CN107002920B - 用于油田抽油增产的旋转接头 - Google Patents

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Abstract

一种旋转接头，包括管状阴构件，所述管状阴构件可旋转地连接到管状阳构件。阴构件包括：阴座圈部分，所述阴座圈部分具有轴向延伸的内环形凹陷部；阴内端部部分，所述阴内端部部分形成在凹陷部的轴向内端部处；和多条内环形槽，所述多条内环形槽形成在所述凹陷部中并且与所述凹陷部共轴。阳构件包括：阳座圈部分，所述阳座圈部分具有环形外表面，所述环形外表面构造成接收在凹陷部中；阳突出部分，所述阳突出部分形成在阳座圈部分的端部处；和多条外环形槽，所述外环形槽形成在外表面上并且与所述外表面共轴。

Description

用于油田抽油增产的旋转接头
技术领域
本发明涉及一种旋转接头。更加特别地，本发明涉及一种旋转接头，所述旋转接头包括位于该旋转接头的阳部分和阴部分之间的第一主密封件和第二主密封件，以增加旋转接头的使用寿命。
背景技术
旋转接头通常应用在油田工业中，以在各种设备之间构建刚性但可动态构造的流动管路。例如，在油田抽油增产操作中、或者在压裂操作中，旋转接头通常用于将多个高压抽油机连接到歧管并且将歧管连接到注入井口。
这些类型的旋转接头一般包括管状阳构件，所述管状阳构件能够旋转地连接到管状阴构件。阳构件包括阳座圈而阴构件包括阴座圈，所述阴座圈构造成接收阳座圈。当阳座圈定位在阴座圈中时，阳座圈上的多条外环形槽中的每一条均与阴座圈上的对应的内环形槽对准，因此形成多个轴承座圈，多颗滚珠接收在所述多个轴承座圈内，以将阳构件可旋转地连接到阴构件。
当阳构件和阴构件连接在一起时，在阳座圈和阴座圈之间形成环形空间，所述环形空间与由旋转接头限定的流动孔流体连通。为了将压裂流体包含在流动孔内、同时仍然允许阳构件和阴构件相对于彼此旋转，旋转接头通常包括动态主密封件，所述动态主密封件定位在阳座圈的突出部分和阴座圈的内端部部分之间。
然而，如果主密封件失效，则加压压裂流体流动通过环形空间能够快速腐蚀阳突出部分和/或阴内端部部分，并且由此致使旋转接头失效。而且，压裂流体将进入到环形空间中并且在阳座圈和阴座圈之间产生端部流体静压载荷，所述端部流体静压载荷将导致轴承座圈失效。
发明内容
根据本发明，通过提供一种旋转接头来解决现有技术中的这些和其它限制，所述旋转接头包括管状阴构件，所述管状阴构件可旋转地连接到管状阳构件。阴构件包括：阴座圈部分，所述阴座圈部分具有轴向延伸的内环形凹陷部；阴内端部部分，所述阴内端部部分形成在凹陷部的轴向内端部处；和多条内环形槽，所述多条内环形槽形成在凹陷部中并且与所述凹陷部共轴。阳构件包括：阳座圈部分，所述阳座圈部分具有环形外表面，所述环形外表面构造成接收在凹陷部中；阳突出部分，所述阳突出部分形成在阳座圈部分的端部处；和多条外环形槽，所述多条外环形槽形成在外表面上并且与所述外表面共轴。阳座圈部分定位在阴座圈部分中，使得阳突出部分位于阴内端部部分附近，并且每条外环形槽均与对应的内环形槽对准，从而限定多个环形轴承座圈，多颗滚珠接收在所述多个环形轴承座圈内，由此将阳构件可旋转地连接到阴构件。旋转接头还包括：第一主密封件，所述第一主密封件定位在阳突出部分和阴内端部部分之间；和第二主密封件，所述第二主密封件定位在阳突出部分和阴内端部部分之间且位于第一主密封件的径向外部。因此，阳构件和阴构件限定了贯穿旋转接头的流动孔，所述旋转接头由第一主密封件密封、并且在第一主密封件失效的情况下由第二主密封件密封。
根据本发明的一个实施例，第二主密封件安装在环形密封件凹坑中，所述环形密封件凹坑形成在阴内端部部分中。第二主密封件的横截面可以包括：大体矩形的基部部分，所述基部部分至少部分定位在密封件凹坑中；和环形脊状部分，所述环形脊状部分从基部部分径向向内延伸并且密封地接合阳突出部分。环形脊状部分的横截面可以包括径向内峰部和倾斜部分，所述倾斜部分沿着朝向凹陷部的轴向外端部的方向从峰部径向向外偏离。在这个实施例中，倾斜部分密封地接合圆锥形密封表面，所述圆锥形密封表面形成在与密封件凹坑相对的突出部分上，并且峰部密封地接合圆柱形密封表面，所述圆柱形密封表面形成在阳突出部分上并且位于圆锥形密封表面的轴向内部。而且，第二主密封件可以包括环形非挤压弹性件，所述环形非挤压弹性件位于基部部分和倾斜部分的交叉部附近。
根据本发明的另一个实施例，阳突出部分包括：端壁，所述端壁从流动孔径向向外延伸；和圆柱形侧壁，所述圆柱形侧壁从端壁轴向向外延伸，并且第一主密封件密封地接合端壁而第二主密封件密封地接合圆柱形侧壁。阳突出部分还可以包括圆锥形侧壁，所述圆锥形侧壁沿着朝向凹陷部的轴向外端部的方向从圆柱形侧壁径向向外偏离。在这种情况中，第二主密封件密封地接合圆柱形侧壁和圆锥形侧壁两者。在这个实施例中，第二主密封件的横截面可以包括径向内峰部和倾斜部分，所述倾斜部分沿着朝向凹陷部的轴向外端部的方向从峰部径向向外偏离，在这种情况中，环形峰部密封地接合圆柱形侧壁而倾斜部分密封地接合圆锥形侧壁。
根据本发明的其它实施例，第二主密封件包括大体矩形的横截面，所述大体矩形的横截面具有第一轴向外密封面，所述第一轴向外密封面密封地接合阳突出部分上的径向延伸的第一端壁。在这个实施例中，第一主密封件可以安装在环形密封件凹坑中，所述环形密封件凹坑形成在阴内端部部分中，在这种情况中，第一主密封件包括大体矩形的横截面，所述大体矩形的横截面具有第二轴向外密封面，所述第二轴向外密封面密封地接合径向延伸的第二端壁，所述第二端壁形成在阳突出部分上并且位于第一端壁的径向和轴向内部。而且，第二端壁可以从流动孔径向向外延伸并且通过轴向延伸的圆柱形侧壁连接到第一端壁。
根据本发明的又一个实施例，旋转接头包括环形空间，所述环形空间形成在阴内端部部分和阳突出部分之间并且连接到流动孔。环形空间包括在第二主密封件和轴向最靠内的轴承座圈之间延伸的部分，并且旋转接头还包括泄漏检测口，所述泄漏检测口延伸通过阴构件至环形空间的所述部分。以这种方式，能够通过观察来自流动孔的流体是否通过泄漏检测口逃逸出而检测第一和第二密封件的失效。
根据本发明的另一个实施例，旋转接头包括监测口，所述监测口延伸通过阴构件至环形空间的在第一和第二主密封件之间延伸的部分。监测口由可移除的塞密封，并且通过移除塞并且判定来自流动孔的流体是否进入到监测口中来检测第一主密封件的失效。
根据本发明的又一个实施例，旋转接头包括：监测口，所述监测口延伸通过阴构件至环形空间的在第一和第二主密封件之间延伸的部分；塞构件，所述塞构件定位在监测口中；和塞保持件，所述塞保持件定位在监测口中并且位于塞构件的径向外部而且包括轴向通孔。塞构件构造成使得在第一主密封件失效的情况中，环形空间部分中的压力将推动塞构件的至少一部分通过轴向通孔，由此提供第一主密封件已经失效的视觉表示。旋转接头还可以包括：固定件，所述固定件固定在监测口中并且位于塞保持件的径向外部，从而将塞保持件固定在监测口中；和定位件，所述定位件定位在监测口中并且位于塞保持件和保持件之间。在这个实施例中，定位件在其径向内端部上包括腔，所述腔与通孔对准，并且在第一主密封件失效的情况中塞的一部分将挤入到所述腔中。而且，塞保持件的位于通孔周围的环形部分可以被密封至监测口，而定位件的径向内端部可以被密封至塞保持件的跨越所述通孔的径向外端部，从而保持监测口中的压力。
因此，第二主密封件提供了延长旋转接头的使用寿命的有效手段。假设第一主密封件失效，则第二主密封件将防止高压压裂流体以一定速率流经环形空间，否则这将致使阳突出部分和/或阴内端部部分被冲刷掉。结果，如果第一主密封件失效，则能够仅仅通过更换第一主密封件来延长旋转接头的使用寿命。而且，在第二主密封件就位的情况中，第一主密封件的失效不会导致密封件的完全破裂。相反地，第一主密封件将作为迷宫式密封件并且限制固体压裂材料流至第二主密封件。因此，第一主密封件的失效将不会导致密封表面的腐蚀。
另外，因为圆柱形密封表面位于第一主密封件密封地接合的端壁的径向近侧，所以第一主密封件的失效将导致在阳和阴座圈部分上的端部流体静压载荷的可控制的增大。而且，因为圆锥形密封表面从圆柱形密封表面径向向外延伸，所以阳突出部分的径向横截面仍然结实，从而使得旋转接头适于腐蚀应用。另外，因为第二主密封件的环形峰部位于密封件的倾斜部分的径向和轴向内部，所以环形空间中的压力将以类似于压力自紧密封的方式推动环形脊状部分，使其与圆锥形密封表面更紧密地密封接合。因此，第二主密封件将提供有效的密封，这将允许旋转接头继续工作，直到能够更换第一主密封件为止。
现在将参照附图描述本发明的这些和其它目的和优势。在附图中，在各个实施例中，相同的附图标记可以用于表示类似的部件。
附图说明
图1是本发明的旋转接头的第一实施例的横截面图；
图2是图1的旋转接头的阳座圈部分和阴座圈部分的放大横截面图；
图3是图2中示出的阳座圈部分和阴座圈部分的一部分的放大横截面图；
图4是图3中示出的旋转接头主密封件的放大横截面图；
图5是本发明的旋转接头的第二实施例的阳座圈部分和阴座圈部分的放大横截面图；
图6是应用在图5的旋转接头中的第一主密封件和第二主密封件的放大横截面图；
图7是本发明的旋转接头的第三实施例的阳座圈部分和阴座圈部分的放大横截面图；和
图8是本发明的旋转接头的第四实施例的阳座圈部分和阴座圈部分的放大横截面图。
具体实施方式
在图1中示出了本发明的旋转接头的第一实施例。整体用10表示的本实施例的旋转接头包括管状阳构件12，所述管状阳构件能够旋转地连接到管状阴构件14，因此形成流体管部件，所述流体管部件能够以已知方式连接到其它管部件(未示出)，以便构建可构造的流动管路，所述流动管路能够用于将例如抽油机连接到注入井口，以应用在油井压裂操作中。尽管阳构件12和阴构件14示出为L状，但是它们能够具有任何常见的构造。例如，阳构件12和阴构件14中的一个或者两个可以是笔直的。
阳构件12包括：第一端部16，所述第一端部能够连接到另一个管部件；和第二端部，所述第二端部构造为阳座圈部分18。类似地，阴构件14包括：第一端部20，所述第一端部能够连接到另一个管部件；和第二端部，所述第二端部构造为阴座圈部分22。阳座圈部分18和阴座圈部分22包括共同的轴向中心线CL并且连接在一起(如下文将描述的那样)，以使得阳构件12和阴构件14能够围绕中心线CL相对于彼此旋转。
还参照图2，阳座圈部分18包括：环形外表面24、多条(在该情况中为三条)外环形槽26，所述多条外环形槽与中心线CL同轴地形成在外表面上；和阳突出部分28，所述阳突出部分形成在阳构件12的端部处。阴座圈部分22包括：轴向延伸的内环形凹陷部30，所述内环形凹陷部构造成接收阳座圈部分18的外表面24；多条(在该情况中为三条)内环形槽32，所述多条内环形槽与中心线CL同轴地形成在凹陷部中；和阴内端部部分34，所述阴内端部部分形成在凹陷部的轴向内端部处。当在此使用时，术语“轴向内”和“轴向外”是参照凹陷部30的。因此，术语“轴向内”指的是凹陷部30的最靠内端部，其是如图2所示的凹陷部的左端，而术语“轴向外”指的是凹陷部的与阴构件14的端部相一致的端部。
如图2所示，当阳座圈部分18定位在凹陷部30中时，阳突出部分28位于阴内端部部分34附近。在这个位置中，外环形槽26中的每一条均与对应的内环形槽32对准，以便形成相等数量的轴承座圈，多颗滚珠36接收在该轴承座圈内，由此将阳构件12可旋转地连接到阴构件14。当如此连接时，阳构件12和阴构件14限定了贯穿旋转接头10的连续流动孔38。
当阳构件12和阴构件14如上所述连接时，环形空间40形成在阳座圈部分18和阴座圈部分22之间。为了保持流动孔38内的压力、同时仍然允许阳构件12和阴构件14相对于彼此旋转，旋转接头10设置有动态第一主密封件42，所述动态第一主密封件定位在阳突出部分28和阴内端部部分34之间。还参照图3，第一主密封件42安装在第一密封件凹坑44中，所述第一密封件凹坑形成在阴内端部部分34中。第一密封件凹坑44可以包括(例如)：第一端壁46，所述第一端壁从流动孔38径向向外延伸；和圆柱形第一侧壁48，所述圆柱形第一侧壁从第一端壁轴向向外延伸。在这个示例中，第一主密封件42包括大体矩形的横截面，其具有轴向外密封面50，所述轴向外密封面接合阳突出部分28上的径向延伸的第二端壁52。第一主密封件42还可以包括非挤压环53，所述非挤压环定位成毗邻环形空间40。
如果主密封件42失效，则通过环形空间40的加压压裂流体流能够快速地腐蚀阳突出部分28和/或阴内端部部分34，并且因此致使旋转接头10失效。根据本发明，通过使旋转接头10在阳突出部分28和阴内端部部分34之间设置动态第二主密封件54来解决这个问题，所述动态第二主密封件54位于第一主密封件42的径向外部。就这一点而言，“主密封件”是能够密封旋转接头所额定用于的管线压力的密封件。例如，如果旋转接头设计成操纵15,000psi的压力，则主密封件必须能够密封该压力。
在主密封件42失效的情况中，加压流体将进入到环形空间40中并且在阳突出部分28和阴内端部部分34之间产生端部流体静压载荷，这能够致使阳座圈部分18和/或阴座圈部分22失效。为了最小化这些端部流体静压载荷，第二主密封件54应当定位成尽可能靠近流动孔38。然而，如果第二主密封件54定位得太靠近流动孔，则阳突出部分28的径向横截面对于高腐蚀应用而言太薄。
因此，根据本发明，旋转接头10构造成使得第二主密封件54在第一主密封件42所密封的端壁52的仅稍微径向向外的位置处密封阳突出部分28。另外，第二主密封件54安装在密封件凹坑中，所述密封件凹坑理想地位于阴内端部部分34中而非阳突出部分28中。以这种方式，如果第一主密封件42失效，则第二主密封件54将相对靠近流动孔38地保持压力，这将因此最小化阳突出部分28和阴内端部部分34之间的端部流体静压载荷，否则所述端部流体静压载荷将致使阳座圈部分18和/或阴座圈部分22失效。而且，因为用于第二主密封件54的密封件凹坑位于阴内端部部分34中，所以密封件凹坑不会减小阳突出部分28的径向横截面，因此旋转接头10将更好地承受高腐蚀流体。
如图3所示，第二主密封件54安装在第二密封件凹坑56中，所述第二密封件凹坑形成在阴内端部部分34中且位于第一主密封件42的径向以及轴向外部。第二密封件凹坑56包括大体矩形的横截面，其包括轴向延伸的底壁58和两个径向延伸的轴向内侧壁60和轴向外侧壁62。
还参照图4，第二主密封件54在横截面中包括：大体矩形的基部部分64，所述基部部分至少部分定位在第二密封件凹坑56中；和环形脊状部分66，所述环形脊状部分从基部部分径向向内延伸并且密封地接合阳突出部分28。具体地，环形脊状部分66在横截面中可以包括径向内峰部68和倾斜部分70，所述倾斜部分70从峰部径向向外偏离。在这个实施例中，倾斜部分70密封地接合圆锥形侧壁或者密封表面72，所述圆锥形侧壁或者密封表面72形成在与第二密封件凹坑56相对的阳突出部分28并且环形峰部68密封地接合圆柱形侧壁或者密封表面74，所述圆柱形侧壁或密封表面74形成在阳突出部分上，并且位于圆锥形密封表面的轴向内部。将第二主密封件54安装在阴内端部部分34中并且将密封表面72、74定位在阳突出部分28上的优势在于，在组装旋转接头10之前易于接近这些密封表面，并且因此能够易于机械加工、抛光和检查这些密封表面。
因此，第二主密封件54提供了用于延长旋转接头10的使用寿命的特别有效的手段。如果第一主密封件42失效，则第二主密封件54将防止高压压裂流体以一定速率流经环形空间40，否则这将致使阳突出部分28和/或阴内端部部分34(并且特别地，第一主密封件42通常密封的第二端壁52)快速腐蚀或者“冲刷掉”。结果，如果第一主密封件42失效，则能够通过仅更换第一主密封件来延长旋转接头10的使用寿命。而且，本发明人发现的是，在第二主密封件54就位的情况中，第一主密封件42的失效不会导致密封件的完全破裂。相反地，第一主密封件42将作为迷宫式密封件，所述迷宫式密封件将阻止固体压裂材料流至第二主密封件54。因此，第一主密封件42的失效将不会导致密封表面72、74的腐蚀。
而且，因为圆柱形密封表面74在径向方向上靠近第一主密封件42抵靠接合的端壁52，所以第一主密封件的失效将导致在阳和阴座圈部分18、22上的端部流体静压载荷可控制地增大。另外，因为圆锥形密封表面72从圆柱形密封表面74径向向外延伸，所以阳突出部分28的径向横截面仍然结实，从而使得旋转接头10适于腐蚀性应用。另外，因为第二主密封件54的环形峰部68位于密封件的倾斜部分70的径向和轴向内部，所以环形空间40中的压力将以类似于压力自紧密封的方式推动环形脊状部分66，使其与圆锥形密封表面72更紧密地密封接合。因此，第二主密封件54将提供有效密封，这将允许旋转接头10保持工作，直到能够更换第一主密封件42为止。
尽管非必要，但是第二主密封件54还可以包括环形非挤压弹性件76，所述环形非挤压弹性件76在基部部分64和倾斜部分70的交叉部附近模制到密封件中，这还在图3中示出为在阳突出部分28和阴内端部部分34之间的环形空间40附近。因此，非挤压弹性件76将最小化在第一主密封件42失效的情况中第二主密封件54将挤压到环形空间40中的可能性。
还参照图3，旋转接头可以包括可选的泄漏检测口78，所述泄漏检测口78延伸通过阴座圈部分22抵达环形空间40的位于第二主密封件54和由内和外环形槽26、32限定的轴向最靠内轴承座圈之间的部分中。优选地，环形空间40的这个部分通过泄漏检测密封件80(诸如，O型环)而与轴向最靠内轴承座圈隔离开，所述泄漏检测密封件80定位在阴内端部部分34中的环形密封件槽82中。如图3所示，密封件槽82可以包括圆形横截面，所述圆形横截面符合密封件80的横截面，以便在第一和第二主密封件42、54皆失效的情况下抵抗环形空间40中的压力而将密封件牢固地保持就位。在这些密封件皆失效的情况中，流动孔38中的压裂流体将流经环形空间40和泄漏检测口78并且流出到环境中。结果，将不允许在环形空间40中积聚压力，并且密封件80将防止沙和压裂流体进入到轴承座圈中。
在图5中示出了本发明的旋转接头的另一个实施例。本实施例的整体用100表示的旋转接头在多个方面与上述旋转接头10类似。因此，仅仅在图5中示出了阳座圈部分18和阴座圈部分22，并且将仅仅描述旋转接头100与旋转接头10不同的部分。与旋转接头10相同，旋转接头100包括：动态第一主密封件102，所述第一主密封件102安装在阳突出部分28和阴内端部部分34之间；和动态第二主密封件104，所述动态第二主密封件104安装在阳突出部分和阴内端部部分之间并且位于第一主密封件径向外部。
还参照图6，第一主密封件102与上文讨论的第一主密封件42类似。因此，第一主密封件102安装在第一密封件凹坑44中，所述第一密封件凹坑44形成在阴内端部部分34中。第一密封件凹坑44包括：第一端壁46，所述第一端壁46从流动孔38径向向外延伸；和圆柱形第一侧壁48，所述圆柱形第一侧壁48从第一端壁轴向向外延伸。如第一主密封件42那样，第一主密封件102包括大体矩形的横截面，所述大体矩形的横截面具有轴向外密封面50，所述轴向外密封面50密封地接合阳突出部分28上的径向延伸的第二端壁52，因此将环形空间40与流动孔38封闭隔离开来。第一主密封件102还可以包括非挤压环54，所述非挤压环54定位成毗邻环形空间40。
根据本实施例，第二主密封件104的构造与第一主密封件102类似并且安装在第二密封件凹坑106中，所述第二密封件凹坑106形成在阴内端部部分34中。第二密封件凹坑106包括：第三端壁108，所述第三端壁108在容纳阳突出部分28的可选台阶110之后并且从圆柱形第一侧壁48径向向外延伸；和圆柱形第二侧壁112，所述圆柱形第二侧壁112从第三端壁轴向向外延伸。如第一主密封件102那样，第二主密封件104包括大体矩形的横截面，所述大体矩形的横截面具有轴向外密封面114，所述轴向外密封面114密封地接合径向延伸的第四端壁116。第四端壁116形成在阳突出部分28上并且处于第二端壁52的轴向以及径向外部，并且在这种情况中，第四端壁由第三圆柱形侧壁118连接到第二端壁。第一主密封件102还可以包括非挤压环120，所述非挤压环120定位成毗邻环形空间40。
与旋转接头10的第二主密封件54相比，第二主密封件104以略微更大的半径密封阳突出部分28。因此，在第一主密封件102失效的情况中，在阳座圈部分18和阴座圈部分22之间产生的端部流体静压载荷将略微大于在旋转接头10中承受的端部流体静压载荷。不管怎样，第二主密封件104将防止冲刷掉阳突出部分28和/或阴内端部部分34并且大幅延长了旋转接头100的使用寿命。而且，因为第二密封件凹坑106形成在阴内端部部分34中，所以阳突出部分28的径向横截面能够设计成足够大，以使旋转接头100适于腐蚀应用。
根据本发明的其它实施例，旋转接头可以包括用于监测第一主密封件的状况的部件。现在将结合上述旋转接头100描述这些监测部件的一些示例，应当理解的是，监测部件能够以类似方式包含到旋转接头10中。
在图7中示出了用于第一主密封件102的监测部件的一个示例。在这个实施例中，监测部件包括监测口122，所述监测口122延伸贯穿阴座圈部分22至环形空间40的位于第一和第二主密封件102、104之间的部分。在旋转接头100的正常操作期间，监测口120由可移除塞124密封。在第一主密封件102的压力测试期间，移除塞124并且将流动孔38加压至预定压力。如果第一主密封件102不能保持该压力(这表示第一主密封件已经失效)，则旋转接头100能够停止工作并且更换第一主密封件。因此，能够在第二主密封件104失效(第二主密封件104失效能够如上所述对阳突出部分28和/或阴内端部部分34造成不可逆的损害，这使得旋转接头不适于继续工作)之前维修旋转接头100。当旋转接头100正常工作时，可以在定期检查期间移除塞124，以便判定压裂流体是否泄漏通过第一主密封件102并且进入到监测口122中。如果这样，则能够使用旋转接头100，直到第二主密封件104的预定寿命周期已经期满，或者能够在第二主密封件失效之前使旋转接头停止工作并更换第一主密封件102。
在图8中示出了用于第一主密封件102的监测部件的另一个实施例。与上述实施例类似，本实施例的监测部件包括监测口122，所述监测口122延伸贯穿阴座圈部分22至环形空间40的位于第一和第二主密封件102、104之间的部分。塞126定位在与环形空间40连通的监测口122中。塞126包括杆部分128，所述杆部分128接收在塞保持件132的径向内端部中的轴向凹陷部130中。塞保持件132包括：轴向通孔134，所述轴向通孔134连接到凹陷部130；和位于其径向内端部上的环形肩部136，所述环形肩部136理想地与监测口122中的对应环形座部形成金属对金属密封。定位件138在塞保持件132的径向外部定位在监测口122中。定位件138在其径向内端部中包括腔140，所述腔140与塞保持件132中的通孔134对准。定位件138的径向内端部优选地与塞保持件132的径向外端部形成金属对金属密封，所述金属对金属密封与监测口122和塞保持件上的环形肩部136之间的金属对金属密封一起足以抑制应当泄漏通过第一主密封件102的任何压力。固定件142在定位件138的径向外部固定在监测口122中，从而将塞126、塞保持件132和定位件保持在监测口中的合适位置中。固定件142可以利用例如带狭缝的螺纹固定到监测口122，以便防止压力被捕获在固定件和定位件138之间。
在监测部件的实施例中，塞126由相对柔软但是优选具有弹性的材料(诸如橡胶)形成。结果，在第一主密封件102失效的情况中，环形空间40中的压力将进入监测口122中并且推动塞126，使其挤压通过塞保持件132中的通孔134并且进入到定位件138的腔140中。因此，通过移除固定件142和定位件138能够判定第一主密封件102是否已经发展有泄漏，并且观察塞128的一部分是否已经被挤压穿过塞保持件132。如果这样，则能够使旋转接头100不再工作并且在第二主密封件104出现泄漏之前移除并更换第一主密封件。
因此，与第二主密封件104组合，监测部件能够用于延长旋转接头100的使用寿命。通过使用监测部件定期检查第一主密封件102的密封完整性，能够在第二主密封件104失效之前检测第一主密封件的失效。如在具有单个主密封件的现有技术旋转接头的情况中，第一和第二主密封件102、104二者的失效能够导致阳突出部分28和阴内端部部分34的腐蚀和/或阳座圈部分18和阴座圈部分22失效，上述两种情况中的任意一种情况将需要更换旋转接头。因此，能够在已经发现第一主密封件102失效之后并且在第二主密封件104失效之前通过仅仅更换第一主密封件102而延长旋转接头的使用寿命。
应当意识到的是，尽管已经参照其优选实施例描述了本发明，但是本领域中的技术人员可以在不背离本发明原理的前提下开发各种结构和操作细节的变体。例如，在不同实施例中示出的各种元件均可以以在上文没有阐释的方式进行组合。因此，所附权利要求理解为涵盖处于本发明的真实范围和精神内的所有等价物。

Claims (14)

1.一种旋转接头，包括：
管状阴构件，所述管状阴构件包括：阴座圈部分，所述阴座圈部分具有轴向延伸的内环形凹陷部；阴内端部部分，所述阴内端部部分形成在所述凹陷部的轴向内端部处；和多条内环形槽，所述多条内环形槽形成在所述凹陷部中并且与所述凹陷部共轴；
管状阳构件，所述管状阳构件包括：阳座圈部分，所述阳座圈部分具有环形外表面，所述环形外表面构造成接收在所述凹陷部中；阳突出部分，所述阳突出部分形成在所述阳座圈部分的端部处；和多条外环形槽，所述多条外环形槽形成在所述环形外表面上并且与所述环形外表面共轴，
其中，所述阳座圈部分定位在所述阴座圈部分中，以使得所述阳突出部分位于所述阴内端部部分附近，并且每条所述外环形槽均与对应的内环形槽对准，从而限定多个环形轴承座圈，多颗滚珠接收在所述多个环形轴承座圈内，由此将所述阳构件可旋转地连接到所述阴构件；
所述旋转接头还包括：
第一主密封件，所述第一主密封件定位在所述阳突出部分和所述阴内端部部分之间；和
第二主密封件，所述第二主密封件定位在所述阳突出部分和所述阴内端部部分之间并且位于所述第一主密封件的径向外部，
其中，所述阳构件和阴构件限定贯穿所述旋转接头的流动孔，所述旋转接头由所述第一主密封件密封、并且在所述第一主密封件失效的情况下由所述第二主密封件密封；
其中，所述第二主密封件安装在环形密封件凹坑中，所述环形密封件凹坑形成在所述阴内端部部分中；并且
所述阳突出部分包括：端壁，所述端壁从所述流动孔径向向外延伸；和圆柱形侧壁，所述圆柱形侧壁从所述端壁轴向向外延伸，并且其中，所述第一主密封件密封地接合所述端壁而所述第二主密封件密封地接合所述圆柱形侧壁。
2.根据权利要求1所述的旋转接头，其中，所述环形密封件凹坑包括底壁以及第一径向向外延伸的侧壁和第二径向向外延伸的侧壁，所述第二主密封件定位在第一径向向外延伸的侧壁和第二径向向外延伸的侧壁之间。
3.根据权利要求1或2所述的旋转接头，其中，所述第二主密封件的横截面包括：大体矩形的基部部分，所述基部部分至少部分定位在所述环形密封件凹坑中；和环形脊状部分，所述环形脊状部分从所述基部部分径向向内延伸并且密封地接合所述阳突出部分。
4.根据权利要求3所述的旋转接头，其中，所述环形脊状部分的横截面包括径向内峰部和倾斜部分，所述倾斜部分沿着朝向所述凹陷部的轴向外端部的方向从所述径向内峰部径向向外偏离。
5.根据权利要求4所述的旋转接头，其中，所述倾斜部分密封地接合圆锥形密封表面，所述圆锥形密封表面形成在与所述环形密封件凹坑相对的所述阳突出部分上。
6.根据权利要求5所述的旋转接头，其中，所述径向内峰部密封地接合圆柱形密封表面，所述圆柱形密封表面形成在所述阳突出部分上并且位于所述圆锥形密封表面的轴向内部。
7.根据权利要求4所述的旋转接头，其中，所述第二主密封件包括环形非挤压弹性件，所述环形非挤压弹性件位于所述基部部分和所述倾斜部分的交叉部附近。
8.根据权利要求1或2所述的旋转接头，其中，所述阳突出部分还包括圆锥形侧壁，所述圆锥形侧壁沿着朝向所述凹陷部的轴向外端部的方向从所述圆柱形侧壁径向向外偏离，并且其中，所述第二主密封件密封地接合所述圆柱形侧壁和所述圆锥形侧壁两者。
9.根据权利要求8所述的旋转接头，其中，所述第二主密封件的横截面包括径向内峰部和倾斜部分，所述倾斜部分沿着朝向所述凹陷部的轴向外端部的方向从所述径向内峰部径向向外偏离，并且其中，环形的所述径向内峰部密封地接合所述圆柱形侧壁而所述倾斜部分密封地接合所述圆锥形侧壁。
10.一种旋转接头，包括：
管状阴构件，所述管状阴构件包括：阴座圈部分，所述阴座圈部分具有轴向延伸的内环形凹陷部；阴内端部部分，所述阴内端部部分形成在所述内环形凹陷部的轴向内端部处；和多条内环形槽，所述多条内环形槽形成在所述内环形凹陷部中并且与所述内环形凹陷部共轴；
管状阳构件，所述管状阳构件包括：阳座圈部分，所述阳座圈部分具有环形外表面，所述环形外表面构造成接收在所述内环形凹陷部中；阳突出部分，所述阳突出部分形成在所述阳座圈部分的端部处；和多条外环形槽，所述多条外环形槽形成在所述环形外表面上并且与所述环形外表面共轴，
其中，所述阳座圈部分定位在所述阴座圈部分中，以使得所述阳突出部分位于所述阴内端部部分附近，并且每条所述外环形槽均与对应的内环形槽对准，从而限定多个环形轴承座圈，多颗滚珠接收在所述多个环形轴承座圈内，由此将所述阳构件可旋转地连接到所述阴构件；
所述旋转接头还包括：
第一主密封件，所述第一主密封件定位在所述阳突出部分和所述阴内端部部分之间；和
第二主密封件，所述第二主密封件定位在所述阳突出部分和所述阴内端部部分之间并且位于所述第一主密封件的径向外部，
其中，所述阳构件和阴构件限定贯穿所述旋转接头的流动孔，所述旋转接头由所述第一主密封件密封、并且在所述第一主密封件失效的情况下由所述第二主密封件密封；
环形空间，所述环形空间形成在所述阴内端部部分和所述阳突出部分之间并且连接到所述流动孔，所述环形空间包括在所述第一主密封件和所述第二主密封件之间延伸的环形空间部分；和
监测口，所述监测口延伸通过所述阴构件至所述环形空间部分，并且所述监测口由可移除的塞密封；
其中，能够通过移除所述塞并且判定来自所述流动孔的流体是否已经进入到所述监测口中来检测所述第一主密封件的失效。
11.一种旋转接头，包括：
管状阴构件，所述管状阴构件包括：阴座圈部分，所述阴座圈部分具有轴向延伸的内环形凹陷部；阴内端部部分，所述阴内端部部分形成在所述内环形凹陷部的轴向内端部处；和多条内环形槽，所述多条内环形槽形成在所述内环形凹陷部中并且与所述内环形凹陷部共轴；
管状阳构件，所述管状阳构件包括：阳座圈部分，所述阳座圈部分具有环形外表面，所述环形外表面构造成接收在所述内环形凹陷部中；阳突出部分，所述阳突出部分形成在所述阳座圈部分的端部处；和多条外环形槽，所述多条外环形槽形成在所述环形外表面上并且与所述环形外表面共轴，
其中，所述阳座圈部分定位在所述阴座圈部分中，以使得所述阳突出部分位于所述阴内端部部分附近，并且每条所述外环形槽均与对应的内环形槽对准，从而限定多个环形轴承座圈，多颗滚珠接收在所述多个环形轴承座圈内，由此将所述阳构件可旋转地连接到所述阴构件；
所述旋转接头还包括：
第一主密封件，所述第一主密封件定位在所述阳突出部分和所述阴内端部部分之间；和
第二主密封件，所述第二主密封件定位在所述阳突出部分和所述阴内端部部分之间并且位于所述第一主密封件的径向外部，
其中，所述阳构件和阴构件限定贯穿所述旋转接头的流动孔，所述旋转接头由所述第一主密封件密封、并且在所述第一主密封件失效的情况下由所述第二主密封件密封；
环形空间，所述环形空间形成在所述阴内端部部分和所述阳突出部分之间并且连接到所述流动孔，所述环形空间包括在所述第一主密封件和所述第二主密封件之间延伸的环形空间部分；和
监测口，所述监测口延伸通过所述阴构件至所述环形空间部分；
塞，所述塞定位在所述监测口中；和
塞保持件，所述塞保持件定位在所述监测口中并且位于所述塞的径向外部，所述塞保持件包括轴向通孔；
其中，所述塞构造成使得在所述第一主密封件失效的情况下，所述环形空间部分中的压力将推动所述塞的至少一部分通过所述轴向通孔，由此提供所述第一主密封件已经失效的视觉表示。
12.根据权利要求11所述的旋转接头，还包括：固定件，所述固定件固定在所述监测口中并且位于所述塞保持件的径向外部，从而将所述塞保持件固定在所述监测口中。
13.根据权利要求12所述的旋转接头，还包括定位件，所述定位件定位在所述监测口中并且位于所述塞保持件和所述固定件之间，所述定位件在其径向内端部上包括腔，所述腔与所述通孔对准，并且在所述第一主密封件失效的情况下所述塞的一部分将挤入到所述腔中。
14.根据权利要求13所述的旋转接头，其中，所述塞保持件的位于所述通孔周围的环形部分被密封到所述监测口，而所述定位件的径向内端部被密封到所述塞保持件的跨越所述通孔的径向外端部，从而保持所述监测口中的压力。
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