CN110594413B - 一种压裂泵组合密封圈 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及密封圈技术领域，公开了一种压裂泵组合密封圈。压裂泵组合密封圈包括间隔布置的基体环和承压环，所述基体环和承压环之间布置有密封环，所述基体环、密封环和承压环同轴布置，所述承压环与密封环之间还布置有至少一个支撑环，所述支撑环与所述承压环同轴布置，所述支撑环的材料为工程塑料，定义该压裂泵组合密封圈靠近基体环的一侧为底侧、靠近承压环的一侧为顶侧，所述支撑环的顶部具有与所述承压环形状适配的第一曲面，支撑环的底部具有与所述密封环形状适配的第二曲面。在承压环与密封环之间布置有支撑环，可有效的避免密封圈在使用过程中承压环塌缩到密封环内，提高了密封圈的密封性能，从而减小了压裂泵的故障率。

Description

一种压裂泵组合密封圈
技术领域
本发明涉及密封圈技术领域，特别是涉及一种压裂泵组合密封圈。
背景技术
压裂泵是用来做油层压裂工艺的重要设备，它把高压大排量的压裂液挤入油层，当把油层压出许多裂缝后，加入支撑剂填充进裂缝，提高油层的渗透能力，以增加油气井产量。柱塞密封圈是压裂泵的关键零部件之一，也是主要的易损件，密封圈密封性能的好坏和使用寿命的长短直接影响压裂酸化作业的正常实施。压裂泵柱塞密封圈常常因磨损等原因而造成密封失效，产生泄漏，影响正常的压裂，酸化作业。
授权公告号为CN204061867U，授权公告日为2014.12.31的中国实用新型专利公开了一种高压压裂泵密封圈，该高压压裂泵密封圈包括若干同轴叠加设置的A环、B环和C环，A环设置于顶部，C环设置于底部，A环采用弹性材料制作而成，A环和C环间设置有若干层B环，各B环包括底部为弧状的环根部和在环根部上方彼此对称设置的B环唇口，对称布置的B环唇口之间设置有间隔槽。
上述的高压压裂泵密封圈通过在各B环底部设置弧状的环根部来增强B环的耐高压性能，减少密封圈使用过程中B环沿轴向的被压缩量，从而减少B环内侧与轴间的摩擦，增强密封圈的使用性能。但是上述的高压压裂泵密封圈在使用时，A环的变形量较大，磨损严重，同时A环受到挤压后容易被挤压到B环唇口之间的间隔槽内，降低密封性能，加大故障率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：现有的密封圈的A环受到挤压后容易被挤压到B环唇口之间的间隔槽内，导致密封圈的密封性能降低。
为了解决上述技术问题，本发明提供的一种压裂泵组合密封圈的技术方案为：
一种压裂泵组合密封圈，包括间隔布置的基体环和承压环，所述基体环和承压环之间布置有密封环，所述基体环、密封环和承压环同轴布置，所述承压环与密封环之间还布置有至少一个支撑环，所述支撑环与所述承压环同轴布置，所述支撑环的材料为工程塑料，定义该压裂泵组合密封圈靠近基体环的一侧为底侧、靠近承压环的一侧为顶侧，所述支撑环的顶部具有与所述承压环形状适配的第一曲面，支撑环的底部具有与所述密封环形状适配的第二曲面。
优选地，所述承压环的底面为中部高、两侧低的凸面，所述支撑环的第一曲面为两侧高中部低的凹面，支撑环的第二曲面与第一曲面平滑过渡。
优选地，所述承压环的内侧具有向内凸出的弧形凸面，所述弧形凸面形成承压环的动密封面。
优选地，所述承压环的底侧面为向底侧凸出的底凸面，所述弧形凸面与所述底凸面平滑过渡。
优选地，所述密封环的顶部设置有对称布置的密封唇，所述密封唇之间开设有间隔槽，所述支撑环的底部设置有用于插入所述间隔槽内的插块。
优选地，所述密封唇的顶面为沿远离所述间隔槽的方向向上倾斜的倾斜面。
优选地，所述密封环的底部设置有弧状的环根部，所述基体环的顶面为与所述环根部适配的适配曲面。
优选地，所述支撑环的材料为聚四氟乙烯材料。
优选地，所述承压环的材料为氢化丁腈橡胶。
优选地，所述基体环的材料为高强度工程塑料。
本发明实施例的一种压裂泵组合密封圈与现有技术相比，其有益效果在于：在承压环与密封环之间布置有支撑环，可有效的避免密封圈在使用过程中承压环塌缩到密封环内，提高了密封圈的密封性能，从而减小了压裂泵的故障率。
本发明实施例的一种压裂泵组合密封圈还具有的有益效果在于，支撑环为耐磨材料，可以增强密封圈的耐磨性，支撑环与承压环组合可以减小承压环的磨损；间隔槽利于受到压力时，唇口更加容易张开，补偿密封力，提高密封能力，插块插入密封环的间隔槽内，增大与密封环的接触面积，增大摩擦；弧形凸面使得承压环有了径向的过盈，使承压环在原始状态下就能产生密封应力，在保证密封应力的前提下减少了接触面积，平衡了密封应力和摩擦力；承压环采用氢化丁腈橡胶材料，氢化丁腈橡胶为弹性材料，承压环在不施加轴向预紧力的前提下就有合适的密封应力，保证在吸液行程中不吸入空气；弧状的环根部可增强密封环的耐高压性能，减少密封圈使用过程中密封环沿轴向的被压缩量，从而减少密封环内侧与轴间的摩擦，增强密封圈的使用性能。
附图说明
图1是本发明实施例的一种压裂泵组合密封圈的结构示意图。
图中，1、基体环；2、承压环；21、弧形凸面；3、密封环；31、密封唇；32、间隔槽；33、环根部；4、支撑环；41、插块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明的一种压裂泵组合密封圈的优选实施例，如图1所示，该压裂泵组合密封圈包括间隔布置的基体环1和承压环2，基体环1和承压环2之间布置有若干个密封环3，密封环3的数量可根据需要进行选择，集体环、密封环3和承压环2同轴叠加设置。定义该压裂泵组合密封圈靠近基体环1的一侧为底侧、靠近承压环2的一侧为顶侧，即承压环2布置在该压裂泵组合密封圈的顶部，基体环1布置在该压裂泵组合密封圈的底部，压裂泵组合密封圈的受压方向为自承压环2至基体环1方向。
基体环1的材料为高强度工程塑料，在本实施例中，基体环1的材料为聚醚醚酮材料(PEEK材料)，PEEK材料的抗压能力极强，尺寸稳定性更好，PEEK材料加工的基体环1的挤出间隙可控制在0.05mm～0.1mm，所以极大地提高密封系统的抗挤出能力，保证高压工况下的密封性能。
密封环3的顶部具有对称的密封唇31，密封环3于两个密封唇31之间开设有间隔槽32，密封唇31的顶面为沿远离间隔槽32的方向向上倾斜的倾斜面。在承压环2磨损严重时，间隔槽32利于受到压力时，唇口更加容易张开，补偿密封力，提高密封能力。密封环3的底部设置有弧状的环根部33，基体环1的顶面为与环根部33适配的适配曲面。弧状的环根部33可增强密封环3的耐高压性能，减少密封圈使用过程中密封环3沿轴向的被压缩量，从而减少密封环3内侧与压裂泵的活塞杆之间的摩擦。
承压环2的底面为中部高、两侧低的凸面。承压环2的内侧具有向内凸出的弧形凸面21，弧形凸面21形成承压环2的动密封面，承压环2的底侧面为向底侧凸出的底凸面，弧形凸面与底凸面平滑过渡。弧形凸面21使得承压环2有了径向的过盈，使承压环2在原始状态下就能产生密封应力，在保证密封应力的前提下减少了接触面积，平衡了密封应力和摩擦力。承压环2的材料为氢化丁腈橡胶(HNBR材料)，氢化丁腈橡胶为弹性材料，使承压环2在不施加轴向预紧力的前提下就有合适的密封应力，保证在吸液行程中不吸入空气。
承压环2与位于最顶部的密封环3之间还布置有一个支撑环4，支撑环4的顶部具有与承压环2形状适配的第一曲面，支撑环4的底部具有与密封环3形状适配的第二曲面，支撑环4的第一曲面为两侧高中部低的凹面，支撑环4的第二曲面与第一曲面平滑过渡。第一曲面、第二曲面可以增大支撑环4与承压环2、密封环3之间的接触面积。通过在承压环2与密封环3之间布置有支撑环4，有效的避免密封圈在使用过程中承压环2塌缩到密封环3内，提高了密封圈的密封性能，从而减小了压裂泵的故障率。在其他实施例中，支撑环4的数量可以为两个、三个等。
支撑环4的底部具有凸出的插块41，插块41可以插入最顶侧的密封环3上的间隔槽32内，增大与密封环3的接触面积，增大摩擦与密封性。支撑环4的材料为工程塑料，在实施例中，支撑环4的材料为聚四氟乙烯材料(PTFE材料)，PTFE材料比弹性材料强度高，能够有效对承压环2提供支撑，而且PTFE材料比弹性材料更加耐磨，还有自润滑性能，当承压环2压缩变形量大后，支撑环4与压裂泵的活塞杆接触，PTFE的摩擦系数为0.2772，可最大程度地降低摩擦力，防止密封系统升温过快，并且可以极大地提高承压环2的耐磨性，从而极大地延长系统密封的使用寿命。
综上，本发明实施例提供一种压裂泵组合密封圈，其通过在承压环与密封环之间布置有支撑环，可有效的避免密封圈在使用过程中承压环塌缩到密封环内，提高了密封圈的密封性能，从而减小了压裂泵的故障率。
以上说明中，上、下、左、右、顶部、底部等方位和顺序的文字描述，只是为了便于说明的更清楚形象，并不代表仅限于此的方位安装，也不代表先后顺序的重要性，更不能限制本发明只有这一种安装排列方式。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种压裂泵组合密封圈，包括间隔布置的基体环和承压环，所述基体环和承压环之间布置有密封环，所述基体环、密封环和承压环同轴布置，其特征在于，所述承压环与密封环之间还布置有至少一个支撑环，所述支撑环与所述承压环同轴布置，所述支撑环的材料为工程塑料，定义该压裂泵组合密封圈靠近基体环的一侧为底侧、靠近承压环的一侧为顶侧，所述支撑环的顶部具有与所述承压环形状适配的第一曲面，支撑环的底部具有与所述密封环形状适配的第二曲面，所述密封环的顶部设置有对称布置的密封唇，所述密封唇之间开设有间隔槽，所述支撑环的底部设置有用于插入所述间隔槽内的插块。
2.根据权利要求1所述的压裂泵组合密封圈，其特征在于，所述承压环的底面为中部高、两侧低的凸面，所述支撑环的第一曲面为两侧高中部低的凹面，支撑环的第二曲面与第一曲面平滑过渡。
3.根据权利要求1或2所述的压裂泵组合密封圈，其特征在于，所述承压环的内侧具有向内凸出的弧形凸面，所述弧形凸面形成承压环的动密封面。
4.根据权利要求3所述的压裂泵组合密封圈，其特征在于，所述承压环的底侧面为向底侧凸出的底凸面，所述弧形凸面与所述底凸面平滑过渡。
5.根据权利要求1或2所述的压裂泵组合密封圈，其特征在于，所述密封唇的顶面为沿远离所述间隔槽的方向向上倾斜的倾斜面。
6.根据权利要求1或2所述的压裂泵组合密封圈，其特征在于，所述密封环的底部设置有弧状的环根部，所述基体环的顶面为与所述环根部适配的适配曲面。
7.根据权利要求1或2所述的压裂泵组合密封圈，其特征在于，所述支撑环的材料为聚四氟乙烯材料。
8.根据权利要求1或2所述的压裂泵组合密封圈，其特征在于，所述承压环的材料为氢化丁腈橡胶。
9.根据权利要求1或2所述的压裂泵组合密封圈，其特征在于，所述基体环的材料为高强度工程塑料。
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