CN103925363A - 一种受力时弹性变形的金属密封圈 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及管道密封接头领域，尤其设计石油管道密封接头领域，具体为一种受力时弹性变形的金属密封圈；它包括金属圈本体，其特征是：所述金属圈本体的纵向截面呈菱形，金属圈本体的内壁、外壁自上而下地开有若干应力泄放槽，所述应力泄放槽水平布置。本发明采用上述结构设计，其结构简单、体积小，与载体之间为金属密封，密封可靠性好；同时，受力变形为弹性变形，因而可重复使用，节约成本。
Description
技术领域
本发明涉及管道密封接头领域，尤其设计石油管道密封接头领域，具体为一种受力时弹性变形的金属密封圈。
背景技术
在API6A（美国石油学会，American Petroleum Institute）标准中，采油或采气的井口在安装作业时对转换法兰与油管挂、油管头四通与油管挂、套管头四通与芯轴式套管挂之间的连接口都要求提供可靠的密封连接。
对于普通井口，载体与载体之间大多采用橡胶密封。然而，橡胶密封不能长期使用，否则会出现老化和失去弹性的情况。橡胶密封也不能在极端温度环境中使用：低温会出现脆化现象，而高温会出现软化现象。
对于特殊井口，为确保载体与载体之间的密封连接可靠，更需要采用价格昂贵的金属密封。目前所使用的金属密封接头体积大，设计时常常受到周边设备的尺寸限制；而且由于存在金属咬合现象、受压产生塑性变形等缺陷，金属密封接头都只能一次性使用，而且安装与拆卸都需要专用工具。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用范围广、结构简单、使用方便，可重复使用并且寿命长久的金属密封圈。
为了达到上述目的，本发明是这样实现的：
一种受力时弹性变形的金属密封圈，它包括金属圈本体，所述金属圈本体的纵向截面呈菱形，金属圈本体的内壁、外壁自上而下地开有若干应力泄放槽，所述应力泄放槽水平布置。
所述的受力时弹性变形的金属密封圈，应力泄放槽的截面呈三角形。
所述的受力时弹性变形的金属密封圈，还包括一对支撑环，所述支撑环分为上支撑环和下支撑环，分别布置在金属圈本体的顶面和底面，上支撑环的底面为斜面，其与金属圈本体的顶角接触并有角度差；下支撑环的顶面为斜面，其与金属圈本体的底角接触并有角度差。
本发明采用上述结构设计，其结构简单、体积小，与载体之间为金属密封，密封可靠性好；同时，受力变形为弹性变形，因而可重复使用，节约成本。
附图说明
图1为本发明金属圈本体的结构示意图。
图2为本发明金属圈本体的局部剖视图。
图3为本发明的局部装配示意图。
图4为本发明金属圈本体的受力分析图。
图5为本发明的使用状态示意图。
具体实施方式
以下通过具体实施例进一步说明本发明。
如图1、图3和图5所示，一种受力时弹性变形的金属密封圈，它包括金属圈本体1、一个上支撑环4和一个下支撑环5；如图2所述金属圈本体1的纵向截面呈菱形3，金属圈本体1的内壁、外壁自上而下地开有三个水平布置的应力泄放槽2，所述应力泄放槽2的截面呈三角形；上支撑环4和下支撑环5分别布置在金属圈本体1的顶面和底面，上支撑环4的底面为斜面，其与金属圈本体1的顶角接触并有角度差；下支撑环5的顶面为斜面，其与金属圈本体1的底角接触并有角度差。
本发明的作用原理为：
如图4所示，金属圈本体1的截面呈菱形，利用菱形截面3的二个对角6、7作为金属对金属密封的接触点，既二个对角6、7分别与载体11、12接触；同时，利用支撑环4、5与金属圈本体1接触面之间的角度差将力优先传递给金属圈本体1的接触点。由于受力点的不同，接触点处优先受力并开始变形，随着力的增大，接触点处的力也越来越大，接触点处的变形越来越充分，从而形成金属密封并且密封性能也越来越可靠。同时，由于应力泄放槽2的存在，以及支撑环4、5与金属圈本体1之间接触角度不一致的作用下，使外力受控地分布，从而金属圈本体1所承受的力并不大，使之处于金属圈本体1的材料的弹性变形范围内，避免了金属圈本体的塑性变形。
本发明相较传统橡胶密封圈或金属密封圈而言存在如下优点：
本金属密封圈可提供并保持金属间密封，因而不仅可用于API6A的领域中，也可被用于其它需要金属对金属密封的领域。
本金属密封圈不需要额外的特殊结构辅助就可进行密封，所以结构简单，所需空间小、便于加工制造及使用，且对密封载体没有影响。
在金属圈本体的外壁、内壁上有应力泄放槽，受力时更易于变形，这样就不需要增加更大的螺栓扭矩来促使金属密封圈的密封。
本金属密封圈所使用的材料硬度要比密封载体所使用的材料硬度低，以及本金属密封圈的受力易变形特点，所以在使用时不会破坏密封载体的密封面。
由于本金属密封圈的结构及受力变形特点，即使在张力、弯曲、压缩和严酷作业条件下，也不必定期重新拧紧螺栓与螺母以保证密封。
本金属密封圈可选用碳钢、低合金钢、300系列不锈钢和抗腐蚀合金材料制造，可被用于更广范的领域，尤其是硫化氢、二氧化碳腐蚀工况条件等需要符合API6A和NACE MR 0175规范要求的场合。
本金属密封圈是物理密封结构，可被用于极端温度场合，如-60℃以下或200℃以上的工作环境。
Claims (3)
1. 一种受力时弹性变形的金属密封圈，它包括金属圈本体，其特征是：所述金属圈本体的纵向截面呈菱形，金属圈本体的内壁、外壁自上而下地开有若干应力泄放槽，所述应力泄放槽水平布置。
2.根据权利要求1所述的受力时弹性变形的金属密封圈，其特征是：应力泄放槽的截面呈三角形。
3.根据权利要求1所述的受力时弹性变形的金属密封圈，其特征是：还包括一对支撑环，所述支撑环分为上支撑环和下支撑环，分别布置在金属圈本体的顶面和底面，上支撑环的底面为斜面，其与金属圈本体的顶角接触并有角度差；下支撑环的顶面为斜面，其与金属圈本体的底角接触并有角度差。
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