах осуществления наружная нижняя контактная поверхность 228 во время работы может оставаться в контакте с корпусом 102 клапана, седлом 108 и/или другим компонентом клапана 100 для стабилизации компонентов клапана 100, и может воспринимать и/или компенсировать деформации механической части клапана 100, возникающие при работе клапана 100. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления нижнее колено 206 может иметь скос 230 на конце наружной нижней контактной поверхности 228. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления нижнее колено 206 может иметь торцевую поверхность 232, продолжающуюся от скоса 230. В некоторых вариантах осуществления торцевая поверхность 232 может быть наклонена внутрь по направлению к центру 218 воздействующего элемента 210. Однако в других вариантах осуществления торцевая поверхность 232 может быть, по существу, вертикальной.

Полость 208 обычно может быть образована между верхним коленом 204 и нижним коленом 206 и содержать первый участок 234 полости и второй участок 236 полости. Первый участок 234 полости обычно может содержать просвет 238, ограниченный между верхней поверхностью 240 просвета, которая продолжается от верхней торцевой поверхности 222 верхнего колена 204, и нижней поверхностью просвета, которая продолжается от нижней торцевой поверхности 232 нижнего колена 206. В некоторых вариантах осуществления поверхности 240, 242 просвета могут быть, по существу, горизонтальными и/или параллельными друг другу. Однако в других вариантах осуществления поверхности 240, 242 просвета могут иметь любую другую не горизонтальную ориентацию и/или могут иметь другие размеры. Первый участок 234 полости может также содержать верхнюю криволинейную поверхность 244, продолжающуюся от верхней поверхности 240 просвета, и нижнюю криволинейную поверхность 246, продолжающуюся от нижней поверхности 242 просвета. Криволинейные поверхности 244, 246 могут продолжаться от поверхностей 240, 242 просвета, соответственно, и быть усеченными и открывать второй участок 236 полости. В некоторых вариантах осуществления криволинейные поверхности 244, 246 могут быть симметричными относительно горизонтальной осевой линии, проходящей через центр 218 воздействующего элемента 210. Таким образом, следует понимать, что криволинейные поверхности 244, 246 могут иметь, по существу, одинаковые радиусы и/или, по существу, равные длины кривых. Кроме того, первый участок 234 полости может быть выполнен с возможностью приема воздействующего элемента 210 и захвата воздействующего элемента 210 между верхней криволинейной поверхностью 244 и нижней криволинейной поверхностью 246. Таким образом, следует понимать, что криволинейные поверхности 244, 246 могут иметь больший радиус, чем радиус воздействующего элемента 210.

Второй участок 236 полости обычно может быть образован между первым участком 234 полости и пяткой 202. Второй участок 236 полости обычно может содержать верхнюю поверхность 248, противоположную нижнюю поверхность 250 и вертикальную стенку 252, расположенную между верхней поверхностью 248 и нижней поверхностью 250 и напротив просвета 238 первого участка 234 полости. В то время как первый участок 234 полости содержит воздействующий элемент 210, второй участок 236 полости может не содержать воздействующий элемент 210. В альтернативных вариантах осуществления второй участок 236 полости может содержать воздействующий элемент 210, пружину или любую их комбинацию, а поверхности 248, 250 могут иметь профиль, по существу, аналогичный профилю криволинейных поверхностей 244, 246. Верхняя поверхность 248 может продолжаться к пятке 202 от верхней криволинейной поверхности 244 до вертикальной стенки 252. Нижняя поверхность 250 может продолжаться к пятке 202 от нижней криволинейной поверхности 246 до вертикальной стенки 252. В некоторых вариантах осуществления верхняя поверхность 248 и нижняя поверхность 250 могут иметь, по существу, одинаковую длину. В некоторых вариантах осуществления верхняя поверхность 248 и нижняя поверхность 250 могут быть, по существу, параллельны. Однако в других вариантах осуществления верхняя поверхность 248 и нижняя поверхность 250 могут быть расположены под углом или искривлены по отношению к горизонтальной осевой линии, которая проходит через центр 218 воздействующего элемента 210. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления вертикальная стенка 252 может быть, по существу, параллельна пятке 202 уплотнения 200 и ортогональна верхней поверхности 248 и нижней поверхности 250. Однако в других вариантах осуществления вертикальная стенка 252 может иметь любой другой профиль (например, включать в себя один или несколько невертикальных элементов). Таким образом, следует понимать, что в некоторых вариантах осуществления второй участок 236 полости может иметь, по существу, прямоугольный или квадратный профиль в сечении. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления между вертикальной стенкой 252 и каждой из верхней поверхности 248 и нижней поверхности 250 может присутствовать фаска и/или радиус. Однако в других вариантах осуществления второй участок 236 полости может иметь профиль любой другой формы (например, овальный, закругленный с одинаковыми или разными радиусами, трапециевидный, симметричный, несимметричный или любое сочетание различных элементов и/или профилей).

Воздействующий элемент 210 обычно может содержать пружину и может быть расположен внутри первого участка 234 полости между верхней криволинейной поверхностью 244 и нижней криволинейной поверхностью 246. Воздействующий элемент 210 может быть выполнен с возможностью смещения верхнего колена 204 и нижнего колена 206 друг от друга для поддержания контакта между наружной верхней контактной поверхностью 216 и корпусом 102 клапана, седлом 108 и/или другим компонентом клапана 100 и наружной нижней контактной поверхности 228 и корпусом 102 клапана, седлом 108 и/или другим компонентом клапана 100. Соответственно, воздействующий элемент может адаптироваться к одной или нескольким криволинейным поверхностям 244, 246 в ответ на деформацию или смещение в клапане 100, которые вызваны работой клапана 100. В некоторых вариантах осуществления воздействующий элемент 210 может иметь круглый профиль. Однако в других вариантах осуществления пружина может иметь другой профиль, такой как овальный профиль, U-образный профиль, V-образный профиль или профиль любой другой формы. В некоторых вариантах осуществления воздействующий элемент 210 может состоять из одного слоя материала. Однако в других вариантах осуществления воздействующий элемент 210 может содержать несколько слоев или пластов материала. Подходящие материалы для воздействующего элемента 210 могут включать в себя, например, титан, нержавеющую сталь, сталь, сплавы Inconel®, Elgiloy®, Hastelloy®, другие упругие металлические материалы или любую их комбинацию. Кроме того, корпус уплотнения (содержащий все компоненты уплотнения 200 без воздействующего элемента 210) может быть изготовлен из ПТФЭ, фторполимера, перфторполимера, ПТФЭ, ТФМ, ПВФ, ПВДФ, ПХТФЭ, ПФА, ФЭП, ЭТФЭ, ЭКТФЭ, ПХТФЭ, полиарилкетона, такого как ПЭЭК, ПЭК или ПЭКК, полисульфона, такого как ППС, ППСУ, ПСУ, ППЭ или ППО, ароматических полиамидов, таких как ППА, термопластичных полиимидов, таких как ПЭИ или ТПИ, или любой их комбинации.

По-прежнему ссылаясь на Фиг. 2, уплотнение обычно может быть, по существу, симметричным относительно горизонтальной осевой линии, проходящей через центр 218 воздействующего элемента 210. Уплотнение 200 может также иметь большую общую высоту, измеренную между верхней контактной поверхностью 216 и нижней контактной поверхностью 228, по сравнению с общей высотой, измеренной между верхней поверхностью 212 и нижней поверхностью 224. Следует понимать, что общая высота первого участка 234 полости, измеренная между верхней криволинейной поверхностью 244 и нижней криволинейной поверхностью 246, может быть больше, чем общая высота второго участка 236 полости, измеренная между верхней поверхностью 248 и нижней поверхностью 250. Кроме того, общая высота просвета 238, измеренная между верхней поверхностью 240 просвета и нижней поверхностью 242 просвета, может быть больше, чем общая высота второго участка 236 полости, измеренная между верхней поверхностью 248 и нижней поверхностью 250.

Второй участок 236 полости может иметь горизонтальную длину или глубину, измеренную по горизонтальной длине верхней поверхности 248 и/или нижней поверхности 250 второго участка 236 полости. Глубина второго участка 236 полости может составлять некоторый процент от глубины первого участка 234 полости, измеренной вдоль горизонтальной осевой линии, которая проходит через центр 218 воздействующего элемента 210. В некоторых вариантах осуществления глубина второго участка 236 полости может составлять по меньшей мере 25%, по меньшей мере 50%, по меньшей мере 55%, по меньшей мере 60%, по меньшей мере 65%, по меньшей мере 70%, по меньшей мере 75%, по меньшей мере 80%, по меньшей мере 90%, по меньшей мере 95% или по меньшей мере 100% глубины первого участка 234 полости. В некоторых вариантах осуществления глубина второго участка 236 полости может составлять не более 200%, не более 150%, не более 125% или не более 100% глубины первого участка 234 полости. Кроме того, следует понимать, что глубина второго участка 236 полости может находиться между любыми из этих минимальных и максимальных значений, например, по меньшей мере 25% и не более 200% глубины первого участка 234 полости.

Глубина второго участка 236 полости может также составлять некоторый процент от общей длины уплотнения 200, измеренной вдоль горизонтальной осевой линии, которая проходит через центр 218 воздействующего элемента 210. В некоторых вариантах осуществления глубина второго участка 236 полости может составлять по меньшей мере 5%, по меньшей мере 10%, по меньшей мере 15%, по меньшей мере 20%, по меньшей мере 30%, по меньшей мере 35% или по меньшей мере 40% общей длины уплотнения 200. В некоторых вариантах осуществления глубина второго участка 236 полости может быть не более 80%, не более 75%, не более 70%, не более 65%, не более 60%, не более 55%, не более 50%, не более 45% или не более 40% общей длины уплотнения 200. Кроме того, следует понимать, что глубина второго участка 236 полости может находиться между любыми из этих минимальных и максимальных значений, например, по меньшей мере 5% и не более 80% от общей длины уплотнения 200.

На Фиг. 3 показан график контактных давлений (профиль контактного давления) вариантов осуществления уплотнения 200 в совмещенном состоянии, в состоянии смещения на 0,2 мм и в состоянии смещения на 0,3 мм. Как показано, видно, что основное влияние смещения приходится на максимальную нагрузку каждого пика. Основное различие между совмещенным и смещенным состояниями заключается в том, что во время воздействия давления для смещенного состояния два пика сливаются (т.е. тракт уплотнения становится непрерывным). Тогда более низкое контактное давление компенсируется большей длиной контакта. Таким образом, в результате уплотнение 200 увеличивает контактное давление между контактными поверхностями 216, 228 уплотнения 200 и компонентами клапана 100. В некоторых вариантах осуществления, по сравнению с традиционным уплотнением без второго участка 236 полости, уплотнение 200, имеющее второй участок 236 полости, может увеличить контактное давление на каждой из контактных поверхностей 216, 228 и/или усилие уплотнения между уплотнением 200 и компонентами клапана 100. В некоторых вариантах осуществления уплотнение 200 может увеличивать контактное давление и/или усилие уплотнения по меньшей мере на 5%, по меньшей мере на 10%, по меньшей мере на 15%, по меньшей мере на 20%, по меньшей мере на 25%, по меньшей мере на 30%, по меньшей мере на 35%, по меньшей мере на 40%, по меньшей мере на 45%, по меньшей мере на 50%, по меньшей мере на 75%, по меньшей мере на 95%, по меньшей мере на 100%, по меньшей мере на 125% или по меньшей мере на 150%. В некоторых вариантах осуществления уплотнение 200 может увеличивать контактное давление и/или усилие уплотнения не более чем на 500%, не более чем на 400%, не более чем на 300%, не более чем на 200% или не более чем на 100%. Кроме того, следует понимать, что уплотнение 200 может увеличивать контактное давление и/или усилие уплотнения на любое из этих минимальных и максимальных значений, например, по меньшей мере на 5% и не более чем на 500%.

На Фиг. 4А показана рабочая характеристика утечки для нескольких испытаний варианта осуществления уплотнения 200 для совмещенного состояния. На Фиг. 4 В показана рабочая характеристика утечки для нескольких испытаний варианта осуществления уплотнения 200 для условий смещения на 0,2 мм. На Фиг. 4С показана рабочая характеристика утечки для нескольких испытаний варианта осуществления уплотнения 200 для условий смещения на 0,3 мм. Из показанного на Фиг. 4А видно, что характеристики в совмещенном состоянии являются относительно постоянными и превышают 25-процентный предел спецификации Shell 300. Из показанного на Фиг. 4В видно, что характеристики в условиях смещения на 0,2 мм превышают 25% предел спецификации Shell 300. Из показанного на Фиг. 4С видно, что характеристики в условиях смещения на 0,3 мм превышают 25% предел спецификации Shell 300.

Варианты осуществления клапана 100 и/или уплотнения 200 могут включать в себя, среди прочего, один или несколько из следующих элементов:

Вариант осуществления 1. Уплотнение, содержащее: корпус уплотнения, содержащий: пятку; верхнее колено и нижнее колено, каждое из которых продолжается от пятки; и полость, образованную между верхним коленом и нижним коленом и содержащую первый участок полости и второй участок полости; и воздействующий элемент, расположенный внутри первого участка полости.

Вариант осуществления 2. Уплотнение по варианту осуществления 1, в котором верхнее колено включает в себя верхнюю поверхность, продолжающуюся от пятки, и верхнюю контактную поверхность, и в котором нижнее колено включает в себя нижнюю поверхность, продолжающуюся от пятки, и нижнюю контактную поверхность.

Вариант осуществления 3. Уплотнение по варианту осуществления 2, в котором каждое из верхнего колена и нижнего колена продолжаются от пятки под прямым углом.

Вариант осуществления 4. Уплотнение по любому из вариантов осуществления 2-3, в котором верхняя контактная поверхность и нижняя контактная поверхность, по существу, параллельны.

Вариант осуществления 5. Уплотнение по любому из вариантов осуществления 2-4, в котором уплотнение имеет большую общую высоту, измеренную между верхней контактной поверхностью и нижней контактной поверхностью, по сравнению с общей высотой, измеренной между верхней поверхностью и нижней поверхностью.

Вариант осуществления 6. Уплотнение по любому из вариантов осуществления 15, в котором первый участок полости содержит просвет.

Вариант осуществления 7. Уплотнение по варианту осуществления 6, в котором просвет расположен между верхней поверхностью просвета верхнего колена и нижней поверхностью просвета нижнего колена.

Вариант осуществления 8. Уплотнение по варианту осуществления 7, в котором первый участок полости содержит верхнюю криволинейную поверхность, продолжающуюся от верхней поверхности просвета ко второму участку полости, и нижнюю криволинейную поверхность, продолжающуюся от нижней поверхности просвета ко второму участку полости.

Вариант осуществления 9. Уплотнение по варианту осуществления 8, в котором верхняя криволинейная поверхность и нижняя криволинейная поверхность симметричны относительно горизонтальной осевой линии, проходящей через центр уплотнения.

Вариант осуществления 10. Уплотнение по любому из вариантов осуществления 8-9, в котором верхняя криволинейная поверхность и нижняя криволинейная поверхность имеют, по существу, равные радиусы.

Вариант осуществления 11. Уплотнение по любому из вариантов осуществления 8-10, в котором верхняя криволинейная поверхность и нижняя криволинейная поверхность имеют, по существу, одинаковую длину кривых.

Вариант осуществления 12. Уплотнение по любому из вариантов осуществления 8-11, в котором первый участок полости выполнен с возможностью приема воздействующего элемента и удержания воздействующего элемента между верхней криволинейной поверхностью и нижней криволинейной поверхностью.

Вариант осуществления 13. Уплотнение по варианту осуществления 12, в котором верхняя криволинейная поверхность и нижняя криволинейная поверхность имеют радиус больший, чем у воздействующего элемента.

Вариант осуществления 14. Уплотнение по любому из вариантов осуществления 1-13, в котором воздействующий элемент выполнен из титана, нержавеющей стали, стали, сплава Inconel®, Elgiloy®, Hastelloy®, других упругих металлических материалов или любой их комбинации.

Вариант осуществления 15. Уплотнение по любому из вариантов осуществления 1-14, в котором второй участок полости образован между первым участком полости и пяткой.

Вариант осуществления 16. Уплотнение по любому из вариантов осуществления 8-15, в котором второй участок полости содержит верхнюю поверхность, продолжающуюся к пятке от верхней криволинейной поверхности до вертикальной стенки, и противоположную нижнюю поверхность, продолжающуюся к пятке от нижней криволинейной поверхности до вертикальной стенки, и вертикальную стенку, расположенную между верхней поверхностью и нижней поверхностью напротив просвета первого участка полости.

Вариант осуществления 17. Уплотнение по варианту осуществления 16, в котором вертикальная стенка, по существу, параллельна пятке.

Вариант осуществления 18. Уплотнение по варианту осуществления 17, в котором верхняя поверхность и нижняя поверхность, по существу, параллельны.

Вариант осуществления 19. Уплотнение по варианту осуществления 18, в котором вертикальная стенка, по существу, ортогональна каждой из верхней поверхности и нижней поверхности.

Вариант осуществления 20. Уплотнение по любому из вариантов осуществления с 1 по 19, в котором второй участок полости не содержит воздействующего элемента.

Вариант осуществления 21. Уплотнение по любому из вариантов осуществления 16-20, в котором общая высота просвета, измеренная между верхней поверхностью просвета и нижней поверхностью просвета, больше, чем общая высота второго участка полости, измеренная между верхней поверхностью и нижней поверхностью.

Вариант осуществления 22. Уплотнение по любому из вариантов осуществления 1-21, в котором глубина второго участка полости составляет по меньшей мере 25%, по меньшей мере 50%, по меньшей мере 55%, по меньшей мере 60%, по меньшей мере 65%, по меньшей мере 70%, по меньшей мере 75%, по меньшей мере 80%, по меньшей мере 90%, по меньшей мере 95% или по меньшей мере 100% глубины первого участка полости.

Вариант осуществления 23. Уплотнение по варианту осуществления 22, в котором глубина второго участка полости составляет не более 200%, не более 150%, не более 125% или не более 100% глубины первого участка полости.

Вариант осуществления 24. Уплотнение по любому из вариантов осуществления 1-23, в котором глубина второго участка полости составляет по меньшей мере 5%, по меньшей мере 10%, по меньшей мере 15%, по меньшей мере 20%, по меньшей мере 30%, по меньшей мере 35% или не менее 40% общей длины уплотнения.

Вариант осуществления 25. Уплотнение по варианту осуществления 24, в котором глубина второго участка полости составляет не более 80%, не более 75%, не более 70%, не более 65%, не более 60%, не более 55%, не более 50%, не более 45% или не более 40% общей длины уплотнения.

Вариант осуществления 26. Уплотнение по любому из вариантов осуществления 1 25, в котором по сравнению с традиционным уплотнением без второго участка полости уплотнение увеличивает контактное давление на каждой из верхней контактной поверхности и нижней контактной поверхности по меньшей мере на 5%, по меньшей мере на 10%, по меньшей мере на 15%, по меньшей мере на 20%, по меньшей мере на 25%, по меньшей мере на 30%, по меньшей мере на 35%, по меньшей мере на 40%, по меньшей мере на 45%, по меньшей мере на 50%, по меньшей мере на 75%, по меньшей мере на 95%, по меньшей мере на 100%, по меньшей мере на 125% или по меньшей мере на 150%.

Вариант осуществления 27. Уплотнение по варианту осуществления 26, в котором указанное уплотнение увеличивает контактное давление на каждой из верхней контактной поверхности и нижней контактной поверхности не более чем на 500%, не более чем на 400%, не более чем на 300%, не более чем на 200% или не более чем на 100%.

Вариант осуществления 28. Уплотнение по любому из вариантов осуществления 1-27, в котором уплотнение соответствует 25% пределу утечки согласно Спецификации Shell 300 в каждом из состояния совмещения и состояния смещения.

Вариант осуществления 29. Клапан, содержащий: корпус клапана; шар, выполненный с возможностью избирательного вращения внутри корпуса клапана; седло, имеющее вставку седла, расположенную внутри корпуса клапана и выполненную с возможностью образования уплотнения с шаром; и уплотнение, расположенное внутри полости, образованной между корпусом клапана и седлом, при этом уплотнение содержит: корпус уплотнения, содержащий пятку; верхнее колено и нижнее колено, продолжающиеся от пятки; и полость, содержащую первый участок полости и второй участок полости, расположенные между верхним коленом и нижним коленом; и воздействующий элемент, расположенный внутри первого участка полости.

Вариант осуществления 30. Клапан по варианту осуществления 29, в котором верхнее колено имеет верхнюю поверхность, продолжающуюся от пятки, и верхнюю контактную поверхность, а нижнее колено включает в себя нижнюю поверхность, продолжающуюся от пятки, и нижнюю контактную поверхность.

Вариант осуществления 31. Клапан по варианту осуществления 30, в котором верхнее колено и нижнее колено продолжаются от пятки ортогонально.

Вариант осуществления 32. Клапан по любому из вариантов осуществления 30-31, в котором первая контактная поверхность и вторая контактная поверхность являются по существу параллельными.

Вариант осуществления 33. Клапан по любому из вариантов осуществления 30-32, в котором уплотнение имеет большую общую высоту, измеренную между верхней контактной поверхностью и нижней контактной поверхностью, по сравнению с общей высотой, измеренной между верхней поверхностью и нижней поверхностью.

Вариант осуществления 34. Клапан по любому из вариантов осуществления 29-33, в котором первый участок полости включает в себя просвет.

Вариант осуществления 35. Клапан по варианту осуществления 34, в котором просвет расположен между верхней поверхностью просвета верхнего колена и нижней поверхностью просвета нижнего колена.

Вариант осуществления 36. Клапан по варианту осуществления 35, в котором первый участок полости содержит верхнюю криволинейную поверхность, продолжающуюся от верхней поверхности просвета ко второму участку полости, и нижнюю криволинейную поверхность, продолжающуюся от нижней поверхности просвета ко второму участку полости.

Вариант осуществления 37. Клапан по варианту осуществления 36, в котором верхняя криволинейная поверхность и нижняя криволинейная поверхность симметричны относительно горизонтальной осевой линии, проходящей через центр уплотнения.

Вариант осуществления 38. Клапан по любому из вариантов осуществления 36-37, в котором верхняя криволинейная поверхность и нижняя криволинейная поверхность имеют практически одинаковый радиус.

Вариант осуществления 39. Клапан по любому из вариантов осуществления 36-38, в котором верхняя криволинейная поверхность и нижняя криволинейная поверхность имеют практически одинаковую длину кривых.

Вариант осуществления 40. Клапан по любому из вариантов осуществления 36-39, в котором первый участок полости выполнен с возможностью приема воздействующего элемента и удержания воздействующего элемента между верхней криволинейной поверхностью и нижней криволинейной поверхностью.

Вариант осуществления 41. Клапан по варианту осуществления 40, в котором верхняя криволинейная поверхность и нижняя криволинейная поверхность имеют радиус больший, чем у воздействующего элемента.

Вариант осуществления 42. Клапан по варианту осуществления 41, в котором воздействующий элемент прилегает к верхней криволинейной поверхности и нижней криволинейной поверхности при деформации, смещении или воздействии давления в клапане.

Вариант осуществления 43. Клапан по любому из вариантов осуществления 29-42, в котором воздействующий элемент выполнен из титана, нержавеющей стали, стали, сплава Inconel®, Elgiloy®, Hastelloy®, других упругих металлических материалов или любой их комбинации.

Вариант осуществления 44. Клапан по любому из вариантов осуществления 29-43, в котором второй участок полости образован между первым участком полости и пяткой.

Вариант осуществления 45. Клапан по любому из вариантов осуществления 36-44, в котором второй участок полости содержит верхнюю поверхность, продолжающуюся к пятке от верхней криволинейной поверхности до вертикальной стенки, и противоположную нижнюю поверхность, продолжающуюся к пятке от нижней криволинейной поверхности до вертикальной стенки, и вертикальную стенку, расположенную между верхней поверхностью и нижней поверхностью напротив просвета первого участка полости.

Вариант осуществления 46. Клапан по варианту осуществления 45, в котором вертикальная стенка по существу является параллельной пятке.

Вариант осуществления 47. Клапан по варианту осуществления 46, в котором верхняя поверхность и нижняя поверхность являются по существу параллельными.

Вариант осуществления 48. Клапан по варианту осуществления 47, в котором вертикальная стенка по существу является ортогональной каждой из верхней поверхности и нижней поверхности.

Вариант осуществления 49. Клапан по любому из вариантов осуществления 29-48, в котором второй участок полости не содержит воздействующего элемента.

Вариант осуществления 50. Клапан по любому из вариантов осуществления 47-49, в котором верхняя поверхность и нижняя поверхность наклонены внутрь при деформации, смещении или воздействии давления в клапане.

Вариант осуществления 51. Клапан по любому из вариантов осуществления 45-50, в котором общая высота просвета, измеренная между верхней поверхностью просвета и нижней поверхностью просвета, больше, чем общая высота второго участка полости, измеренная между верхней поверхностью и нижней поверхностью.

Вариант осуществления 52. Клапан по любому из вариантов осуществления 29-51, в котором глубина второго участка полости составляет по меньшей мере 25%, по меньшей мере 50%, по меньшей мере 55%, по меньшей мере 60%, по меньшей мере 65%, по меньшей мере 70%, по меньшей мере по меньшей мере 75%, по меньшей мере 80%, по меньшей мере 90%, по меньшей мере 95% или по меньшей мере 100% глубины первого участка полости.

Вариант осуществления 53. Клапан по варианту осуществления 52, в котором глубина второго участка полости составляет не более 200%, не более 150%, не более 125% или не более 100% глубины первого участка полости.

Вариант осуществления 54. Клапан по любому из вариантов осуществления 29-53, в котором глубина второго участка полости составляет по меньшей мере 5%, по меньшей мере 10%, по меньшей мере 15%, по меньшей мере 20%, по меньшей мере 30%, по меньшей мере 35% или по меньшей мере 40% общей длины уплотнения.

Вариант осуществления 55. Клапан по варианту осуществления 54, в котором глубина второго участка полости составляет не более 80%, не более 75%, не более 70%, не более 65%, не более 60%, не более 55%, не более 50%, не более 45% или не более 40% общей длины уплотнения.

Вариант осуществления 56. Клапан по любому из вариантов осуществления 29-55, в котором по сравнению с традиционным уплотнением без второго участка полости уплотнение увеличивает контактное давление на каждой из верхней контактной поверхности и нижней контактной поверхности по меньшей мере на 5%, по меньшей мере на 10%, по меньшей мере на 15%, по меньшей мере на 20%, по меньшей мере на 25%, по меньшей мере на 30%, по меньшей мере на 35%, по меньшей мере на 40%, по меньшей мере на 45%, по меньшей мере на 50%, по меньшей мере на 75%, по меньшей мере на 95%, по меньшей мере на 100%, по меньшей мере на 125% или по меньшей мере на 150%.

Вариант осуществления 57. Клапан по варианту осуществления 56, в котором уплотнение увеличивает контактное давление на каждой из верхней контактной поверхности и нижней контактной поверхности не более чем на 500%, не более чем на 400%, не более чем на 300%, не более чем на 200% или не более чем на 100%.

Вариант осуществления 58. Клапан по любому из вариантов осуществления 29-57, в котором уплотнение соответствует 25% пределу утечки спецификации Shell 300 в каждом из состояния совмещения и состояния смещения.

Вариант осуществления 59. Уплотнение по любому из вариантов осуществления 1-28 или клапан по любому из вариантов осуществления 29-58, в котором корпус уплотнения изготовлен из ПТФЭ, фторполимера, перфторполимера, ПТФЭ, ТФМ, ПВФ, ПВДФ, ПХТФЭ, ПФА, ФЭП, ЭТФЭ, ЭКТФЭ, ПХТФЭ, полиарилкетона, такого как ПЭЭК, ПЭК или ПЭКК, полисульфона, такого как ППС, ППСУ, ПСУ, ППЭ или ППО, ароматических полиамидов, таких как ППА, термопластичных полиимидов, таких как ПЭИ и ТПИ, или любой их комбинации.

Вариант осуществления 60. Уплотнение по любому из вариантов осуществления с 1 по 28 и 59 или клапан по любому из вариантов осуществления с 29 по 59, в котором верхняя поверхность и нижняя поверхность по существу являются криволинейными.

Вариант осуществления 61. Уплотнение или клапан по варианту осуществления 60, в котором второй участок полости содержит воздействующий элемент.

В этом письменном описании используют примеры для раскрытия вариантов осуществления, включая наилучший вариант, а также для того, чтобы позволить специалистам в данной области техники изготовить и применять данное изобретение. Патентоспособный объем ограничен формулой изобретения и может включать в себя другие примеры, которые могут быть предложены специалистами в данной области. Предполагается, что такие другие примеры входят в объем формулы изобретения, если они имеют структурные элементы, которые не отличаются от буквальных формулировок в формуле изобретения, или если они включают в себя эквивалентные структурные элементы с незначительными отличиями от буквальных формулировок в формуле изобретения.

Следует отметить, что не все действия, описанные выше в общем описании или примерах, необходимы, что часть конкретных действий может не требоваться, и что можно выполнять одно или более дополнительных действий в дополнение к описанным выше. Кроме того, порядок, в котором перечислены действия, не обязательно является порядком, в котором их выполняют.

В предшествующем описании концепции были описаны со ссылкой на конкретные варианты осуществления. Однако специалисту в данной области техники понятно, что могут быть внесены различные модификации и изменения без отклонения от объема изобретения, изложенного в формуле изобретения ниже. Соответственно, описание и чертежи следует рассматривать в иллюстративном, а не ограничительном смысле, и предполагается, что все такие модификации включены в объем изобретения.

В контексте настоящего документа термины «содержит», «содержащий», «включает в себя», «включающий в себя», «имеет», «имеющий» или любые другие их варианты предназначены для обозначения неисключительного включения. Например, процесс, способ, изделие или устройство, содержащие набор признаков, не обязательно ограничены исключительно этими признаками, но могут включать в себя другие признаки, явным образом не указанные или не присущие такому процессу, способу, изделию или устройству. Кроме того, если явным образом не указано иное, термин «или» означает включающее «или», а не исключающее «или». Например, условию «А или Б» соответствует любое из следующих утверждений: «А является истинным (или присутствует), а Б является ложным (или не присутствует)», «А является ложным (или не присутствует), а Б является истинным (или присутствует)», и «как А, так и Б являются истинными (или присутствуют)».

Также для описания элементов и компонентов, описываемых в данном документе, используют формы единственного числа. Это сделано только лишь для удобства и передачи общего смысла объема изобретения. Это описание следует читать как включающее в себя одно или по меньшей мере одно, и единственное число также включает множественное число, если не очевидно, что имеется в виду иное.

Полезные свойства, другие преимущества и решения проблем были описаны выше по отношению к конкретным вариантам осуществления. При этом указанные полезные свойства, преимущества, решения проблем и любой(-ые) признак(-и), которые могут приводить к получению каких-либо полезных свойств, преимуществ или решений, не следует рассматривать как критически важные, необходимые или существенные признаки любого или всех пунктов формулы изобретения.

После изучения описания специалисты в данной области поймут, что некоторые признаки, которые для ясности описаны здесь в контексте отдельных вариантов осуществления, также могут быть предоставлены в комбинации в одном варианте осуществления. И наоборот, различные признаки, которые для краткости описаны в контексте одного варианта осуществления, также могут быть предоставлены отдельно или в любой субкомбинации. Кроме того, использование величин с указанием их числовых диапазонов охватывает каждое и любое значение в пределах указанного диапазона.

Изобретение относится к кольцевому уплотнению для поддержания герметичности и предотвращения потока жидкости через клапан при криогенных температурах. Клапан включает в себя корпус клапана, шар, выполненный с возможностью избирательного вращения внутри корпуса клапана, седло, имеющее вставку седла, расположенную внутри корпуса клапана и выполненную с возможностью образования уплотнения с шаром, и уплотнение, расположенное в полости, образованной между корпусом клапана и седлом. Уплотнение включает в себя корпус уплотнения, имеющий пятку, верхнее колено и нижнее колено, продолжающиеся от пятки, и полость, содержащую первый участок полости и второй участок полости, расположенные между верхним коленом и нижним коленом. Первый участок полости включает в себя по меньшей мере один воздействующий элемент, а второй участок полости может не содержать воздействующий элемент или включать в себя воздействующий элемент. 14 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Кольцевое уплотнение, содержащее корпус уплотнения, содержащий пятку, верхнее колено и нижнее колено, каждое из которых продолжается от пятки, и полость, образованную между верхним коленом и нижним коленом и содержащую первый участок полости, который содержит просвет, ограниченный между верхней поверхностью просвета и нижней поверхностью просвета, и второй участок полости, содержащий верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, а также воздействующий элемент, расположенный внутри первого участка полости, отличающееся тем, что глубина второго участка полости составляет по меньшей мере 25% глубины первого участка полости, причем второй участок полости имеет по существу прямолинейный профиль в сечении, и радиальное расстояние между верхней поверхностью просвета и нижней поверхностью просвета первого участка полости больше, чем радиальное расстояние между верхней поверхностью и нижней поверхностью второго участка полости.

2. Уплотнение по п. 1, в котором верхнее колено содержит верхнюю поверхность, продолжающуюся от пятки, и верхнюю контактную поверхность, а нижнее колено содержит нижнюю поверхность, продолжающуюся от пятки, и нижнюю контактную поверхность.

3. Уплотнение по п. 2, в котором уплотнение имеет большую общую высоту, измеренную между верхней контактной поверхностью и нижней контактной поверхностью, по сравнению с общей высотой, измеренной между верхней поверхностью и нижней поверхностью.

4. Уплотнение по п. 1, в котором первый участок полости содержит просвет.

5. Уплотнение по п. 4, в котором просвет расположен между верхней поверхностью просвета верхнего колена и нижней поверхностью просвета нижнего колена.

6. Уплотнение по п. 5, в котором общая высота просвета, измеренная между верхней поверхностью просвета и нижней поверхностью просвета, больше, чем общая высота второго участка полости, измеренная между верхней поверхностью и нижней поверхностью второго участка полости.

7. Уплотнение по п. 5, в котором первый участок полости содержит верхнюю криволинейную поверхность, продолжающуюся от верхней поверхности просвета до второго участка полости, и нижнюю криволинейную поверхность, продолжающуюся от нижней поверхности просвета до второго участка полости.

8. Уплотнение по п. 7, в котором первый участок полости выполнен с возможностью приема воздействующего элемента и удержания воздействующего элемента между верхней криволинейной поверхностью и нижней криволинейной поверхностью.

9. Уплотнение по п. 8, в котором верхняя криволинейная поверхность и нижняя криволинейная поверхность имеют радиус больший, чем у воздействующего элемента.

10. Уплотнение по п. 1, в котором второй участок полости не содержит воздействующего элемента.

11. Уплотнение по п. 1, в котором второй участок полости образован между первым участком полости и пяткой.

12. Уплотнение по п. 11, в котором второй участок полости содержит верхнюю поверхность, продолжающуюся к пятке от верхней криволинейной поверхности до вертикальной стенки, противоположную нижнюю поверхность, продолжающуюся к пятке от нижней криволинейной поверхности до вертикальной стенки, и вертикальную стенку, расположенную между верхней поверхностью и нижней поверхностью и противоположную просвету первого участка полости.

13. Уплотнение по п. 12, в котором верхняя поверхность и нижняя поверхность являются по существу параллельными, криволинейными или их комбинацией.

14. Уплотнение по п. 13, в котором вертикальная стенка, по существу, параллельна пятке.

15. Уплотнение по п. 1, в котором уплотнение соответствует пределу утечки в 25% по спецификации Shell 300 в каждом из состояния совмещения и состояния смещения.