CN1390284A - 密封组件 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种密封组件和一种用于密封平行的、平的、弧形的或凸的表面的方法。该密封组件包括一个环形密封件,该环形密封设置一对沿径向置于环(8)的第一圆周表面上的主密封唇(9,10);而一个第二径向表面(13,14)上设置用于分散加压流体的装置(15,16)。本发明还提供了一种将三通接头引入一条管道的方法。

Description

密封组件
本发明涉及一种新型密封组件。
天然气通常通过大直径(例如24英寸)的钢管道横穿陆地进行大量地输送。在主要输送管道上的某些点处引入分接头或三通接头是很常见的。目前，三通接头被焊接在管道中，但必须首先去除一部分管道。当管道中载运有气体时，执行这一过程不但危险而且成本很高，其中包括安装一个辅助“环路”，以便在安装该接头的同时使气体通过它走旁路。
现在我们已发现一种新型的密封件，该密封件能够作为在主输送管道和焊接的支管接头之间提供密封的主密封元件。该密封件必须能够承受包括反向压力在内的工作和测试压力，并且必须能适应支管接头相对于主管道的偏心。
共同未决的英国专利申请No.9917 360.1描述一种将一个支管组件固定在管道上的新方法。这种方法需要一种专用密封件，该密封件不但适于在很高的压力下工作，而且能够配合设置在非平面的或弧形的表面上。
英国专利申请No.1214986描述一种密封装置，该装置与一对可彼此相对地成角度运动的管道一起使用。一般而言，该密封装置包括一个环形主体部分和一对隔开的舌形部分，该舌形部分设置向内倾斜的耳状件。然而，其中的密封件被设计用于与“平行”的管道凸缘接头连接。对于在分支管道中形成不透流体密封的问题而言，该密封件没有提供解决方法。
由此，在压力系统中采用“U”形环密封件是公知的，其中压力作用在该U形环的侧壁上。然而，我们现在已惊奇地发现一种新型的密封组件，该组件足够柔软，从而适于与平行的、平的、弧形的或凸形的表面相配合。
这样，根据本发明，我们提供一种适用于加压系统的密封组件，其包括一个密封环，该环设置至少一对沿径向置于该环的第一圆周表面上的主密封唇，而该密封环的第二径向表面上设置用于分散加压流体的装置。
在本发明的一个优选实施例中，用于分散加压流体的装置包括用于沿一个圆周方向和一个径向分散压力的装置。
本发明的密封件的有利之处在于，它特别适用于多种压力系统，这是由于压力作用在唇壁以及密封件的唇连接部分上，以便增强所产生的加压流体的密封。在下文中，该密封件将被描述为一个径向U形环密封件。
在传统的陆基管道中，密封件内表面承受的压力大于外表面承受的压力，两者之间存在一个压差。因此，在这种实施例中，密封件的第一圆周表面是内表面而第二圆周表面是外表面。
在本发明的另外一个实施例中，该密封件的布置可以使作用在密封件上的外部压力大于内部压力。这种密封件的有利之处在于，例如它可以适用于海底管道。
在本发明的一个用于海底管道的替代实施例中，可能需设置用于防止水进入的密封装置，其中水的压力(有时)可能大于管道流体的压力。在这种情况下，一对主密封唇可以沿径向布置在环的外圆周表面上，在此同时用于分散加压流体的装置设置在环的内径向表面上。
该分散装置可以包括一个迷宫密封件，该迷宫密封件可置于密封件的径向表面上。在一个优选实施例中，径向U形环密封件的两个径向表面上都设置一个加压流体分散件，在这种情况下，迷宫密封件可以相同或不同。
公知的迷宫密封件可以减小穿过密封件径向宽度的压力。因此，所用的迷宫密封件可以包括一个孔洞阵列。或者，该迷宫密封件可以只是部分贯穿，以致于该密封件包括数个中空部或孔。该孔洞或者孔(一同被称为“隔板”)可以不规则地排列，或者排列成规则的图案。当使用规则图案时，优选采用“砖砌体”图案，即是说，隔板被相互错开。在密封件表面的相对侧面上，隔板可以沿圆周相互错开，例如，错开的幅度可以等于隔板间距的一半。作为替代，隔板也可以无需错开。无论迷宫密封件与径向U形环密封件分开还是与径向U形环密封件粘结都不脱离本发明的范围，但是优选该迷宫密封件为径向U形环密封件的一个整体部分。当孔洞或孔呈规则图案时，它们可以包括两个或三个圆周排。优选采用两个圆周排。
迷宫密封件的厚度可以变化，但优选介于1至5mm之间，介于1.0至2.5mm之间更好。孔洞或孔的尺寸也可以根据尤其是密封件所承受的压力、密封件所包括的材料等而不同。然而，该孔洞或孔的深度优选介于0.5至2.0mm之间，介于1.0至1.5mm之间更好。为便于加工，优选该孔洞或孔具有大体相同的尺寸和形状并且可以大体呈矩形，该矩形的径向宽度为5至10mm，圆周长度为15至20mm，优选为8×16mm。因此，当采用矩形孔洞/孔时，优选最长边为圆周边。
传统公知的材料都可用来加工本发明的密封件，优选迷宫密封件部分与密封件的U形环部分包括相同的材料。这些材料包括弹性材料和/或塑料。弹性材料的实例包括橡胶，例如天然或合成橡胶，但并不局限于此。在这些合成橡胶中，优选采用例如腈橡胶，如丙烯腈丁二烯共聚物(NBR)，氢化丙烯腈丁二烯橡胶(HNBR)；氟橡胶(FKM)，如viton；或全氟橡胶(FFKM)，如Kalrez。(Viton和Kalrez可从DuPond Dow弹性体获得。)塑料材料的实例包括氟化聚合物，例如PTFE(聚四氟乙烯)。
弹性材料，例如HNBR，可以具有不同的硬度。然而，优选肖氏A级硬度介于50至95度的范围内。
本发明的密封件所能承受的压力的设计值在测试条件下可以达到105至110巴，而在传统工作条件下可达到20至70巴。另外，本发明的密封件可以承受高达350巴的外部压力，例如从20至350巴，优选从70至300巴，从105至180巴更好。
在工作条件下，在密封件的外面部分和管道之间可能存在周向挤出的危险。因此，在一个优选实施例中，围绕密封件的外圆周设置一个加强件，例如一个盘簧。优选该弹簧为一个金属弹簧，例如一个钢质弹簧。
另外，由于该密封组件在施加于密封件唇部上的工作压力作用下可能自由地沿径向继续膨胀，所以在本发明的一个优选实施例中，该密封件可设置一个保持件。这种保持件最好包括一个置于密封件非承压表面上的金属环。该保持件可任选地与密封环成一整体或者也可以分开。
因此，在陆基管道中，该保持件最好位于密封环的外表面上。然而，在用于与海底管道连接的情况下，该保持件最好位于密封环的内表面上。
在横跨密封件的压力差可能会变化的系统中和/或在海底应用中，可以使用数个本发明密封环。例如，最外侧的密封件可以包括一个带有面朝外的密封唇的密封件，而最内侧的密封件可以包括一个带有面朝内的密封唇的密封件。在这种系统中，该最内侧的和最外侧的密封件可以相互分开，但也可以是或可以不是相互邻接的。
然而，在本发明的另外一个实施例中提供一种密封件，其中该密封件包括共用一个公共保持件的一个最内侧的密封件和一个最外侧的密封件。
这样，根据本发明的另外一个特征，我们提供了一种适用于预定系统中的密封组件，该密封组件包括一对沿径向布置在该密封环内圆周表面上的主密封唇，该主密封唇与次密封唇通过一个保持件相连接。
在本发明的一个优选实施例中，该密封件设置如上所述的用于分散加压流体的装置。如上的密封组件还可以包括一个单体的公共保持件。
该公共保持件可任选地与环状密封件成一整体或者分开。
本发明密封组件特别适于用作大管道密封件，例如石油、化学、水或气领域内需要的管道。该密封件能够密封平行表面；非平行表面，例如相差约5mm；或弧形偏心表面，例如当管道侧壁的一部分被切去时，就会产生这种表面。该密封件特别适合用于下述情况通过连接两根管而在一个管道内引入例如一个三通接头。
因此，该密封组件适用于陆地管道或海底管道中。
根据本发明的另外一个特征，我们提供一种将一个三通接头引入一条管道的方法，该其包括在一根管上开一个孔，并且将一根第二管连接在该孔上，其中本发明的密封件设置在这两根管之间。
我们还提供了一种如上所述的方法，该方法适用于压力变化的系统中，例如一个海底系统。这种方法可以包括使用数个本发明的密封件。该方法特别包括使用一个可能设置面朝外的密封唇的最外侧的密封件和一个可能设置面朝内的密封唇的最内侧的密封件。在这种系统中，该最内侧的和最外侧的密封件可以是分开的，但也可以是或可以不是彼此邻接的布置。
下面参照附图仅以举例的方法描述本发明，其中：
图1是一个透视图，表示传统使用的U形环的一个部段；
图2是一个透视图，表示本发明的一种径向U形环密封件的一个部段；
图3是设有一个迷宫密封件的径向U形环密封件一个部段的剖视图；
图4是本发明完整密封件的一个剖视图；
图5是本发明完整密封件的一个平面图；
图6是用在海底管道中的本发明的密封件的一个剖视图；
图7是一个采用本发明的密封件的一个海底分支管道的剖视图；和
图8是一个双密封组件的剖视图。
参看图1，该图表示一个传统的U形环密封件(它不属于本发明)，该密封件(1)包括唇(2和3)和唇连接部分(4)和一个本体(5)。本体(5)具有外壁(6和7)。只被部分示出的密封件(1)大体呈环形，而壁(6)位于环的内侧上而壁(7)位于环的外侧上。
参看图2，一个径向U形环唇密封件(8)包括唇(9和10)、一个唇连接部分(11)和一个本体(12)。本体(12)具有外表面(13和14)。密封件(8)大体呈环形，以致于唇(9和10)向内面朝圆心。
参见图3至5，一个唇密封件(8)包括唇(9和10)，该密封件的本体(12)的每个表面(13和14)上都分别设置迷宫密封件(15和16)。迷宫密封件(15和16)呈“砖砌体”排列方式。密封件(8)的本体(12)上设置一个支撑环(17)，该支撑环(17)呈模塑在密封本体(12)内的一个盘簧形式。密封件(8)还在离中心远的表面上设置一个保持环(18)。
参见图6，一个海底唇密封件(10)包括唇(20和21)，该密封件的本体上设置如上的迷宫密封件(未示出)。唇(20和21)位于密封件(19)的面朝外的表面(22)上。该主体上设置一个支撑环(23)，并且可任选地设置一个保持件(未示出)。
参见图7，一根海底管道(24)包括一个主管本体(25)和一根支管(26)。主管(25)上设置一个与支管(26)相重合的孔(27)。支管(26)上设置一个覆盖主管(25)的凸缘(28)。凸缘(28)与主管主体(25)之间的间隙(29)用密封件(30)和密封件(31a)堵住。密封件(30)设置面朝内的唇(32)，它的作用是防止源于管道(24)内部的泄漏。而密封件(31)设置面朝外的唇(33)，它的作用是当外界压力大于内部压力时防止向管道(24)内泄漏。
参见图8，一个径向U形环(34)，该环(34)适用于压力变化的系统中。密封件(34)包括一对连接在第一本体部分(37)上的面朝内的唇(35和36)。本体(37)上设置一个支撑环(38)和一个保持环(39)，并且保持环(39)与支撑环(38)相邻接。保持环(39)可与支撑环(38)成一整体，或者可以是例如被固定在支撑环(38)上，或者可以简单地夹在相应位置处。
保持环(39)具有一个紧靠或连接到支撑环(38)上的第一表面(40)和一个第二相对表面(41)。第二表面(41)邻接一个第二支撑环(42)，该支撑环(42)连接在一个带有唇(44和45)的第二本体(43)上。
每个本体(37和43)在各自的径向表面(50，51，52，53)上都设置迷宫密封件(46，47，48，49)。

Claims (30)

1.一种适用于加压系统的密封组件，其包括一个密封环，该环设置至少一对沿径向置于该环的第一圆周表面上的主密封唇；而该密封环的第二径向表面上设置用于分散加压流体的装置。
2.按权利要求1的密封组件，其特征在于，用于分散加压流体的装置包括用于沿一个圆周方向分散压力的装置。
3.按权利要求2的密封组件，其特征在于，用于分散加压流体的装置包括用于沿一个圆周方向和一个径向分散压力的装置。
4.按权利要求1的密封组件，其特征在于，用于分散加压流体的装置是一个置于径向侧表面上的迷宫密封件。
5.按权利要求1的密封组件，其特征在于，密封件的第一圆周表面是内表面而第二圆周表面是外表面。
6.按权利要求1的密封组件，其特征在于，密封件适用于一个在密封件上的外部压力大于内部压力的系统。
7.按权利要求6的密封组件，其特征在于，主密封唇离开环的外圆周表面一段距离沿径向设置，在此同时用于分散加压流体的装置设置在环的内径向表面上。
8.按权利要求1的密封组件，其特征在于，径向U形环密封件的两个外侧表面上都设置一个加压流体分散装置。
9.按权利要求7的密封组件，其特征在于，迷宫密封件包括数个孔洞。
10.按权利要求7的密封组件，其特征在于，迷宫密封件包括数个孔。
11.按权利要求9或10的密封组件，其特征在于，孔洞或孔以规则的图案排列。
12.按权利要求11的密封组件，其特征在于，规则的图案是一种“砖砌体”图案。
13.按权利要求1的密封组件，其特征在于，用于分散加压流体的装置是密封环径向表面的一个整体部分。
14.按权利要求12的密封组件，其特征在于，孔洞或孔呈一种两个或三个圆周排的规则图案形式。
15.按权利要求14的密封组件，其特征在于，孔洞或孔呈一种两个圆周排的规则图案形式。
16.按权利要求9或10的密封组件，其特征在于，孔洞或孔的深度介于0.5至2.0mm之间。
17.按权利要求9或10的密封组件，其特征在于，孔洞或孔最好具有大体相同的尺寸和形状。
18.按权利要求1的密封组件，其特征在于，组件在传统工作条件下适于承受20至70巴的压力。
19.按权利要求1的密封组件，其特征在于，密封件设置一个保持件。
20.按权利要求1的密封组件，其特征在于，保持件位于环密封件的外表面上。
21.按权利要求1的密封组件，其特征在于，保持件位于环密封件的内表面上。
22.按权利要求21的密封组件，其特征在于，保持件包括一个围绕密封件外圆周的加强件。
23.按权利要求1的密封组件，其特征在于，优选取加强件为一个盘簧。
24.按权利要求1的密封组件，其特征在于，密封件上设置一个围绕密封件外圆周的保持环。
25.一种密封组件，其包括一对沿径向布置在密封环内圆周表面上的主密封唇，主密封唇与次密封唇通过一个保持件相连接。
26.一种用于将一个三通接头引入一条管道的方法，其包括在一根管内开一个孔，并且将一根第二管连接在该孔上，其中本发明的密封件设置在这两根管之间。
27.按权利要求26的方法，其特征在于，其包括使用数个按权利要求1的密封件。
28.按权利要求27的方法，其特征在于，其包括使用一个设置面朝外的密封唇的最外侧的密封件和一个设置面朝内的密封唇的最内侧的密封件。
29.按权利要求20的方法，其特征在于，最内侧的和最外侧的密封件是分开的。
30.一种大体如同参照所附实例描述的密封组件。
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