阀排放冗余杆密封系统.pdf

本发明涉及一种阀排放冗余杆密封系统。阀包括杆密封组件，其防止流体在第一方向上流动，并且在与第一方向相反的第二方向上排放。组件包括封装组件，其定位在阀的阀体的阀杆开口内以将阀杆密封于阀体。封装组件包括第一密封件和第二密封件，该第一密封件和该第二密封件防止流体沿着阀杆从阀体的本体腔到阀体的外部的经过，同时使流体沿着阀杆从阀体的外部排放到本体腔。封装组件隔离第一密封件和第二密封件，以使施加于第一密封环的负载不传递到第二密封环。

权利要求书
1.   一种具有杆密封组件的阀，其包括：
阀体，其限定流通路和垂直于所述流通路的本体腔；
所述阀体进一步限定从所述本体的外部延伸到所述本体腔中的杆开口；
能够在打开位置与关闭位置之间移动的阀部件，所述阀部件在所述关闭位置阻挡所述流通路，并且在所述打开位置允许流过所述流通路；
联接于所述阀部件的具有阀杆轴线的阀杆，所述阀杆从所述本体腔穿过所述阀杆开口延伸到所述阀体的外部，用于使所述阀部件从所述关闭位置移动到所述打开位置；
弹簧赋能的第一密封环，其定位在所述阀杆开口内以将所述阀杆密封于所述阀体；
第二密封环，其定位在所述阀杆开口内以将所述阀杆密封于所述阀体；以及
负载环组件，其固定地安装于并且限定所述阀体在所述第一密封环与所述第二密封环之间的部分，所述负载环组件隔离所述第一密封环和所述第二密封环，以使在朝向所述第二密封环的方向上施加于所述第一密封环的力传递到所述负载环组件。

2.   如权利要求1所述的阀，其特征在于，所述第一密封环包括：
人字形轮廓，其限定从所述人字形轮廓的顶端径向向外延伸的第一支腿和第二支腿，所述第一支腿和所述第二支腿将所述杆和所述本体密封于相对环形表面；以及
衬环，其具有接收所述人字形轮廓的顶端的人字形通道，所述衬环具有比所述第一支腿和所述第二支腿大的径向移动刚度以限制所述第一支腿和所述第二支腿的径向变形。

3.   如权利要求2所述的阀，其特征在于，所述第一密封环进一步包括：
环形密封件支架，其具有第一端部和第二端部；
其中，人字形轮廓定位在所述密封件支架上，以使所述密封件支架的第二端部插入到所述人字形轮廓中；
具有人字形轮廓的赋能弹簧，其置于所述密封件支架与所述人字形轮廓之间，所述赋能弹簧在所述人字形轮廓的支腿上施加扩展力，以使所述人字形轮廓将保持与所述相对环形表面密封接触；
其中，所述赋能弹簧响应于与所述赋能弹簧相对的所述人字形轮廓上的流体压力而偏移，以允许流体流经所述人字形轮廓；并且
其中，所述密封件支架的第一端部具有定位在封装组件的支撑台肩上的大致平坦的部分，并且所述密封件支架的第二端部与所述赋能弹簧的人字形轮廓操作性地接合。

4.   如权利要求2所述的阀，其特征在于，所述人字形轮廓由聚合物形成，并且所述衬环由具有比所述人字形轮廓的聚合物大的硬度的聚合物形成。

5.   如权利要求2所述的阀，其特征在于，所述衬环的通道仅部分地延伸到所述人字形轮廓的每个支腿的远端。

6.   如权利要求2所述的阀，其特征在于：
所述衬环的宽度小于所述密封环支腿的远端的外侧之间的距离；并且
内间隙位于所述衬环与所述杆之间，并且外间隙位于所述衬环与所述本体之间。

7.   如权利要求2所述的阀，其特征在于，所述衬环的通道从所述人字形轮廓的顶端仅在所述人字形轮廓的部分上延伸。

8.   如权利要求2所述的阀，其特征在于：
所述人字形轮廓具有在接合部处交会的两个外成角度部分；并且
从所述顶端到所述接合部的所述成角度部分具有比从所述接合部到每个密封环支腿的所述远端的所述成角度部分大的、相对于穿过所述顶端的轴线的角度。

9.   如权利要求2所述的阀，其特征在于，进一步包括在所述衬环上周向地间隔开的多个凸块，其限定允许流体排放经过所述人字形轮廓的表面的多个流体通道。

10.   如权利要求1所述的阀，其特征在于，所述第一密封环进一步包括凸块，其形成在所述第一密封环与所述密封环密封于所述阀杆和所述阀体的端部相对的外表面上，所述凸块形成一个或更多个流体通道，从而允许流体排放经过所述密封环的密封表面。

11.   如权利要求1所述的阀，其特征在于，所述第二密封件包括弹簧赋能密封件。

12.   一种用于将阀杆密封于具有本体腔的阀体的阀杆封装组件，所述封装组件包括：
第一弹簧赋能密封环，其定位在轴向地延伸穿过所述本体的阀杆开口内以将所述阀杆密封于所述阀体；
第二密封环，其定位在所述阀杆开口内以将所述阀杆密封于所述阀体；以及
负载环组件，其安装于并且形成所述本体的部分，具有与所述第一密封环接合的第一端部和与所述第二密封环接合的第二端部，使得施加于所述第一密封环的轴向力传递到负载环组件，所述第二密封环上的在相反方向上的轴向力传递到所述负载环组件。

13.   如权利要求12所述的封装组件，其特征在于，所述第一密封件包括：
环形密封件支架，其具有第一端部和第二端部；
密封环，其具有定位在所述密封件支架上的人字形轮廓，以使所述密封件支架的第二端部插入到所述人字形轮廓中；
其中，所述密封环限定从所述人字形轮廓的顶端径向向外延伸的第一支腿和第二支腿，所述第一支腿和所述第二支腿密封于所述杆和所述本体的相对环形表面；
具有人字形轮廓的赋能弹簧，其置于所述密封件支架与所述密封环之间，所述赋能弹簧在所述密封环的支腿上施加扩展力，以使所述密封环将保持与所述相对环形表面密封接触；
其中，所述赋能弹簧响应于与所述赋能弹簧相对的所述密封环上的流体压力而偏移，以允许流体流经所述密封环；
衬环，其具有接收所述密封环的顶端的人字形通道，所述衬环具有比所述密封环的第一支腿和第二支腿大的径向移动刚度以限制所述密封环的第一支腿和第二支腿的径向变形；并且
其中，所述密封件支架的第一端部具有定位在所述封装组件的支撑台肩上的大致平坦的部分，并且所述密封件支架的第二端部与所述人字形轮廓操作性地接合。

14.   如权利要求13所述的阀，其特征在于，进一步包括在所述衬环上周向地间隔开的多个凸块，其限定允许流体排放经过所述密封环的密封表面的多个流体通道。

15.   如权利要求13所述的阀，其特征在于，所述第一密封环进一步包括凸块，其形成在所述衬环与所述密封环密封于所述阀杆和所述阀体的端部相对的外表面上，所述凸块形成一个或更多个流体通道，以使流体排放经过所述第一密封环的密封表面。

16.   如权利要求13所述的阀，其特征在于：
所述密封环由聚合物形成；并且
所述衬环由具有比所述密封环的聚合物大的硬度的聚合物形成。

17.   如权利要求12所述的阀，其特征在于，所述第二密封环包括弹簧赋能密封件。

18.   一种用于阀杆的密封环，其包括：
环形密封件支架，其具有第一端部和第二端部；
密封环，其具有定位在所述密封件支架上的人字形轮廓，以使所述密封件支架的第二端部插入到所述人字形轮廓中；
其中，所述密封环限定从所述人字形轮廓的顶端径向向外延伸的第一支腿和第二支腿，所述第一支腿和所述第二支腿密封于所述阀杆和阀体的相对环形表面；
具有人字形轮廓的赋能弹簧，其置于所述密封件支架与所述密封环之间，所述赋能弹簧在所述密封环的支腿上施加扩展力，以使所述密封环将保持与所述相对环形表面密封接触；
其中，所述赋能弹簧响应于与所述赋能弹簧相对的所述密封环上的流体压力而偏移，以允许流体流经所述密封环；
衬环，其具有接收所述密封环的顶端的人字形通道，所述衬环具有比所述密封环的第一支腿和第二支腿大的径向移动刚度以限制所述密封环的第一支腿和第二支腿的径向变形；
其中，所述密封件支架的第一端部具有定位在封装组件的支撑台肩上的大致平坦的部分，并且所述密封件支架的第二端部与所述人字形轮廓操作性地接合；
其中，所述密封环由聚合物形成，并且所述衬环由具有比所述密封环的聚合物大的硬度的聚合物形成；
其中，所述衬环的通道仅部分地延伸到所述密封环的每个支腿的远端；
其中，所述衬环的宽度小于所述密封环支腿的远端的外侧之间的距离；
其中，内间隙位于所述衬环与所述杆之间，并且外间隙位于所述衬环与所述阀体之间；
其中，所述衬环的通道从所述密封环的顶端仅在所述密封环的部分上延伸；和
形成在所述衬环的外表面上的多个周向地间隔开的凸块，其限定多个流体通道，以使流体排放经过所述密封环的密封表面。

19.   如权利要求18所述的阀，其特征在于：
所述密封环具有在接合部处交会的两个成角度外部分；并且
从所述顶端到所述接合部的所述成角度部分具有比从所述接合部到每个密封环支腿的所述远端的所述成角度部分大的、相对于穿过所述顶端的轴线的角度。

说明书阀排放冗余杆密封系统
技术领域
本发明大体涉及阀杆密封件，并且特别地，涉及阀排放冗余杆密封系统。
背景技术
闸阀具有带有中心室的本体，该中心室与流通路相交。闸板(gate)在打开位置与关闭位置之间在室内移动。闸板具有穿过其的孔，该孔在位于打开位置时与流通路对齐。闸板可具有分开类型，其包括两个半部，或者它可包括单一平板(slab)。杆延伸成与闸板接合，用于使闸板在打开位置与关闭位置之间移动。室具有与流通路相交的中心部分和从中心部分延伸的杆部分。
在一种类型中，杆延伸成与固定于闸板的螺母或套筒可旋转地接合。旋转杆使闸板线性地移动。在另一种类型中，杆不旋转。安装在阀盖中的螺母套筒接合杆，并且在旋转时，使杆线性地移动。套筒和杆的螺纹可彼此抵靠地滑动，或者它们可使用在凹槽之间的滚珠，用于减小摩擦。
闸阀可被手动地(诸如利用安装于杆或螺母套筒的轮子)操作。还已知利用遥控车辆(ROV)以接合和旋转杆或螺母套筒。还利用液压驱动的致动器，其中，活塞使杆线性地移动而不旋转。还已知电气致动器，其使用电动机和齿轮系以使杆或螺母套筒旋转以引起闸板的移动。
典型地，室的杆部分中的密封件接合杆以密封室内的压力。施加在杆密封件上的压力可为相当大的，从而导致杆密封件失效。当杆密封件失效时，它将允许流体或气体在杆周围从阀流出。一些现有技术实施例提供第二密封件，其将在主密封件失效的情况下将阀杆密封于阀体。这提供阀杆密封件内的冗余，其提高密封件的可靠性。
在使用第二密封件的地方，在第一密封件泄漏的情况下，一定体积的流体将保持在失效的第一密封件与第二密封件之间。取决于第一密封件与第二密封件之间的间距的尺寸，体积可为相当小的。小体积尺寸允许体积内的流体压力快速地达到内部系统压力。这并非罕见的状态，因为阀安置在其中的许多环境经受极端压力负载许多年，从而极大地增大主密封件将泄漏或者失效的可能性。当阀打开时，压力接着可迅速地排出经过泄漏的密封件。这可引起对主密封件的另外损坏，以使小泄漏变成主密封件的较大失效。主密封件的较大失效可消除泄漏主密封件提供的任何益处，从而增大随后的次级密封件失效的可能性。因此，存在对密封杆的需要，该密封杆具有由冗余密封件带来的高可靠性，同时允许密封件在经过主密封件的泄漏的情形下排放。
发明内容
通过提供阀排放冗余杆密封系统和用于使用该阀排放冗余杆密封系统的方法的本发明的优选实施例，大体解决或者规避这些和其他的问题，并且大体实现技术优点。
根据本发明的实施例，公开一种具有杆密封组件的阀。阀包括阀体，其限定流通路和垂直于流通路的本体腔。阀体限定从本体的外部延伸到本体腔中的杆开口。阀包括能够在打开位置与关闭位置之间移动的阀部件，阀部件具有穿过其的孔，该孔在阀部件位于打开位置时与流通路对准。阀还包括联接于阀部件的具有阀杆轴线的阀杆，阀杆从本体腔穿过阀杆开口延伸到阀体的外部，用于使阀部件从关闭位置移动到打开位置。封装组件定位在阀杆开口内以将阀杆密封于阀体。封装组件包括具有人字形轮廓的密封环，其限定从人字形的顶端径向向外延伸的第一支腿和第二支腿，第一支腿和第二支腿用于密封于相对环形表面。封装组件包括衬环(back ring)，其具有人字形通道，以使密封环的顶端可插入到通道中，衬环具有比第一支腿和第二支腿大的径向移动刚度以限制第一支腿和第二支腿的径向变形。
根据本发明的另一个实施例，公开一种闸阀杆封装组件，其用于将闸阀杆密封于具有体腔的闸阀本体。封装组件包括封装环，其位于杆开口内，以使封装环的外径邻接杆开口的内径，并且封装环的内径邻接阀杆的外径。封装环限定封装环的外径上的第一环形凹部和封装环的内径上的第二环形凹部。组件还包括封装挡圈，其与封装环同轴地定位并且固定于阀体，以使封装挡圈将封装环固定于阀体。封装挡圈限定封装挡圈的外径上的第三环形凹部，其与第一环形凹部同轴并且位于其轴向上方。封装环限定在封装挡圈附近的第四环形凹部，第四环形凹部与第二环形凹部同轴并且位于其轴向上方。密封件定位在每个环形凹部中，以使每个密封件防止流体在第一方向上的经过，并且在与第一方向相反的第二方向上排放。
根据本发明的又一个实施例，公开一种用于闸阀的密封环。密封环包括具有第一端部和第二端部的环形密封件支架(standoff)。密封环还包括具有人字形轮廓的密封环，其定位在密封件支架上，以使密封件支架的第二端部插入到人字形轮廓中。密封环限定从人字形的顶端径向向外延伸的第一支腿和第二支腿，第一支腿和第二支腿用于密封于相对环形表面。具有人字形轮廓的赋能弹簧置于密封件支架与密封环之间，赋能弹簧在密封环的支腿上施加扩展力，以使密封环将保持与相对环形表面密封接触。该赋能弹簧可响应于与赋能弹簧相对的密封环上的流体压力而偏移以允许流体流经密封环。密封环包括衬环，其具有人字形通道，以使密封环的顶端可插入到通道中，衬环具有比密封环的第一支腿和第二支腿大的径向移动刚度以限制密封环的第一支腿和第二支腿的径向变形。密封件支架的第一端部具有定位在封装组件的支撑台肩上的大致平坦的部分，并且密封件支架的第二端部与人字形轮廓操作性地接合。密封环由聚合物形成，并且衬环由具有比密封环的聚合物大的硬度的聚合物形成。衬环的通道仅部分地延伸到密封环的每个支腿的远端。衬环的宽度小于密封环支腿之间的距离，并且衬环不密封接合杆。衬环的通道从密封环的顶端仅在密封环的部分上延伸。
优选实施例的优点在于，它提供真正冗余密封，同时还在需要时允许压力卸除排放。因此，当流体在阀打开时排放经过主密封件时，经过主密封件的任何泄漏不引起对主密封件的损坏或主密封件的另外失效。更进一步，密封件独立地操作以减小密封组件上的磨损并且延长密封组件的使用期限。
附图说明
为了如下方式，以该方式获得并且可更详细地理解将变得显而易见的本发明的特征、优点和目的以及其他事物，可参考在附图中示出的本发明的实施例来对以上简要地概括的本发明进行更详细的描述，该附图形成该说明书的部分。然而，将注意，附图仅示出本发明的优选实施例，并且因此不被认为限制本发明的范围，因为本发明可允许其他等效实施例。
图1是根据本发明的实施例的闸阀的局部截面图。
图2是根据本发明的实施例的如图1所示的闸阀杆的部分的详细视图。
图3是根据本发明的实施例的如图2所示的闸阀杆密封件的详细视图。
图4是图3的闸阀杆密封件的衬环的俯视图。
具体实施方式
现在将参考示出本发明的实施例的附图在下文中更全面地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应当被解释为受限于本文中提出的示出的实施例。相反地，这些实施例提供成使得，该公开将是全面且完整的，并且将向本领域技术人员全面地传达本发明的范围。同样的附图标记始终表示同样的元件，并且主要标记(如果使用)表示可选实施例中的相似元件。
在下列讨论中，许多特定细节提出成提供本发明的全面理解。然而，对本领域技术人员而言将明显的是，可在没有这种特定细节的情况下实践本发明。另外，在大多数情况下，省略关于阀构造、使用等的细节，因为这种细节不认为是获得本发明的完整理解所必需的，并且被认为在相关领域技术人员的技术内。
参考图1，闸阀11具有本体13和横向地延伸穿过本体13的流通路15。阀11具有闸板17，闸板17带有穿过其的孔19。闸板17可设计成一件或两件。闸板17可分成两个平板；闸板17的每个板必须同时打开或者关闭。闸板17在图1中示出为位于关闭位置。图1中示出的阀11是上升杆型阀；然而，本发明可相似地使用在非上升杆型阀上。当闸板17位于打开位置时，闸板17的孔19与本体13的流通路15对准，由此允许流过阀11。当闸板17如示出地关闭时，孔19不再与流通路15对准，从而阻挡穿过通路15和阀11的流体流。流通路15与位于本体13中的中心腔或室21相交。埋头孔在与室21的每个相交点处形成在流通路15中。座环27位于每个埋头孔中以在闸板17位于关闭位置时使流通路15密封于闸板17。闸阀11还包括联接于闸板17的杆29。杆29具有穿过杆29的中心的轴线25。杆29能够沿着轴线25线性地移动而不旋转，以在打开位置与关闭位置之间致动闸板17。在示出的实施例中，偏置组件31绕着杆29联接于本体13，以使杆29和闸板17偏置到关闭位置。如示出的，阀11被液压地致动。遥控车辆可与偏置组件31连接以使杆29和闸板17从示出的关闭位置移动到孔19与流通路15对准的打开位置。封装组件33在杆29穿过本体13的地方为杆29提供密封。本领域技术人员将理解，闸阀11是示例性阀。公开的实施例设想并且包括任何阀，其具有穿过阀体的杆以操作位于本体内的阀部件。
参考图2，更详细地示出封装组件33。封装组件33包括至少一个密封件35，在图2中示出了密封件35中的四个：第一密封件35A；第二密封件35B；第三密封件35C；和第四密封件35D。如图3所示，每个密封件35包括支架37、赋能弹簧39、密封环41和衬环43。密封件支架37包括具有第一端部45和第二端部47的环形环或突出部。密封件支架37的第一端部45具有基本上平坦的部分49，以使密封件支架37可定位在封装组件33内的支撑柱形台肩上。密封件支架37的第二端部47与第一端部45相对，并且包括与赋能弹簧39接触的突出部以使密封环41抵靠衬环43适当地定位，并且限制密封环41的不期望轴向压缩。密封件支架37将为密封件35提供支撑，从而通过反作用于从第二端部47指向第一端部45的力而防止密封件35的过度压缩。密封件支架37将由具有足够的耐压性的材料形成，以使密封件支架37在密封件35的操作使用期间将不垮塌。
密封环41包括倒转V形、人字形的部件或人字形轮廓，以使V形的顶端51和密封件支架37的第二端部47在相同的方向上面向。密封环41还包括第一支腿53和第二支腿55。第一支腿53和第二支腿55朝向密封件支架37的第一端部45延伸。另外，第一支腿53和第二支腿55的分别的远端57，59之间的宽度大于顶端51处的在密封环41的第一支腿53与第二支腿55之间的宽度。因此，密封环41在密封件支架37的第一端部45附近比在顶端51处宽。在示出的实例中，支腿53，55的外表面从顶端51到接合部52以第一角度α倾斜。支腿53，55从接合部52到远端57，59以第二角度β倾斜。接合部52与顶端51间隔得比与远端57，59紧密。角度β比关于等分支腿53，55并穿过顶端51的轴线54的角度α小。当被赋能时，远端57，59可接触杆29(图2)和本体13中的至少一个。密封环41具有面向密封件支架37的内表面42和面向衬环43的外表面44。密封环41可由诸如特氟纶的碳氟化合物材料形成。本领域技术人员将理解，具有与本文中公开的碳氟化合物材料相似的特性的其他材料被设想，并且包括在公开的实施例中。
赋能弹簧39是置于密封环41和密封件支架37之间的环形弹簧。赋能弹簧39具有与密封环41的截面轮廓相似的V形截面轮廓，以使赋能弹簧39的表面可接触密封环41的内表面42。赋能弹簧39的顶端61将在与密封件支架37的第二端部47和密封环41的顶端51相同的方向上面向。赋能弹簧39包括第一支腿63和第二支腿65，第一支腿63和第二支腿65分别与第一支腿53和第二支腿55平行地延伸并且大体接触。赋能弹簧39具有弹簧常数，使得赋能弹簧39将阻止第一支腿63和第二支腿65在正常操作状态期间朝向密封件支架37的压缩。优选地，当密封件35安置在封装组件33内时，密封环41和赋能弹簧39将分别经历密封环41和赋能弹簧39的第一支腿53，63和第二支腿55，65的朝向彼此的微小移位。该移位使赋能弹簧39克服赋能弹簧39的压缩施加反作用力，并且因此朝向密封件支架37压缩密封环41。因此，当安置在封装组件33内时，赋能弹簧39将使密封环41的第一支腿53和第二支腿55密封于杆29和本体13中的至少一个。在示出的实施例中，赋能弹簧39由诸如ELGILOY®的钴‑铬‑镍合金形成。本领域技术人员将理解，具有与本文中公开的钴‑铬‑镍合金相似的特性的其他材料被设想，并且包括在公开的实施例中。
衬环43可为定位成与和赋能环39及密封件支架37相对的密封环41相邻的环形环。衬环43具有大体正方形的截面轮廓。优选地，衬环43限定与密封环41相邻的通道67。通道67可具有与由密封环41形成的外表面44的轮廓匹配的V形轮廓，以使通道67可邻接顶端51和密封环41的外表面44的部分。通道67可至少部分地沿着密封环41的第一支腿53和第二支腿55的外表面44延伸。在示出的实施例中，衬环43沿着支腿53，55延伸小于支腿53，55从端部57，59到顶端51的长度的一半。衬环43的尖端接近接合部52。衬环43可具有宽度，其小于在密封环41的第一支腿53和第二支腿55的分别的远端57，59处的宽度。因此，衬环43优选地不密封于杆29或本体13。衬环43还可具有与密封件支架37的第一端部45的表面49相对的大致平坦的表面69。表面69可定位成在于封装组件33内相对地面向的台肩56附近，以使表面69可在密封件35的操作使用期间放置在台肩56上。在示出的实施例中，衬环43可由具有足够强度的聚醚醚酮(PEEK)材料形成以阻止在操作使用期间的屈服或变形，其可将衬环43压缩在密封环41和封装组件33的台肩56之间。优选地，衬环43具有比密封环41的硬度大的硬度。本领域技术人员将理解，具有与本文中公开的PEEK热塑性塑料相似的特性的其他材料被设想，并且包括在公开的实施例中。在实施例中，衬环43结合于密封环41。在另一个实施例中，衬环43不结合于密封环41。
衬环43还包括形成在衬环43的内径表面和外径表面中的一个或二者上的多个凸块60。例如，如图3所示，图2的第二密封件35B包括凸块60，凸块60在封装环71附近形成在衬环43的外径上。在其他的密封件35安置中，凸块60可形成在衬环43的内径上。凸块60可由与衬环43相同的材料形成，并且与衬环43集成。如图4所示，每个凸块60具有大体梯形的截面轮廓，并且延伸衬环43的圆周的小部分。每个凸块60形成具有相邻凸块60的通道62。在衬环43的表面69附近的在较高压力下的流体排放穿过通道62以流到在密封环41的内表面42附近的较低压力区域。因此，凸块60通过防止密封件35由于在非密封方向上的压力的积聚而产生的灾难性失效而延长密封件45的有用使用期限。
在操作中，密封件35将执行密封和排放功能二者。如图3所示，密封件35响应于密封环41的内表面42上的流体或气体压力而提供密封功能。当气体或流体压力在图3中试图从内表面42移动到外表面44时，最初通过赋能弹簧39赋能的密封件将防止流体或气体经过密封环41的远端57，59。增大的流体或气体压力将在赋能弹簧39和密封环41的内表面42上施加力，从而推动密封环41的第一支腿53和第二支腿55的远端57，59与密封环41密封于其的表面更紧密地密封接触。因此，当压力在内表面42上增大时，密封环41的密封力将增大。
当流体压力在密封环41的内表面42上增大从而推动远端57，59与相邻表面更紧密地密封接触时，衬环43将通过通道67在外表面44上施加反作用力。支腿53，55从接合部52到远端57，59的部分未被衬环43直接约束向外挠曲。施加于内表面42的增大的流体压力可使第一支腿53和第二支腿55抵靠相邻表面垮塌，或者在极端情形下，迫使第一支腿53和第二支腿55的部分在衬环43的侧面与封装组件33以及杆29和本体13中的至少一个的相邻表面之间挤出。为了抵制这种情况，通道67将对由内表面42上的增大的流体压力引起的、密封环41抵靠衬环43的压缩施加反作用力。通道67和外表面44的匹配轮廓将允许通道67阻止密封环41的永久变形。通过防止或限制在高压力施加在内表面42上的情况下的密封环41的永久变形，衬环43有助于延长密封环41和因此密封件35的操作使用期限。
如图3所示，密封件35为密封件41的外表面44上的流体或气体压力提供排放功能。在流体或气体在阀11的延长使用期间在密封环41周围泄漏的情况下，流体或气体可捕集在与外表面44相邻的体积中。流体可捕集在第二密封件35B与第四密封件35D之间的体积中。可选地，流体可捕集在第二密封件35B与负载环组件99之间的体积中。阀11的继续操作可使外表面44上的流体捕集体积的压力快速上升到密封环41的内表面42上的压力。当闸板17移动到打开位置从而允许流体流过阀11的流通路15时，压力差在密封环41的外表面44与内表面42之间出现，使得较高压力在外表面44侧存在。衬环43相对于密封环41和由凸块60形成的通道62的宽度的较窄宽度将允许捕集的流体流经衬环43。凸块60保持封装环71在环形凹部87处的内径与衬环43之间的分离，从而提供用于流体的捕集体积的流动路径，其允许流体在适当的情况状态下的排放。接着，流体压力可在密封环41的外表面44上施加力，从而克服赋能弹簧39的弹簧力。外表面44上的较高压力可将密封环41的第一支腿53和第二支腿55压缩到密封件支架37，从而移除远端57，59与相邻表面的密封接触。接着，捕集流体或气体可流经密封环41到内表面42的低压侧。
一旦足够的压力排放经过密封环41，则赋能弹簧39的弹簧力将克服通过流体或气体压力施加在外表面44上的力，并且使第一支腿53和第二支腿55的远端57，59分别移回成与相邻表面密封接触。密封件支架37使密封环41定位成离与平坦部分49接触的支撑台肩足够的距离，从而允许密封环41的该移位。另外，密封件支架41防止密封环41在该压力排放操作期间的轴向移动。因此，密封件35为抵靠密封环41的内表面42施加的高压力提供密封，并且为抵靠密封环41的外表面44施加的高压力提供排放。在排放之后，赋能弹簧39可使密封环41返回到赋能位置，从而防止在阀11关闭时从内表面42到外表面44的流。
如图2所示，封装组件33在该实例中包括四个密封件35。封装组件33还包括金属封装环71和金属封装挡圈73。封装环71放置在本体13的向上面向的环形台肩75上，环形台肩75形成在允许杆29到腔21中的经过的杆开口77内。封装环71包括在封装环71的内径上的对齐环形表面79。对齐表面79是圆锥形的，并且从封装环71的向下面向的台肩81延伸到开口77中。向下面向的台肩81适合放置在本体13的环形台肩75上，以使封装环71将与轴线25共轴。封装环71包括在环形台肩81附近形成在封装环的外径上的第一环形凹部83。第一环形凹部83从封装环71的外径向内延伸到向外面向的柱形表面84，并且从向下面向的台肩81延伸到向下面向的凹部台肩85。第一环形凹部83将具有尺寸和形状，使得第一密封件35A可安置在第一环形凹部83内。第一密封件35A大致填充第一环形凹部83，并且定位成使得第一密封件35A的第一端部49(图3)将邻接本体13的向上面向的台肩75(图2)。第一密封件35A的衬环43的表面69将在向下面向的凹部台肩85附近，但是任选地，可不接触向下面向的凹部台肩85。优选地，第一密封件35A的密封环41的第二支腿55的远端59将接触并且密封于第一环形凹部83内的封装环71的向外面向的台肩84。相似地，第一密封件35A的密封环41的第一支腿53的远端57将接触并且密封于本体13的表面。因此，第一密封件35A将密封以防流体从腔21到本体13的外部的移动，并且将使流体从本体13的外部排放到腔21中。
封装环71还限定在封装环71的内径上的第二环形凹部87。第二环形凹部87从内径表面延伸以放置在径向向内面向的台肩89处，并且从向上面向的台肩91朝向腔21延伸以放置在向上面向的凹部台肩93处。封装环71还包括在封装环71的宽度的中心附近从封装环71的上端延伸的环形部分95，以使封装环71限定在环形部分95的内径侧的向上面向的台肩91和在环形部分95的外径侧的向上面向的台肩97。负载环组件99将定位在面向外部的台肩91上，并且向上延伸环形突出部95的长度的部分。负载环组件99可包括适合将负载从第二密封件35B传递到封装环71的任何适当的组件。在示出的实施例中，负载环组件99不将施加于第二密封件35B的负载传递到第四密封件35D，以使第二密封件35B和第四密封件35D彼此独立地操作。在示例性实施例中，负载环组件99包括与2011年10月26日提交并通过引用全部并入本文中的待决美国专利申请No. 13/281,526中公开的“分段密封环及用于该分段密封环的支撑件”相似的杆组件。本领域技术人员将认识到，可使用其他适当的环形杆组件，只要杆组件允许第二密封环35B和第四密封环35D的独立加载。
第二密封件35B将大致填充第二环形凹部87，并且定位成使得第二密封件35B的第一端部49(图3)将邻接封装环71的向上面向的台肩93(图2)。第二密封件35B的衬环43的表面69将在负载环组件99的向下面向的表面101附近，但是可不接触负载环组件99的向下面向的表面101。优选地，第二密封件35B的密封环41的第二支腿55的远端59将接触并且密封于杆29的外径表面。相似地，第二密封件35B的密封环41的第一支腿53的远端57将接触并且密封于封装环71的第二环形凹部87的向内面向的台肩89。因此，第二密封件35B将密封以防流体沿着杆29从腔21到本体13的外部的移动，并且将使流体沿着杆29从本体13的外部排放到腔21中。
封装挡圈73包括从封装挡圈73的下部朝向腔21延伸的环形突出部103。环形突出部103具有宽度，使得环形突出部103将大致填充封装环71的环形突出部95与开口77的内径表面之间的间隙。如示出的，环形突出部103的外径与封装环71的外径齐平。环形突出部103将限定第三环形凹部105，其从环形突出部103的外径朝向环形突出部95延伸，以放置在向外面向的台肩107处。第三环形凹部105将从环形突出部103的端部远离腔21延伸以放置在向下面向的台肩109处。
第三环形凹部105将具有尺寸和形状，使得第三密封件35C可安置在第三环形凹部105内。第三密封件35C将大致填充第三环形凹部105，并且定位成使得第三密封件35C的第一端部49(图3)将邻接第三环形凹部105的向下面向的台肩109(图2)。第三密封件35C的衬环43的表面69将在封装环71的向上面向的台肩91附近，但是可不接触封装环71的向上面向的台肩91。优选地，第三密封件35C的密封环41的第一支腿53的远端57将接触并且密封于第三环形凹部105内的向外面向的台肩107。相似地，第三密封件35C的密封环41的第二支腿55的远端59将接触并且密封于本体13的表面。因此，第三密封件35C将密封以防流体从本体13的外部到腔21的移动，并且将使流体从腔21排放到本体13的外部。
封装挡圈73限定向下面向的台肩111，其在杆29附近从环形突出部103的基部延伸到封装挡圈73的内径。封装环71的环形突出部95具有宽度，其延伸封装挡圈73的环形突出部103与封装挡圈73的内径之间的宽度的部分，使得第四环形凹部113存在于环形突出部95、封装挡圈73的向下面向的台肩111和负载环组件99的上表面115之间。第四环形凹部113从在杆29附近的区域向内延伸到环形突出部95的向内面向的表面117。
第四环形凹部113将具有尺寸和形状，使得第四密封件35D可安置在第四环形凹部113内。第四密封件35D将大致填充第四环形凹部113，并且定位成使得第四密封件35D的第一端部49(图3)将邻接负载环组件99的上表面115(图2)。第四密封件35D的衬环43的表面69将在封装挡圈73的向下面向的台肩111附近，但是可不接触封装挡圈73的向下面向的台肩111。优选地，第四密封件35D的密封环41的第一支腿53的远端57将接触并且密封于第四环形凹部113内的封装环71的环形突出部95的向内面向的表面117。相似地，第四密封件35D的密封环41的第二支腿55的远端59将接触并且密封于杆29的表面。因此，第四密封件35D将密封以防流体从腔21到本体13的外部的移动，并且将使流体排放到腔21中。
如图2所示，第二密封件35B和第四密封件35D定位成使得密封件密封于杆29以防止流体沿着杆29从腔21的流出，同时允许可泄漏经过第二密封件35B的流体排放回到腔21中。这提供比现有技术密封方法更有效的冗余密封系统。相似地，组合的第二密封件35B和第四密封件35D提供流体排放，其在腔21内的流体压力突然释放的地方防止对密封件的损坏。相似地，第一密封件35A和第三密封件35C定位成防止流体沿着本体13流到腔21中。与密封件35B和35D不同，密封件35A和35C不提供冗余保护。相反地，第一密封件35A和第三密封件35C分别提供相反方向的密封。这潜在地减小可在本体13的外部与腔21之间经过的流体的量。另外，第一密封件35A和第三密封件35C分别提供相反方向排放，其在密封区域中的突然压力变化的情况下保护两个密封件免受损坏。本领域技术人员将理解，每个密封件的密封和排放方向可根据需要通过翻转每个密封件的位置而切换。
因此，公开的实施例提供相对于现有技术的许多优点。例如，公开的实施例提供冗余密封系统，其沿着阀的杆设置两个独立且可检验的密封件。这相对于现有技术杆密封件极大地提高效力和可靠性。另外，公开的实施例提供排放机构，其允许泄漏经过密封件的流体的释放以响应于阀腔内的流体压力的快速变化而排放。这防止可由所有阀密封机构中已知的泄漏问题引起的对第一密封件的损坏。进而，这延长密封件的使用期限。
理解，本发明可采取许多形式和实施例。因此，在不背离本发明的精神或范围的情况下，可在前文中作出若干变化。因此，参考本发明的某些优选实施例描述本发明，注意，公开的实施例本质上是说明性而非限制性的，并且在前述公开中设想广泛的变化、修改、改变和替换，并且在一些情况下，在没有其他特征的对应使用的情况下，可使用本发明的一些特征。在优选实施例的前述描述的审阅之后，许多这种变化和修改可被本领域技术人员认为是显然且合乎需要的。因此，适当的是，所附权利要求被宽泛地并以与本发明的范围一致的方式解释。