CN1181279C - 旋转装置 - Google Patents

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Abstract

一种旋转装置，用于传送至少一种增压处理流体，该旋转装置包括一中心轴(2)，在该中心轴上布置有多个环元件(3-6)，这些环元件包括：至少一个出口环(3)，该出口环有多个出口(10)，这些出口通过环状通路(14)与该轴(2)内的相应通道(12或13)连通；以及多个支承环(5、6)，该多个支承环中的至少一个静止地布置于该轴(2)上。在轴(2)和出口环(3)之间布置有一定距环(4)，该定距环相对于轴静止，且在该出口环(3)的各侧布置有支承环(5或6)，该支承环相对于轴静止，并且该支承环由定距环(4)和轴向支承件(17)轴向支承，该轴向支承件布置于离该定距环一定径向距离处，并在支承环(5或6)和出口环(3)之间。在出口环(3)和各相邻支承环(5或6)之间的动态密封装置(21)布置在定距环(4)和所述轴向支承件(17)之间的区域内。

Description

旋转装置
技术领域
本发明涉及一种旋转装置，该旋转装置用于传送至少一种增压处理流体，它包括一中心轴，在该中心轴上布置有多个环元件，这些环元件包括：至少一个出口环，该出口环有多个出口，这些出口通过环状通路与该轴内的相应通道连通；以及多个支承环，该多个支承环中的至少一个静止地布置于该轴上；用于使布置在可相互运动的环元件之间的环状通路密封的动态密封装置；以及支承装置，用于相互支承该环元件。
背景技术
上述类型的旋转装置在没有先期出版的挪威专利申请No.981379中进行了说明。该旋转装置包括多个环状通路元件，这些环状通路元件分别由所谓的中间环和外部出口环构成，在该中间环和外部出口环之间确定了用于流体传送的环状通路。中间环静止地布置在该轴上，在该中间环的各侧布置有支承环，该支承环有一个用于相对于中间环而进行支承的支承件。而且，在中间环和各支承环之间布置有轴向动态密封件，该动态密封件与支承环成一体。在轴和中间环之间布置有径向静态密封件，在各支承环和出口环之间也布置有径向静态密封件，以便密封环状通路中的流体。后一种静态密封件距该轴相对较远，因为中间环必须有足够能安装支承装置和所述动态密封件的径向延伸部分。动态密封件成一体地在支承环内，该支承环仅在一处进行固定或支承，这时，在某些故障情况下密封区域的变形将是一个限制因素。
对于径向静态密封件，由于在该密封件周围区域的温度梯度和内部压力而引起的变形和膨胀是限制该旋转装置的工作的主要因素。
发明内容
本发明的总体目的是提供一种旋转结构，该旋转结构将扩大该旋转装置相对于流量、压力和温度的工作极限，且该旋转结构还意味着结构和装配更简单，从而降低制造成本。
本发明的另一目的是提供一种旋转结构，其中，去除了某些以前所用的关键密封件，且环元件能在动态密封件工作区域内更好地固定或支承，这意味着该密封件能够在更优的条件下工作。
本发明的又一目的是提供一种旋转结构，该旋转结构适于形成具有完全独立的通道的多通道旋转装置，且该旋转结构还能够在对某些旋转装置通道进行更换或维修时，通过在该旋转装置中的其它通道而维持生产。
为了实现上述目的，本发明提供了一种如前所述类型的旋转装置，该旋转装置的特征在于：在轴和出口环之间布置有一定距环，该定距环相对于轴静止，且在该出口环的各侧布置有支承环，该支承环相对于轴静止，并且该支承环由定距环和轴向支承件沿轴向进行支承，该轴向支承件布置于离该定距环一定径向距离处，并在支承环和出口环之间，在出口环和各相邻支承环之间的动态密封装置布置在定距环和所述轴向支承件之间的区域内。
在该旋转装置的一个优选实施例中，定距环包括多个径向孔，这些径向孔与轴上的环状通路形式的周向槽连通，并与在出口环的相邻端表面上的环形槽连通。而且，优选是，出口环在其外端有一对轴向相对的环形凸缘，该环形凸缘与相应的支承环毗连，径向支承件布置于各环形凸缘的内表面和所述支承环的相邻表面部分之间。
可以看出，在本结构中，环绕动态密封件的环元件在两个位置被支承，即在定距环和轴向支承件中，这意味着能大大减小变形，这是保证密封件和该旋转系统安全工作的一个最重要的前提条件。
在本发明的旋转装置中，与前述已知的旋转结构相比，各环元件的结构和功能改变。具有轴向和径向支承件的所述密封结构使得相对运动和摩擦状况可以进行控制。除了没有静态的径向密封件与该出口环相连外，还由于出口环的结构，使得该出口环的尺寸能够用于较大的流量，同时还有较高的压力和较高的温度梯度。
因为只有出口环可相对于中心轴旋转，而其余的环元件都静止地布置于该轴上，因此，在本旋转结构中的流体通道都彼此独立。这样，人们能够通过该旋转装置中的独立通道工作，这意味着人们能够在需要时仅使用一定数量的通道。未使用的或空闲的通道可以进行释压，且在其余通道进行工作时不会旋转，因此，可以避免磨损工作寿命有限的那些部分。这大大优于现有技术。
附图说明
下面将结合实施例并参考附图介绍本发明，附图中：
图1所示为本发明的旋转装置的轴向剖视图；
图2所示为包括一对相互独立的旋转组件的旋转装置的轴向剖视图；
图3和4表示密封装置的两种可选结构；
图5和6表示支承装置的两种可选结构。
具体实施方式
图1所示的旋转装置1包括中心部分或中心轴2，在该中心轴2上布置有多个环元件，在图中特别表示了：两个出口环3；两个定距环4，各定距环位于轴和相应的出口环之间；以及四个支承环，这四个支承环布置在出口环3的各侧，特别是，这四个支承环为大致相同的两个中间环5和两个端部环6。在中心轴2顶部还布置有锁定螺母7和补偿单元8，该补偿单元8布置在螺母下面，以便使该环元件保持抵靠在中心轴2的下端保持凸缘9上的预负载。该补偿单元用于在工作过程中使该环元件保持预负载，这样，使得该旋转装置的密封件和支承件在尽可能最优的状态下工作。为了进一步说明该单元，将参考前述专利申请。
各出口环3有多个径向孔或出口10(仅示出一个)，该径向孔或出口10通过环状通路装置11而分别与轴内的相应通道12和13连通，从而形成连接，以便将增压处理流体(液体或气体)从轴2传送给管装置(未示出)，该管装置将实际上安装在出口环上。如图所示，环状通路装置11由布置于中心轴内的外周环形槽14构成，该环形槽通过在定距环4中的多个径向孔15(仅示出一个)而与在出口环3的相邻端表面上的环形槽16连通。
定距环4和支承环5、6都静止地布置于中心轴2上，而出口环3可相对于前述环运动。当该旋转装置用于钻井浮船上时，出口环将相对于该船静止，并相对于其余的环和中心轴而运动。如前所述，该旋转装置内的流体通道彼此独立，因此，可以仅使用一些通道，而其余的通道作为释压的空闲通道，这些空闲通道不工作，且不会磨损。
如图所示，定距环4是径向较短的环，用于支承各支承环5、6的内端。除了该支承外，各支承环还由轴向支承件17支承，该轴向支承件17布置在离定距环4一定径向距离处，并在所述支承环和相邻的出口环3之间。如图所示，各出口环3在其出口端有一对轴向相对的环形凸缘18和19，该环形凸缘18和19分别与一个相应的支承环5、6毗连，径向支承件20布置于各环形凸缘的内表面和所述支承环5、6的相邻表面部分之间。该轴向和径向支承件的结构用于对运动和摩擦状况的控制。
在各出口环3和相邻支承环5、6之间布置有动态密封装置21，该动态密封装置21位于定距环4和所述轴向支承件17之间的径向中间空间内。如图所示，密封装置21由三个单独的元件构成，这三个单独的元件布置于在出口环3的上下表面中的单独的环形槽内。该密封元件适于由唇形密封件构成，该唇形密封件以已知形式布置成由处理流体或由阻挡液体(barrier)来驱动，该阻挡流体优选是压力高于处理流体压力的油。
在图1中，将用于供给该阻挡流体的管道或槽道22、23布置于出口环3内。因为支承环5、6支承于两个径向间隔的位置，如上所述，因此，动态密封区域中的间隙能够很好地控制，并保持紧公差。图示结构还意味着可以获得足够的空间以安装合适数目的密封元件，而不需要使出口环和支承环的径向尺寸较大。
考虑到抗磨损，动态密封元件所抵靠的支承环5、6侧表面涂覆有较硬的涂层。
在该轴2和各支承环5、6的相邻内表面之间布置有静态的径向密封装置24。该密封装置也适于由单独的密封元件构成，该密封元件布置成由阻挡液体驱动，如前面结合动态密封件所述。
该动态和静态密封件的结构还将在下面参考图3和4进一步介绍。
图2表示了根据本发明的旋转装置实施例，该旋转装置成多通道旋转装置的形式，其中：该装置包括一对旋转组件30、31，该对旋转组件30、31分别布置于保持凸缘9的上侧和下侧，该保持凸缘9布置在中心轴2上并位于该轴的中心区域。该上部组件30对应于图1中的旋转装置实施例，因此包括两个出口环3，并有相应的定距环4和支承环5、6，而在本实施例中，下部组件31包括单个出口环3，并有一个相应的定距环4和呈两个端部环6形式的支承环。在上部组件30中的环元件通过锁定螺母7和补偿单元8而保持抵靠该保持凸缘9的预负载，而在下部组件31中的环元件则通过下部锁定螺母32和补偿单元33而保持抵靠该保持凸缘9的预负载。
因此，上部旋转组件包括两个流体通道12、13，而下部组件仅包括一个这样的通道34。如上所述，流体通道彼此独立，通过移动驱动臂(未示出)，可以使单个通道不工作，这样，该整个出口单元作为轴2的一部分而旋转。通过将该旋转装置分成两个单独的组件，人们能够对位于该保持凸缘或凸肩9上面的旋转组件30进行维修，而仅通过在该凸肩9下面的旋转组件31进行生产。
图3和4表示了可在本发明的旋转装置中使用的密封结构的可选实例。可以根据相关领域和工作条件对密封结构进行选择，有时也可以根据需要或工作人员的意愿来进行选择。
在图3所示的结构中，动态密封装置21包括三个单独的密封元件，或者尤其是，包括一个主密封件38、一个辅助密封件39和一个附加辅助密封件或外部密封件40。该静态密封装置24也包括三个密封元件，尤其是，包括一个主密封件41、一个辅助密封件42和一个附加辅助密封件或外部密封件43。建议是，动态密封装置和静态密封装置都由阻挡液体驱动，阻挡液体(油)通过槽道22和23而供给。这时，阻挡液体采用了两个压力级，槽道22为高压系统的一部分，槽道23为低压系统的一部分。
在动态密封装置和静态密封装置中，最靠近处理通道12的主密封件和辅助密封件38和39以及41和42分别彼此相对安装，并由高压系统驱动。附加辅助密封件或外部密封件40和43分别由低压系统驱动。或者当不选用阻挡液体驱动的密封件时，低压阻挡槽道23可以为释压槽道，该释压槽道用于检测其它密封件的泄漏。当主动态密封件38失效时，辅助密封件39将由处理流体驱动。当辅助密封件39失效时，该辅助密封件/外部密封件40将接替失效密封件的功能。
对于静态密封装置，阻挡液体系统首先驱动该密封件，这意味着该密封件在近似静态条件下工作。不管动态密封件怎样布置，都可以采用具有三个单独密封元件的图示结构。
图4表示了一种密封结构，其中，静态密封装置24由处理流体驱动，而动态密封装置21由阻挡液体驱动。
静态密封装置24包括一个主密封件44和一个辅助密封件45，该主密封件44和辅助密封件45串联布置于轴2和支承环5或6之间，并通过处理液体压力而驱动。此外，还可以检测横过主密封件的泄漏，或者可以分别通过在支承环5和6中的孔而进行密封件修理，该孔如点划线47所示。在图3中表示了用于同样目的的相应点划线46。
动态密封装置21包括一个主密封件48、一个辅助密封件49和一个附加辅助密封件或外部密封件50。在本实施例中，也在阻挡液体上采用了两个压力级，但是这时，驱动主密封件的阻挡液体的压力比驱动辅助密封件的阻挡液体的压力更低。因此，主密封件由槽道51内的阻挡油压驱动，该槽道51内的阻挡油压设置为高于最大处理压力，而两个辅助密封件则彼此相对安装，并由在槽道52内的阻挡油压驱动，该槽道52内的阻挡油压比槽道51内的阻挡油压高大约10巴。
显然，可以采用其它可选的密封结构。例如，所有的密封件都可由处理流体驱动，这样，就不需要阻挡液体系统和相应的控制板。在动态密封装置中，例如主密封件可以改变成刮油环，另外，一对动态密封件(主密封件和辅助密封件)可以在刮油环之后串联布置。而且，各密封件可以配有检测槽道，以便进行状态控制，或者这些槽道可以作为用于密封件修理的注入点。
根据密封系统的结构，可以分别采用上述轴向和径向支承件17和20的可选支承方式。图5和6表示了采用滑动支承件和滚子支承件(滚动支承件)的可选方式。这些图同时表示了密封结构，在该密封结构中，动态密封件38、39、40对应于图3所示实施例，而静态密封件44、45对应于图4所示实施例。
尤其是，图5表示了有径向滑动支承件53和轴向滚子支承件54的实施例，其中，滚子支承件布置于外部密封件50的外部。滚子支承件通过未示出的润滑油管接头而从外部进行润滑。
与图5类似，图6表示了具有滑动支承件53和滚子支承件55的一种组合。不过，在该实施例中，滚子支承件55布置于由阻挡油驱动的密封件49和50之间。这时不需要对该支承件进行外部润滑。
作为图5和6的一种代替形式，可以采用纯滑动支承件的方式，如图3和4中的实施例所示。这是最简单和成本最优的方法，但是旋转阻力将增大。

Claims (10)

1.一种旋转装置，用于传送至少一种增压处理流体，该旋转装置包括一中心轴(2)，在该中心轴上布置有多个环元件(3-6)，这些环元件包括：至少两个出口环(3)，各出口环有多个出口(10)，这些出口通过相应的环状通路(14)与该轴(2)内的相应通道(12或13)连通；以及多个支承环(5、6)，该多个支承环中的至少一个静止地布置于该轴(2)上，该旋转装置还包括用于密封布置在可相互运动的环元件(3、5或3、6)之间的环状通路(14)的动态密封装置(21)以及支承装置(17)，该支承装置用于该环元件的相互支承，其特征在于：在轴(2)和各出口环(3)之间布置有一定距环(4)，该定距环相对于轴静止，且在各出口环(3)的各侧布置有支承环(5或6)，该支承环相对于轴(2)静止，从而各出口环(3)具有其单独的一组支承环(5，6)其中各支承环由定距环(4)和轴向支承件(17)支承，该轴向支承件布置于离该定距环一定径向距离处，并在支承环(5或6)和所述出口环(3)之间，在各出口环(3)和各相邻支承环(5或6)之间的动态密封装置(21)布置在定距环(4)和所述轴向支承件(17)之间的区域内。
2.根据权利要求1所述的旋转装置，其特征在于：该定距环(4)包括多个径向孔(15)，这些径向孔与轴(2)上的环状通路形式的周向槽(14)连通，并与在出口环(3)的相邻端表面内的环形槽(16)连通。
3.根据权利要求1或2所述的旋转装置，其特征在于：出口环(3)在其外端有一对沿轴向相对的环形凸缘(18、19)，该环形凸缘与相应的支承环(5、6)毗连，径向支承件(20)布置于各环形凸缘(18或19)的内表面和所述支承环(5或6)的相邻表面部分之间。
4.根据权利要求1或2所述的旋转装置，其特征在于：它包括两个组件(30、31)，每个组件(30、31)包括至少两个出口环(3)，其分别具有相应的定距环(4)和支承环(5、6)，且这两组件布置在径向凸出的保持凸缘(9)的两侧，该保持凸缘(9)布置于轴(2)上，锁定螺母(7或32)布置在轴(2)的各端，以便使所述组件中的环元件(3-6)保持抵靠所述保持凸缘(9)的预负载。
5.根据权利要求1或2所述的旋转装置，其特征在于：静态密封装置(24)布置于轴(2)和各支承环(5或6)的相邻内表面之间。
6.根据权利要求5所述的旋转装置，其特征在于：至少一些密封装置(21、24)布置成由处理流体驱动。
7.根据权利要求5所述的旋转装置，其特征在于：至少一些密封装置(21、24)布置成由阻挡液体驱动，该阻挡液体有比处理流体更高的压力。
8.根据权利要求6所述的旋转装置，其特征在于：各动态密封装置(21)包括至少一个主密封件和一个辅助密封件(38或39、48或49)，该主密封件和辅助密封件在定距环(4)和轴向支承件(17)之间并排布置。
9.根据权利要求3所述的旋转装置，其特征在于：轴向支承件是滚子支承件(54；55)，径向支承件是滑动支承件(53)。
10.根据权利要求7所述的旋转装置，其特征在于：轴向支承件(55)布置在径向靠内和径向靠外的密封件(49或50)之间，该支承件(55)是滚子支承件，该滚子支承件布置成通过呈油形式的阻挡液体来润滑。
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