CN108050256A - 一种高温高压釜大间隙补偿式密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于钢管超高压高温试验技术，涉及一种高温高压釜大间隙补偿式密封装置。本发明包括密封槽型件、挡板、辅助O形密封组合、外侧主密封结构、内侧密封结构；所述密封槽型件起安装、固定密封圈作用；挡板起限位及预紧作用；辅助O形密封组合由外侧辅助PTFE挡圈和氟橡胶O形圈组成，起辅助密封作用；外侧主密封结构包括外锥形铝质防流圈、外侧PTFE挡圈、外侧大线径O形圈；内侧密封结构由集成了补偿式密封结构的单侧凹状PTFE挡圈和内侧大线径O形圈组成。本发明高温高压釜大间隙补偿式密封装置适用于超高压高温、大间隙、微动、粗糙面等密封环境，解决了国内外在模拟石油套管深井环境试验领域的技术难题。

Description

一种高温高压釜大间隙补偿式密封装置

技术领域

本发明属于钢管超高压高温试验技术，涉及一种高温高压釜大间隙补偿式密封装置。

背景技术

在石油钢管超高压高温试验中，需要对钢管施加280MPa外压，180℃持续高温，同时进行拉伸、压缩、三点弯曲等复杂工况的试验。试验要求设计一种径向密封结构，能够同时满足以下条件：(1)密封面为粗糙表面；(2)适用于大间隙密封(可满足某规格试件误差带范围内所有尺寸)；(3)耐超高压高温；(4)耐疲劳，反复升降温、升降压后密封不破坏；(5)适用于微动环境。此类试验尚处于探索阶段，国内外目前还没有成熟密封结构能达到试验环境要求。为了满足上述密封要求，同时兼顾工作效率、安全性及降低成本，需要设计一种高温高压釜大间隙补偿式密封装置。

发明内容

本发明目的是：提供一种适用于超高压高温、大间隙、粗糙密封面、微动环境的密封装置，同时要求该密封装置安装简便，可靠性高。

本发明通过以下技术方案实现：一种高温高压釜大间隙补偿式密封装置，包括密封槽型件1、挡板6、辅助O形密封组合、外侧主密封结构、内侧密封结构；其中，所述密封槽型件1起安装、固定密封圈作用；挡板6起限位及预紧作用；辅助O形密封组合由外侧辅助PTFE挡圈2和氟橡胶O形圈3组成，起辅助密封作用；外侧主密封结构包括外锥形铝质防流圈4、外侧PTFE挡圈5、外侧大线径O形圈11，当釜内出现压力时，外侧大线径O形圈11挤压外侧PTFE挡圈5，此时防流环向外侧扩张，消除了密封槽型件与釜体内壁之间的间隙，从而防止外侧大线径O形圈11及外侧PTFE挡圈5从间隙处逐步流失；内侧密封结构由集成了补偿式密封结构11的单侧凹状PTFE挡圈10和内侧大线径O形圈12组成，釜内出现压力时，内侧大线径O形圈12挤压单侧凹状PTFE挡圈10，此时安装在单侧凹状PTFE挡圈10侧面的补偿式密封结构沿径向向内收缩，从而补偿了间隙，防止密封结构从间隙处流失。

进一步的，密封槽型件1设计有拆卸用螺纹孔，布置在密封槽型件靠釜体外侧端面。

本发明的有益效果如下：本发明高温高压釜大间隙补偿式密封装置的主要技术难点在于：超高压高温、大间隙环境下，密封材料易从间隙处流失；密封面较粗糙，密封方式受限(如金属密封、锥形密封等结构均无法实现)；极限载荷时间长，对密封材料疲劳特性要求较高；微动环境+粗糙表面，容易拉伤、撕裂密封圈；能够同时满足以上试验条件的密封材料罕见。与现有技术相比，本发明高温高压釜大间隙补偿式密封装置适用于超高压高温、大间隙、微动、粗糙面等密封环境，解决了国内外在模拟石油套管深井环境试验领域的技术难题，具体而言，本发明产生了以下积极效果：研制出在超高压高温下具有高强度、可靠性高的改性PTFE及改性氟橡胶材料；适用于超高压高温、大间隙环境；适用于密封面为粗糙表面，且存在微动滑移的工况；具有被动补偿间隙功能，可靠性较高；密封材料较通用，且大部分结构可多次使用，试验成本低；结构简单，安装拆卸方便，提高了试验效率。

附图说明

图1为本发明高温高压釜大间隙补偿式密封装置的一种具体实施方式的结构示意图；

图2(a)、图2(b)、图2(c)、图2(d)分别为本发明中PTFE挡圈的托架、L型衬板、扇形块、销柱示意图；

图3为本发明中组装好的PTFE挡圈示意图；

图4为本发明一种具体实施方式的密封示意图；

其中，1-密封槽型件、2-外侧辅助PTFE挡圈、3-氟橡胶O形圈、4-防流圈、5-外侧PTFE挡圈、6-挡板、7-PTFE挡圈、8-试样、9-内侧挡圈金属垫块、10-单侧凹状PTFE挡圈、11-外侧大线径O形圈、12-内侧大线径O形圈、13-高温高压釜。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

本发明一种高温高压釜大间隙补偿式密封装置，包括密封槽型件1、挡板6、辅助O形密封组合、外侧主密封结构、内侧密封结构；其中，所述密封槽型件1起安装、固定密封圈作用，并设计有拆卸用螺纹孔；挡板6起限位及预紧作用；辅助O形密封组合由外侧辅助PTFE挡圈2和氟橡胶O形圈3组成，起辅助密封作用；外侧主密封结构包括外锥形铝质防流圈4、外侧PTFE挡圈5、外侧大线径O形圈11，当釜内出现压力时，外侧大线径O形圈11挤压外侧PTFE挡圈5，此时防流环向外侧扩张，消除了密封槽型件与釜体内壁之间的间隙，从而防止外侧大线径O形圈11及外侧PTFE挡圈5从间隙处逐步流失；内侧密封结构由集成了补偿式密封结构的单侧凹状PTFE挡圈7和内侧大线径O形圈12组成，釜内出现压力时，内侧大线径O形圈12挤压单侧凹状PTFE挡圈10，此时安装在单侧凹状PTFE挡圈10侧面的补偿式密封结构沿径向向内收缩，从而补偿了间隙，防止密封结构从间隙处流失。详细结构如图1所示。其中：

密封槽型件1：用于安装内外侧密封圈；

外侧辅助PTFE挡圈2：用于保护氟橡胶O形圈；

氟橡胶O形圈3：用于外侧辅助密封；

防流圈4：在高压力作用下外锥形铝质防流圈向外侧变形，减小密封间隙；

外侧PTFE挡圈5：与防流圈4成套使用，起辅助密封作用；

挡板6：起初始预紧及密封圈限位作用；

内侧PTFE挡圈7：阻止密封胶圈向内侧流失；

试样8：受密封件；

内侧挡圈金属垫块9：起辅助密封作用；

单侧凹状PTFE挡圈10：与内侧挡圈金属垫块9成套使用，起辅助密封作用；

外侧大线径O形圈11：起主要密封作用；

内侧大线径O形圈12：起主要密封作用；

高温高压釜13。

单侧凹状PTFE挡圈10为大间隙补偿式PTFE挡圈，是本发明的主要密封结构之一，它由托架、L型衬板、扇形块、销柱组成，结构依次见图2(a)、2(b)、2(c)、2(d)。扇形块受挤压后收缩，从而补偿间隙，L型衬板防止材料从相邻扇形块之间的间隙流失，销柱起扇形块固定作用。相邻扇形块之间间隙≥0.01NπD/n(D表示试验件直径，n为扇形块数量)。组装后结构如图3所示。

试验前，挡圈与试件(钢管)之间存在一定间隙；开始试验后，在釜内高压作用下，O形圈轴向挤压挡圈，挡圈沿径向向内挤压金属扇形块和L型板，补偿初始间隙。

在安装时，应进行大线径O形圈尺寸优化。在安装到位后，要求初始径向压缩量为3.5mm，轴向压缩量为0.8mm。

本发明详细结构如图4所示。图示a位置设计了一套外锥形防流圈，材料为航空铝合金；图示b位置设计有18°倒角，防止安装时密封圈受切破坏。内侧O形圈与压板之间设计单侧凹状PTFE挡圈，在试验件发生微动时防止O形圈被压板剪切。

本发明的具体实施过程如下：

(1)组装好单侧凹状PTFE挡圈、外侧PTFE挡圈。

(2)将辅助O形密封组合依次安装到密封槽型件外圆预留密封槽内。

(3)分别将两侧挡板装入高温高压釜内，再将试件安装到釜内。

(4)依照图1所示，将内侧PTFE挡圈、单侧凹状PTFE挡圈、内侧大线径O形圈、外侧挡圈、外侧大线径O形圈、外侧PTFE挡圈、外侧辅助密封结构依次装入密封槽型件。安装过程中涂抹耐真空高温润滑脂。

(5)通过工装，将组合完成的密封槽型件压入压力釜。

(6)安装高温高压釜其他组件。

(7)开始试验。

本发明高温高压釜大间隙补偿式密封装置结构简单，安装拆卸方便，可靠性较高，并具有耐疲劳载荷、适用于粗糙表面、微动环境密封等功能，有效解决了石油套管大间隙超高压高温密封难题。

Claims (3)

1.一种高温高压釜大间隙补偿式密封装置，其特征为：所述密封装置包括密封槽型件(1)、挡板(6)、辅助O形密封组合、外侧主密封结构、内侧密封结构；其中，所述密封槽型件(1)起安装、固定密封圈作用；挡板(6)起限位及预紧作用；辅助O形密封组合由外侧辅助PTFE挡圈(2)和氟橡胶O形圈(3)组成，起辅助密封作用；外侧主密封结构包括外锥形铝质防流圈(4)、外侧PTFE挡圈(5)、外侧大线径O形圈(11)，当釜内出现压力时，外侧大线径O形圈(11)挤压外侧PTFE挡圈(5)，此时防流环向外侧扩张，消除了密封槽型件与釜体内壁之间的间隙，从而防止外侧大线径O形圈(11)及外侧PTFE挡圈(5)从间隙处逐步流失；内侧密封结构由集成了补偿式密封结构的单侧凹状PTFE挡圈(10)和内侧大线径O形圈(12)组成，釜内出现压力时，内侧大线径O形圈(12)挤压单侧凹状PTFE挡圈(7)，此时安装在单侧凹状PTFE挡圈(10)侧面的补偿式密封结构沿径向向内收缩，从而补偿了间隙，防止密封结构从间隙处流失。

2.根据权利要求1所述的高温高压釜大间隙补偿式密封装置，其特征为：所述密封槽型件(1)设计有拆卸用螺纹孔，拆卸用螺纹孔布置在密封槽型件(1)靠釜体外侧端面。

3.根据权利要求1所述的高温高压釜大间隙补偿式密封装置，其特征为：所述单侧凹状PTFE挡圈(10)由托架、L型衬板、扇形块、销柱组成，扇形块受挤压后收缩，从而补偿间隙，L型衬板防止材料从相邻扇形块之间的间隙流失，销柱起扇形块固定作用。