密封系统 |
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| 申请号 | CN201380060801.0 | 申请日 | 2013-11-19 | 公开(公告)号 | CN104797874A | 公开(公告)日 | 2015-07-22 |
| 申请人 | 美国国民油井华高公司; | 发明人 | 理查德·庞德斯通·芒罗; 劳伦斯·E·威尔斯; 亚瑟·威廉·布拉曼; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种用于密封至少一个柔性纵向构件的系统。在一个 实施例 中，该系统包括具有第一组孔口(121)、第二组孔口以及内交界面(119)和外交界面(120)的密封构件(106)。该系统还包括具有第一组孔口和交界面的夹紧构件(107)。夹紧构件中的第一组孔口被设置成与密封构件中的第一组孔口对准。第一组孔口被设置成接收至少一个柔性纵向构件。夹紧构件的交界面被设置成与密封构件的内交界面相邻接。该系统还包括在夹紧构件的交界面中的至少一个 螺纹 盲孔 (124)以及设置成将夹紧构件拉动到与密封构件接合的至少一个 紧 固件 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于环绕至少一个柔性纵向构件形成密封的系统，所述系统包括： |
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| 说明书全文 | 密封系统技术领域[0001] 本发明涉及密封系统，更具体地，涉及一种用于密封穿过壁构件的配线、管子以及管道的系统。 背景技术[0002] 顶部驱动电动机(即，用于驱动钻柱及与钻柱连接的钻头形成钻孔的钻井电动机)通常是通过鼓风机来进行空气冷却。在天气恶劣的环境中，鼓风机内可能会流入雨水，这些雨水又会进入容纳多种电子部件的接线盒内(例如，汇流条和其它电子断开器)。顶部驱动电动机的一个潜在渗漏通道是沿着从电动机延伸到顶部驱动的接线盒的多种配线、电缆、管道和管子(例如，水可能会倾向于沿着穿过接线盒的配线、电缆、管子和管道渗入)。接线盒内的水的存在可能会损坏容纳在接线盒内的各种电子部件，并对工作人员造成触电的危险。因此，本发明涉及一种用于通过孔口围绕配线、电缆、管道和管子生成防水密封的密封系统。在一个实施例中，本发明的密封系统被设置为围绕从顶部驱动电动机通过至接线盒中的配线生成防水密封，但是本发明并不限于这种应用。 发明内容[0003] 本发明涉及密封系统，更具体地，涉及一种用于密封至少一个柔性纵向构件(例如，穿过壁构件的绝缘线、导体、导管、管道或者管子)的系统。在一个实施例中，该系统包括具有第一组孔口、第二组孔口、内交界面和外交界面的密封构件。该系统还包括具有第一组孔口和交界面的夹紧构件。夹紧构件中的第一组孔口被设置为与密封构件中的第一组孔口对准。夹紧构件中的第一组孔口和密封部件中的第一组孔口被设置成接收至少一个柔性纵向构件。夹紧构件的交界面被设置成与密封构件的内交界面相邻接。该系统还包括在夹紧构件的交界面中的至少一个螺纹盲孔、以及至少一个紧固件，该紧固件被设置成延伸穿过密封构件中的第二组孔口并延伸至夹紧构件中的至少一个螺纹盲孔中。该至少一个紧固件被设置为将夹紧构件拉动成与密封构件相接合。在一个实施例中，夹紧构件和密封构件基本上为矩形。在一个实施例中，该夹紧构件包括非磁性金属。 [0004] 在一个实施例中，密封构件中的第一组孔口中的每一个孔口被设置成在夹紧构件通过紧固件被拉动成与密封构件相接合时围绕至少一个柔性纵向构件沿圆周方向收缩。在一个实施例中，密封构件中的第一组孔口中的每一个孔口的横剖面基本上为圆形。 [0005] 在一个实施例中，夹紧构件中的第一组孔口包括至少一个较小孔口和至少一个较大孔口，其中每个较大孔口都容纳有套管。在一个实施例中，该套管包括非导电材料。在一个实施例中，每个套管包括圆柱形管部、围绕圆柱形管的第一端部沿圆周方向延伸的环形凸缘部和限定在圆柱形管部与环形凸缘部之间的环形唇缘。在一个实施例中，夹紧构件中的每个较大孔口均包括在交界面中的凹部，并且套管上的环形凸缘被设置成被容纳在夹紧构件中的凹部中，以将套管保持在孔口中。 [0006] 在另一个实施例中，该夹紧构件还包括从夹紧构件的交界面突出的至少一个销。在一个实施例中，该系统包括具有第一组孔口和内交界面的连接板，该连接板中的第一组孔口被设置为接收至少一个柔性纵向构件，并被设置成与密封构件中的第一组孔口和夹紧构件中的第一组孔口对准，该连接板的内交界面被设置为与密封构件的外交界面相邻接。 在一个实施例中，该连接板包括在所述交界面中的至少一个孔，该连接板中的至少一个孔具有一定的深度和底面，并且其中该连接板中的至少一个孔被设置成可滑动地容纳从夹紧构件突出的至少一个销的一部分。 [0007] 在一个实施例中，至少一个销被设置成在分离位置和接合位置之间滑动，其中在该分离位置处，至少一个销与连接板中的孔的底面分隔开第一距离，而在该接合位置处，至少一个销与连接板中的孔的底面分隔开第二距离(例如，基本上为零)。在一个实施例中，至少一个销从夹紧板的交界面突出的距离至少与连接板中的至少一个孔的深度相同。在一个实施例中，夹紧构件的交界面中的至少一个螺纹盲孔中的一个螺纹盲孔与从夹紧构件的交界面突出的至少一个销中的一个相邻。在一个实施例中，连接板中的第一组孔口包括至少一个较小孔口和至少一个较大孔口，并且每个较大孔口容纳有套管。 [0009] 根据本发明实施例的密封系统的实施例将结合以下附图进行说明。在所有附图中对相同的特征和部件采用相同的附图标记。附图的绘制比例不做限制。在附图中： [0010] 图1是连接到顶部驱动钻井电动机的接线盒的立体图； [0011] 图2是根据本发明一个实施例的连接有密封系统的图1所示接线盒的立体后视图； [0012] 图3A和图3B分别是根据本发明一个实施例的图2的接线盒和密封系统的分解立体后视图和前视图； [0013] 图4是根据本发明一个实施例的图2的接线盒和密封系统的后视图；和 [0014] 图5A和图5B是根据本发明一个实施例的沿图4中所示线截得的接线盒和密封系统的横截面视图。 具体实施方式[0015] 本发明涉及一种围绕贯穿壁板部分的一个或多个柔性纵向构件生成防水密封的系统。参照图1所示的实施例，密封系统100被设置为围绕多个多种配线、电缆、导管、管子、软管和/或管道101(在此也称为“柔性纵向构件”)生成防水密封，上述柔性纵向构件从顶部驱动电动机壳体102延伸至连接到电动机壳体102的侧面的接线盒103。接线盒103容纳有多种电子部件(例如，汇流条和其它电子断开器)。从顶部驱动电动机壳体102延伸的配线、电缆、导管和/或管子101终止于容纳在接线盒103内的汇流条或其它电子断开器处。 [0016] 参照图2所示的实施例，密封系统100连接至接线盒103的壁部104。如图1、图5A和图5B所示，接线盒103的壁部104被设置成与电动机壳体102的外板105相邻接。因此，密封系统100位于接线盒103和电动机壳体102之间。为清楚起见，在图2中省略了顶部驱动电动机壳体102。在所述的实施例中，密封系统100包括密封构件106和夹紧构件 107，所述密封构件和所述夹紧构件被设置用于接收在电动机壳体102和接线盒103之间延伸的柔性纵向构件101中的一个或多个。夹紧构件107被设置用于压紧密封构件106，以围绕延伸通过密封构件106和夹紧构件107的一个或多个纵向构件101形成防水密封。如下面更详细的描述，当密封构件106被夹紧构件107压紧时，密封构件上的孔口环绕柔性纵向构件101沿圆周方向收缩以形成防水密封，其中柔性纵向构件101延伸通过所述孔口。 [0017] 参照图3A和3B所示的实施例，夹紧构件107为大致矩形板，所述矩形板具有交界面108和与交界面108相对的内表面109。应当理解的是，该夹紧构件107可以具有其它合适的任意形状，例如方形或者圆形。夹紧构件107的交界面108被设置成与密封构件106的内交界面110相邻接，该内容将在下面做更详细的描述。夹紧构件107还包括多个孔口111，该多个孔口111在交界面108与内表面109之间延伸。夹紧构件107中的孔口111被设置用于接收在电动机壳体102和接线盒103之间延伸的柔性纵向构件101(例如，导管、管子、配线等)。在所述实施例中，夹紧构件107中的孔口111的横截面基本上为圆形，但是应当理解，孔口111也可以具有其它的任何合适的形状。孔口111根据柔性纵向构件101的外径可以被设置成多种尺寸。在所述的实施例中，夹紧构件107包括相对较小的孔口111a和相对较大的孔口111b。因此，夹紧构件107中的孔口111中的一个或多个可以包括在交界面108和内表面109之间延伸的较小直径孔112以及在分界面108中的圆柱形凹槽或凹部113。该圆柱形凹部113具有比相对应的孔112更大的直径。此外，圆柱形凹部113与夹紧构件107中的较小直径孔112同心，使得圆柱形凹部113围绕相对较小孔112的围边延伸。在所述的实施例中，相对较大的孔口111b包括在交界面108中的圆柱形凹部113，而相对较小的孔口111a不包括圆柱形凹部113，这样设置的意义将在下文中描述。 [0018] 在一个实施例中，夹紧构件107可以由非磁性材料(例如，304不锈钢)形成。使用非磁性材料是为了当导体穿过夹紧构件107时防止涡电流使夹紧构件107变热。否则，使用磁性材料在导体延伸通过夹紧构件107时可能会在夹紧构件107中导致产生涡电流。 [0019] 继续参照图3A和3B，多个套管114被设置成容纳在夹紧构件107中的孔口111中的一个或多个中。在图3A和图3B中，从夹紧构件107中的孔口111中的一个中分解显示一个套管114。该套管114可以由绝缘材料制成，例如由聚四氟乙烯(PTFE)或任何其它合适的材料制成。在所述的实施例中，每个套管114都包括大致圆柱形的管部115和围绕圆柱形管部115的一个端部沿圆周方向延伸的环形凸缘部116。每个套管114还限定开口117，该开口117被设置成接收柔性纵向构件101中的一个。环形凸缘部116比大致圆柱形的管部115大，使得在凸缘部116和管部115之间形成环形台阶或唇缘118。在一个实施例中，套管114的纵向横截面基本上是T形(参照图5A)。在所述的实施例中，套管114的凸缘部116被设置成被容纳或者安置在夹紧构件107中的圆柱形凹部113中，套管114的管部115被设置成延伸至孔口111的较小孔部112中。套管114上的唇缘118被设置成将套管114保持在孔口111内，并且防止套管114从孔口111内意外脱离。尽管套管114被显示为单个构件，但是在一个可选的实施例中，套管114可以形成为两个分开的半部(即，套管114可以包括第一部分和可从第一部分拆卸的第二部分)。套管114还可以通过任何合适的粘合剂固定在夹紧构件107中的孔口111内。 [0020] 每个套管114均被设置为围绕柔性纵向构件101(例如，配线、管子或者管道)中的一个的一部分，从而防止柔性纵向构件101与夹紧构件107接触。例如，在柔性构件101为绝缘线的实施例中，套管114可以防止该绝缘体磨损夹紧构件107。套管114还被设置用于防止柔性纵向构件101对密封构件106径向加载，否则将损害密封系统100的功效。也就是说，在密封构件106上产生径向加载会径向拉长密封构件106中的使柔性纵向构件101穿过的孔口，从而造成潜在的泄漏通道。在一个实施例中，柔性纵向构件101的重量和直径可以分别足够地低且足够地小，从而使得柔性纵向构件101不会具有径向拉长密封构件106中的孔口的能力(例如，小型、轻重量的配线101不存在拉长密封构件106中的孔口的风险)。因此，在一个实施例中，设置用于接收较小直径配线101的夹紧构件107中的相对较小的孔口111a可以不设置套管114(即，仅仅为夹紧构件107中的相对较大的孔口111b可以设置有套管114)。 [0021] 继续参照图3A和3B，密封构件106包括具有内交界面119和与内交界面119相对的外交界面120的大致矩形板或层。在一个实施例中，该密封构件106由弹性聚合物制成，例如硅酮。密封构件106包括设置用于接收柔性纵向构件101的多个孔口121，该柔性纵向构件101在电动机壳体102和接线盒103之间延伸。在所述实施例中，密封构件106包括相对较小的孔口121a和相对较大的孔口121b。密封构件106中的相对较小的孔口121a和相对较大的孔口121b被设置成分别与夹紧构件107中的相对较小的孔口111a和相对较大的孔口111b相对准。当夹紧构件107与密封构件106相接合时，密封构件106中的孔口121环绕柔性纵向构件101沿圆周收缩，从而环绕该柔性纵向构件101形成防水密封。在一个实施例中，密封构件106中的孔口121的横截面基本上为圆形，但可以理解的是，该密封构件106中的孔口121可以具有任何其它合适的形状。在一个实施例中，在未压缩的状态下，密封构件106中的孔口121比柔性纵向构件101的外径略小。然而，在可选的实施例中，根据密封构件106的可压缩性，密封构件106中的孔口121(在未压缩的状态)可以与柔性纵向构件101的外径具有基本上相同甚至略大的尺寸。此外，密封构件106包括设置成容纳多个紧固件125的多个开口122和设置成容纳多个销127的多个开口123，下文将做更详细的说明。 [0022] 继续参照图3A和3B，密封系统100包括在夹紧构件107的交界面108中的多个孔124(例如，螺纹盲孔)，所述孔124被设置成容纳多个紧固件125，以将夹紧构件107与密封构件106相接合。当紧固件125被螺纹连接在夹紧构件107中的螺纹盲孔124中时，夹紧构件107与密封构件106相接合，从而压紧密封构件106并环绕分别穿过密封构件106和夹紧构件107的孔口121和111的柔性纵向构件101形成密封。在此提供盲孔124而非通孔，消除接线盒103潜在的泄漏通道(即，螺纹盲孔124自始至终都不会延伸至夹紧构件107的内表面109)。也就是说，如果在夹紧构件107中设置通孔而非盲孔可能导致水沿着螺纹泄漏并流入接线盒103。但是，本发明并不限于具有盲孔124的夹紧构件107。在可选的实施例中，该夹紧构件107可以包括通孔，并且可以施加密封材料来防止水泄漏到接线盒103中。 [0023] 仍然参照图3A和3B，密封系统100还包括在夹紧构件107的交界面108中的多个盲孔126(例如，光滑孔)。在一个实施例中，光滑盲孔126与螺纹盲孔124相邻定位，但是可以理解，光滑盲孔126还可以位于夹紧构件107上的任何其它适当位置。光滑盲孔126被设置成通过压配合(即，干涉配合)连接接收多个销或销杆127。销127被设置成防止由于紧固件125的过度扭转而造成过度压缩密封部件106。也就是说，销127被设置成限制密封构件106可以被夹紧构件107压缩的量，该内容将在在下文中结合图5B说明。在所述的实施例中，光滑盲孔126的横剖面基本上为圆形，但是光滑盲孔126的任何其它合适的形状也都在本发明的保护范围和精神之内，例如方形或矩形的横剖面。在另一个实施例中，夹紧构件107可以不设置光滑盲孔126，销127可以连结(例如，焊接)到夹紧构件107的交界面108。 [0024] 如图3A和3B所示的实施例，本发明的密封系统100还包括连接板128。密封构件106被设置在夹紧构件107和连接板128之间(即，密封构件106被设置为被压紧在夹紧构件107和连接板108之间)。在一个实施例中，连接板108为大致矩形板，该矩形板具有基本上平坦的外表面129和基本上平坦的内交界面130，所述内交界面130被设置成与密封构件106的外交界面120相邻接。连接板108还包括设置成接收柔性纵向构件101的多个孔口131。在所述的实施例中，连接板128包括相对较小的孔口131a和相对较大的孔口131b。多个孔口131被设置成分别与密封构件106和夹紧构件107中的多个孔口121和111对准。因此，该柔性纵向构件101(例如，管子、管道、导管、电缆等)被设置成分别穿过连接板128、密封构件106和夹紧构件107中的对准的孔口131、121和111。连接板128中的多个较大孔口131b还被设置成容纳多个套管114，所述套管基本上与上文中关于夹紧构件107所做的说明相同。在图3A和3B中，套管114中的一个被从连接板128中的较大孔口131b中的一个分离出来显示。 [0025] 此外，如上文中关于夹紧构件107所做的说明，连接板128中的较大孔口131b中的一个或多个可以包括在连接板128的内交界面130中的圆柱形凹部或凹槽133。凹部133被设置成容纳套管114的环形凸缘部116，从而将一个或多个套管114固定在连接板128中的一个或多个孔口131中。同时，连接板128和夹紧构件107中的套管114被设置成最小化设置在连接板128和夹紧构件107之间的密封部件106上的径向载荷。例如，分别穿过连接板128、密封构件106和夹紧构件107中的孔口131、121和111的柔性纵向构件101的弯曲段可以传递密封部件106上的径向载荷。密封构件106上的径向载荷可能导致密封构件106中的孔口121径向伸长(例如，圆形孔口121可能在径向载荷下伸长为椭圆形孔口)，从而在柔性纵向构件101的外表面和密封构件106中的孔口121之间产生潜在的泄漏通道。因此，如图5A所示，套管114被设置成保持柔性纵向构件101的平直部分穿过连接板128、密封构件106和夹紧构件107。保持柔性纵向构件101的平直部分使密封构件106上的径向载荷最小，从而防止存在通向接线盒103中的泄漏通道。 [0026] 继续参照图3A和3B，连接板128还包括设置成接收多个紧固件125的多个开口134，紧固件125将夹紧构件107连接到连接板128。在所述的实施例中，密封系统100包括设置成将夹紧构件107可调节地连接到连接板128的八个紧固件125。每个紧固件125的头部135被设置成与连接板128的外表面129(即，与连接板128的交界面130相对的表面)相邻接，并且每个紧固件125的轴部136被设置成分别完全延伸通过连接板128和密封构件106中的开口134和122并延伸至夹紧构件107中的螺纹盲孔124中。随着紧固件 125被紧固后，夹紧构件107被拉向连接板128，从而压紧位于连接板128和夹紧构件107之间的密封构件106。另一种说法是，夹紧构件107和连接板128之间的距离可以通过紧固或松开用于将夹紧构件107连接到连接板128的紧固件125来调节。因此，紧固所述紧固件125增加了密封构件106的压紧度，松开紧固件125降低了密封构件106的压紧度。如上所述，密封构件106的压紧导致密封构件106中的孔口121环绕柔性纵向构件101沿圆周方向收缩，从而环绕该柔性纵向构件101形成防水密封。 [0027] 仍然参照图3A和3B，连接板128还包括形成在连接板128的内交界面130中的多个光滑盲孔137。连接板128中的光滑盲孔137被设置成可滑动地容纳连接到夹紧构件107的销或销杆127。在一个实施例中，连接板128中的光滑盲孔137比夹紧构件107中的光滑孔126稍大，使得销127以间隙配合的方式可滑动地容纳在连接板128中的光滑孔137内(即，在一个实施例中，销127压配合在夹紧构件107的孔126中，并间隙配合在连接板 128中的孔137中)。销127被设置成限制密封构件106可以被压缩的量(即，销127被设置成可防止密封构件106过度压缩)，下文中将做更详细的说明。 [0028] 现在参照图5B所描述的实施例，销127被设置成在与连接板128中的光滑孔137的底面138分隔开的位置到与连接板128中的光滑孔137的底面138相邻的位置之间滑动。在所述的实施例中，显示出销127与连接板128中的光滑孔137的底面138邻接。销127与连接板128中的光滑孔137的底面138之间的邻接可防止进一步压紧夹紧构件107与连接板128之间的密封构件106。当密封构件106没有处于完全压紧的位置时，销127与连接板128中的光滑孔137的底面138分隔开。当密封构件106处于完全压紧的位置时，销 127与连接板128中的光滑孔137的底面138相邻接。在图3B所示的实施例中，密封系统 100包括8个销127，所述销与将夹紧构件107可调节地连接到连接板128上的紧固件125的数量相对应。然而，应当理解的是，销127的数量也可以与紧固件125的数量不同。 [0029] 在一个实施例中，连接板128可以形成为接线盒103的整体的部分(例如，如图2和5B所示，连接板128可以为接线盒103的壁部104的一部分)，或者可以形成为连接到接线盒103上的单独构件。此外，尽管上文中已经关于接线盒103说明了连接板128，但是连接板128还可以在其它任何适当的应用中使用。另外，在可选的实施例中，密封系统100可以不包括连接板128。在一个实施例中，连接板128可以由非磁性材料(例如，304不锈钢)形成。 [0030] 如图5A和5B所示，夹紧构件107的尺寸形成为允许夹紧构件107与连接板128相分离并放置在顶部驱动电动机壳体102中的内部隔室139(也可以参见图1)中，从而便于顶部驱动的维修和其它工作。也就是说，柔性纵向构件101可以与接线盒103内的汇流条或其它电子断开器相分离，并且夹紧构件107可以与连接板128相分离。然后，在对顶部驱动进行维修或其它工作期间，柔性纵向构件101(例如，配线、管道等)和夹紧构件107可以放置在顶部驱动电动机壳体102内。 [0031] 虽然已经具体地关于示例性实施例对本发明进行了详细说明，但在此所述的示例性实施例不意味是详尽的或将本发明限制在所公开的准确形式范围内。本领域技术人员及本发明所属的技术应当理解，在被背离如下面的权利要求中所提出的本发明的原理、精神和保护范围的情况下，可以对所描述的结构以及组装和操作方法进行修改和改变。尽管在此已经使用了相关术语来描述一个元件与另一个元件的空间关系，例如“外”、“内”、“上”、“下”、“下方”、“上方”、“远”、“近”和类似术语，但应当理解，这些术语意在涵盖该装置的各种元件和部件除附图中所示方位之外的不同方位。此外，本申请中包含的附图不限于图中所示比例。尽管本发明的密封系统结合顶部驱动进行显示和描述，但是该密封系统并不限于此种应用，本发明的密封系统可以用在任何工业中以提供环绕穿过壁部分的柔性纵向构件(例如，管子、配线、管道、电缆等)的密封。 |
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