CN105351525B - 一种石油管材密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种石油管材密封装置，套接在石油管材上，属于大间隙高温高压组合密封技术领域。所述装置包括密封套筒与橡胶密封垫等，密封套筒套接在所述石油管材上，并在密封套筒的内环面上自密封套筒的两端向密封套筒内部开环状凹槽，形成第一容纳腔与第二容纳腔，其中，第一容纳腔内设置有第一密封组件，并通过压板限位；第二容纳腔内设置有橡胶密封垫，并通过压盖限位，自橡胶密封垫的一端面向橡胶密封垫内部开环状凹槽，形成第三容纳腔，所述第三容纳腔内设置有收缩组件，所述收缩组件在受力后收缩在所述石油管材上，进而实现密封效果。所述装置密封可靠，耐疲劳，有效解决了石油管材领域大间隙高温高压密封技术难题。

Description

一种石油管材密封装置

技术领域

本发明属于大间隙高温高压组合密封技术领域，具体涉及一种石油管材密封装置。

背景技术

在石油管材试验、科研等领域高温高压试验(如ISO 13679-2011A系试验)中，试验压力一般达到210MPa，试验温度180℃，并且试件需要从压力釜中穿过，因此试件与压力釜两端的密封尤其重要。由于试件外径具有一定尺寸误差，且外表面为非加工表面，因此需要设计一种适用于大间隙(能够满足同一规格钢管所有误差带范围内试样)、粗糙表面、耐高温高压、适用于频繁拆卸的密封结构。目前国内外无成熟技术。为了满足大间隙高温高压密封要求，同时兼顾工作效率、安全性及降低成本，需要提供一种石油管材大间隙高温高压组合密封装置。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种石油管材密封装置,特别适用于大间隙、粗糙表面、耐高温高压的密封环境下的石油管材与压力釜之间的密封。

本发明中石油管材密封装置，套接在石油管材上，主要包括：

密封套筒，套接在所述石油管材上，并在密封套筒的内环面上自密封套筒的两端向密封套筒内部开环状凹槽，形成第一容纳腔与第二容纳腔；

第一密封组件，成环状套接在所述石油管材上，并置于所述第一容纳腔内；

压板，与所述密封套筒连接，用于限位所述第一密封组件；

第二密封组件，置于所述第二容纳腔内，包括橡胶密封垫，所述橡胶密封垫成环状套接在所述石油管材与密封套筒之间，并自橡胶密封垫的一端面向橡胶密封垫内部开环状凹槽，形成第三容纳腔，所述第三容纳腔内设置有收缩组件，所述收缩组件包括多个嵌入在橡胶密封垫的凹槽内壁上的扇形块，任意相邻的扇形块之间留有空隙，所述橡胶密封垫受力后挤压扇形块，使多个扇形块相互靠近，从而使其抱紧在所述石油管材上；

压盖，与所述密封套筒连接，用于限位所述第二密封组件。

优选的是，所述第一密封组件包括第一O型圈、垫圈以及PTFE挡圈，其中，所述PTFE挡圈设置在第一O型圈远离所述压板的一侧，所述垫圈设置在PTFE挡圈的另一侧。

在上述方案中优选的是，所述收缩组件还包括挡板，所述挡板设置在任意相邻的扇形块之间的橡胶密封垫的凹槽内壁上。

在上述方案中优选的是，所述橡胶密封垫的数量为两个，两个橡胶密封垫的远离收缩组件的两个端面相互靠接在一起。

在上述方案中优选的是，所述第二密封组件还包括紫铜垫，所述紫铜垫设置在橡胶密封垫与压盖之间。

在上述方案中优选的是，所述第二密封组件还包括第二O型圈，设置在密封套筒与压盖之间。

在上述方案中优选的是，压盖与密封套筒螺栓连接，压板与密封套筒螺栓连接。

在上述方案中优选的是，压盖远离所述第二密封组件的一端设置有调节块，用于调整所述第二密封组件在所述第二容纳腔内的位置。

本发明石油管材密封装置解决的主要技术难点为：

1)大间隙高温高压环境下密封材料易从间隙处流失。

2)密封面是非加工表面，密封方式及密封材料选择受限。

3)极限载荷时间长，对密封材料疲劳特性要求较高。

4)能够同时满足以上试验条件的密封材料罕见。

石油管材合密封装置适用于大间隙高温高压环境中，因此解决了国内外大间隙高温高压密封的技术难题，填补了国内空白。具有以下优点：

研制出在高温高压下具有高强度、高韧性的改性氟橡胶及改性PTFE材料；

适用于大间隙高温高压环境(最大间隙6mm)；

适用于密封面为非加工表面的工况；

具有自密封、间隙自适应缩小功能，可靠性较高；

安装拆卸方便，可操作性强，提高了工作效率。

附图说明

图1为本发明石油管材密封装置的一优选实施例的结构示意图。

图2为图1所示实施例的石油管材密封装置工况示意图。

图3为图1所示实施例的橡胶密封垫示意图。

其中，1为调节块，2为压盖，3为密封套筒，4为紫铜垫，5为外侧密封槽，6为垫圈，7为压板，8为第一O型圈，9为PTFE挡圈，10为橡胶密封垫，11为第二O型圈，12为连接螺栓，21为扇形块，22为挡板，101为石油管材，102为压力釜。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

本发明的目的是提供一种适用于大间隙、粗糙表面、耐高温高压的密封环境，同时便于现场安装，且具有高可靠性的密封结构。如图2所示，一种石油管材密封装置，套接在石油管材101上，石油管材101穿过压力釜102两端的孔时会存在间隙，本发明石油管材密封装置主要用来解决该问题。

可以理解的是，需要对称的两个石油管材密封装置来解决上述技术问题，以图2中左侧的石油管材密封装置为例，进行详细说明，其结构如图1所示，主要包括：调节块1、压盖2、密封套筒3、紫铜垫4、外侧密封槽5、垫圈6、压板7、第一O型圈8、PTFE挡圈9、橡胶密封垫10、第二O型圈11、连接螺栓12等组成。

具体的，本实施例至少应包括如下结构：

密封套筒3，套接在所述石油管材上，并在密封套筒3的内环面上自密封套筒3的两端向密封套筒3内部开环状凹槽，形成第一容纳腔与第二容纳腔；

第一密封组件，成环状套接在所述石油管材上，并置于所述第一容纳腔内；

压板7，与所述密封套筒3连接，用于限位所述第一密封组件；

第二密封组件，置于所述第二容纳腔内，包括橡胶密封垫10，所述橡胶密封垫10成环状套接在所述石油管材与密封套筒3之间，并自橡胶密封垫10的一端面向橡胶密封垫10内部开环状凹槽，形成第三容纳腔，所述第三容纳腔内设置有收缩组件，所述收缩组件包括多个嵌入在橡胶密封垫10的凹槽内壁上的扇形块21，任意相邻的扇形块21之间留有空隙，所述橡胶密封垫10受力后挤压扇形块21，使多个扇形块21相互靠近，从而使其抱紧在所述石油管材上；

压盖2，与所述密封套筒3连接，用于限位所述第二密封组件。

首先需要进行说明的是，在本实施例的图1中，第一容纳腔为右侧的容纳腔，第二容纳腔为左侧的容纳腔。

其次需要说明的是，压板7与压板2结构类似，是具有台阶形状的环状压接结构，台阶形式使得压板7或压板2形成内径相同、外径不同的两个环套，外径较小的环套安装在容纳腔(第一容纳腔与第二容纳腔统称，以下类似)内，与密封组件(第一密封组件与第二密封组件统称，以下类似)相互接触，外径较大的环套压接到密封套筒3的外端，并通过螺栓进行限位，比如图1中左侧的连接螺栓12，其用于将压板2紧固在密封套筒3上。

之后需要说明的是，这里的橡胶密封垫10为大间隙密封垫，初始安装时，其与石油管材101大间隙配合，当橡胶密封垫10受力后会挤压变形从而形成密封结构。橡胶密封垫压缩量通过精确计算得出；安装槽配合尺寸公差经过反复优化确定。试验时，预先给予橡胶密封垫一定压紧力，起到预密封作用，然后向压力釜内注入液体，随着压力增高，密封垫端面受到来釜内液体的挤压力，自紧密封。其外侧金属扇形块自行向试件收缩，减小了密封垫与试件之间间隙，起到预防密封垫在长时间压力作用下流失问题。

本实施例中，所述第一密封组件包括第一O型圈8、垫圈6以及PTFE挡圈9，其中，所述PTFE挡圈9设置在第一O型圈8远离所述压板7的一侧，所述垫圈6设置在PTFE挡圈9的另一侧。PTFE挡圈+密封圈组合起辅助密封作用。

作为本实施例的一个备选实施方式，所述收缩组件还包括挡板22，如图3所示，所述挡板22设置在任意相邻的扇形块21之间的橡胶密封垫10的凹槽内壁上。挡板22为L型，用于防止当扇形块21收缩时，橡胶从扇形块间隙流失。可以理解的是，当卸载压力时，扇形金属块21恢复原位，方便试件拆卸。

本实施例中，如图1所示，所述橡胶密封垫10的数量为两个，两个橡胶密封垫10不具有收缩组件的端面靠接在一起。

作为本实用新型的一个备选实施方式，所述第二密封组件还包括紫铜垫4，所述紫铜垫4设置在橡胶密封垫10与压盖2之间。紫铜垫4在超高压力下产生轴向压缩变形，内孔直径缩小，其与试件之间的间隙减小，从而有效阻止橡胶密封垫流失

上述实施例中，所述第二密封组件还包括第二O型圈11，设置在密封套筒3与压盖2之间。其具有辅助密封作用，防止大间隙密封垫在高温高压下流失；

本实施例中，压盖2与密封套筒3螺栓连接，压板7与密封套筒3螺栓连接。压盖2远离所述第二密封组件的一端设置有调节块1，用于调整所述第二密封组件在所述第二容纳腔内的位置。调节块主要起调节压缩量的作用。

参看图1-图3结构图解，其具体的安装方式如下：

(1)按顺序依次将压板7、第一O型圈8、PTFE挡圈9、垫圈6安装到石油管材101外圆面上；

(2)将第二O型圈11安装到密封套筒3外圆密封槽内；

(3)将密封套筒3安装至试件上，通过压板7、连接螺栓将第一O型圈8、PTFE挡圈9压入至密封套筒3内，安装过程中涂抹耐高温润滑脂。

(4)依照图1所示，将两个相同的橡胶密封垫10以“背靠背”方式装入密封套筒3，再依次装入紫铜垫4、压盖2，并安装连接螺栓；

(5)通过安装工具，将组合完成的密封套筒3压入压力釜102。

(6)预紧橡胶密封垫。安装调节块1，连接压力釜端盖。

(7)开始试验。

大间隙高温高压组合密封结构密封可靠，耐疲劳，使用方便，具有耐卸载冲击、微动疲劳寿命高等功能，有效解决了石油管材领域大间隙高温高压密封技术难题。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种石油管材密封装置，套接在石油管材上，其特征在于，包括：

密封套筒(3)，套接在所述石油管材上，并在密封套筒(3)的内环面上自密封套筒(3)的两端向密封套筒(3)内部开环状凹槽，形成第一容纳腔与第二容纳腔；

第一密封组件，成环状套接在所述石油管材上，并置于所述第一容纳腔内；

压板(7)，与所述密封套筒(3)连接，用于限位所述第一密封组件；

第二密封组件，置于所述第二容纳腔内，包括橡胶密封垫(10)，所述橡胶密封垫(10)成环状套接在所述石油管材与密封套筒(3)之间，并自橡胶密封垫(10)的一端面向橡胶密封垫(10)内部开环状凹槽，形成第三容纳腔，所述第三容纳腔内设置有收缩组件，所述收缩组件包括多个嵌入在橡胶密封垫(10)的凹槽内壁上的扇形块(21)，任意相邻的扇形块(21)之间留有空隙，所述橡胶密封垫(10)受力后挤压扇形块(21)，使多个扇形块(21)相互靠近，从而使其抱紧在所述石油管材上；

压盖(2)，与所述密封套筒(3)连接，用于限位所述第二密封组件。

2.如权利要求1所述的石油管材密封装置，其特征在于：所述第一密封组件包括第一O型圈(8)、垫圈(6)以及PTFE挡圈(9)，其中，所述PTFE挡圈(9)设置在第一O型圈(8)远离所述压板(7)的一侧，所述垫圈(6)设置在PTFE挡圈(9)的另一侧。

3.如权利要求1所述的石油管材密封装置，其特征在于：所述收缩组件还包括挡板(22)，所述挡板(22)设置在任意相邻的扇形块(21)之间的橡胶密封垫(10)的凹槽内壁上。

4.如权利要求1所述的石油管材密封装置，其特征在于：所述橡胶密封垫(10)的数量为两个，两个橡胶密封垫(10)的远离收缩组件的两个端面相互靠接在一起。

5.如权利要求1所述的石油管材密封装置，其特征在于：所述第二密封组件还包括紫铜垫(4)，所述紫铜垫(4)设置在橡胶密封垫(10)与压盖(2)之间。

6.如权利要求5所述的石油管材密封装置，其特征在于：所述第二密封组件还包括第二O型圈(11)，设置在密封套筒(3)与压盖(2)之间。

7.如权利要求1所述的石油管材密封装置，其特征在于：压盖(2)与密封套筒(3)螺栓连接，压板(7)与密封套筒(3)螺栓连接。

8.如权利要求1所述的石油管材密封装置，其特征在于：压盖(2)远离所述第二密封组件的一端设置有调节块(1)，用于调整所述第二密封组件在所述第二容纳腔内的位置。