CN101069036A - 转体装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于转体的密封装置、改进的附接装置以及用于改进转体内密封件的方法，其中密封介质按照所涉及的应用的粘度和化学组分来组成，并且具有500cst以上的粘度，并且密封介质通过压力传递单元加压。

Description

转体装置

技术领域

本发明总体涉及一种用于转体(swivel)内的流体传送通道的密封装置、改进的密封装置以及用于改进转体内的现有密封件的方法。

背景技术

转体对于例如浮动制造单元来说非常重要。转体内的失效、泄漏等造成部分或整个制造过程停止。操作者因此试图确保转体具有双重密封件，并且在一个或多个密封件泄漏的情况下，可以修复/减小泄漏而不完全停止制造。现有技术的解决方案是将备用密封件安装在实际转体上，并且可以在没有完全拆卸整个转体的情况下安装。但是在这些情况下，转体具有相对大的尺寸，并且这种解决方案例如不适用于更加紧凑的多通道转体。因此，在我们看来，这不是足够好的解决方案，并且不适用于所有类型的转体。

密封件例如在转体内部的泄漏会具有很高的动态后果。密封件泄漏具有多种原因，例如密封件内的材料失效、通常涉及剥落、刮伤、磨损等密封表面缺陷、密封件穿孔或者密封件挤压。非常困难的是完全防止这些原因。有效的质量保证程序、深入的材料测试以及完整的系统是改善这种情况的措施，但是没有完全消除不可预料的缺陷的机会。

在许多类型的转体中，具有阻挡激发式密封件(barrier-activated seal)。这指的是通过阻挡油来激发动态和静态密封，其中阻挡油的压力总是高于主转体通道内的压力。如果在密封件上出现泄漏，将造成阻挡油消耗，并且这将记录在控制系统中，使得油的过度消耗触发报警。操作者因此知道阻挡油消耗，并且识别哪个密封件泄漏。

如果密封件上的泄漏过大，操作者可选择以第二密封件继续，或者修复损坏的密封件。通常不希望只以第二密封件继续制造，并且不希望花费不适当的长时间来拆卸转体并更换损坏的密封件。由于在此期间经由转体所进行的制造过程必须停止，还造成成本高。因此希望的是实现一种解决这种问题并同时以非常简单的方式提供修复现有损坏密封件的解决方案的密封系统。

发明内容

本发明的目的在于解决所述的问题和/或改善这种情况。本发明的目的还在于提供一种用于大多数阻挡激发式密封件的解决方案，特别是用于油工业中转体内的阻挡激发式密封件。本发明的目的还在于提供一种密封系统，该密封系统有效、容易使用和监测并且不需要整个转体拆卸来实现密封件的修复/改进。本发明的目的还在于提供一种即使在损坏并由此泄漏的情况下密封件序列中的主要密封件也可继续使用的解决方案。

提供一种实现所述目的的密封装置、改进的密封装置以及方法。

按照第一方面，本发明涉及一种用于将转体内的流体传送通道与环境密封的密封装置。必须相对于环境密封的例如来自于油井的工艺通道或者其它类型的供应通道的流体传送通道包括至少两个元件。密封件可以是相对转动的两个元件之间的密封件，即所谓的动态密封件，也可以是相对静止的两个元件之间的密封件。按照本发明的密封件可用于转体内的这两种密封件。转体可以是具有一个或多个通道的转体。转体也可以是具有在转体芯内的柄部元件内钻制的一个或多个通道的所谓紧凑转体。按照第一方面的密封装置包括布置在两个元件的相对表面之间的至少一个密封主体以及通常位于背向流体传送通道的密封主体的一侧以便在流体传送通道的使用过程中供应压力密封介质的供应管线。密封介质通常在等于或高于将被密封的流体传送通道内的工艺压力的压力下供应。这种结果是密封件上的任何泄漏将造成进入流体传送通道的泄漏而不是从流体传送通道到环境的泄漏。多个密封元件还可顺序逐一安装，其中供应管线通向按照顺序逐一定位的一个或多个密封元件。按照本发明的密封介质按照所涉及应用的粘度和化学成分来构成，即按照转体的操作状态、将被传送的流体类型、压力、温度等，并且具有大致500cst以上的粘度。

按照本发明的第二方面，本发明涉及一种将流体传送通道与环境密封的改进密封装置，其中通道包括至少两个元件。密封装置包括布置在两个元件的相对表面之间的至少一个密封主体以及通常位于背向流体传送通道的密封主体的一侧以便在流体传送通道的使用过程中供应压力密封介质的供应管线。按照本发明，在用于阻挡流体的供应管线的一部分和密封主体之间，改进密封装置包括具有压力传递单元的密封介质回路，其中用于密封介质的供应管线从压力传递单元延伸到密封主体。密封介质最好具有高于阻挡流体的粘度，并且在一个实施例中最好具有500cst以上的粘度。

在按照第二方面的改进密封装置的实施例中，密封介质回路可作为供应管线一部分的平行回路插入密封主体，其中阻挡流体关断平行回路并且朝着密封介质回路和压力传递单元输送，并且密封介质朝着密封主体输送。由于其相对于粘度和化学组分的组分，密封介质将围绕密封主体形成密封件，并且密封或改进密封主体和/或密封表面内出现的任何损坏。

作为平行回路的选择，供应管线的一部分可通过密封介质回路来代替，或者用于密封介质的平行回路可具有本身的供应管线，这种供应管线朝着密封主体，与阻挡流体的供应管线分开，但是阻挡流体输送到压力传递单元而不是朝着密封主体。密封介质回路将通常朝着密封主体设置在安装在供应管线内的现有阀上，使得密封介质采用去往密封主体的现有供应管线，直到对于阻挡流体来说需要进行修复/改进为止。阻挡流体将接着与压力传递单元连通。

通过在压力传递单元中使用阻挡流体作为压力驱动器，可以在密封介质和阻挡流体中实现大致类似的压力，并且由于使用阻挡流体回路中的现有压力系统，不需要安装额外一组泵、调节阀、止回阀等。这提供了一种简单和可靠的解决方案。本发明还特别适用于现有阻挡流体操作密封件的修复。

按照本发明的第三方面，用于转体的密封装置以及改进密封装置可包括压力传递单元，压力传递单元可与流体传送通道内传送的流体连通和/或与将这些流体内的压力传送到密封介质上的阻挡流体连通。作为选择和/或另外，压力传递单元可包括用于压力介质的分开的泵，或者压力传递单元可以是这些元件的组合。压力传递单元还可包括用于增加例如流体传送通道内传送的流体压力的增压器。压力传递单元和/或密封介质回路可设置读取装置，以便结合压力传递单元和/或密封介质回路读取数量、临界数量、供应数量或其它数值。

在本发明的另一方面中，改进密封装置可以是与转体相结合的密封件，其中它可包括具有至少一个流体通道的高压转体，在400bar的设计中保持200bar以上的压力。转体还可以是具有在中央芯元件内钻制的一个或多个通道的紧凑转体。

按照本发明的优选实施例，压力传递单元包括活塞缸。活塞缸包括缸壳体和将壳体分为两个腔室的活塞。活塞可以完全自由运行，或者可以设想到活塞杆与增压器连接的情况，由此压力传递单元内传递的压力可以进行压力调节。为了获得平衡压力，还可设想到经过两个腔室的活塞杆，以便在流体之间获得相同的压力传送。按照本发明的第二方面用于阻挡流体或者供应流体和/或另一压力源的供应管线与活塞一侧连通，并且用于密封介质的供应管线与活塞的从压力传递单元延伸到密封元件的另一侧连通。

本发明还涉及一种修复转体内的密封件的方法，密封件包括至少一个密封主体和用于将阻挡流体供应到背向转体内的流体传送通道的密封件的一侧的阻挡流体回路。其中在阻挡流体回路中检测阻挡流体损失，包括压力传递单元的新密封介质回路安装在阻挡流体回路和密封主体之间，其中回路中的密封介质经由用于阻挡流体回路的供应管线或者去往密封主体的分开供应管线通过阻挡流体回路中的压力压迫到密封件内。

附图说明

现在参考附图，通过实施例更加详细描述本发明，附图中：

图1A-1C是表示阻挡流体操作密封件如何泄漏的原理示意图；

图2是按照本发明的密封装置的一部分的示意图；

图3是其中将按照本发明的密封装置用作密封件的转体的部分视图；以及

图4A和4B表示按照本发明的密封介质回路的两个可选择实施例。

具体实施方式

为了有助于本发明的理解，等同的参考标号在所有附图中用于等同的元件。

图1A-1C表示阻挡压力操作动态密封件如何泄漏的三个主要原理。密封件位于两个相对表面之间，其中一个表面包括可以是转动元件的第一元件1以及可以是静止元件的第二元件2。密封装置包括密封主体7。在所示实施例中，密封主体7设计成经由供应管线10供应的阻挡流体迫使密封主体7与第一元件和第二元件2分别邻靠。密封件位于工艺通道3和环境4之间。如图1A所示，泄漏会出现在密封主体7和第二元件2的表面之间，由此阻挡流体通过密封主体7朝着工艺通道3泄漏。第二可选择例是在密封主体7和第一元件1的表面之间泄漏，如图1B所示。第三选择例是在实际密封主体7处泄漏，如图1C所示。通过更换密封件或者采用第二密封件，所有这些变型是在不对该密封件进行某些措施的情况下不能容忍的泄漏。但是，按照本发明的密封装置将允许图1A-1C所示的密封件继续提供液密连接。

图2是按照本发明的密封装置的示意图。密封装置包括安装在可以是转动元件和静止元件的第一元件1和第二元件2的两个相对表面之间的密封主体7。密封装置将工艺通道3与环境4密封。通常用于来自于阻挡流体回路8的阻挡流体的供应管线10通向密封元件7。密封介质回路11平行插入阻挡流体回路8和密封主体7之间。密封介质回路11包括压力传递单元14，压力传递单元14包括具有活塞16的活塞缸15，活塞将活塞缸分成第一腔室17和第二腔室18。从压力传递单元18，密封介质管线14从具有第二密封介质阀21的第二腔室18延伸，以便插入阻挡流体回路和供应管线10。另外，阻挡流体回路经由第一密封介质阀20与压力传递单元的第一腔室17连通。第一阀12可检查和控制阻挡流体或密封介质是否需要朝着密封主体7。在由于消耗而需要供应另外的密封介质的情况下，在密封介质回路中还设置供应装置19。

当然，假想到密封介质供应管线13不经由第二密封介质阀21导入供应管线10，而是例如经由分开的孔口直接导向密封主体7，其中阀安装在此供应管线中以便开启或关断密封介质流体朝向密封件。还可以具有压力传递单元，而没有供应装置。这是由于密封介质的消耗很少，并且活塞缸可以更换。在插入过程中，整个活塞缸将通常填充密封介质，使得活塞在第一腔室17的方向上位于最大行程上，即第一腔室17尽可能小。

图3说明用来与转体相结合的本发明的密封装置的使用。转体包括具有芯体元件和环绕环形元件的第一转动元件1，环绕环形元件在所示实例中分别形成从芯体的大致垂直取向的孔口到通向第二元件2的大致水平取向的环体的两个工艺通道3和3*，第二元件2作为定子元件，定子元件包括通过转体顶部处的螺栓装置在垂直方向上相对预先张紧的环绕环形元件。如同普通的转体，轴承设置在相对转动元件之间，并且静止密封件设置在两个相对静止元件之间。由于不与本发明直接相关，将不进一步说明转体的部件。

为了将工艺通道3与环境4密封，两个密封主体设置在工艺通道的每侧上，在附图中工艺通道3的上侧分别通过7和7’标示，并且在工艺通道的下侧通过7”和7标示。所示转体由此在工艺通道的每侧上具有双重阻挡，即具有第一和第二阻挡流体操作密封件。阻挡流体从阻挡流体回路8供应。这种阻挡流体回路可具有多种构造，其中一个实例表示在附图中。回路包括带有去往泵31的管线的阻挡流体罐30，泵31具有并行的备用泵31’。管线从泵31、31’经由止回阀/单向阀32导出，随后累积器33安装成吸收由于例如阻挡流体中的温度差造成的任何容积差。此后，在阻挡流体回路分成各自环绕供应通道3和3*以便将阻挡流体供应到密封件的两个管线之前安装压力感测器34。管线经由双通阀35通向一个工艺通道3，双通阀可输送或关断去往密封件的阻挡流体。在继续朝向两个第一阀12、12’的压力计39之前，在双通阀35之后安装文氏阀36、压力感测器37、止回阀38。对于工艺通道3每侧上的密封件来说，管线在两个第一阀12、12’之前一分为二。

在这里所示的情况下，用于环绕工艺通道3的下部密封件的第一阀12’表示在开启位置，结果是阻挡流体朝向密封主体7”、7输送。用于密封主体7、7’的第一阀12表示成关断，结果是阻挡流体朝向密封介质回路11及其压力传递单元14输送，在所示情况下压力传递单元包括具有内部活塞16的活塞缸15。阻挡流体通过开启阀20进入压力传递单元14的第一腔室17，将压力传递到第二腔室18内的密封介质。密封介质经由第二开启阀21经过密封介质管线13进入供应管线10并朝向密封主体7、7’，由此使得没有与阻挡流体液密的环绕工艺通道3的上部密封件通过密封介质密封，并且提供防漏主密封件，同时利用阻挡流体内的压力来保持这种防漏功能。环绕工艺通道3的下部密封件也通过经由开启的第一阀12’以及供应管线10’朝向下部密封件运行的阻挡流体操作。

工艺通道3*表示成在阻挡流体回路内具有相应元件，但是贴靠密封件的第一阀12*和12*’表示成关断。

按照本发明的第二方面，密封装置可以是如图4A所示的转体内的密封件，其中具有转子部分1和定子部分2的转体包括通过本发明的密封装置密封的工艺通道3。转体通常还包括轴承和其它密封件，但是由于这些部件不形成本发明的一部分，它们将不进一步说明。两个可选择密封装置表示在图4A和4B中。在图4A中，密封装置表示成包括两个密封元件7和7’，该密封元件位于最靠近经由工艺管线10接收激发密封介质的工艺通道的密封元件之后。在工艺管线中，密封装置还包括第一阀12和压力传递单元14。在所示实施例中，压力传递单元14包括活塞缸，其中密封介质在活塞16一侧上位于第二腔室18内，在活塞16的另一侧上的第一腔室17与从流体传送通道3抽取工艺流体的工艺流体工艺管线45连通。在工艺流体工艺管线45中，止回阀46和调节阀47在其导入压力传递单元14之前定位。另外，压力传递单元14装备有在所示实施例中包括气体弹簧或增压器40，气体弹簧或增压器40在所示实施例中包括具有活塞41的另外的活塞缸，活塞41经由公共活塞杆与第二活塞缸内的活塞16连接。在活塞41的一侧上，驱动流体经由驱动流体管线43从驱动流体压力源42供应到此第二活塞缸。压力传递单元还包括不更加详细描述的多个安全阀和其它技术装备。

在图4B中，可选择例表示成密封介质回路不包括增压器，而是具有与图4A类似的构造，并且我们参考以上描述。

现在已经通过实施例说明了本发明，并且如指出的那样，可以在随后的专利权利要求限定的本发明范围内设想多种变型和改型。例如，压力传递单元可以是具有两种不可混合的流体的腔室，并且可以具有用于朝向密封件的密封介质的分开供应管线。可以设想到如下的可选择例，其中阻挡流体压力只形成施加在密封介质上的压力的一部分，或者具有去往密封介质上的分开的压力供应装置。可以设想到压力传递单元包括对密封介质加压的分开泵单元。对于密封元件序列中的第二密封件来说，在某些情况下，密封介质将供应到面向流体传送通道的一侧。应该理解到本发明包括这些由本发明覆盖的变型，如随后权利要求限定那样。

Claims (11)

1.一种用于将转体内的流体传送通道(3)与环境密封的密封装置，通道包括两个元件(1、2)，密封装置包括安装在两个元件(1、2)的相对表面之间的至少一个密封主体(7)、在流体传送通道(3)的使用过程中将压力密封介质供应到密封主体(7)的背向流体传送通道(3)的一侧的供应管线(10)，其特征在于，密封介质按照所涉及的应用的粘度和化学组分来组成，并且具有大致500cst以上的粘度，并且密封介质通过压力传递单元加压。

2.一种用于将流体传送通道(3)与环境密封的改进密封装置，通道包括两个元件(1、2)，密封装置包括安装在两个元件(1、2)的相对表面之间的至少一个密封主体(7)、在流体传送通道(3)的使用过程中将加压阻挡流体供应到密封主体(7)的背向流体传送通道的一侧的供应管线(6)，其特征在于，在用于阻挡流体的供应管线(10)和密封主体(7)之间设置密封介质回路，密封介质回路包括压力传递单元(14)，其中用于密封介质的供应管线(13)从压力传递单元(14)延伸到密封主体(7)的通常背向流体传送通道(3)的一侧。

3.如权利要求2所述的密封装置，其特征在于，密封介质具有高于阻挡流体的粘度，最好是500cst以上的粘度。

4.如上述权利要求任一项所述的密封装置，其特征在于，压力传递单元(14)与流体传送通道(3)内的流体和/或作为选择阻挡流体连通，和/或作为选择压力传递单元(14)包括泵单元。

5.如上述权利要求任一项所述的密封装置，其特征在于，压力传递单元(14)包括增压器。

6.如权利要求2-5任一项所述的密封装置，其特征在于，压力传递单元(14)包括活塞缸，活塞缸包括缸壳体(15)和活塞(16)，活塞将壳体分成两个腔室(17、18)，其中用于阻挡流体的供应管线与活塞(16)的一侧连通，并且用于密封介质的供应管线与活塞(16)的另一侧连通，并且延伸到密封主体。

7.如上述权利要求任一项所述的密封装置，其特征在于，压力传递单元(14)设置读取密封介质的数量和/或所供应数量和/或临界数量的装置，和/或包括用于供应另外密封介质的供应装置。

8.如权利要求2-7任一项所述的密封装置，其特征在于，两个元件(1、2)可相对运动，结果是密封件形成动态密封件。

9.如权利要求2-8任一项所述的密封装置，其特征在于，密封装置用于转体中，转体包括至少一个转子主体(1)和形成至少一个流体传送通道(3)的定子主体(2)。

10.如权利要求1、9或10任一项所述的密封装置，其特征在于，转体是高压转体，其中至少一个流体传送通道可在200bar以上的压力下传送流体。

11.一种改进转体内的密封件的方法，密封件包括至少一个密封主体(7)和用于将阻挡流体供应到密封主体的通常背向转体内的流体传送通道(3)的一侧的阻挡流体回路，并且在检测到阻挡流体回路中的阻挡流体损失时，包括压力传送单元(14)的密封介质回路安装在阻挡流体回路和密封主体(7)之间，通过阻挡流体回路中的压力，回路中的密封介质经由用于阻挡流体回路的供应管线或去往密封主体(7)的分开供应管线朝向密封主体压迫。

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