CN214662831U - 一种适用于大通径活动弯头的连接密封结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适用于大通径活动弯头的连接密封结构，在旋转连接部位采用圆柱滚子做为连接和旋转承力件，在活动弯头通径大、承受较高压力时承力接触面为面接触，使得大通径活动弯头可以以较小的外形尺寸和重量、较低的制造成本和作业劳动强度应用在大通径压裂管汇中，也更能满足快速插拔压裂管汇对活动压裂管路的要求。在承压密封部位，采用径向密封的唇形组合密封圈和二次密封圈双密封结构，并在两道密封之间设置泄压机构，同时在唇形组合密封圈端部设置防压裂砂和防冲蚀的挡圈，使活动弯头在承受高压压裂时密封能力更强，密封圈不易损坏，使密封更可靠，不承压时始终保持转动灵活，不会产生卡滞。

Description

一种适用于大通径活动弯头的连接密封结构

技术领域

本实用新型涉及油田水力压裂用活动弯头技术领域，尤其涉及一种适用于大通径活动弯头的连接密封结构。

背景技术

在油田水力压裂作业井场，压裂井口连接所用压裂管线活动弯头旋转关节传统上采用的是钢球连接结构，由于钢球连接结构在承受管内压力工作中钢球与滚道侧壁抵抗压裂液产生的管道轴向拉力时接触方式为线接触，因接触面积小，每个点产生的压应力很大，若压裂活动弯头承受压力高且通径大，则钢球数量和滚道就得足够多，这样压裂活动弯头尺寸和重量就很大，使用不便且制造成本很高。因此，钢球连接结构目前只应用于小通径压裂活动弯头上。为了满足压裂作业排量要求，油田压裂施工现场通常是采用并排多通道小通径压裂管线、活动弯头、分流集流头和平板闸阀组成压裂管汇进行压裂施工作业，但这样会造成压裂井场小通径压裂管线和活动弯头数量众多、连接拆卸工作量大、潜在泄漏点多、施工风险高、井场杂乱、压力损失大、承压完整性差、施工周期长、作业成本高、施工人员劳动强度大，尤其是大型工厂化压裂井场多井拉链式压裂且单井对入井压裂液排量要求越来越大的情况下，这种问题愈发突出。

目前在压裂作业现场还存在一种大通径单通道压裂管汇，其压裂管线直管和活动弯头均采用法兰连接，笨重、制造和使用成本高，连接拆卸压裂管线时均需要上紧和松退数个螺栓螺母，费工费时、劳动强度大，尤其是压裂管线弯头部分，在法兰螺栓螺母上紧后无法活动，仅在螺栓螺母连接好之前做有限活动以调整压裂管线方向和角度，一旦连接紧固好即不能活动，且安装后占用场地尺寸空间大，也无法适应快速插拔压裂管汇对活动压裂管路的要求。

发明内容

针对上述存在的问题，本实用新型旨在提供一种适用于大通径活动弯头的连接密封结构，使单通道大通径压裂管汇替代多通道小通径压裂管汇更易大范围实现，连接拆卸和方向调整更方便更省时更省力，同时可以满足快速插拔压裂管汇对活动压裂管路的要求。该技术使压裂管线既能满足压裂作业对入井压裂液大排量的要求，也能满足重量轻、安全可靠、制造和使用成本低、连接拆卸效率高、劳动强度小、连接后占用井场空间尺寸小、简化压裂管汇管路、井场布局简洁整齐的要求，同时节省大量宝贵的井场空间，压裂管线连接拆卸数量和潜在的压力泄漏点极大减少，作业安全风险大大降低，承压完整性好，压裂液输送压力损失小。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：一种适用于大通径活动弯头的连接密封结构，包括依次套设连接的公由壬弯头、母由壬接头，所述公由壬弯头、母由壬接头具有同等尺寸内径的通孔，其特征在于：所述公由壬弯头和母由壬接头连接面之间设有旋转密封结构，在所述旋转密封结构上还设有泄压机构。

优选的，所述旋转密封结构包括在所述母由壬接头内壁沿轴向间距设置的第一矩形环槽、及在所述公由壬弯头外壁面上配合所述第一矩形环槽开设的第二矩形环槽，所述第一矩形环槽和第二矩形环槽在对应状态下构成环形滚道，每个所述环形滚道中均沿周向紧密排列有若干个圆柱滚子，所述圆柱滚子两端面均与构成所述环形滚道的第一矩形环槽和第二矩形环槽沿通径方向的端面平面接触，所述圆柱滚子的圆柱表面与第一矩形环槽和第二矩形环槽沿通径径向的侧壁相切接触。

优选的，在所述母由壬接头侧壁上均开设有与所述第一矩形环槽贯通的、且用于所述圆柱滚子安装的安装孔，在每个所述安装孔内均设有密封润滑机构。

优选的，所述密封润滑机构包括在每个所述安装孔内设置具有水平贯穿孔且一侧与所述圆柱滚子接触的滚子压帽，所述滚子压帽的水平贯穿孔中设有用于对所述圆柱滚子润滑的油嘴，所述安装孔侧壁上开设有弹性挡圈槽，所述弹性挡圈槽中设有对所述油嘴及滚子压帽限位的弹性挡圈，所述油嘴端部延伸至所述弹性挡圈外侧。

优选的，所述泄压机构包括在所述母由壬接头侧壁开设且与所述公由壬弯头外壁面贯通的台阶穿孔，所述台阶穿孔内螺纹连接有中空螺母，所述中空螺母中活动穿设有阀芯，所述阀芯通过中空螺母将其压紧在台阶穿孔中密封，所述阀芯中开设有L型的泄压通道，其一端与外部贯通，另一端与台阶穿孔侧壁相通。

优选的，所述台阶穿孔与所述阀芯配合密封处设为锥型密封结构。

优选的，在所述公由壬弯头与母由壬接头配合的端部及侧壁依次设有端部挡圈、唇形组合密封圈及二次密封圈，所述台阶穿孔位于该唇形组合密封圈和二次密封圈之间。

优选的，在所述公由壬弯头与母由壬接头配合的外端接触面上设有防尘密封圈。

本实用新型的有益效果是：

(1)在旋转连接部位采用圆柱滚子做为连接和旋转承力件，在活动弯头通径大、承受较高压力时承力接触面为面接触，较之传统小通径活动弯头采用钢球做为连接和旋转承力件接触部位为点接触，可以用较少的圆柱滚子和滚道实现大通径活动弯头的功能，使得大通径活动弯头可以以较小的外形尺寸和重量、较低的制造成本和作业劳动强度应用在大通径压裂管汇中，也更能满足快速插拔压裂管汇对活动压裂管路的要求。(2)在承压密封部位，采用径向密封的唇形组合密封圈和二次密封圈双密封结构，并在两道密封之间设置泄压机构，同时在端部设置防压裂砂和防冲蚀的挡圈，使活动弯头在承受高压时密封能力更强，密封更可靠，不承压时始终保持转动灵活，不会产生卡滞。(3)在每个滚道的圆柱滚子安装孔位置设置密封润滑机构，同时在两端滚道的外侧设置密封圈，可以使圆柱滚子有足够的润滑及免异物进入来保证活动弯头始终能灵活转动。

附图说明

图1为活动弯头整体结构图

图2为图1C处放大(本实用新型连接密封结构)图。

图3为本实用新型图2K向剖视图

图4为本实用新型图2A处放大图。

图5为本实用新型图2B处放大图。

具体实施方式

为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的描述。

参照附图1～5所示的一种适用于大通径活动弯头的连接密封结构，包括依次连接的公由壬弯头1、母由壬接头2，所述公由壬弯头1、母由壬接头2具有同等尺寸内径的通孔101，所述公由壬弯头1和母由壬接头2连接面之间设有旋转密封结构。该连接密封结构用于如图1所示的活动弯头 100的连接使用，其能使得活动弯头满足承压时密封可靠，不承压时转动灵活的使用要求。在所述旋转密封结构上还设有泄压机构。该泄压机构用于对公由壬弯头1和母由壬接头2旋转密封处进行泄压操作，保证活动弯头的正常工作。

具体的，所述旋转密封结构包括在所述母由壬接头2内壁沿轴向间距设置的第一矩形环槽a、及在所述公由壬弯头1外壁面上配合所述第一矩形环槽a开设的第二矩形环槽b，所述第一矩形环槽a和第二矩形环槽b 在对应状态下构成环形滚道，每个所述环形滚道中均沿周向紧密排列有若干个圆柱滚子5，所述圆柱滚子5两端面均与构成所述环形滚道的第一矩形环槽a和第二矩形环槽b沿通径方向的端面平面接触，所述圆柱滚子5 的圆柱表面与第一矩形环槽a和第二矩形环槽b沿通径径向的侧壁相切接触。圆柱滚子5是保证在活动弯头正常转动的基础上，抵抗通径101中因流体压力而对所述公由壬弯头1、母由壬接头2之间连接处产生的巨大拉拔力的作用。在旋转连接部位采用圆柱滚子5作为连接和旋转承力件，在活动弯头通径大、承受较高压力时承力接触面为面接触，较之传统小通径活动弯头采用钢球做为连接和旋转承力件接触部位为点接触，可以用较少的圆柱滚子和环形滚道实现大通径活动弯头的功能，使得大通径活动弯头可以以较小的外形尺寸和重量、较低的制造成本和作业劳动强度应用在大通径压裂管汇中，也更能满足快速插拔压裂管汇对活动压裂管路的要求。

进一步为了满足圆柱滚子5的安装和拆卸需要，在所述母由壬接头2 侧壁上均开设有与所述第一矩形环槽a贯通的、且用于所述圆柱滚子5安装的安装孔e。在安装时，先将第一矩形环槽a与第二矩形环槽b对齐，然后将若干个圆柱滚子5从安装孔e依次装入，并装满上述矩形环槽构成的环形滚道中，圆柱滚子5在环形滚道中圆柱面相切紧密排列。为了使圆柱滚子和活动弯头正常转动，在每个所述安装孔e内均设有密封润滑机构，该密封润滑机构一是为了对安装孔e进行密封封堵，二是为了对圆柱滚子 5进行润滑，降低其与环形滚道的磨损，增强活动弯头转动的灵活性。

具体的，所述密封润滑机构包括在每个所述安装孔e内设置具有水平贯穿孔且一侧与所述圆柱滚子5接触的滚子压帽6，所述滚子压帽6的水平贯穿孔中设有用于对所述圆柱滚子5润滑的油嘴7，所述安装孔e侧壁上开设有弹性挡圈槽f，所述弹性挡圈槽f中设有对所述油嘴7及滚子压帽6限位的弹性挡圈8，所述油嘴7端部延伸至所述弹性挡圈8外侧。优选的油嘴7与滚子压帽6之间螺纹连接，实现整个密封润滑机构的可拆卸功能。通过该油嘴7注入润滑脂或润滑油对圆柱滚子5进行有效的润滑。

安装时，先将油嘴7与滚子压帽6端部密封贴合，接着整体将滚子压帽6与油嘴7密封穿设在安装孔e中(较佳的，滚子压帽6侧壁设有密封圈11)，最后将弹性挡圈8套设在限位环槽f中对滚子压帽6和油嘴7进行限位。

进一步为了便于公由壬弯头1和母由壬接头2旋转密封处进行泄压操作，所述泄压机构包括在所述母由壬接头2侧壁开设且与所述公由壬弯头1外壁面贯通的台阶穿孔21，所述台阶穿孔21内螺纹连接有中空螺母10，所述中空螺母10中活动穿设有阀芯9，所述阀芯9通过中空螺母10将其压紧在台阶穿孔21中密封，所述阀芯9中开设有L型的泄压通道91，其一端与外部贯通，另一端与台阶穿孔21侧壁相通。由于通孔101中的压力会作用在旋转密封处，因此所述台阶穿孔21与公由壬弯头1外壁面和母由壬接头2内壁面相通，对该处的压力进行泄放。

泄压时，通过旋转中空螺母10，解除阀芯9对台阶穿孔21的密封，使得上述旋转密封处残存的压力通过第一台阶穿孔21相连的泄压通道91 排出，完成泄压，该泄压装置结构简单，密封和泄压均可靠。

进一步为了提高阀芯9的密封作用，所述台阶穿孔21与所述阀芯9 配合密封处设为锥型密封结构，锥型结构配合具有较高的密封效果。

进一步为了提高公由壬弯头1与母由壬接头2连接端部的密封效果，在所述公由壬弯头1与母由壬接头2配合的端部及侧壁依次设有端部挡圈 3、唇形组合密封圈4及二次密封圈12。在端部挡圈3的后端依次设置径向密封的唇形组合密封圈4和二次密封圈12双密封结构，既保证活动弯头在不承压时整体的旋转灵活性，也能保证在承受高压时的密封可靠性。端部挡圈3可以防止压裂液携沙直接冲蚀唇形组合密封圈4，避免唇形组合密封圈4过快损坏，还能防止压裂液中较高含量的细沙粒进入径向密封配合部位，导致卸掉压力后活动弯头需要灵活转动时产生卡滞的问题。唇形组合密封圈4朝向端部挡圈3设置，其具有的唇形开口在高压下可向外膨胀，起到良好的密封效果。所述台阶穿孔21位于该唇形组合密封圈4 和二次密封圈12之间，是当唇形组合密封圈4有泄漏后，二次密封圈就可以起到备用密封的作用，强化活动弯头密封能力，但同时唇形组合密封圈4与二次密封圈12之间存在的压力，在压裂液泄压为零后仍会残存余压，致使活动弯头需要旋转时因余压压缩密封圈而产生较大的摩擦力造成活动弯头无法转动或转动不灵活。因此将台阶穿孔21连接的泄压机构设置在该部位进行有针对性的泄压操作。

为了防止外部污染进入通孔101内，在所述公由壬弯头1与母由壬接头2配合的外端接触面上设有防尘密封圈13。该防尘密封圈13可以防止外部沙土和异物进入环形滚道引起活动弯头转动不灵活，同时防尘密封圈 13和二次密封圈12也起到滚道内的润滑脂或润滑油泄漏掉从而造成圆柱滚子缺乏润滑而加剧磨损和转动不灵活的问题。

本实用新型的原理是：

在旋转密封部位采用圆柱滚子5做为连接和旋转承力件，在活动弯头通径大、承受较高压力时承力接触面为面接触，较之传统小通径活动弯头采用钢球做为连接和旋转承力件接触部位为点接触，可以用较少的圆柱滚子5和滚道实现大通径活动弯头的功能，使得大通径活动弯头可以以较小的外形尺寸和重量、较低的制造成本和作业劳动强度应用在大通径压裂管汇中，也更能满足快速插拔压裂管汇对活动压裂管路的要求。在承压密封部位，采用径向密封的唇形组合密封圈4和二次密封圈12双密封结构，并在两道密封之间设置泄压机构，同时在端部设置防压裂砂和防冲蚀的端部挡圈3，使活动弯头在承受高压时密封能力更强，密封更可靠，不承压时始终保持转动灵活，不会产生卡滞。

在每个滚道的圆柱滚子5安装孔位置设置密封润滑机构，同时在两端滚道的外侧设置防尘密封圈13，可以使圆柱滚子有足够的润滑及免异物进入来保证活动弯头始终能灵活转动。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种适用于大通径活动弯头的连接密封结构，包括依次套设连接的公由壬弯头(1)、母由壬接头(2)，所述公由壬弯头(1)、母由壬接头(2)具有同等尺寸内径的通孔(101)，其特征在于：所述公由壬弯头(1)和母由壬接头(2)连接面之间设有旋转密封结构，在所述旋转密封结构上还设有泄压机构；

所述旋转密封结构包括在所述母由壬接头(2)内壁沿轴向间距设置的第一矩形环槽(a)、及在所述公由壬弯头(1)外壁面上配合所述第一矩形环槽(a)开设的第二矩形环槽(b)，所述第一矩形环槽(a)和第二矩形环槽(b)在对应状态下构成环形滚道，每个所述环形滚道中均沿周向紧密排列有若干个圆柱滚子(5)，所述圆柱滚子(5)两端面均与构成所述环形滚道的第一矩形环槽(a)和第二矩形环槽(b)沿通径方向的端面平面接触，所述圆柱滚子(5)的圆柱表面与第一矩形环槽(a)和第二矩形环槽(b)沿通径径向的侧壁相切接触；

在所述母由壬接头(2)侧壁上均开设有与所述第一矩形环槽(a)贯通的、且用于所述圆柱滚子(5)安装的安装孔(e)，在每个所述安装孔(e)内均设有密封润滑机构；

所述密封润滑机构包括在每个所述安装孔(e)内设置具有水平贯穿孔且一侧与所述圆柱滚子(5)接触的滚子压帽(6)，所述滚子压帽(6)的水平贯穿孔中设有用于对所述圆柱滚子(5)润滑的油嘴(7)，所述安装孔(e)侧壁上开设有弹性挡圈槽(f)，所述弹性挡圈槽(f)中设有对所述油嘴(7)及滚子压帽(6)限位的弹性挡圈(8)，所述油嘴(7)端部延伸至所述弹性挡圈(8)外侧。

2.根据权利要求1所述的一种适用于大通径活动弯头的连接密封结构，其特征在于：所述泄压机构包括在所述母由壬接头(2)侧壁开设且与所述公由壬弯头(1)外壁面贯通的台阶穿孔(21)，所述台阶穿孔(21)内螺纹连接有中空螺母(10)，所述中空螺母(10)中活动穿设有阀芯(9)，所述阀芯(9)通过中空螺母(10)将其压紧在台阶穿孔(21)中密封，所述阀芯(9)中开设有L型的泄压通道(91)，其一端与外部贯通，另一端与台阶穿孔(21)侧壁相通。

3.根据权利要求2所述的一种适用于大通径活动弯头的连接密封结构，其特征在于：所述台阶穿孔(21)与所述阀芯(9)配合密封处设为锥型密封结构。

4.根据权利要求3所述的一种适用于大通径活动弯头的连接密封结构，其特征在于：在所述公由壬弯头(1)与母由壬接头(2)配合的端部及侧壁依次设有端部挡圈(3)、唇形组合密封圈(4)及二次密封圈(12)，所述台阶穿孔(21)位于该唇形组合密封圈(4)和二次密封圈(12)之间。

5.根据权利要求4所述的一种适用于大通径活动弯头的连接密封结构，其特征在于：在所述公由壬弯头(1)与母由壬接头(2)配合的外端接触面上设有防尘密封圈(13)。

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