技术领域
[0001] 本
发明涉及根据
权利要求1的前序部分的管状接头。
背景技术
[0002] 在本描述和所附权利要求中,术语“
流体”指呈气体或液体的形式的流动介质。所以,表达“不透流体的
密封件”意味着不透液体且不透气体的密封件。
[0003] 近几十年来的近海油气勘探内的发展已针对用于处理且运输油气的海底设施。这些海底设施取代传统的平台,在传统的平台中,油气被向上运输至平台,以进行进一步的处理和运输。海底生产、处理及运输系统的这一发展已导致对适合于海底使用(例如,将属于可互连的处理模
块或管道区段的流体
导管以不透流体的方式联结)的管状接头的需求日益增长。已意识到,基于耐蚀金属材料的密封件适合于在海底应用中使用。一种已知类型的管状接头设置有金属密封环,金属密封环
定位于两个相邻的管状部件的渐缩内密封表面之间,以便在其间进行密封。这样的密封布置对抵抗管状部件内的内部流体压
力而密封非常有效。
[0004] 用于海底使用的管状接头可以设置有双屏障式密封件,以便在环境情境下且为了改进生产
稳定性,实现接头的额外的可靠性。例如,预先从WO 2012/038799 A1得知设置有双屏障式密封件的管状接头。在WO 2012/038799 A1中公开的管状接头包括金属密封环,金属密封环具有第一外密封表面和第二外密封表面,第一外密封表面设计为与第一管状部件的渐缩内密封表面配合,第二外密封表面设计为与第二管状部件的渐缩内密封表面配合,从而在将管状部件彼此夹紧时,形成主密封件,其中,副密封件由介于密封环与第一管状部件之间的弹性体材料的第一环形密封部件和介于密封环与第二管状部件之间的弹性体材料的第二环形密封部件形成。如果多个管状部件中的一个管状部件的渐缩密封表面被损坏,且不再能够与金属密封环的对应的密封表面形成不透流体的密封件,则可以在由弹性体环形密封部件形成的副密封件的作用下,维持密封完整性。
[0005] 在上面提到的类型的管状接头中,如果在管状接头受到高弯曲
载荷的情形下,两个管状部件的相反的端面彼此略微分离,则可能丧失密封完整性。
发明内容
[0006] 本发明的目标是提供针对上面提到的问题的解决方案。
[0007] 根据本发明,由具有权利要求1中所定义的特征的管状接头实现该目标。
[0008] 本发明的管状接头包括:第一管状部件和第二管状部件,第一管状部件具有端面,该端面配置成面向第二管状部件的对应的端面;
夹紧装置,其用于将管状部件彼此夹紧,其中,第一管状部件的端面与第二管状部件的端面
接触;以及
环形密封元件,其将被接纳于环形槽中,该环形槽由第一管状部件的端面上的第一环形凹陷部和第二管状部件的端面上的相反的第二环形凹陷部形成,其中,密封元件包括环形金属体,该环形金属体具有第一外密封表面和第二外密封表面,第一外密封表面设计为在将管状部件彼此夹紧时,与设置于所述第一环形凹陷部中的第一渐缩密封表面配合,第二外密封表面设计为与设置于所述第二环形凹陷部中的第二渐缩密封表面配合,其中,管状接头的特征在于:
密封元件包括环形第一
弹簧激励式
聚合物密封部件,该密封部件安装至金属体,并且,配置成当管状部件彼此夹紧时,与第一沿径向延伸的密封表面进行密封接触,该密封表面在所述第一环形凹陷部中设置于第一渐缩密封表面的径向内侧;
密封元件包括环形第二弹簧激励式聚合物密封部件,该密封部件安装至金属体,并且,配置成当管状部件彼此夹紧时,与第二沿径向延伸的密封表面进行密封接触,该密封表面在所述第二环形凹陷部中设置于第二渐缩密封表面的径向内侧;以及
弹簧激励式聚合物密封部件配置成,在将管状部件彼此夹紧时,被预加
应力。
[0009] 金属体上的外密封表面和管状部件上的相关联的渐缩密封表面形成针对管状接头的内部和外部流体压力的主密封件,然而,弹簧激励式聚合物密封部件和管状部件上的相关联的沿径向延伸的密封表面形成针对管状接头的内部和外部流体压力的副密封件。由于弹簧激励式聚合物密封部件的柔性和预加应力,弹簧激励式聚合物密封部件将在两个管状部件的相反的端面彼此略微分离的情形下,能够维持密封完整性,即,能够与管状部件上的相关联的沿径向延伸的密封表面保持不透流体的接触。
[0010] 本发明的一个
实施例的特征在于:金属体具有中心基体部分、柔性第一凸缘以及柔性第二凸缘,其中,第一凸缘和第二凸缘定位成彼此相反,且在基体部分的相反的端部处,连接至基体部分,并且,其中,金属体的所述第一和第二外密封表面设置于基体部分上;
第一弹簧激励式聚合物密封部件安装至金属体的第一凸缘;
第二弹簧激励式聚合物密封部件安装至金属体的第二凸缘;并且,
金属体的凸缘配置成,在将管状部件彼此夹紧时,被预加应力。
[0011] 金属体的凸缘的柔性和预加应力将改进弹簧激励式聚合物密封部件在两个管状部件的相反的端面彼此略微分离的情形下,维持密封完整性的能力。
[0012] 本发明的另一实施例的特征在于:金属体的第一凸缘包括第一接触表面,该第一接触表面配置成,在将管状部件彼此夹紧时,被压在第一沿径向延伸的密封表面上;
金属体的第二凸缘包括第二接触表面,该第二接触表面定位成与所述第一接触表面相反,并且,配置成,在将管状部件彼此夹紧时,被压在第二沿径向延伸的密封表面上;
第一弹簧激励式聚合物密封部件包括环形聚合物体,该环形聚合物体配置成,当密封元件处于未加载的状态时,突伸超过所述第一接触表面;并且,
第二弹簧激励式聚合物密封部件包括环形聚合物体,该环形聚合物体配置成当密封元件处于未加载的状态时,突伸超过所述第二接触表面。
[0013] 由此,确保当在将管状部件彼此夹紧之后,金属体的凸缘由于被夹紧在管状部件的端面之间而被预加应力时,弹簧激励式聚合物密封部件将被预加应力。
[0014] 根据本发明的管状接头的更多的优点和有利的特征将出现于
从属权利要求和下文的描述中。
附图说明
[0015] 参考附图,作为示例而引用的本发明的优选的实施例的具体描述如下。在附图中:图1是在纵截面上观察到的根据本发明的管状接头的第一实施例的示意图,
图2是在纵截面上观察到的图1的管状接头中所包括的密封元件的一部分的示意图,图3是在纵截面上观察到的图1的管状接头中所包括的两个管状部件的一部分的示意图,
图4是在纵截面上观察到的根据本发明的管状接头的第二实施例的示意图,并且,图5是在纵截面上观察到的图4的管状接头中所包括的密封元件的一部分的示意图,图6是在纵截面上观察到的图4的管状接头中所包括的密封元件的一部分的第三实施例的示意图。
具体实施方式
[0016] 在图1和图4中,示出根据本发明的管状接头1的两个可能的实施例。管状接头1包括第一管状部件10和第二管状部件20,第一管状部件10和第二管状部件20将彼此连接。管状部件10、20由金属材料制成。第一管状部件10在其外端处具有端面11,端面11配置成面向对应的端面21,端面21设置于第二管状部件20的外端处。此外,各个管状部件10、20具有内部贯穿孔12、22,内部贯穿孔12、22轴向地贯穿管状部件。第一管状部件10可以
焊接至第一流体导管的端部部分,并且,第二管状部件20可以焊接至第二流体导管的端部部分。备选地,管状部件10、20中的一个管状部件可以具有
盲孔或封闭孔,以代替贯穿孔。
[0017] 此外,管状接头1包括任何合适的类型的夹紧装置30,夹紧装置30用于将第一管状部件10夹紧至第二管状部件20,其中,第一管状部件的端面11与第二管状部件的端面21接触,并且,第一管状部件的贯穿孔12与第二管状部件的贯穿孔22对齐且处于流体连通。在所示出的示例中,显示夹紧装置30的两个夹紧部件31、32,各个夹紧部件31、32设置有:第一倾斜内导向表面33,其设计成用于与对应的倾斜外导向表面13接合,倾斜外导向表面13设置于第一管状部件10的外端处的沿径向突伸的凸缘14上;和第二倾斜内导向表面34,其设计成用于与对应的倾斜外导向表面23接合,倾斜外导向表面23设置于第二管状部件20的外端处的沿径向突伸的凸缘24上。夹紧部件31、32布置于管状部件10、20的相反的两侧,并且,沿径向被压向彼此,以便于从而在倾斜导向表面33、34、13、23的作用下,将管状部件10、20沿轴向推向彼此。根据各个具体使用,夹紧部件的数量可为两个或更多个。
[0018] 管状接头1还包括环形密封元件40,环形密封元件40定位于管状部件10、20之间。密封元件40被接纳于环形槽2中,环形槽2由第一管状部件10的端面11上的第一环形凹陷部
15(参见图3)和第二管状部件20的端面21上的相反的第二环形凹陷部25形成。密封元件40包括环形金属体41、41’,环形金属体41、41’具有第一外密封表面46a和第二外密封表面
46b,第一外密封表面46a设计为在将管状部件10、20彼此夹紧时与第一管状部件10上的第一渐缩密封表面16配合,并且,第二外密封表面46b设计为与第二管状部件20上的第二渐缩密封表面26配合。第一渐缩密封表面16设置于第一环形凹陷部15中,并且,第二渐缩密封表面26设置于第二环形凹陷部25中。相应的管状部件10、20的渐缩密封表面16、26呈圆锥形。
环形第一弹簧激励式密封部件47a在金属体41、41’的第一侧安装至金属体41、41’,并且,配置成,当管状部件10、20彼此夹紧时,与第一管状部件10上的第一沿径向延伸的密封表面17进行密封接触。在本实施例中,密封部件47a由聚合物材料制成。对应的环形第二弹簧激励式密封部件47b在金属体41、41’的相反的第二侧安装至金属体41、41’,并且,配置成,当管状部件10、20彼此夹紧时,与第二管状部件20上的第二沿径向延伸的密封表面27进行密封接触。同样地,该密封部件47b由聚合物材料制成。
[0019] 然而,如能够从以下的实施例看到的,密封部件能够由具有一定程度的柔性的任何材料制成。在所显示的实施例中,密封部件由聚合物或金属材料制成。
[0020] 所述第一沿径向延伸的密封表面17在第一环形凹陷部15中设置于第一渐缩密封表面16的径向内侧,并且,所述第二沿径向延伸的密封表面27在第二环形凹陷部25中设置于第二渐缩密封表面26的径向内侧。弹簧激励式聚合物密封部件47a、47b配置成,在将管状部件10、20彼此夹紧时,被预加应力。实现该预加应力是因为,金属体41被夹紧于管状部件10、20的沿径向延伸的密封表面17、27之间,其中,第一弹簧激励式聚合物密封部件47a与第一沿径向延伸的密封表面17接触,并且,第二弹簧激励式聚合物密封部件47b与第二沿径向延伸的密封表面27接触。
[0021] 在图1和图2中所示出的实施例中,密封元件40的金属体41具有中心基体部分42、柔性第一凸缘43a和柔性第二凸缘43b。第一凸缘43a和第二凸缘43b定位成彼此相反,且在基体部分42的相反的端部处,连接至基体部分42。第一凸缘43a和第二凸缘43b从基体部分42沿径向向内(即,向金属体41的中
心轴线)延伸。金属体41的第一外密封表面46a和第二外密封表面46b设置于基体部分42上。在所示出的示例中,在第一外密封表面46a与第二外密封表面46b之间,基体部分42在其外侧设置有环形突伸部44。第一弹簧激励式聚合物密封部件47a安装至金属体41的第一凸缘43a,并且,第二弹簧激励式聚合物密封部件47b安装至金属体41的第二凸缘43b。弹簧激励式聚合物密封部件47a、47b和金属体41的凸缘43a、43b配置成,在将管状部件10、20彼此夹紧时,被预加应力。实现该预加应力是因为,金属体41被夹紧于管状部件10、20的沿径向延伸的密封表面17、27之间,其中,金属体41的第一凸缘43a和第一弹簧激励式聚合物密封部件47a与第一沿径向延伸的密封表面17接触,并且,金属体41的第二凸缘43b和第二弹簧激励式聚合物密封部件47b与第二沿径向延伸的密封表面27接触。
[0022] 在图1和图2中所示出的实施例中,第一弹簧激励式聚合物密封部件47a安装于环形凹陷部48a中,环形凹陷部48a设置于金属体41的第一凸缘43a中,并且,第二弹簧激励式聚合物密封部件47b安装于环形凹陷部48b中,环形凹陷部48b设置于金属体41的第二凸缘43b中。
[0023] 在所示出的实施例中,各个弹簧激励式聚合物密封部件47a、47b包括环形聚合物体50和环形弹簧51。环形弹簧51可以是金属弹簧或
橡胶弹簧。在所示出的示例中,聚合物体50包括内
密封唇缘52和相反的外密封唇缘53,其中,环形弹簧51安置于通道54中,通道54在聚合物体50中设置于内密封唇缘52与外密封唇缘53之间。当外密封唇缘53向内被压向内密封唇缘52时,环形弹簧51被压缩。弹簧激励式聚合物密封部件47a、47b当然还可以具有任何其它合适的设计。
[0024] 金属体41的第一凸缘43a包括第一接触表面49a,第一接触表面49a配置成,在将管状部件10、20彼此夹紧时,被压在第一沿径向延伸的密封表面17上。金属体41的第二凸缘43b包括第二接触表面49b,第二接触表面49b定位成与所述第一接触表面49a相反,并且,配置成,在将管状部件10、20彼此夹紧时,被压在第二沿径向延伸的密封表面27上。如图2中所示出的,第一弹簧激励式聚合物密封部件47a的聚合物体50配置成,当密封元件40处于未加载的状态时,突伸超过所述第一接触表面49a。以相同的方式,第二弹簧激励式聚合物密封部件47b的聚合物体50配置成,当密封元件40处于未加载的状态时,突伸超过所述第二接触表面49b。
[0025] 当管状部件10、20彼此夹紧时,第一管状部件10的渐缩密封表面16被压在金属体41的第一外密封表面46a上,并且,第二管状部件20的渐缩密封表面26被压在金属体41的第二外密封表面46b上,以便于从而在密封元件40与管状部件10、20之间形成不透流体的金属间密封件。该金属间密封件构成针对管状接头1的内部流体压力的主密封件。
[0026] 此外,当管状部件10、20彼此夹紧时,第一管状部件10的沿径向延伸的密封表面17被压在金属体41的第一凸缘43a上的接触表面49a上,且被压在第一弹簧激励式聚合物密封部件47a的外缘上,并且,第二管状部件20的沿径向延伸的密封表面27被压在金属体41的第二凸缘43b上的接触表面49b上,且被压在第二弹簧激励式聚合物密封部件47b的外缘上。弹簧激励式聚合物密封部件47a、47b和金属体41的凸缘43a、43b从而被预加应力。因而,弹簧激励式聚合物密封部件47a、47b 将与管状部件10、20的沿径向延伸的密封表面17、27进行密封接触,以便于从而在密封元件40与管状部件10、20之间,形成不透流体的聚合物-金属密封件。该聚合物-金属密封件构成针对管状接头1的内部流体压力的副密封件,其中,该副密封件设置在上面提到的主密封件的径向内侧。
[0027] 在图4和图5中所示出的实施例中,在横截面上,密封元件40的金属体41’更紧凑,而无中心腔。在这种情况下,第一弹簧激励式聚合物密封部件47a安装于环形凹陷部58a中,环形凹陷部58a设置于金属体41’的第一外侧面59a上,并且,第二弹簧激励式聚合物密封部件47b安装于环形凹陷部58b中,环形凹陷部58b设置于金属体41’的与所述第一外侧面59a相反的第二外侧面59b上。
[0028] 如图5中所示出的,第一弹簧激励式聚合物密封部件47a的聚合物体50配置成,当密封元件40处于未加载的状态时,突伸超过所述第一外侧面59a。以相同的方式,第二弹簧激励式聚合物密封部件47b的聚合物体50配置成,当密封元件40处于未加载的状态时,突伸超过所述第二外侧面59b。
[0029] 当管状部件10、20彼此夹紧时,第一管状部件10的渐缩密封表面 16 被压在金属体41’的第一外密封表面46a上,并且,第二管状部件20的渐缩密封表面26被压在金属体41’的第二外密封表面46b上,以便于从而在密封元件40与管状部件10、20之间,形成不透流体的金属间密封件。该金属间密封件构成针对管状接头1的内部流体压力的主密封件。此外,当管状部件10、20彼此夹紧时,第一管状部件10的沿径向延伸的密封表面17被压在第一弹簧激励式聚合物密封部件47a的外缘上,并且,第二管状部件20的沿径向延伸的密封表面27被压在第二弹簧激励式聚合物密封部件47b的外缘上。弹簧激励式聚合物密封部件47a、47b从而被预加应力。因而,弹簧激励式聚合物密封部件47a、47b将与管状部件10、20的沿径向延伸的密封表面17、27进行密封接触,以便于从而在密封元件40与管状部件10、20之间,形成不透流体的聚合物-金属密封件。该聚合物-金属密封件构成针对管状接头1的内部流体压力的副密封件,其中,该副密封件设置在上面提到的主密封件的径向内侧。
[0030] 图6显示布置于环形凹陷部58a和58b中的激励式密封部件的又一实施例。在这种情况下,第一密封部件61a和61b布置于环形凹陷部58a和58b中。在本实施例中,第一密封部件由聚合物材料制成。随后,第二密封部件62a和62b布置于相同的环形凹陷部中,从而将第一密封部件
锁定于环形凹陷部中。在本实施例中,第二密封部件由金属材料制成。第二密封部件62a和62b设置有环形槽68a和68b,第三密封部件63a和63b设置到环形槽68a和68b中。在本实施例中,第三密封部件由聚合物材料制成。
[0031] 在无应力的条件下(即,在安装于
联轴器中之前),第二密封部件62a、62b将从环形凹陷部58a、58b突出。当密封元件被压在管状部件之间时,第三密封元件63a、63b被压到第二密封部件62a、62b中的环形槽68a、68b中。第二密封部件62a、62b被压到第一密封部件61a、61b上,从而在密封部件61a、61b、62a、62b、63a、63b与邻接的密封表面17、27之间,形成多重
偏压。
[0032] 由上面提到的金属间密封件和聚合物-金属密封件构成的主密封件和副密封件还设计为抵抗外部流体压力而进行密封。
[0033] 本发明当然不以任何方式局限于上述的实施例。相反,在不背离本发明的基本理念(诸如,在所附权利要求中定义的基本理念)的情况下,上述的实施例的
修改的许多可能的示例将对本领域普通技术人员显而易见。