CN117515294A - 可旋转接头 - Google Patents

Abstract

本发明旨在提供一种能够改善密封性能的可旋转接头，其包括：第一连接管；第二连接管，其套接于第一连接管内，且在内腔的径向方向上以滚动机构作为接触介质与第一连接管连接；滚动机构，其包括用于容纳滚珠的滚道，且使得第二连接管和第一连接管能够相对于彼此绕中心轴线做360度自由旋转；滚珠安装孔，其在内腔的径向方向上穿透第一连接管的管壁而到达滚道；以及密封机构，其包括用于密封滚珠安装孔的第一密封装置。这里，第一密封装置能够可拆卸地完全装入到滚珠安装孔内，并且第一密封装置包含直径不同和/或材料不同的至少两个部分。根据本发明，能够将第一密封装置方便地装入和拆卸，并且能够改善第一密封装置对滚珠安装孔的密封性能。

Description

可旋转接头

技术领域

本发明涉及可旋转接头，主要应用于油气田相关施工作业中。

背景技术

活动弯头用于压裂、固井等石油、天然气开采相关的施工作业中，用于连接不同空间位置的输流管线，以便改变流体的流动方向。在输送高压流体，特别是含有固相颗粒的流体的过程中，活动弯头既需要承受高压力，同时又需要承受高速流体的冲刷。因此，管体之间的连接部位处的结构强度、密封性能、抗冲刷能力、滚道的受力集中程度、以及渗漏检测能力等都是现有技术面临的关键技术点。

发明内容

[要解决的技术问题]

本发明的主要目的是提供一种可旋转接头，其中作为第一密封装置的孔用塞子能够方便地装入和拆卸并且具有对滚珠安装孔的密封性能。本发明还想要提供一种可旋转接头，其中作为第二密封装置的防挤出盘根具有防挤出功能且能够更可靠地将两个连接管的轴向相互抵接部位相对于内腔密封。本发明还想要提供一种可旋转接头，其中作为第三密封装置的O形圈能够封闭滚道两侧，并且与上述第一、第二密封装置组合使用，从而防止内腔中的流体泄漏，防止滚道内部的润滑油脂流失，同时还防止外部杂质侵入滚道内部。本发明还想要提供一种可旋转接头，其中通过将不同位置处的滚道设计成阶梯状来延长管壁的耐冲蚀寿命并且避免滚道的受力集中。本发明还想要提供一种可旋转接头，其中通过将多个滚珠安装孔交错分布来提高管体的结构强度。

[解决技术问题的技术方案]

本发明的主要目的是通过如下的一种可旋转接头来实现的，该可旋转接头包括：第一连接管；第二连接管，其套接于所述第一连接管内，且在内腔的径向方向上以滚动机构作为接触介质与所述第一连接管连接；所述滚动机构，其包括用于容纳滚珠的滚道，所述滚动机构使得所述第二连接管和所述第一连接管能够相对于彼此绕中心轴线做360度自由旋转；滚珠安装孔，其在所述内腔的径向方向上穿透所述第一连接管的管壁而到达所述滚道；以及密封机构，其包括用于密封所述滚珠安装孔的第一密封装置。这里，所述第一密封装置能够可拆卸地完全装入到所述滚珠安装孔内，并且所述第一密封装置包含直径不同和/或材料不同的至少两个部分。

在根据一个实施例的可旋转接头中，所述第一密封装置可以包括可拆卸地安装入所述滚珠安装孔内的孔用塞子，所述孔用塞子包括第一部分和第二部分，所述第一部分是具有第一直径的圆盘，所述第一直径小于所述滚珠安装孔的直径，并且所述第二部分至少局部地具有比所述滚珠安装孔的直径大的第二直径以实现过盈配合。

在根据一个实施例的可旋转接头中，所述第二部分可以是从外部侧到滚道侧直径逐渐减小的圆台，所述圆台的外部侧的最大外周直径大于所述滚珠安装孔的直径，所述圆台的滚道侧的最小外周直径小于所述滚珠安装孔的直径。

在根据一个实施例的可旋转接头中，所述第一部分可以由金属材料制成，所述第二部分可以由非金属材料制成，且所述第二部分具有弹性。

在根据一个实施例的可旋转接头中，在所述第一部分的中央可以设置有通孔，并且在所述第二部分的底部可以设有弧形凹陷。

在根据一个实施例的可旋转接头中，所述第一密封装置还可以包括可拆卸地安装入所述滚珠安装孔内的弹性挡圈。在所述滚珠安装孔的内壁中以扩径凹槽的方式设置有挡圈卡槽，用于卡住所述弹性挡圈。而且，在所述滚珠安装孔的轴向方向上，所述弹性挡圈位于所述孔用塞子的外部侧。

在根据一个实施例的可旋转接头中，所述挡圈卡槽可以是沿着所述滚珠安装孔的周向连续地设置的环形凹槽。

在根据一个实施例的可旋转接头中，所述弹性挡圈可以为大致C字形，其两个端部处各自设有至少一个向内突起的加宽部，在每个所述加宽部的中央设置有通孔。

在根据一个实施例的可旋转接头中，在所述第二部分的底部可以设有弧形凹陷。

在根据一个实施例的可旋转接头中，所述孔用塞子还可以包括：第三部分，其位于所述第一部分与所述第二部分之间，且具有小于所述第一直径的第三直径。

在根据一个实施例的可旋转接头中，所述孔用塞子还可以包括：第四部分，其具有小于所述第二直径的第四直径，且在所述孔用塞子的轴向方向上将所述第二部分分割成两个子部分。

在根据一个实施例的可旋转接头中，所述孔用塞子还可以包括：以紧密环绕在所述第四部分上的方式设置的密封圈，所述密封圈过盈配合于所述滚珠安装孔内。

在根据一个实施例的可旋转接头中，所述第一连接管可以包括第一管体部分和比所述第一管体部分具有更大内径的第二管体部分，所述第一管体部分具有相对于所述第二管体部分的台阶端面。所述第二连接管套接于所述第一连接管的所述第二管体部分内，且在内腔的轴向方向上与所述第一连接管的所述第一管体部分的所述台阶端面抵接，使得所述第二连接管的内腔与所述第一连接管的所述第一管体部分的内腔连通。而且，所述密封机构还包括第二密封装置，所述第二密封装置将所述第二连接管、所述第一连接管二者的相互抵接部位相对于所述内腔密封。

在根据一个实施例的可旋转接头中，所述第二密封装置可以包括：在所述第二连接管、所述第一连接管二者的相互抵接部位处在所述第一连接管的所述第一管体部分的内壁中以扩径凹槽的方式设置的环形沟槽；以及可拆卸地安装至所述环形沟槽中的盘根。

在根据一个实施例的可旋转接头中，所述盘根可以包括：非金属部分，其整体上大致为环形，且具有弹性；和金属防挤出部分，其以覆盖所述非金属部分的至少一部分的方式设置于所述非金属部分上。

在根据一个实施例的可旋转接头中，所述金属防挤出部分可以整体上大致为环形，且截面为矩形或L形。

在根据一个实施例的可旋转接头中，所述盘根的与内腔侧相反的外周侧处的角部均可以是圆角化的。

在根据一个实施例的可旋转接头中，所述非金属部分可以由丁腈橡胶或氢化丁腈橡胶制成，并且所述金属防挤出部分可以由铜或不锈钢制成。

在根据一个实施例的可旋转接头中，所述密封机构还可以包括：至少两个第三密封装置，位于所述滚道的两侧，用于保护所述滚道及将要安装于所述滚道内的所述滚珠。

在根据一个实施例的可旋转接头中，所述滚道由设置在所述第一连接管的内壁上的第一沟槽和设置在所述第二连接管的外壁上的第二沟槽以形状配合的方式形成。所述第一沟槽和所述第二沟槽各自有三个以上，所形成的所述滚道有三条以上，所述滚珠安装孔为三个以上且与所述三条以上滚道一一对应。此外，所述第三密封装置可以是O形圈，位于所述三条以上滚道中的全部滚道的两侧。

在根据一个实施例的可旋转接头中，所述三条以上滚道中的各滚道在所述第一连接管及所述第二连接管的沿轴向方向的不同位置处可以呈阶梯状。

在根据一个实施例的可旋转接头中，所述三个以上滚珠安装孔可以以在所述第一连接管的轴向方向上相互偏移且在所述第一连接管的周向方向上相互偏移的方式分布于所述第一连接管上。

根据一个实施例的可旋转接头还可以包括：润滑机构，其包括至少一个润滑通道，所述润滑通道位于由所述至少两个第三密封装置在所述第一连接管的轴向方向上界定的范围内，并且所述润滑通道穿透所述第一连接管的管壁而到达所述第一连接管、所述第二连接管二者的连接位置。

在根据一个实施例的可旋转接头中，所述润滑机构还可以包括：可拆卸的用于封闭相应的所述润滑通道的开槽半沉头螺钉。

根据一个实施例的可旋转接头还可以包括：渗漏检测孔，其穿透所述第一连接管的管壁，并且所述渗漏检测孔位于所述盘根与最靠近所述盘根的所述第三密封装置之间。

[有益效果]

(1)作为第一密封装置的孔用塞子包含直径不同和/或材料不同的至少两个部分，且能够可拆卸地完全装入到滚珠安装孔内。第一密封装置是方便装入和拆卸的，因此有效地降低了维护成本，提高了实用性。第一密封装置还提供了对滚珠安装孔的密封功能。

(2)第一密封装置能够与弹性挡圈配合使用，进一步防止了第一密封装置脱出，提高了密封能力。

(3)第一密封装置能够与另一密封圈配合使用，通过过盈配合来提高密封能力。

(4)作为第二密封装置的防挤出盘根，具有防挤出功能，能够更可靠地将两个连接管之间的相互抵接部位相对于内腔密封。

(5)作为第三密封装置的用于封闭滚道两侧的O形圈和作为第四密封装置的用于封闭润滑通道的开槽半沉头螺钉，与上述第一、第二密封装置组合使用，一起形成了密闭空间，既能够防止内腔中的流体泄漏到外部，又能够防止滚道内部的润滑油脂流失从而导致锈蚀及转动不畅，同时还能够防止外部杂质侵入滚道内部从而污染滚道且导致卡滞。

(6)将不同位置处的滚道设计成阶梯状滚道，加大了冲蚀严重位置处的管体壁厚，既延长了管道整体的耐冲蚀寿命，又能将不同滚道的受力面分散到不同阶梯的圆柱面上，避免受力集中的问题。

(7)多个滚珠安装孔以在轴向方向和周向方向上相互偏移的方式进行分布，提高了管体的结构强度。

(8)设置有渗漏检测孔，以避免产品带病作业造成重大损失。

附图说明

图1A是示出了根据本发明一个实施方案的可旋转接头的构造示例的立体图。

图1B是图1A所示的可旋转接头在含有中心轴线的纵向平面上的截面图。

图2A是示出了图1B所示的可旋转接头的滚动机构和密封机构的示例的截面图。

图2B是图2A中的下半部分的放大图。

图3是示出了图1A所示的可旋转接头中所包括的第一连接管的构造示例的立体图。

图4是图1A所示的可旋转接头的左视图。

图5A示出了图3所示的第一连接管在含有第一连接管的中心轴线及一个润滑通道的中心轴线的平面上的截面图。

图5B是图5A中的圆圈部分D的放大图。

图6A示出了图3所示的第一连接管在含有第一连接管的中心轴线及一个滚珠安装孔的中心轴线的平面上的截面图。

图6B是图6A中的圆圈部分B的放大图。

图7A和图7B分别从不同观察视角示出了本发明的孔用塞子的一个示例的立体图。

图7C是图7A和图7B所示的孔用塞子的纵向截面图。

图8是本发明的弹性挡圈的一个示例的立体图。

图9A是本发明的孔用塞子的另一示例的立体图。

图9B是与图9A所示的孔用塞子对应的图，其中左半侧为主视图，右半侧为纵向截面图。

图10A和图10B分别是示出了本发明的防挤出盘根的不同示例的图。

[附图标记的说明]

1：另一装置或内螺纹护丝；2：翼型螺母；3：扇形挡圈；

4：轴用弹性挡圈；5：第一连接管；6：孔用塞子；7：弹性挡圈；

8：产品铭牌；9：第二连接管；10：扎带总成；11：(防挤出)盘根；

12：O形圈；13：滚珠；14：第三连接管；15：由壬密封；

16：另一装置或外螺纹护丝；17：(开槽半沉头)螺钉；19：螺母；

71：挡圈卡槽；101、102、103：第一沟槽；111：盘根安装槽；

131：滚珠安装孔；171：润滑通道；200：渗漏检测孔；

201、202、203：第二沟槽；61：第一部分；62：第二部分；

601：通孔；602：弧形凹陷；701、703：加宽部；702、704：通孔；

131a：滚珠安装孔的靠近滚道侧的部分；26：孔用塞子；

261、262、263(263a和263b)、264：第一至第四部分；

265：弧形凹陷；11a：本体部分；11b1、11b2：防挤出部分。

具体实施方式

以下将说明用于实现本发明的模式(在下文中，也被称为“实施方案”)。

[可旋转接头的主体部分的构造]

下面参照图1A和图1B来说明本发明的可旋转接头的主体部分的构造。图1A是示出了根据本发明一个实施方案的可旋转接头的构造示例的立体图。图1B是图1A所示的可旋转接头在含有中心轴线的纵向平面上的截面图。如图1A和图1B所示，一种可旋转接头包括第一连接管5、第二连接管9和第三连接管14。第一连接管5的一端可以设置有外螺纹或内螺纹或者可以设有翼型螺母2，从而能够以螺纹连接的方式直接或间接地与另一装置1连接。第一连接管5的另一端套接于第二连接管9的一端外，二者之间在径向方向上以第一滚动机构作为接触介质，使得第一连接管5和第二连接管9能够相对于彼此绕中心轴线做360度自由旋转。第二连接管9的另一端套接于第三连接管14的一端外，二者之间在径向方向上以第二滚动机构作为接触介质，使得第二连接管9和第三连接管14能够相对于彼此绕中心轴线做360度自由旋转。第三连接管14的另一端可以设置有外螺纹或内螺纹或者可以设有螺母19，从而能够以螺纹连接的方式直接或间接地与另一装置16连接。

由此，第一连接管5的内腔、第二连接管9的内腔及第三连接管14的内腔连接且连通起来，一起构成了封闭的高压高速流体流动通道。

如图1B所示，在第三连接管14的将要与另一装置16连接的另一端处，还设置有密封沟槽，由壬密封圈15安装在该密封沟槽中，以防止内腔中的高压高速流体从第三连接管14与另一装置16的连接位置处泄漏出去。

例如，翼型螺母2的一端以螺纹连接的方式与另一装置1连接，翼型螺母2的另一端可以隔着扇形挡圈3及轴用弹性挡圈4而被安装到第一连接管5的一端的外周表面上。

在可旋转接头的仓库存放、装卸或运输期间，另一装置1和16可以分别是内螺纹护丝和外螺纹护丝，以起到保护内螺纹和外螺纹的作用从而避免这些螺纹受到损伤。在到达作业场所后，可以将作为护丝的另一装置1和16拆卸下来以替换成作为连接对象的其他装置。

上述螺纹连接并不受限于前面所记载的示例，而是可以根据需要来替换或更改。作为上述螺纹连接的一个可替换实施例，第一连接管5的一端和/或第三连接管14的另一端可设有连接法兰，这些连接法兰各自通过相应的螺栓与其他的装置相互连接。

第一连接管5例如可以是BC直接头。第二连接管9例如可以是AB弯头。第三连接管14例如可以是AD弯头。第一连接管5、第二连接管9和第三连接管14各自可以选用多种形式，直接头或者弯接头均可，而不受本文中所记载的示例的限制。本发明所涉及的连接管相互连接例如可以是直接头与直接头相互连接、弯接头与弯接头相互连接、或者直接头与弯接头相互连接等等。例如，上述实施方案中可以将第二连接管9省去，也可以增加其他的连接管。即，依次连接起来的直接头和/或弯接头的数量不限于本文中所记载的示例，而是可以根据作业现场来视需要进行选定。

为了实现连接管之间更稳定可靠的套接，更优选地，如图1B所示，第一连接管5的另一端具有第一管体部分51和第二管体部分52，第二管体部分52的内周直径和外周直径大于第一管体部分51的内周直径和外周直径，因此第一管体部分51的内周面相对于第二管体部分52的内周面形成了台阶端面53(参见稍后说明的图2A和图2B)。籍此，当第二连接管9套接于第一连接管5的第二管体部分52内时，除了它们二者之间在径向方向上以第一滚动机构作为接触介质进行连接之外，第二连接管9还在轴向方向上与第一连接管5的台阶端面53抵接(摩擦接触)。

顺便提及的是，第二连接管9与第三连接管14二者之间的径向连接及轴向抵接可以与上述类似。

[滚动机构]

如前所述，第一滚动机构介于第一连接管5与第二连接管9之间并且把第一连接管5、第二连接管9二者在径向方向上连接起来。第二滚动机构介于第二连接管9与第三连接管14之间并且把第二连接管9、第三连接管14二者在径向方向上连接起来。图2A是示出了图1B所示的可旋转接头的滚动机构和密封机构的示例的截面图。图2A中的滚动机构相当于把图1B中所示的第一滚动机构正时针旋转90度后的视图，也相当于图1B中所示的第二滚动机构。下文中仅以第一连接管5与第二连接管9相互连接处的第一滚动机构的情况为例继续进行说明。

参照图1B和图2A，第一滚动机构包括设置在第一连接管5的内壁上的第一沟槽101、102、103以及设置在第二连接管9的外壁上的第二沟槽201、202、203。在将第一连接管5和第二连接管9相互连接时，第一沟槽101、102、103分别与第二沟槽201、202、203以形状配合的方式形成滚道。滚道是用于容纳滚珠13的环形空间，所有的滚道可以具有相同的半径。第一沟槽101、102、103各自是沿第一连接管5的周向连续地设置的环状沟槽，第二沟槽201、202、203各自是沿第二连接管9的周向连续地设置的环状沟槽。优选地，每个环状沟槽的横截面为半圆形。藉此，在第一连接管5与第二连接管9相互连接的部分处，每条滚道都是沿第一连接管5的周向及沿第二连接管9的周向连续地设置的环形滚道。在每条滚道内设有与该滚道形状配合的多个滚珠13，利用这些滚珠13作为接触介质把第一连接管5、第二连接管9二者在径向方向上连接起来。

一般而言，在第一连接管5与第二连接管9相互连接的部分处第一连接管5和第二连接管9各自的主体部分可以是中空圆柱体，也就是说，构成每条滚道的第一沟槽和第二沟槽分别是在第一连接管5的中空圆柱体的内表面和第二连接管9的中空圆柱体的外表面上加工而成的。在这种情况下，第一滚动机构中所形成的三条滚道都位于同一圆柱面上。

但是，考虑到在内腔的不同位置处管壁在作业过程中受到流体的冲刷(以及因冲刷而受到的冲蚀)情况不一样，如果将壁厚设计成相同，在实际使用过程中会出现局部冲穿的风险，为了避免这一点，在本发明的一个优选实施例中，把不同位置处的滚道设成阶梯状滚道。图2B是图2A中的下半部分的放大图，其示出了在第一滚动机构的各滚道的不同位置处第二连接管9的管体具有不同壁厚的示例。如图2B所示，在由第一沟槽101和第二沟槽201形成的第一滚道处，第二连接管9的管壁厚度为h1；在由第一沟槽102和第二沟槽202形成的第二滚道处，第二连接管9的管壁厚度为h2；并且在由第一沟槽103和第二沟槽203形成的第三滚道处，第二连接管9的管壁厚度为h3，这里，满足h3>h2>h1。藉此，第二连接管9在三个滚道位置处的管壁厚度是不同的，并且在受到内腔中的流体的冲蚀越严重的位置处就具有越大的管壁厚度。由于在相互连接的部分处第一连接管5在径向方向上套接于第二连接管9外，因此可以按照使第二连接管9的管壁厚度逐渐增大的量，使第一连接管5的管壁厚度逐渐减小相应的量。

当压力流体进入管道内腔时便产生了会引起第一连接管5与第二连接管9在轴向方向上分离的拉应力，每个滚道内的滚珠就受到通过该滚珠与该滚道的接触表面传递过来的轴向合力的作用，如图2B中的水平箭头所示。通过将不同位置处的滚道设计成阶梯状滚道，还带来的另外一个优点是：在如图2B中的水平箭头所示的受力方向上，可以将这些滚珠的受力面分散到阶梯状的三个不同圆柱面上，从而避免受力集中的问题。

在图1B、图2A和图2B所图示的示例中，第一沟槽和第二沟槽各自的数量为三个，第一沟槽与第二沟槽一一对应地配合而形成的滚道为三条。但是，本发明中的第一沟槽、第二沟槽以及滚道的数量不限于此，例如可以是四个以上。此外，阶梯的数量不限于三个。每一阶梯处的滚道不限于一条，也可以是多条。不同阶梯处的滚道数量可以相同或不同。

前面所说明的示例是所有的滚道都半径相同的情况。随着滚道的位置不同，滚道内的滚珠受到的轴向合力也不同，在最靠近第一连接管5、第二连接管9二者的轴向相互抵接部位的滚道内的滚珠受到的轴向合力最小，在最远离上述轴向相互抵接部位的滚道内的滚珠受到的轴向合力最大。因此，作为滚道半径都相同的实施例的另一可替换实施例，本发明还可以设计成：沿着离开第一连接管5、第二连接管9二者的轴向相互抵接部位的方向，让滚道的直径依次增大(滚珠尺寸可以不变)，于是分配到不同尺寸的滚道上的拉应力负载可以更平均。籍此，可以使得不同滚道内的滚珠上受到的轴向合力更均匀。

作为上述第一滚动机构的另一个可替换实施例，可以在第一连接管5的内壁和第二连接管9的外壁二者中的任一者上沿周向连续地设有环形凸起，且在它们二者中的另一者上沿周向连续地设有环形凹槽，该环形凸起和该环形凹槽相互配合形成滚动机构。在这种情况下，不需要设置滚珠安装孔。

第二连接管9与第三连接管14之间的第二滚动机构可以类似于上述第一滚动机构，在这种情况下省略了它的详细说明。

[滚珠安装孔]

如图1A和图2A所示，第一连接管5与第二连接管9在径向方向上通过滚道及滚珠相互连接，为此，在第一连接管5中设置有用于将滚珠13装入到滚道内的滚珠安装孔131。

图3是示出了图1A所示的可旋转接头中所包括的第一连接管的构造示例的立体图。图4是图1A所示的可旋转接头的左视图。如图3和图4所示，在第一连接管5上设置有与三条滚道一一对应的三个滚珠安装孔131。在第一连接管5的管体的径向方向上，滚珠安装孔131与相应的滚道上的某一点位置重叠。经由滚珠安装孔131把一定数量的滚珠13安装到相应的滚道内。滚珠13例如可以是钢球。

在图3中，第一连接管5的中心轴线所在的方向被定义为轴向方向，并且环绕着该中心轴线的圆周方向被定义为周向方向，从该中心轴线垂直地向外周辐射的方向为径向方向。优选地，如图3和图4所示，多个滚珠安装孔131以在第一连接管5的轴向方向上相互偏移且在第一连接管5的周向方向上相互偏移的方式分布于第一连接管5上。更优选地，多个滚珠安装孔131在相对于第一连接管5的周向方向及轴向方向成大致45°的方向上被布置在第一连接管5上。通过这样使多个滚珠安装孔131交错分布，能够提高管体的结构强度，避免相邻的两个滚珠安装孔相互影响从而导致管壁容易发生开裂。

[润滑机构]

为了降低第一连接管5与第二连接管9之间的转动阻力，在第一连接管5上设有第一润滑机构。为了降低第二连接管9与第三连接管14之间的转动阻力，在第二连接管9上设有第二润滑机构。下面仅以第一润滑机构为代表进行详细说明。

第一润滑机构包括至少一个润滑通道171。图5A示出了图3所示的第一连接管在含有第一连接管的中心轴线及一个润滑通道的中心轴线的平面上的截面图。图5B是图5A中的圆圈部分D的放大图。如图5A和图5B所示，润滑通道171穿透第一连接管5的管壁到达第一连接管5与第二连接管9之间的在径向上相互连接的连接位置。在使用过程中，可以通过润滑通道171经由第一连接管5与第二连接管9之间的连接位置向各滚道内注入或补充润滑油脂，由此降低两个连接管之间的转动阻力，同时还可以防止滚道及滚珠13生锈从而导致卡滞。

为了防止已注入的润滑油脂从润滑通道171漏出，将螺钉17从润滑通道171朝向外部的一端以螺纹连接的方式安装到润滑通道171内，以封闭润滑通道171。优选地，螺钉17可以是开槽半沉头螺钉，其顶端可以开设有十字槽或一字槽以方便利用工具进行安装和拆卸。在图4中局部地示出了第一连接管5上的螺钉17附近的剖视图。在注入或补充润滑油脂之前，可以将螺钉17拆卸。注入或补充完成之后，可以将螺钉17重新安装到润滑通道171内。

本发明不限于使用螺钉17，也可以采用其他合适的密封构件来封闭润滑通道171。

[密封机构]

在本发明的可旋转接头中，针对第一连接管5与第二连接管9相互连接的部分，可以设置有第一密封机构，并且针对第二连接管9与第三连接管14相互连接的部分，可以设置有第二密封机构。下面仅以第一密封机构为代表来进行详细说明。

本发明的第一密封机构至少包括第一密封装置，其用于防止滚道内的滚珠13从滚珠安装孔131中脱落，且同时也能防止滚道内的润滑油脂从滚珠安装孔131中漏出。本发明的第一密封机构还可以包括第二密封装置，其用于防止内腔中的高压流体从两个连接管的连接位置处发生泄漏。本发明的第一密封机构进一步还可以包括第三密封装置，用于防止滚道内的润滑油脂经由两个连接管的连接位置发生流失，且同时也能防止外部杂质经由两个连接管的连接位置侵入滚道内。

第一密封装置的第一示例

图6A示出了图3所示的第一连接管在含有第一连接管的中心轴线及一个滚珠安装孔的中心轴线的平面上的截面图。图6B是图6A中的圆圈部分B的放大图。从图2A、图6A和图6B可见，滚珠安装孔131穿透第一连接管5而到达第一连接管5与第二连接管9之间的滚道。

在第一密封装置的第一示例中，孔用塞子6从滚珠安装孔131朝向外部的一端安装到滚珠安装孔131内，且到达滚珠安装孔131的靠近滚道侧的部分131a处以堵住滚珠安装孔131。图7A和图7B分别从不同观察视角示出了本发明的孔用塞子的一个示例的立体图。图7C是图7A和图7B所示的孔用塞子的纵向截面图。在该示例中，孔用塞子6包括直径不同且材料不同的第一部分61和第二部分62。在滚珠安装孔131的中心轴线的方向上，第一部分61位于朝向外部的一侧，第二部分62位于靠近滚道的一侧。第一部分61是圆柱形的金属圆盘，其外周直径小于滚珠安装孔131的直径，并且优选地，在第一部分61的中央处有一个通孔601。第二部分62是圆台状的非金属件，优选地，该圆台具有一定的弹性，并且更优选地，该圆台的外周直径从外部侧到滚道侧是逐渐减小的。该圆台的外部侧的最大外周直径大于滚珠安装孔131的直径，因此在装入滚珠安装孔131内时存在一定的过盈量，从而起到密封作用。该圆台的滚道侧的最小外周直径小于滚珠安装孔131的直径，以方便送入滚珠安装孔131内。

作为一个可供选择的实施例，第一部分61由具有高硬度和高机械强度的第一非金属材料制成；第二部分62由具有弹性的第二非金属材料制成。

较佳的是，第二部分62的圆台的底部设置有一个弧形凹陷602，如图2A所示，该弧形凹陷602能够与第二连接管9的外壁上的第二沟槽202一起形成一个允许滚珠在里面滚动的空间，优选地，该弧形凹陷602与第二沟槽202形状配合以成为滚道的一部分。

作为一个可供选择的实施例，在第二部分62的圆台的底部可以不设置弧形凹陷602，在此情况下，在滚珠安装孔131内该圆台的平坦底部就必须安装在滚珠顶部所在的水平面以上，这样也可以工作，而且圆台的加工工艺可以更简单。

孔用塞子6是方便安装和拆卸的。在安装或拆卸时，可以利用诸如尖嘴钳等工具插入第一部分61的通孔601中以固持孔用塞子6，或者，可以利用诸如镊子等工具夹持住具有较小直径的第一部分61的外周表面两侧，从而能够容易地把孔用塞子6送入滚珠安装孔131中或从滚珠安装孔131中取出。第一部分61由于是金属材料或者具有高强度及高机械硬度的非金属材料，在装入和拆卸时就不容易变形也不容易被损坏。因此，本发明的可旋转接头即使在长时间作业后，也能够容易地通过滚珠安装孔131将磨损的滚珠13取出以进行更换，有效地降低了维护成本，提高了实用性。

孔用塞子6也具有密封功能。孔用塞子6的第二部分62例如是由橡胶制成的弹性材料，且具有一定的过盈量，因此在被塞入滚珠安装孔131时可以利用弹性而收缩，从而紧紧地堵住滚珠安装孔131。藉此，孔用塞子6除了能够防止滚珠13从滚珠安装孔131中脱落之外，还能够避免滚道内的润滑油脂经由密封滚珠安装孔131发生流失。

作为更加优选的实施例，为了避免由于长期作业过程中的振动等原因导致孔用塞子6从滚珠安装孔131中脱出，本发明在滚珠安装孔131内还可以额外设置一个弹性挡圈7。在滚珠安装孔131的轴向方向上，该弹性挡圈7处于孔用塞子6的外部侧以挡住孔用塞子6。

具体地，如图6B所示，在滚珠安装孔131的内壁中以扩径凹槽的方式设置有挡圈卡槽71，用于卡住弹性挡圈7。优选地，挡圈卡槽71是沿着滚珠安装孔131的周向连续地设置的环形凹槽。挡圈卡槽71的直径大于滚珠安装孔131的直径。在孔用塞子6已经安装至滚珠安装孔131的靠近滚道侧的部分131a处以后，弹性挡圈7被安装至挡圈卡槽71且被卡在挡圈卡槽71内，从而挡住孔用塞子6以防止其从滚珠安装孔131中脱出。

图8是本发明的弹性挡圈的一个示例的立体图。弹性挡圈7是大致为C字形的弹性部件，在该弹性部件的两个端部处各自设有至少一个沿该弹性部件的径向方向向内突起的加宽部701、703。在每个加宽部701、703的中央处设有一个通孔702、704。在安装弹性挡圈7时，先用诸如尖嘴钳等工具的两个尖头分别插入弹性挡圈7的相对侧上的两个通孔702、704，用力挤压弹性挡圈7的两个端部使它们相互靠拢，以使弹性挡圈7向内收缩到比图6B所示的滚珠安装孔131略小的状态，在此情况下把弹性挡圈7安装至滚珠安装孔131内的挡圈卡槽71中。然后，撤出尖嘴钳，此时弹性挡圈7的两个端部靠弹性恢复原状，因而弹性挡圈7解除收缩状态从而被卡在挡圈卡槽71内。弹性挡圈7的外周直径大于孔用塞子6的第一部分61的直径，优选地与挡圈卡槽71的直径相同，更优选地大于挡圈卡槽71的直径从而过盈配合于挡圈卡槽71中。弹性挡圈7的内周直径小于孔用塞子6的第一部分61的直径。当弹性挡圈7卡在挡圈卡槽71内时，两个端部处的两个通孔702、704没有被挡圈卡槽71遮挡而是露出于滚珠安装孔131中，以便在需要更换或维修时再次通过尖嘴钳将弹性挡圈7取出。

在第一密封装置的第一示例中，第一密封装置由包括直径不同且材料不同的两个部分的孔用塞子6构成，或者更优选地由这样的孔用塞子6与弹性挡圈7的组合构成。

作为一个可供选择的实施例，孔用塞子6可以包括材料不同的至少两个部分，这些部分的直径可以相同或者不同。

第一密封装置的第二示例

与上述第一示例不同的是，在第一密封装置的第二示例中采用了孔用塞子26。图9A和图9B示出了本发明的孔用塞子的另一示例。孔用塞子26可以由一种材料加工而成，其可以是金属材料也可以是非金属材料。

作为一个实施例，孔用塞子26从外部侧到滚道侧依次包括由不同直径的圆柱体形成的第一至第三部分261、262、263。第二部分262的直径小于第一部分261的直径，第一部分261的直径小于第三部分263的直径。第三部分263的直径大于滚珠安装孔131的直径从而以过盈配合的方式安装在滚珠安装孔131中。在第三部分263的底部设置有弧形凹陷265。该弧形凹陷265能够与第二连接管9的外壁上的第二沟槽202一起形成一个允许滚珠在里面滚动的空间，优选地，该弧形凹陷265与第二沟槽202形状配合以成为滚道的一部分。

孔用塞子26是方便安装和拆卸的。在安装或拆卸时，可以利用工具夹持住第二部分262，从而能够容易地把孔用塞子26送入滚珠安装孔131中或从滚珠安装孔131中取出。

孔用塞子26也具有密封功能。作为孔用塞子26的主要部分的第三部分263靠一定的过盈量能够封住滚珠安装孔131。

作为一个更优选实施例，在孔用塞子26的第三部分263中还进一步加工出具有比第三部分263的直径小的直径的第四部分264，由此在孔用塞子26的轴向方向上把第三部分263分割成两个子部分263a、263b。子部分263a的厚度例如可以等于或者小于子部分263b的厚度。可以装入诸如O形圈等密封圈70(未图示)使其紧密地环绕在第四部分264上。该密封圈70以过盈配合的方式堵在滚珠安装孔131中。与仅依靠孔用塞子26自身进行密封的情况相比，设置有与密封圈配合使用的第四部分264的孔用塞子26对滚珠安装孔131的密封效果更好，且还能防止孔用塞子26由于振动等原因从滚珠安装孔131脱出。

作为其他的可供选择的实施例，孔用塞子26的不同部分可以由不同材料制成。例如，第一部分261和第二部分262可以由金属材料或者具有高硬度和高机械强度的第一非金属材料制成。在未设置有第四部分264及密封圈70的情况下，第三部分263可以由具有弹性的第二非金属材料制成并且以过盈配合的方式安装在滚珠安装孔131中。在设置有第四部分264及密封圈70的情况下，密封圈70以过盈配合的方式安装在滚珠安装孔131中，第三部分263a、263b及第四部分264可以由金属材料或非金属材料制成。此外，第三部分263a和/或第三部分263b可以以比密封圈70弱的过盈配合程度过盈配合在滚珠安装孔131中。

第二密封装置

如图2A所示，套接于第一连接管5之内的第二连接管9可以在内腔的轴向方向上与第一连接管5的台阶端面53是相互抵接的。为了防止内腔中的高压流体经由第二连接管9、第一连接管5二者的轴向相互抵接部位发生泄漏，本发明的第一密封机构还可以包括第二密封装置。第二密封装置包括盘根11和用于安装盘根11的盘根安装槽111。具体地，本发明在第一连接管5的内壁中以扩径凹槽的方式设置有环形沟槽以作为盘根安装槽111，该盘根安装槽111位于第一连接管5的将会与第二连接管9在轴向方向上抵接的台阶端面53的靠近内腔的一侧处。盘根11可拆卸地被安装在盘根安装槽111内。当把第二连接管9套接至第一连接管5之内时，盘根11就被夹在第一连接管5、第二连接管9二者的轴向相互抵接部位与内腔之间，起到密封作用。

盘根11通常由具有一定弹性、硬度和抗撕裂能力的非金属材料制成。这种非金属材料的示例可以包括：丁腈橡胶(NBR)、氢化丁腈橡胶(HNBR)、氟橡胶(FKM)、四氟乙烯(PTFE)、聚氨酯(例如PU、TPU等)、聚甲醛(POM)、尼龙(PA)、聚醚醚酮(PEEK)、或者上述这些材料的组合。这样制作出的盘根11是耐磨的，因此，其除了能够提供两个连接管的轴向相互抵接部位相对于内腔的密封之外，还能增强两个连接管之间的耐磨性。

然而，油气田施工是涉及高压高速流体、存在较大振动且具有较长作业时间的过程，在这样的过程中，由非金属材料制成的盘根11还是存在着可能被挤压变形或者被挤坏从而被挤出盘根安装槽111之外的风险。为了解决这一问题，本发明提供了一个更优选实施例，即，将盘根11制作成防挤出盘根，它是一种具有防挤出功能的盘根密封圈，能够提高密封可靠性。图10A和图10B分别是示出了本发明的防挤出盘根的不同示例的图。

防挤出盘根11包括由非金属材料制成的本体部分11a和由金属材料制成的防挤出部分11b。本体部分11a整体上可以大致为环形，其截面如图10A和图10B所示是从内腔侧朝着外周侧逐渐变细的梯形。它的非金属材料的示例如前所述。防挤出部分11b整体上也可以大致为环形，可以被称为金属防挤出环，其截面可以是例如梯形、三角形、四边形等各种形状。它的金属材料可以是诸如铜、不锈钢等材料。优选地，防挤出部分11b的截面可以是更易于加工的正方形或矩形(参见图10A中的防挤出部分11b1)。更优选地，防挤出部分11b的截面可以是L形(参见图10B中的防挤出部分11b2)，以便通过增大接触面积来提高金属部分与非金属部分之间的结合力。

在防挤出盘根11的径向方向上，防挤出部分11b可以相对较薄因而不会妨碍本体部分11a的弹性，且以围绕本体部分11a的方式设置于本体部分11a的外周表面上。在防挤出盘根11的轴向方向上，防挤出部分11b覆盖住本体部分11a的外表面的一部分。例如，防挤出部分11b以局部包边或包角的方式覆盖本体部分11a的外表面的至少一个角部和/或一部分边部。例如防挤出部分11b以埋入的方式局部地取代本体部分11a的外表面层的一部分。

在本发明的包含本体部分11a及防挤出部分11b的防挤出盘根11中，为了密封结构的稳定性和加工的工艺性，该防挤出盘根11的与内腔侧相反的外周侧处的角部优选地都可以被设计成具有一定的倒角或圆角，例如该倒角可以是大约45度。

例如，防挤出盘根11的金属的防挤出部分11b可以以硫化连接、粘合剂粘接或形状配合等方式被制作到非金属的本体部分11a上。因为防挤出盘根11的一部分是比非金属材料具有更高强度的金属材料，所以该盘根就能够被保护，从而更不容易被挤压变形或者以撕裂等方式被挤坏。

第三密封装置

如图2A所示，第一连接管5与第二连接管9利用滚道及滚珠而能够相对于彼此自由转动，为了降低第一连接管5与第二连接管9之间的转动阻力，通常会向滚道内注入适量的润滑油脂。为了避免滚道内的润滑油脂经由第一连接管5与第二连接管9之间的连接位置发生流失，也为了防止外部杂质经由第一连接管5与第二连接管9之间的连接位置侵入滚道内部，本发明还提供了作为第三密封装置的O形圈12。O形圈12可以被安装在第一连接管5的内周表面上的环形凹槽内，或者可以被安装在第二连接管9的外周表面上的环形凹槽内，或者可以被安装在由第一连接管5的内周表面上的环形凹槽与第二连接管9的外周表面上的环形凹槽配合形成的环形凹槽内。

本发明的第三密封装置中所包括的两个O形圈12位于全部滚道(由第一沟槽101和第二沟槽201形成的第一滚道、由第一沟槽102和第二沟槽202形成的第二滚道、以及由第一沟槽103和第二沟槽203形成的第三滚道，等等)的两侧。虽然本示例中所提供的O形圈12的数目为两个，但是O形圈12的数目也可以是三个以上，这些O形圈都分布在全部滚道的两侧。

虽然附图中没有示出，但是前面所述的本发明的润滑机构中所包含的润滑通道171优选地在第一连接管5的轴向方向上位于由全部滚道两侧的O形圈之中的最接近全部滚道的两个O形圈界定的范围之内。

在某种意义上，前面所述的用于封闭润滑通道171的螺钉17也可以称为本发明中的第一密封机构的第四密封装置。

本发明中的第一密封机构的安装过程如下所述：(1)固定第一连接管5，将防挤出盘根11安装入相应的盘根安装槽111内，将O形圈12安装入相应的环形凹槽内；(2)将第二连接管9套接至第一连接管5内，第一沟槽和相应的第二沟槽全部相互对齐后形成滚道；(3)从一个滚珠安装孔131中安装一定数量的滚珠13到相应的一个滚道内，将孔用塞子6和弹性挡圈7装入该滚珠安装孔131内以防止滚珠13脱落，依次类推，同样地进行从下一个滚珠安装孔131将一定数量的滚珠13安装入下一条滚道内的操作；(4)所有滚道中的滚珠13的安装都已完成之后，从润滑通道171往滚道内注入一定量的润滑油脂，然后将螺钉17安装至润滑通道171内以将润滑通道171封闭住。注意，在本发明没有设置前面所述的润滑通道171的情况下，可以直接在第(1)步中向用于构成滚道的第一沟槽内注入润滑油脂。

综上所述，本发明的密封机构可以利用第一密封装置(用于密封滚珠安装孔131的孔用塞子6或26(必要时加上弹性挡圈7或密封圈70))、第二密封装置(安装于盘根安装槽111内的盘根11)、第三密封装置(全部滚道两侧的O形圈12)、甚至第四密封装置(用于封闭润滑通道171的螺钉17)的组合，来形成一个密闭空间，既能够防止内腔中的流体泄漏，又能够防止滚道内部的润滑油脂流失从而导致锈蚀及转动不畅，同时还能够防止外部杂质侵入滚道内部从而污染滚道且导致卡滞。

本发明的第一、第二、第三、第四密封装置或其任意组合不限于应用在本文所记载的可旋转接头中，还可以应用于其他需要适用的装置中。

[渗漏检测孔]

如图2A所示，在盘根11和全部滚道两侧的O形圈之中的最接近盘根11的O形圈12之间，在第一连接管5的管壁中可以设置有渗漏检测孔200，用于避免本发明的可旋转接头带病作业从而造成重大损失。渗漏检测孔200穿透第一连接管5的管壁而连通至第一连接管5与第二连接管9之间的抵接部位。

在作业过程中，盘根11一旦发生损坏而失去密封效果后，管道内腔中的流体就会经由抵接部位通过渗漏检测孔200流出，工作人员就能及时发现并且进行更换或维修，避免产品带病作业。同时，最接近盘根11的O形圈12还能够防止渗漏的流体经由第一连接管5与第二连接管9之间的连接位置侵入滚道内部，造成流体对滚道的腐蚀和污染。

本发明所记载的滚动机构、密封机构、润滑机构、渗漏检测孔等及它们的任意组合除了可以应用于可旋转接头以外，也可以应用于其他任何适用场所。

Claims (25)

1.可旋转接头，包括：

第一连接管；

第二连接管，其套接于所述第一连接管内，且在内腔的径向方向上以滚动机构作为接触介质与所述第一连接管连接；

所述滚动机构，其包括用于容纳滚珠的滚道，所述滚动机构使得所述第二连接管和所述第一连接管能够相对于彼此绕中心轴线做360度自由旋转；

滚珠安装孔，其在所述内腔的径向方向上穿透所述第一连接管的管壁而到达所述滚道；以及

密封机构，其包括用于密封所述滚珠安装孔的第一密封装置，

其中，所述第一密封装置能够可拆卸地完全装入到所述滚珠安装孔内，并且

所述第一密封装置包含直径不同和/或材料不同的至少两个部分。

2.根据权利要求1所述的可旋转接头，其中，

所述第一密封装置包括可拆卸地安装入所述滚珠安装孔内的孔用塞子，

所述孔用塞子包括第一部分和第二部分，

所述第一部分是具有第一直径的圆盘，所述第一直径小于所述滚珠安装孔的直径，并且

所述第二部分至少局部地具有比所述滚珠安装孔的直径大的第二直径以实现过盈配合。

3.根据权利要求2所述的可旋转接头，其中，

所述第二部分是从外部侧到滚道侧直径逐渐减小的圆台，所述圆台的外部侧的最大外周直径大于所述滚珠安装孔的直径，所述圆台的滚道侧的最小外周直径小于所述滚珠安装孔的直径。

4.根据权利要求3所述的可旋转接头，其中，

所述第一部分由金属材料制成，所述第二部分由非金属材料制成，且所述第二部分具有弹性。

5.根据权利要求4所述的可旋转接头，其中，

在所述第一部分的中央设置有通孔，并且

在所述第二部分的底部设有弧形凹陷。

6.根据权利要求2所述的可旋转接头，其中，

所述第一密封装置还包括可拆卸地安装入所述滚珠安装孔内的弹性挡圈，

在所述滚珠安装孔的内壁中以扩径凹槽的方式设置有挡圈卡槽，用于卡住所述弹性挡圈，并且

在所述滚珠安装孔的轴向方向上，所述弹性挡圈位于所述孔用塞子的外部侧。

7.根据权利要求6所述的可旋转接头，其中，

所述挡圈卡槽是沿着所述滚珠安装孔的周向连续地设置的环形凹槽。

8.根据权利要求6所述的可旋转接头，其中，

所述弹性挡圈为大致C字形，其两个端部处各自设有至少一个向内突起的加宽部，在每个所述加宽部的中央设置有通孔。

9.根据权利要求2所述的可旋转接头，其中，

在所述第二部分的底部设有弧形凹陷。

10.根据权利要求2所述的可旋转接头，其中，所述孔用塞子还包括：

第三部分，其位于所述第一部分与所述第二部分之间，且具有小于所述第一直径的第三直径。

11.根据权利要求10所述的可旋转接头，其中，所述孔用塞子还包括：

第四部分，其具有小于所述第二直径的第四直径，且在所述孔用塞子的轴向方向上将所述第二部分分割成两个子部分。

12.根据权利要求11所述的可旋转接头，其中，所述孔用塞子还包括：

以紧密环绕在所述第四部分上的方式设置的密封圈，所述密封圈过盈配合于所述滚珠安装孔内。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的可旋转接头，其中，

所述第一连接管包括第一管体部分和比所述第一管体部分具有更大内径的第二管体部分，所述第一管体部分具有相对于所述第二管体部分的台阶端面，

所述第二连接管套接于所述第一连接管的所述第二管体部分内，且在内腔的轴向方向上与所述第一连接管的所述第一管体部分的所述台阶端面抵接，使得所述第二连接管的内腔与所述第一连接管的所述第一管体部分的内腔连通，并且

所述密封机构还包括第二密封装置，所述第二密封装置将所述第二连接管、所述第一连接管二者的相互抵接部位相对于所述内腔密封。

14.根据权利要求13所述的可旋转接头，其中，所述第二密封装置包括：

在所述第二连接管、所述第一连接管二者的相互抵接部位处在所述第一连接管的所述第一管体部分的内壁中以扩径凹槽的方式设置的环形沟槽；以及

可拆卸地安装至所述环形沟槽中的盘根。

15.根据权利要求14所述的可旋转接头，其中，所述盘根包括：

非金属部分，其整体上大致为环形，且具有弹性；和

金属防挤出部分，其以覆盖所述非金属部分的至少一部分的方式设置于所述非金属部分上。

16.根据权利要求15所述的可旋转接头，其中，

所述金属防挤出部分整体上大致为环形，且截面为矩形或L形。

17.根据权利要求16所述的可旋转接头，其中，

所述盘根的与内腔侧相反的外周侧处的角部均是圆角化的。

18.根据权利要求15所述的可旋转接头，其中，

所述非金属部分由丁腈橡胶或氢化丁腈橡胶制成，并且

所述金属防挤出部分由铜或不锈钢制成。

19.根据权利要求15所述的可旋转接头，其中，

所述密封机构还包括：至少两个第三密封装置，位于所述滚道的两侧，用于保护所述滚道及将要安装于所述滚道内的所述滚珠。

20.根据权利要求19所述的可旋转接头，其中，

所述滚道由设置在所述第一连接管的内壁上的第一沟槽和设置在所述第二连接管的外壁上的第二沟槽以形状配合的方式形成，

所述第一沟槽和所述第二沟槽各自有三个以上，所形成的所述滚道有三条以上，所述滚珠安装孔为三个以上且与所述三条以上滚道一一对应，并且

所述第三密封装置是O形圈，位于所述三条以上滚道中的全部滚道的两侧。

21.根据权利要求20所述的可旋转接头，其中，

所述三条以上滚道中的各滚道在所述第一连接管及所述第二连接管的沿轴向方向的不同位置处呈阶梯状。

22.根据权利要求20所述的可旋转接头，其中，

所述三个以上滚珠安装孔以在所述第一连接管的轴向方向上相互偏移且在所述第一连接管的周向方向上相互偏移的方式分布于所述第一连接管上。

23.根据权利要求19所述的可旋转接头，还包括：

润滑机构，其包括至少一个润滑通道，

所述润滑通道位于由所述至少两个第三密封装置在所述第一连接管的轴向方向上界定的范围内，并且

所述润滑通道穿透所述第一连接管的管壁而到达所述第一连接管、所述第二连接管二者的连接位置。

24.根据权利要求23所述的可旋转接头，其中，所述润滑机构还包括：

可拆卸的用于封闭相应的所述润滑通道的开槽半沉头螺钉。

25.根据权利要求19所述的可旋转接头，还包括：

渗漏检测孔，其穿透所述第一连接管的管壁，并且

所述渗漏检测孔位于所述盘根与最靠近所述盘根的所述第三密封装置之间。