CN106958526B - 一种天然气水合物管输用高压螺杆泵吸入口端密封结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种天然气水合物管输用高压螺杆泵吸入口端密封结构，所述的入口端壳体（2）的右端部连接有密封函（3），入口端壳体（2）的右端部开设有台阶孔，密封函（3）上开设有密封腔润滑油出口（7），密封腔润滑油入口（6）和密封腔润滑油出口（7）均与密闭油腔（4）连通，弹簧座（10）的柱面上开设有沿弹簧座（10）长度方向布置的螺旋状凹槽（12），螺旋状凹槽（12）位于密封腔润滑油出口（7）左侧，有杆腔（15）与密封腔润滑油入口（6）和密封腔润滑油出口（7）连接。本发明的有益效果是：延长机械密封寿命、为类似高压密封问题提供思路、密封严密，解决了螺杆泵入口水合物浆体压力高的密封问题。
Description
技术领域
本发明涉及高压螺杆泵吸入口的结构，特别是一种天然气水合物管输用高压螺杆泵吸入口端密封结构。
背景技术
天然气水合物又称“可燃冰”，是一种高密度、高热值的非常规能源（1m3天然气水合物可以释放出164m3甲烷气和0.8m3水），其主要以冰的形式存在于海底岩层之间，且资源量极为丰富。海洋天然气水合物层钻井过程中，水合物颗粒随钻井液上返到钻井平台，此过程中的管流不同于常规油气钻井过程：天然气水合物在上返过程中，压力不断降低、温度不断升高，至一定位置后，天然气水合物发生分解，使井筒压力变化明显，进一步造成井控安全的一些列问题，对海上钻井安全产生巨大风险。
目前，国内外对海洋天然气水合物层钻井中天然气水合物在井筒上返过程中的分解位置有一定研究，能在一定程度上实现海洋天然气水合物层钻井中水合物分解位置预测。现有方法中有学者通过天然气水合物相平衡曲线，结合环空井筒中温度、压力变化，预测天然气水合物分解位置变化，但是现有天然气水合物相平衡曲线主要应用为稳态条件下，并且水合物分解位置是理论计算结果，不能完全反映实际海洋天然气水合物层钻井中水合物动态分解实时位置的变化。专利CN102865066A公开了一种含天然气水合物相变的深水井筒多相流动实验装置及方法，可以实现含深水井筒内天然气水合物分解对井筒规律影响的模拟，但是其并未提出一种实时有效的天然气水合物分解位置预测方法。专利CN104198674A公开了一种管输天然气水合物形成在线预警装置及方法，可以计算出监测点处水相中水合物抑制剂和盐分浓度，结合采集到的气相压力、组分和温度参数实现预警，但是其需要复杂的数据在线采集模块，在海洋钻井中无法有效应用。因此海洋天然气水合物开采生产急需一种能及时方便有效地预测天然气水合物分解位置的方法，用于指导海洋天然气水合物层钻井安全生产。
针对海洋天然气水合物层钻井中天然气水合物分解位置预测问题，都需要采用螺杆泵将天然气水合物浆体在10Mpa的压力下将其输送到1000m的海平台上，天然气水合物浆体从1000米深海底提升到海平面的流道过程中，循环阻力压头约100m（1MPa）；即循环泵入口压力为10Mpa，出口压力为11 Mpa。但目前市售的国内外螺杆泵的入口只能满足低压流体进入，没有能满足入口压力为10Mpa的螺杆泵产品。
螺杆泵入口端密封即螺杆动力输入轴密封，该密封的一端为入口工作流体的压力。由于天然气水合物浆体为含有气、液、固三相的水合物浆体，需要密封的是水合物浆体，由于水合物浆体中含河沙固相有磨砺性，这样极易损伤密封结构，存在使用寿命短的缺陷，因此没有找到合适的密封结构。
发明内容
本发明解决了螺杆泵入口水合物浆体压力高的密封问题，提供一种结构紧凑、延长机械密封寿命、为类似高压密封问题提供思路、密封严密的天然气水合物管输用高压螺杆泵吸入口端密封结构。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种天然气水合物管输用高压螺杆泵吸入口端密封结构，它包括螺杆泵壳体、螺杆泵动力轴和设置于螺杆泵壳体上的入口端壳体，其特征在于：所述的入口端壳体的右端部连接有密封函，所述的入口端壳体与密封函相连，入口端壳体的右端部开设有台阶孔，密封函内开设有连通台阶孔的密闭油腔，密封函的右端部固设有高压组合密封，所述的入口端壳体上开设有入口端压力液接口和密封腔润滑油入口，所述的密封函上开设有密封腔润滑油出口，密封腔润滑油入口和密封腔润滑油出口均与密闭油腔连通，所述的螺杆泵动力轴从右往左顺次贯穿高压组合密封、密闭油腔、台阶孔、入口端壳体且伸入于螺杆泵壳体内，所述的密闭油腔和台阶孔之间设置有机械密封，机械密封包括从左往右顺次套设于螺杆泵动力轴上的静环、动环和弹簧座，静环固设于台阶孔大孔内且与螺杆泵动力轴间隙配合，动环滑动安装于螺杆泵动力轴上，弹簧座固设于螺杆泵动力轴上，弹簧座与动环之间固连有弹簧，在弹簧作用下动环的左端面抵压于静环上，弹簧座的柱面上开设有沿弹簧座长度方向布置的螺旋状凹槽，螺旋状凹槽位于密封腔润滑油出口左侧，它还包括增压器，增压器内设置有活塞，活塞上连接有活塞杆，活塞将增压器分隔为有杆腔和无杆腔，无杆腔与入口端压力液接口连接，有杆腔与密封腔润滑油入口和密封腔润滑油出口连接。
所述的弹簧座经锁紧螺钉固定于螺杆泵动力轴上。
所述的高压组合密封由后盖和密封圈组成，后盖固定于密封函右端部，密封圈安装于密封函与后盖之间。
所述的台阶孔的底部设置有防转销钉。
所述的静环的左端面上开设有卡槽。
所述的防转销钉插装于卡槽内。
所述的动环与螺杆泵动力轴之间安装有动环O形圈。
所述的密封腔润滑油出口与有杆腔之间连接有散热器。
所述的密封函与入口端壳体之间设置有密封函O形圈。
本发明具有以下优点：本发明结构紧凑、延长机械密封寿命、为类似高压密封问题提供思路、密封严密，解决了螺杆泵入口水合物浆体压力高的密封问题。
附图说明
图1 为本发明的结构示意图；
图中，1-螺杆泵动力轴，2-入口端壳体，3-密封函，4-密闭油腔，5-入口端压力液接口，6-密封腔润滑油入口，7-密封腔润滑油出口，8-静环，9-动环，10-弹簧座，11-弹簧，12-螺旋状凹槽，13-增压器，14-活塞，15-有杆腔，16-无杆腔，17-锁紧螺钉，18-后盖，19-防转销钉，20-动环O形圈，21-散热器，22-密封函O形圈。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：
如图1所示，一种天然气水合物管输用高压螺杆泵吸入口端密封结构，它包括螺杆泵壳体、螺杆泵动力轴1和设置于螺杆泵壳体上的入口端壳体2，其特征在于：所述的入口端壳体2的右端部连接有密封函3，密封函3与入口端壳体2之间设置有密封函O形圈22，所述的入口端壳体2与密封函3相连，入口端壳体2的右端部开设有台阶孔，密封函3内开设有连通台阶孔的密闭油腔4，密封函3的右端部固设有高压组合密封，所述的入口端壳体2上开设有入口端压力液接口5和密封腔润滑油入口6，所述的密封函3上开设有密封腔润滑油出口7，密封腔润滑油入口6和密封腔润滑油出口7均与密闭油腔4连通，所述的螺杆泵动力轴1从右往左顺次贯穿高压组合密封、密闭油腔4、台阶孔、入口端壳体2且伸入于螺杆泵壳体内，高压组合密封由后盖18和密封圈组成，后盖18固定于密封函3右端部，密封圈安装于密封函3与后盖18之间。
如图1所示，所述的密闭油腔4和台阶孔之间设置有机械密封，机械密封包括从左往右顺次套设于螺杆泵动力轴1上的静环8、动环9和弹簧座10，静环8固设于台阶孔大孔内且与螺杆泵动力轴1间隙配合，动环9滑动安装于螺杆泵动力轴1上，动环9与螺杆泵动力轴1之间安装有动环O形圈20，弹簧座10固设于螺杆泵动力轴1上，本实施例中，弹簧座10经锁紧螺钉17固定于螺杆泵动力轴1上。如图1所示，所述的弹簧座10与动环9之间固连有弹簧11，在弹簧11作用下动环9的左端面抵压于静环8上，弹簧座10的柱面上开设有沿弹簧座10长度方向布置的螺旋状凹槽12，螺旋状凹槽12位于密封腔润滑油出口7左侧，它还包括增压器13，增压器13内设置有活塞14，活塞14上连接有活塞杆，活塞14将增压器分隔为有杆腔15和无杆腔16，无杆腔16与入口端压力液接口5连接，有杆腔15与密封腔润滑油入口6和密封腔润滑油出口7连接。
所述的台阶孔的底部设置有防转销钉19，所述的静环8的左端面上开设有卡槽，所述的防转销钉19插装于卡槽内，防止静环8转动。所述的密封腔润滑油出口7与有杆腔15之间连接有散热器21，散热器21能够对润滑油进行冷却。
本发明的工作过程为：
S1、启动螺杆泵，螺杆泵的螺杆泵动力轴1转动，天然气水合物浆体被吸入于入口端壳体2内，在入口端壳体2处天然气水合物浆体增压到10Mpa；
S2、由于入口端压力液接口5连通入口端壳体2和无杆腔16，即无杆腔16内压力与螺杆泵入口处的浆体压力相同，又由于无杆腔16处的活塞面积大于有杆腔15的活塞面积，因此有杆腔15内润滑油压力比无杆腔16内浆体压力大0.2~0.3MPa，而有杆腔15与密封腔润滑油出口7连通，密闭油腔4内润滑油压力与有杆腔15润滑油压力相同，进一步的密闭油腔4内润滑油压力高于入口端壳体2处压力0.2~0.3MPa，润滑油作用在动环9右端面，保证动环9的左端面始终抵压于静环8上，避免浆体抵开弹簧而进入密闭油腔4内，因此该机械密封所密封的介质体是润滑油而不是带磨砺性固相的工作介质，解决了螺杆泵入口天然气水合物浆体压力过导致高密封困难的难题，因此机械密封有较高的可靠性，延长机械密封寿命、为类似高压密封问题提供思路；
S3、在螺杆泵动力轴1转动过程中，弹簧座10同步转动，螺旋状凹槽12旋转时，螺旋状凹槽12驱动密闭油腔4内的润滑油经密封腔润滑油出口7压入散热器21，散热后的润滑油经密封腔润滑油入口6回到密闭油腔4内，进行散热循环，防止润滑油温度过高。
Claims (9)
1.一种天然气水合物管输用高压螺杆泵吸入口端密封结构，它包括螺杆泵壳体、螺杆泵动力轴（1）和设置于螺杆泵壳体上的入口端壳体（2），其特征在于：所述的入口端壳体（2）的右端部连接有密封函（3），所述的入口端壳体（2）与密封函（3）相连，入口端壳体（2）的右端部开设有台阶孔，密封函（3）内开设有连通台阶孔的密闭油腔（4），密封函（3）的右端部固设有高压组合密封，所述的入口端壳体（2）上开设有入口端压力液接口（5）和密封腔润滑油入口（6），所述的密封函（3）上开设有密封腔润滑油出口（7），密封腔润滑油入口（6）和密封腔润滑油出口（7）均与密闭油腔（4）连通，所述的螺杆泵动力轴（1）从右往左顺次贯穿高压组合密封、密闭油腔（4）、台阶孔、入口端壳体（2）且伸入于螺杆泵壳体内，所述的密闭油腔（4）和台阶孔之间设置有机械密封，机械密封包括从左往右顺次套设于螺杆泵动力轴（1）上的静环（8）、动环（9）和弹簧座（10），静环（8）固设于台阶孔大孔内且与螺杆泵动力轴（1）间隙配合，动环（9）滑动安装于螺杆泵动力轴（1）上，弹簧座（10）固设于螺杆泵动力轴（1）上，弹簧座（10）与动环（9）之间固连有弹簧（11），在弹簧（11）作用下动环（9）的左端面抵压于静环（8）上，弹簧座（10）的柱面上开设有沿弹簧座（10）长度方向布置的螺旋状凹槽（12），螺旋状凹槽（12）位于密封腔润滑油出口（7）左侧，该密封结构还包括增压器（13），增压器（13）内设置有活塞（14），活塞（14）上连接有活塞杆，活塞（14）将增压器分隔为有杆腔（15）和无杆腔（16），无杆腔（16）与入口端压力液接口（5）连接，有杆腔（15）与密封腔润滑油入口（6）和密封腔润滑油出口（7）连接。
2.根据权利要求1所述的一种天然气水合物管输用高压螺杆泵吸入口端密封结构，其特征在于：所述的弹簧座（10）经锁紧螺钉（17）固定于螺杆泵动力轴（1）上。
3.根据权利要求1所述的一种天然气水合物管输用高压螺杆泵吸入口端密封结构，其特征在于：所述的高压组合密封由后盖（18）和密封圈组成，后盖（18）固定于密封函（3）右端部，密封圈安装于密封函（3）与后盖（18）之间。
4.根据权利要求1所述的一种天然气水合物管输用高压螺杆泵吸入口端密封结构，其特征在于：所述的台阶孔的底部设置有防转销钉（19）。
5.根据权利要求4所述的一种天然气水合物管输用高压螺杆泵吸入口端密封结构，其特征在于：所述的静环（8）的左端面上开设有卡槽。
6.根据权利要求5所述的一种天然气水合物管输用高压螺杆泵吸入口端密封结构，其特征在于：所述的防转销钉（19）插装于卡槽内。
7.根据权利要求1所述的一种天然气水合物管输用高压螺杆泵吸入口端密封结构，其特征在于：所述的动环（9）与螺杆泵动力轴（1）之间安装有动环O形圈（20）。
8.根据权利要求1所述的一种天然气水合物管输用高压螺杆泵吸入口端密封结构，其特征在于：所述的密封腔润滑油出口（7）与有杆腔（15）之间连接有散热器（21）。
9.根据权利要求1所述的一种天然气水合物管输用高压螺杆泵吸入口端密封结构，其特征在于：所述的密封函（3）与入口端壳体（2）之间设置有密封函O形圈（22）。
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