CN108050331A - 一种碳纤维复合材料增强超高压活动弯头 - Google Patents

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谢永金
胡业发
池胜高
游艇
张锦光
徐国涛
肖勇
蒋洪亮
杨勇
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SJ Petroleum Machinery Co
Sinopec Siji Petroleum Machinery Co Ltd
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Sinopec Siji Petroleum Machinery Co Ltd
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    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L37/00—Couplings of the quick-acting type
    • F16L37/22—Couplings of the quick-acting type in which the connection is maintained by means of balls, rollers or helical springs under radial pressure between the parts
    • F16L37/23—Couplings of the quick-acting type in which the connection is maintained by means of balls, rollers or helical springs under radial pressure between the parts by means of balls

Abstract

本发明提供了一种碳纤维复合材料超高压活动弯头。所述活动弯头在AD弯头的端部装有密封圈，AD弯头与AB弯头相连接，连接处的上钢珠槽和内珠道中装有钢珠，AD弯头与AB弯头的连接处装有盘根，BC直头的端部装有挡圈和翼形螺母，BC直头与AB弯头相连接，连接处的下钢珠槽10和内珠道中装有钢珠，AD弯头、AB弯头、BC直头的外部均覆盖有碳纤维复合材料。本发明中AD弯头、AB弯头和BC直头外表面覆盖有碳纤维材料，碳纤维材料具有超高的抗拉强度，有效提高弯头和直接头本体的强度，组成的活动弯头可以承受140MPa及以上超高压力流体。

Description

一种碳纤维复合材料增强超高压活动弯头
技术领域
本发明涉及到石油、天然气钻采机械设备领域，特别涉及到一种碳纤维复合材料增强超高压活动弯头。
背景技术
大排量分段压裂作业是非常规页岩油气开发中常用的工艺技术，压裂作业中需要使用大量的活动弯头将压裂车与高压管汇和井口连接起来，用于输送高压力的压裂液，由于非常规页岩油气压裂具有压力高、排量大、震动剧烈、连续作业时间长、工况恶劣的特点，普通活动弯头在使用过程中长期承受超高压夹砂、含盐酸流动介质冲刷作用，其内壁容易冲蚀，造成壁厚减薄，降低了弯头使用寿命，特别是存在由于高压作用和内壁减薄引起弯头爆裂的安全隐患。另外，普通活动弯头整体壁厚较大，重量较大，造成安装和移运不方便。为解决以上问题，采用新型碳纤维复合材料覆层弯头，直接头等部件，组合而成活动弯头。碳纤维复合材料已广泛应用于航空航天、风力发电、船舶推进、汽车零部件等各个领域。具有质量轻，抗拉强度高，比强度比钢大16倍，热膨胀系数小，耐疲劳，耐腐蚀好等优点，碳纤维复合材料覆层弯头，能够减轻弯头重量；有效提高活动弯头的本体强度，能够延长弯头使用寿命；由于外层纤维的束缚作用，也消除了弯头爆裂碎片飞出的安全隐患。
为便于表达，采用石油行业内通用叫法，将活动弯头的关键部件称为AD弯头、AB弯头和BC直头，其中：A表示外球道，B表示内球道，C表示公由壬（球面端），D表示母由壬（外梯形螺纹端），例：AD弯头表示由外球道和母由壬组成的弯头。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳纤维复合材料增强超高压活动弯头。
本发明的设计思想是提出一种碳纤维复合材料覆层处理过的弯头、直接头等部件，组合而成活动弯头，经特殊处理的碳纤维覆层能有效提高弯头和直接头的本体强度，该活动弯头内部能够承受140MPa及以上的超高压流体。解决了弯头笨重，安装和移运不方便，弯头使用寿命不长，弯头爆裂碎片飞出造成安全隐患等问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种碳纤维复合材料超高压活动弯头，包括：密封圈、AD弯头、钢珠、盘根、AB弯头、BC直头、挡圈、翼形螺母和碳纤维复合材料，所述活动弯头在AD弯头的端部装有密封圈，AD弯头的另一端与AB弯头相连接，连接处的上钢珠槽和内珠道中装有钢珠 ，AD弯头与AB弯头的连接处装有盘根，BC直头的端部装有挡圈和翼形螺母，BC直头的另一端与AB弯头相连接，连接处的下钢珠槽10和内珠道中装有钢珠。
所述的弯头中的AD弯头、AB弯头、BC直头的外部均覆盖有碳纤维复合材料。
所述的AD弯头其上一端开有上钢珠槽。
所述的AB弯头其一端内开有内珠道，另一端开有下钢珠槽。
所述的BC直头其一端内开有内珠道，另一端有挡块。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明中AD弯头、AB弯头和BC直头之间采用活动节连接，活动节可以旋转，在安装使用时，具有良好的可操作性；
2、本发明中AD弯头、AB弯头和BC直头外表面覆盖有碳纤维材料，碳纤维材料具有超高的抗拉强度，有效提高弯头和直接头本体的强度，组成的活动弯头可以承受140MPa及以上超高压力流体；
3、本发明中AD弯头、AB弯头和BC直头外表面覆盖有碳纤维材料，碳纤维材料具有超高的抗拉强度，在弯头和直接头金属本体被冲蚀，强度降低后，碳纤维材料可以仍可以保证本体不破裂，提高活动弯头的使用安全性；
4、本发明在AD弯头、AB弯头和BC直头中，采用了钢珠和钢珠道相结合的方式，大大增加了弯头的灵活性。
附图说明
图1 、碳纤维复合材料增强超高压活动弯头结构示意图；
图2 、AD弯头的剖面视图；
图3 、AB弯头的剖面视图；
图4 、BC直头的剖面视图。
图中各部件的标记如下，其中：1、密封圈，2、AD弯头，3、钢球，4、盘根，5、AB弯头，6、BC直头，7、挡圈，8、翼形螺母，9、上钢珠道，10、下钢珠道，11、碳纤维复合材料，12、内珠道，13、挡块。
具体实施方式
下面结合附图进一步对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。
参见附图1-4
1、弯头加工：首先AD弯头2、AB弯头5和BC直头6分别按金属基本的外形进行加工成形，包括各弯头两端的由壬接头，AD弯头2、AB弯头5上的上钢珠槽9和下钢珠槽10，AB弯头5和BC直头6的内珠道12，以及BC直头6端部的挡块。然后按照设定的工艺，将碳纤维复合材料11分别镶嵌在AD弯头2、AB弯头5和BC直头6的外表面，裹覆的层数和工艺需特设设计，其设计原则为根据所需增强的效果和产品结构来确定，碳纤维复合材料11的外层涂覆上耐磨涂料即可。
2、超高压活动弯头的组装：将加工和裹覆完成的AD弯头2、AB弯头5和BC直头6进行组装，首先将AD弯头2、AB弯头5之间装入钢珠3和盘根4，钢珠3装入AD弯头2和AB弯头5上的上钢珠槽9和内珠道12中，使钢珠3和盘根4组成活动节，钢珠3的数量以每个内珠道12装满为止。AD弯头2的由壬接头端装入密封圈1。在AB弯头5和BC直头6之间同样装入钢珠3和盘根4组成的活动节，其技术要求与AD弯头2、AB弯头5组装一致，BC直头6的由壬接头端的挡块13处，分别装入挡圈7和翼形螺母8，到此超高压活动弯头组装完成，即可使用。
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书（包括权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
以上所述仅是本发明的非限定实施方式，还可以衍生出大量的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思和不作出创造性劳动的前提下，还可以做出若干变形和改进的实施例，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种碳纤维复合材料超高压活动弯头，包括：密封圈（1）、AD弯头（2）、钢珠（3）、盘根（4）、AB弯头（5）、BC直头（6）、挡圈（7）、翼形螺母（8）和碳纤维复合材料（11），其特征在于：所述活动弯头在AD弯头（2）的端部装有密封圈（1），AD弯头（2）的另一端与AB弯头（5）相连接，连接处的上钢珠槽（9）和内珠道（12）中装有钢珠（3），AD弯头（2）与AB弯头（5）的连接处装有盘根（4），BC直头（6）的端部装有挡圈（7）和翼形螺母（8），BC直头（6）的另一端与AB弯头（5）相连接，连接处的下钢珠槽（10）和内珠道（12）中装有钢珠（3）。
2.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料超高压活动弯头，其特征在于：所述的弯头中的AD弯头（2）、AB弯头（5）、BC直头（6）的外部均覆盖有碳纤维复合材料11。
3.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料超高压活动弯头，其特征在于：所述的AD弯头（2）其上一端开有上钢珠槽（9）。
4.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料超高压活动弯头，其特征在于：所述的AB弯头（5）其一端内开有内珠道（12），另一端开有下钢珠槽（10）。
5.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料超高压活动弯头，其特征在于：所述的BC直头（6）其一端内开有内珠道（12），另一端有挡块（13）。
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