CN109249344A - 用于密封圈的安装方法和安装工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于密封圈的安装方法和安装工具。在该安装方法中，密封圈包括弹性圈和套设在所述弹性圈外的非弹性圈，所述安装方法包括以下步骤：将所述弹性圈安装到构造于目标套筒的外表面上的环形凹槽内；使所述目标套筒与辅助安装件的连接端相连，所述辅助安装件的连接端的外径与所述目标套筒的外径相匹配，所述辅助安装件的外径从所述连接端沿背向所述目标套筒的方向到自由端逐渐减小；以及将所述非弹性圈套在所述辅助安装件的自由端外，沿纵向方向推动所述非弹性圈直到所述非弹性圈移动到所述目标套筒处并套设到所述弹性圈外为止。通过上述安装方法能在避免密封圈受损的情况下安装密封圈。

Description

用于密封圈的安装方法和安装工具

技术领域

本发明涉及石油工业井下工具技术领域，特别是涉及一种用于密封圈的安装方法和安装工具。

背景技术

在石油工业井下作业过程中，通常需要在工具的部件(尤其是套筒)之间设置密封圈，以进行密封。目前存在一种密封效果比较好的密封圈，即格莱圈。格莱圈通常包括带有一定弹性的橡胶圈和套设在该橡胶圈外的聚四氟乙烯圈。

然而，聚四氟乙烯圈本身的弹性较小，或者说基本上没有弹性。在现有技术中，将格莱圈安装在套筒上的方式较为粗暴，通常是借由螺丝刀等硬物将格莱圈生硬而使劲地挤到套筒的相应位置处。在安装过程中，格莱圈、尤其是聚四氟乙烯圈非常容易被划伤、破损，或者由于操作人员用力过大而发生非预期的变形。在这种情况下，安装后的格莱圈也难以起到很好的密封效果。

因此，需要一种能避免损伤密封圈的安装方法和安装工具。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种能避免损伤格密封的安装方法。本发明还提出了一种能用于进行上述安装方法的安装工具。

根据本发明的第一方面，提出了一种用于密封圈的安装方法，所述密封圈包括弹性圈和套设在所述弹性圈外的非弹性圈，所述安装方法包括以下步骤：将所述弹性圈安装到构造于目标套筒的外表面上的环形凹槽内；使所述目标套筒与辅助安装件的连接端相连，所述辅助安装件的连接端的外径与所述目标套筒的外径相匹配，所述辅助安装件的外径从所述连接端沿背向所述目标套筒的方向到自由端逐渐减小；以及将所述非弹性圈套在所述辅助安装件的自由端外，沿纵向方向推动所述非弹性圈直到所述非弹性圈移动到所述目标套筒处并套设到所述弹性圈外为止。

通过上述方法能够以较为缓和的方式将非弹性圈套设到已经安装在环形凹槽内的弹性圈外侧，由此能避免非弹性圈受损，并因而能确保密封圈具有较好的密封性能。

在一个实施例中，在将所述非弹性圈套设到所述辅助安装件的自由端外之前，对所述非弹性圈进行加热。

在一个实施例中，在将所述非弹性圈套设到所述辅助安装件的自由端外之前，对所述辅助安装件和所述目标套筒进行加热。

在一个实施例中，对所述非弹性圈加热的温度低于对所述辅助安装件和所述目标套筒加热的温度。

在一个实施例中，在所述辅助安装件的连接端处构造有沿所述辅助安装件的轴线方向延伸的安装齿，在所述目标套筒的端部处构造有与所述安装齿相匹配的安装槽，通过使所述安装齿插入到所述安装槽内而使所述目标套筒与所述辅助安装件的连接端相连。

在一个实施例中，所述安装方法还包括以下步骤：在将所述非弹性圈套设到所述弹性圈外侧之后，在所述目标套筒外套设固定套，所述密封圈被夹持在所述固定套和所述目标套筒之间。

在一个实施例中，所述固定套的一端构造有锥形段，所述锥形段的内径从所述固定套的一端开始沿轴向方向逐渐减小，所述固定套通过所述固定套的一端朝向所述目标套筒的方式沿轴向方向移动套设到所述目标套筒外，以使所述锥形段的内壁与所述非弹性圈相抵。

在一个实施例中，在将所述非弹性圈套设到所述弹性圈外之后并在所述目标套筒外套设固定套之前，对所述非弹性圈进行加热。

在一个实施例中，所述安装方法还包括以下步骤：在所述目标套筒外套设固定套之后，对所述非弹性圈进行加热；在加热之后，对所述目标套筒和所述固定套进行冷却；以及在冷却之后，将所述固定套从所述目标套筒上拆卸下来。

根据本发明的另一方面，提出了一种能用于执行上述安装方法的安装工具，所述安装工具包括辅助安装件，所述辅助安装件的连接端能与所述目标套筒相连，所述连接端的外径与所述目标套筒的外径相匹配，所述辅助安装件的外径沿轴向方向从所述连接端到自由端逐渐减小。

在一个实施例中，所述安装工具还包括固定套，所述固定套的一端构造有锥形段，所述锥形段的内径从所述固定套的一端开始沿轴向方向逐渐减小，所述锥形段的最小内径与所述非弹性圈相匹配。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过上述方法能够以较为缓和的方式将非弹性圈套设到已经安装早环形凹槽内的弹性圈外侧，由此能避免非弹性圈受损，并因而能确保密封圈具有较好的密封性能。

附图说明

在下文中参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1显示了根据本发明的目标套筒的一个实施例的示意图；

图2显示了根据本发明的安装工具中的辅助安装件的一个实施例的示意图；

图3显示了根据本发明的安装工具中的固定套的一个实施例的示意图；

图4到图10显示了根据本发明的安装方法的一个实施例的示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1显示了根据本发明的目标套筒10的一个实施例。其中，目标套筒10可以是欲被用于井内的工具的一个需要与其他部件密封配合的部件。为了进行密封配合而需要在该目标套筒10的外表面上设置密封圈。而为了设置密封圈，在该目标套筒10的外表面的相应位置处构造用于容纳密封圈的环形凹槽11。该环形凹槽11通常比较靠近目标套筒10的一个端部12。

图2显示了根据本发明的安装工具中的辅助安装件20的一个实施例。辅助安装件20构造成能与目标套筒10对接的筒状结构，其中该辅助安装件20构造有用于与目标套筒10的端部12对接的连接端21，以及从该连接端21背向目标套筒10延伸的自由端22。辅助安装件20的外径沿从自由端22到连接端21的方向逐渐增大，连接端21的外径与目标套筒10的外径相匹配。这里的“连接端21的外径与目标套筒10的外径相匹配”应理解为连接端21的外径与目标套筒10的外径基本上相等，或连接端21的外径略大于目标套筒10的外径，例如可比目标套筒10的外径大0至2mm，优选地大0.5mm至1.5mm，更优选地大0.8mm至1.2mm。这里应当理解的是，在目标套筒10的外径不一致的情况下，连接端21的外径应与从端部12到环形凹槽11之间的最大外径相匹配。另外，如果辅助安装件20的连接端21的外径比目标套筒10的端部12处的外径略大，那么为了防止非弹性圈42在从连接端21移动到端部12处时受损，可在辅助安装件20的连接端21的边缘处设置圆角或倒角，实现辅助安装件20的连接端21的边缘处外径到目标套筒10的端部12外径的过渡。该圆角的半径优选为辅助安装件20的连接端21的边缘处外径与目标套筒10的端部12外径之差的一半。

另外，从连接端21到自由端22的辅助安装件20的外径的变化率可以是变化的，但优选为不变的。例如，辅助安装件20的外表面的母线相对于其纵向轴线的倾斜角度例如可以在3°至10°之间，优选地在4°至8°之间，更优选地在5°至7°之间。

连接端21与端部12之间可通过任何适当的方式和结构进行连接。优选地，如图1所示，在端部12上构造有从目标套筒10的外表面处径向向内延伸的安装槽13，同时如图2所示，在连接端21上构造有与安装槽13相匹配的安装齿23。通过将安装齿23插入到相对应的安装槽13内来实现连接端21与端部12的对接。这里的安装槽13可以是为了将连接端21与端部12连接在一起而特意设置的结构，也可以是为了与其他结构配合或为了进行其他工作而设置但也可用于与安装齿23相配合的结构。

优选地，安装槽13在目标套筒10的周向方向上延伸，但延伸角度不为360°。优选地，该延伸角度不超过180°。优选地，该延伸角度在70°至110°之间，更优选地在80°至100°之间，最优选地在85°至95°之间。安装齿23也具有相对应的特征，以与安装槽13相匹配。这种安装槽13的结构有利于避免安装在一起的辅助安装件20和目标套筒10相对于彼此旋转。

优选地，在目标套筒10的周向方向上布置有多个安装槽13，例如可布置有2个、3个、4个或更多安装槽13。在辅助安装件20的连接端21上构造有数量相对应的安装齿23。这些安装槽13和安装齿23都是均匀排布的。

例如，可在周向上均匀分布两个安装槽，每个安装槽的延伸角度均为90°。相应地，安装齿也是两个，各个安装齿的延伸角度也是90°。再例如，各个安装槽的延伸角度也可为80°；为了便于配合，相应的安装齿的延伸角度为80°，或优选为79°。再例如，各个安装槽的延伸角度也可以为100°；为了便于配合，相应的安装齿的延伸角度为100°，或优选为79°。

安装槽13可以是沿径向方向贯穿目标套筒10的侧壁的通槽，但优选为沿径向方向不贯穿目标套筒10的侧壁的盲槽。在后一种情况下，安装槽13的底壁(即，在径向方向上最外侧的壁)的外径比安装齿23的内径小1-2mm。另外，安装槽13也可与安装齿23过盈配合。

应当理解的是，辅助安装件20可包括外径变化的变径段和外径不变的恒径段，其中在变径段处，辅助安装件20的外径沿从自由端22到连接端21的方向逐渐增大。例如，连接端21可处于恒径段中。另外，恒径段和变径段可交替设置。

图3显示了根据本发明的安装工具中的固定套30的一个实施例。固定套30构造成圆筒状的，其能套设在目标套筒10的外侧。固定套30的内径沿其轴线方向单调递增或递减。例如，如图3所示，固定套30包括锥形段31，锥形段31的内表面为圆锥形表面，其内径沿轴线方向逐渐增大或逐渐减小。另外，固定套30也可包括直段，直段的内径不变。直段和锥形段31相连，并优选地可交替设置。

在一个优选的实施例中，锥形段31的最小内径比目标套筒的外径大1mm至3mm，更优选地大1mm至2mm，最优选地大1mm。根据需要，也可考虑实际的密封圈与目标套筒10和将来配合的另一部件的密封配合要求来选择锥形段31的最小内径。例如，可根据将来与目标套筒配合的另一部件的内径值来选择锥形段31的最小内径。

另外，锥形段31的内表面的母线相对于锥形段31的纵向轴线的倾斜角度例如可以在3°至10°之间，更优选地在4°至8°之间，最优选地在5°至7°之间。

将要套设在目标套筒10上的密封圈包括内圈和套设在内圈外的外圈，其中内圈可以是弹性圈，而外圈为非弹性圈。应理解的是，这里的“非弹性圈”也可以是具有弹性但弹性非常小的部件。这里的弹性非常小应被理解为该弹性不足以使该非弹性圈容易地扩张到能套设在目标套筒10上，而不使该非弹性圈受到不可逆的变形或损坏。

优选地，该非弹性圈具有在一定温度下具有较高的变形能力的特性。优选地，弹性圈可由橡胶制成，而非弹性圈可由聚四氟乙烯制成。该密封圈例如可以是格莱圈。

下面将参照图4至图10对将上述密封圈设置到目标套筒10的安装方法进行详细说明。

首先，如图4所示，将弹性圈41套设到目标套筒10的环形凹槽11内。由于弹性圈41本身是具有弹性的，因此可以在不损坏弹性圈41和目标套筒10的情况下，通过使弹性圈41在径向方向上弹性扩张而将弹性圈41套设在目标套筒10外，并通过弹性圈41的弹性收缩而使弹性圈41嵌入到环形凹槽11内。

然后，如图5所示，将辅助安装件20与目标套筒10对接，其中安装齿23插入到相应的安装槽13内。

在将弹性圈41设置到环形凹槽11内之后再使辅助安装件20和目标套筒10进行对接有利于缩短弹性圈41的安装时间，提高安装效率。然而应当理解的是，根据需要，也可以先将辅助安装件20与目标套筒10对接，然后再将弹性圈41设置到环形凹槽11内。

在将辅助安装件20与目标套筒10对接之后，如图6所示，沿从自由端22到连接端21的方向将非弹性圈42套设到辅助安装件20上，并沿该方向推动非弹性圈42直到非弹性圈42移动到目标套筒10外并进入到环形凹槽11内套设到弹性圈41外为止(如图7所示)。

首先应当理解的是，为了进行密封，非弹性圈的内径通常小于目标套筒10的外径。由于辅助安装件20的外径沿从自由端22到连接端21的方向逐渐增大，所以在非弹性圈在沿从辅助安装件20到自由端22的方向移动的过程中，可以将非弹性圈42逐渐变形，其内径逐渐增大。在这种逐渐变形的过程中，非弹性圈42的结构完整性能够尽可能大的得到保障。例如，可通过木制工具来推动非弹性圈42，或轻敲非弹性圈42以促使其移动。

在一个优选的实施例中，在将非弹性圈42套设到辅助安装件20的自由端22上之前，对非弹性圈42进行加热。例如，可将非弹性圈42加热到60℃至100℃，优选地加热到70℃至90℃，更优选地加热到75℃至85℃。在非弹性圈42由聚四氟乙烯材料或类似的其他材料制成的情况下，通过加热非弹性圈42能使其更容易变形，由此能够更有效地避免非弹性圈42的损坏。

另外，还可在在将非弹性圈42套设到辅助安装件20的自由端22上之前，对辅助安装件20和/或目标套筒10进行加热。加热后的辅助安装件20和/或目标套筒10能给之后套设在其上的非弹性圈42提供较为适宜的温度环境，以将非弹性圈42的温度保持在适于变形的范围内。应当理解的是，辅助安装件20和/或目标套筒10被加热到的温度可低于、等于或高于上述非弹性圈42被加热到的温度。优选地，它们被加热到略高于非弹性圈42倍加热到的温度，例如高出5℃至15℃，优选地高出8℃至12℃，更优选地高出10℃。

作为备选或附加，也可在非弹性圈42套设在辅助安装件20和/或目标套筒10上时，对它们一起进行加热。

在非弹性圈42套设到环形凹槽11内的弹性圈41外之后，将辅助安装件20从目标套筒10上拆卸下来。在此之后，如图8所示，将固定套30套设到目标套筒10上，以将变形后的非弹性圈42夹在固定套30与目标套筒10之间。特别地，固定套30从其内径最大的一端(例如图8中锥形段31的内径最大的一端)处开始套设到目标套筒10上。该套设过程直到非弹性圈42能将非弹性圈42压入到环形凹槽11内与弹性圈41紧密配合为止，由此来使非弹性圈42的形状恢复。例如，如图9所示，固定套30可以其内径最小的部分与非弹性圈42接触配合。

在套设固定套30之前或在套设固定套30的过程中，优选地对非弹性圈42进行加热。可同时对目标套筒10和/或固定套30进行加热。所加热的温度可以与上文中的温度相同。通过加热，能够避免非弹性套42在套设固定套30的过程中受到过大的磨损。

另外，在将固定套30套设到目标套筒10上以与其一起夹持非弹性圈42之后，还可对非弹性圈42进行加热。另外，作为备选，此时也可对目标套筒10和/或固定套30进行加热。所加热的温度可以与上文中的温度相同。

在固定套30已经套设在目标套筒10和非弹性圈42外之后，对套设在一起的非弹性圈42、固定套30和/或目标套筒10同时进行加热。所加热的温度可以与上文中的温度相同。通过加热能够促进非弹性圈42被压缩变形至与环形凹槽11和弹性圈41紧密配合。特别地，可将非弹性圈42保持在该温度环境下一段时间，该段时间例如为20min至60min，优选地为30min至50min，更优选地为40分钟。

在一个优选的实施例中，在上述过程之后，对非弹性圈42(以及目标套筒10和固定套30)进行冷却。它们例如可被冷却至10℃至30℃，优选地被冷却至15℃至25℃，更优选地被冷却至20℃。冷却时间例如可以为1个小时。被冷却后的非弹性圈42相对不易发生变形。此时，将固定套30从目标套筒10上拆卸下来不会对非弹性圈42的形状造成影响。

图10显示了将固定套30从目标套筒10上拆卸下来后的目标套筒10的结构。包含弹性圈41和非弹性圈42的密封圈已经安装到目标套筒10的环形凹槽11内了。通过上述方法安装的密封圈的结构完整，且不会在安装过程中受损。因此，该密封圈能够起到非常好的密封效果。

应当理解的是，在上述方法中，加热过程可通过将部件放置在热风环境中来实现，或通过热水浴的方式来实现，也可通过其他适当的方式来实现。

另外，在上述方法中，冷却过程可通过将部件防止在具有目标温度的环境中自然冷却来实现，也可通过其他适当的方式来实现。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (11)

1.一种用于密封圈的安装方法，所述密封圈包括弹性圈和套设在所述弹性圈外的非弹性圈，所述安装方法包括以下步骤：

将所述弹性圈安装到构造于目标套筒的外表面上的环形凹槽内；

使所述目标套筒与辅助安装件的连接端相连，所述辅助安装件的连接端的外径与所述目标套筒的外径相匹配，所述辅助安装件的外径从所述连接端沿背向所述目标套筒的方向到自由端逐渐减小；以及

将所述非弹性圈套在所述辅助安装件的自由端外，沿纵向方向推动所述非弹性圈直到所述非弹性圈移动到所述目标套筒处并套设到位于所述环形凹槽内的所述弹性圈外侧为止。

2.根据权利要求1所述的安装方法，其特征在于，在将所述非弹性圈套设到所述辅助安装件的自由端外之前，对所述非弹性圈进行加热。

3.根据权利要求2所述的安装方法，其特征在于，在将所述非弹性圈套设到所述辅助安装件的自由端外之前，对所述辅助安装件和所述目标套筒进行加热。

4.根据权利要求3所述的安装方法，其特征在于，对所述非弹性圈加热的温度低于对所述辅助安装件和所述目标套筒加热的温度。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的安装方法，其特征在于，在所述辅助安装件的连接端处构造有沿所述辅助安装件的轴线方向延伸的安装齿，在所述目标套筒的端部处构造有与所述安装齿相匹配的安装槽，

通过使所述安装齿插入到所述安装槽内而使所述目标套筒与所述辅助安装件的连接端相连。

6.根据权利要求1到5中任一项所述的安装方法，其特征在于，所述安装方法还包括以下步骤：

在将所述非弹性圈套设到所述弹性圈外侧之后，在所述目标套筒外套设固定套，所述密封圈被夹持在所述固定套和所述目标套筒之间。

7.根据权利要求6所述的安装方法，其特征在于，所述固定套的一端构造有锥形段，所述锥形段的内径从所述固定套的一端开始沿轴向方向逐渐减小，

所述固定套通过所述固定套的一端朝向所述目标套筒的方式沿轴向方向移动套设到所述目标套筒外，以使所述锥形段的内壁与所述非弹性圈相抵。

8.根据权利要求6或7所述的安装方法，其特征在于，在将所述非弹性圈套设到所述弹性圈外之后并在所述目标套筒外套设固定套之前，对所述非弹性圈进行加热。

9.根据权利要求6到8中任一项所述的安装方法，其特征在于，所述安装方法还包括以下步骤：

在所述目标套筒外套设固定套之后，对所述非弹性圈进行加热；

在加热之后，对所述非弹性圈进行冷却；以及

在冷却之后，将所述固定套从所述目标套筒上拆卸下来。

10.一种能用于执行根据权利要求1到9中任一项所述的安装方法的安装工具，所述安装工具包括辅助安装件，所述辅助安装件的连接端能与所述目标套筒相连，所述连接端的外径与所述目标套筒的外径相匹配，所述辅助安装件的外径沿轴向方向从所述连接端到自由端逐渐减小。

11.根据权利要求10所述的安装工具，其特征在于，所述安装工具还包括固定套，所述固定套的一端构造有锥形段，所述锥形段的内径从所述固定套的一端开始沿轴向方向逐渐减小，所述锥形段的最小内径与所述非弹性圈相匹配。