分段密封环及其支承件 |
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| 申请号 | CN201210415185.3 | 申请日 | 2012-10-26 | 公开(公告)号 | CN103075516A | 公开(公告)日 | 2013-05-01 |
| 申请人 | 韦特柯格雷公司; | 发明人 | F.O.塔纳卡; M.A.加西亚; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及分段密封环及其支承件。一种用于在内构件和外构件内的 密封件 的 锁 定组件。该锁定组件包括分段管，其内表面被分段为以径向或相反 角 度切割的多个 片段 以允许在 外壳 的内径中加工的周向凹槽中组装分段。该外壳具有小于分段管的外径的内径。构成分段管的分段经由衬套或 锁定环 而在外壳内锁定就位，衬套或锁定环匹配分段管的内表面的轮廓以锁定地接合。衬套和分段管保持下内密封件就位且支承上内密封件。分段管的分段设计允许使用更小直径的构件且使得 泄漏 路径最小化。 | ||||||
| 权利要求 | 1. 一种密封组件，包括： |
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| 说明书全文 | 分段密封环及其支承件技术领域背景技术[0002] 通常，在油气工业中使用的、被设计用于正常操作和用于高压和高温的设备需要密封。随着在油气工业中开发新密封件来应对更高的压力和更高的温度，这些密封件的应用可导致该设备的总体设计问题。通常，加工内凹槽，从而允许组装诸如O形环的软密封材料。但是当安装更坚韧更坚固的密封件时，通常需要更多空间以将这些部件锁定在一起。可能导致的设备的大小和组装能带来密封件设计方面的挑战。 [0003] 在某些类型的设备中，诸如阀、井口、水下采油树、油管管段(spool)或生产转接器(adapter)基座，可能由于大小约束和荷载容量而存在与径向密封件的组装条件有关的问题。在阀帽中或者在井口中，例如，第一密封件可安装于盘根压盖(gland)或井口外壳内。通常也可安装第二密封件或备份密封件，其单独于下方的第一密封件。为了保持密封件分开，锁定装置安装于阀帽内以保持第一密封件就位，同时提供肩部或边沿用于第二密封件或备用密封件坐放。通常使用渐进钻进系统来对帽或井口的内部进行加工，因为这对于柔软材料效果很好。因此，锁定装置维持第一密封件就位且向第二密封件提供其坐放于其上的肩部。 [0004] 然而，在上述设计中，单独的部件通常螺纹连接在一起以形成密封凹槽且允许安装该锁定装置。这可导致在密封系统中的二次泄漏路径。为了试图避免二次泄漏路径，密封系统通常被设计成具有更大的孔和大小。但是在不引入允许安装的额外泄漏路径的情况下维持下密封件和上密封件的相同大小较为困难。在某些油气应用中，这种二次泄漏路径可为问题，特别是当密封生产流体和气体时。更大的孔导致更大和更重的设备，这也更昂贵。 [0005] 存在对于一种经由改进的锁定装置来最小化设备的孔大小的技术的需要。 发明内容[0007] 在本发明的一个实施例中，分段的管状、圆形环或管具有螺纹内径且以径向或相反角度切割被分段，这些切割可在相邻分段之间交替以允许在外壳或转接器的内径中加工的圆形或周向凹槽中组装这些分段中的每一个。外壳内径小于从分段的管在径向向外突出的外部L形部分的外径。分段的管的突起对应于在外壳中加工的凹槽。在分段中的每一个置于外壳的内周向凹槽内之后，它们依靠锁定环锁定就位，锁定环带有匹配分段管的内螺纹的外螺纹。备选地，可通过滑动界面来实现锁定。为了防止锁定环退出，可安装固定螺钉，其横穿锁定环、分段管且到外壳内。 [0008] 组装的锁定环连同分段管可将下内密封件保持就位且还形成到上径向或圆形密封件的内台阶或肩部。肩部提供充分支承用于将密封件组装于位于外壳内径处的凹槽中。肩部还提供抵靠诸如杆的装置的密封，诸如杆的装置可滑动地接合外壳和该锁定环的内径。 [0009] 本发明可用于其中存在圆形外壳且需要将密封件锁定就位或者提供锁定特征的多种类型的设备中。例如，锁定组件可用于相对于外壳具有周向移动和/或对密封件设计具有大小约束的轴或杆上。本发明可应用于水下和海面阀和促动器、水下井口工具的径向密封件，或者需要凹槽来组装径向密封件或类似装置且不允许或不需要二次泄漏路径的任何类型的设备。 [0010] 本发明的另一技术优点为其允许设计内锁定机构用于具有大小约束的应用，其可导致设备减小的大小和重量。例如，本发明允许使用具有更小截面的径向密封件或者具有硬材料设计的径向密封件，其中该设备的径向大小是所关心的问题。更小且更轻的设备可能会导致设备的总成本减小。另外，本发明可改进诸如水下采油树、油管管段或生产转接器基座这样的其它系统的设计，其中大小和重量受到该设备的安装和操作条件的限制。附图说明 [0011] 图1示出了根据本发明位于外构件和内构件内的密封组件的实施例的局部截面图；图2示出了根据本发明的图1的密封锁定组件的局部截面图； 图3示出了根据本发明的密封锁定组件的实施例的局部截面图； 图4示出了根据本发明的图3的锁定组件的局部分解透视图； 图5示出了根据本发明在图4的实施例中示出的分段管的顶视图。 具体实施方式[0012] 图1示出了安装于外构件12与内构件14之间的本发明的密封组件10的实施例的局部截面图。在此实施例中，外构件12可为阀帽。备选地，外构件还可为井口外壳或者其中可使用密封组件10的其它类型的外壳。在此实施例中，内构件14可为阀杆。备选地，内构件14还可为悬挂器，诸如套管悬挂器。 [0013] 参看图2，示出了图1的密封组件10的放大截面图。在此实施例中，外构件或帽12具有孔13，孔13可滑动地接合内构件或阀杆14的外表面15。O形环型密封件20位于在外构件12与密封组件10的外表面之间的界面处。另外，O形环型密封件22位于上构件 16与密封组件10的外表面之间的界面处。额外密封件24位于外构件12的顶部。密封件 20、22、24在部件之间的界面所形成的泄漏路径处提供密封。锁定装置30位于外构件的孔 13与内构件的外表面15之间的界面处。内锁定装置30可安装于在外壳或盘根压盖转接器 34中形成的凹槽或凹部32内。锁定装置30可包括柱形环或管33，其具有对应于外壳34的周向凹槽32的L形外轮廓36和在下内密封件40上方在径向延伸以保持下内密封件就位的L形内轮廓38。柱形管33可分段且将在下文中进一步详细描述。 [0014] 继续参看图2，下内密封件40位于外壳34与内构件14之间且提供在外壳34与内构件14之间的第一密封。锁定装置30还包括衬套或锁定环42用于与柱形管33锁定地接合来将其维持在外壳34内。衬套42具有面朝内构件14的内径44和接合柱形管33的内表面48的外表面46。外表面46和内表面48可具有螺纹以允许接合。锁定装置30的零件将在下文图3至图5的讨论中进一步描述。销或榫50可用作挡止件或者用于使得柱形管33定向，但其也可被省略，如在后面的附图中所示的那样。为了防止锁定装置在安装之后退出位置，可安装固定螺钉52，其横穿在衬套42与柱形管33中相对应的通路。固定螺钉52可在密封组件10的拆卸期间被剪切。然后锁定装置30的上表面54可用于支承上内密封件56，上内密封件56可充当下内密封件40的二次或备用密封件。由锁定装置30在下内密封件40与上内密封件56之间形成的分隔允许置于下内密封件和上内密封件上的力解耦(decouple)，从而防止上密封件被压碎。 [0015] 参看图3至图5，进一步描述锁定装置30和其零件。图3示出了锁定装置30的实施例的放大视图。如先前所解释的那样，柱形管33的L形外轮廓36装配于在外壳34中形成的凹槽32内。当以此方式配合时，限制了在柱形管33与外壳34之间的轴向移动。另外，L形外轮廓36部分地搁置于凹槽32的面朝上的肩部60上，肩部还充当挡止件。为了允许经由L形外轮廓36与凹槽32的接合而将柱形管33安装于外壳34内而无需用于外壳的较大的孔的大小，柱形管33被分段，如图5所示。在管分段62安装于凹槽32内之后，衬套42可被螺纹连接为与构成柱形管33的分段62成锁定接合。也可使用其它类型的锁定装置或机构。例如，可使用具有栓锁(latch)型锁的滑动机构或者具有弹簧型锁的螺旋机构。另外，也可使用具有可靠锁的滚轮型来实现锁定接合。如先前所解释的那样，由衬套42的螺纹外表面和构成柱形管33的分段62中的每一个的螺纹内表面48实现螺纹接合，如在图4的透视图中所示。如先前所提到地，可使用其它类型的锁定机构，诸如滑动界面。因此需要加工精度以确保外壳的每个分段62的螺纹对准。尽管图5所示的实施例利用八个分段62，但应了解可利用更多或更少的分段，这取决于柱形管33的应用和大小。 [0016] 参看图5，柱形管33的顶视图示出了管分段62如何布置成允许其安装于外壳34(图3)内，以新颖方式切割管分段以允许这样的安装。在此实施例中，第一管分段63以新颖方式切割，且第一切割表面64在径向向外朝向柱形管33的内径66延伸。第二切割表面68为第一切割表面66关于轴线Ax的镜像。在第一管分段63上的第一切割和第二切割给予分段楔形的形状，且宽度在内径66处比在外径处更宽。相邻第二管分段70为相反的事实，其具有对应于第一管分段63上的第二切割表面68的第一切割表面72。因此，在第二管分段70上的第一切割表面72在径向向内朝向柱形管33的内径66延伸。在第二管分段 70上，第二切割表面74为第一切割表面72关于轴线Ay的镜像。与第一管分段63相反，第二和相邻管分段在外径处具有比在内径66处更宽的宽度。用于每个管分段的每个切割表面以角度θ切割，角度θ可在约10度至70度之间变化。在图示实施例中，利用30度的角度θ。正是这种新颖分段的柱形管33允许锁定装置30有利地安装于外壳34内。这有利地避免了形成额外泄漏路径，这种额外泄漏路径可由于在单件式管上方需要使用额外可移除的部件来允许安装而造成。 [0017] 在安装期间，参看图2，外壳或盘根压盖转接器34坐放于诸如井口外壳或阀帽这样的外构件12中。可为弹性体或金属对金属的下内密封件40然后可安装于外壳34中的凹部中。然后将构成柱形管33的管分段62(图4)安装于外壳34内，使得每个分段的L形外轮廓36与形成于外壳34中的凹槽32发生配合。在安装之后，管分段62保持内下密封件40就位。安装管分段62使得交替的成角度的切割表面彼此相对应。衬套或锁定环42(图 3)然后可螺纹连接到管分段62上形成的螺纹以将分段环锁定就位。备选地，栓锁型锁可滑动地将分段62锁定就位或者带弹簧型锁的螺旋机构可用于将分段锁定就位。另外，也可使用具有可靠锁的滚轮型来实现分段62的锁定接合。固定螺钉52(图2)可安装成防止衬套 42退出。在安装了衬套42之后，衬套和管分段62的上表面形成面朝上的肩部54(图3)，也用于坐放上内密封件56。 [0018] 本发明的这种分段管特征的应用可包括安装于促动器阀的帽内、井口中，或者想要最小化到外部的泄漏路径的任何应用中。另外，本发明允许限制套管或帽大小且排除了从外径向内径钻孔。 |
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