CN111536237A - 一种旋转防喷器偏心旋转跟随密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转防喷器偏心旋转跟随密封装置，包括套装于旋转轴外的外壳，所述外壳的上下两端分别安装有上盖和下盖，所述上盖和下盖之间形成密封腔，所述密封腔中由内至外依次套装有跟随密封件和补偿密封件，所述补偿密封件的中部向跟随密封件凸起并与外壳的内侧之间形成液压腔，所述外壳的侧壁设有与液压腔连通的进液孔。采用本发明所述的结构，通过液压力挤压补偿密封件变形，并对跟随密封件进行持续补偿，能够在旋转轴受外力作用在径向方向产生不可预测的偏心摆动时，始终保证跟随密封件的密封唇边与旋转轴紧密贴合，而密封面不会出现渗漏，保证密封效果和增加密封件使用寿命。

Description

一种旋转防喷器偏心旋转跟随密封装置

技术领域

本发明涉及防喷器技术领域，特别是一种旋转防喷器偏心旋转跟随密封装置。

背景技术

目前的石油钻探开采领域，要实施欠平衡(气相、液相)、空压钻井作业必须在钻井井口安装使用旋转防喷器。旋转防喷器的旋转密封核心部件主要包括旋转芯轴、旋转密封组件、以及固定外壳三部分，而旋转芯轴与固定外壳之间的旋转密封组件是确保旋转防喷器使用寿命和可靠性的关键部件。在钻进过程中，一旦旋转防喷器旋转密封组件失效，必须立即停钻更换旋转防喷器及其旋转密封组件，既浪费钻井时间，又加大了钻进过程中的安全风险。

目前的钻井作业现场，由于井口偏心以及钻具横向不规则震动，使得旋转防喷器的旋转部件与非旋转部件之间易于出现瞬时较大偏心间隙，当间隙超过旋转密封组件的弹性介质密封补偿范围时，就会造成旋转轴处的旋转密封组件密封失效。公知的现有旋转密封技术，通常采用耐磨密封材料，并依靠其支撑件如橡胶或金属弹簧的弹性压缩力，来挤压旋转密封组件唇边以补偿旋转密封组件在旋转过程中与旋转轴之间由于磨损而出现的间隙，由于支撑弹性介质本身结构和性能限制，对于所述情况出现的瞬时较大间隙，通常不能立即、有效进行补偿，极易造成密封部位出现渗漏，从而导致旋转密封失效；同时在使用过程中，随着旋转密封接触面的不断磨损，在密封唇边还未完全磨损之前，支撑弹性介质自身的弹性可能已经不能达到预期的补偿效果而导致密封件出现渗漏，从而影响密封件的使用寿命。公开号为CN201110382073.8，公开日为2012年2月29日的中国专利文献公开的一种用于旋转防喷器的动密封装置，该装置其技术方案是:在盘根盒内安装有支承环，在支承环上设有油孔b和油孔c，在支承环外表面设有环形凹槽b；碟簧安装在支承环内，碟簧下部安装隔环，隔环与压圈间安装支承环；压圈上设有油孔a，下部依次间隔安装V形密封圈与隔圈；浮动环下端安装盘根压圈，盘根压圈固定在盘根盒的端部，盘根压圈与中心管衬套间隙配合；中心管衬套与中心管过盈配合，盘根盒与防喷器上壳体过盈配合，润滑油经轴承进入防喷器上壳体的油孔。该装置通过采用组合密封结构来减少密封件表面的磨损和降低密封件自身的发热，以增大密封件使用寿命，但是由于其密封面间隙仍然是采用弹性材料自身弹性变形挤压密封件唇边来进行的，在使用过程中仍然不可避免上述问题的出现。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种旋转防喷器偏心旋转跟随密封装置，将液压力通过补偿密封件、辅助密封件传递至跟随密封件，对其密封唇边持续进行补偿，使跟随密封件的密封唇边在完全磨损之前，始终与旋转轴紧密贴合保证密封性能，该装置允许跟随密封件在密封旋转轴的同时，能够随同由于外力作用而产生偏心的旋转轴一起进行径向摆动而不出现渗漏，既能有效保证密封件密封效果，又能最大限度提高密封件使用寿命。

本发明采用的技术方案是：

一种旋转防喷器偏心旋转跟随密封装置，包括套装于旋转轴外的外壳，所述外壳的上下两端分别安装有上盖和下盖，所述上盖和下盖之间形成密封腔，所述密封腔中由内至外依次套装有跟随密封件和补偿密封件，所述补偿密封件的中部向跟随密封件凸起并与外壳的内侧之间形成液压腔，所述外壳的侧壁设有与液压腔连通的进液孔。

优选的，所述上盖的下端面和下盖的上端面分别上密封套和下密封套，所述上密封套和下密封套之间形成密封腔。

优选的，所述液压腔内设有用于支撑补偿密封件的骨架。

优选的，所述补偿密封件的凸起部分的内侧的上下两端具有向液压腔方向凹陷的台阶，所述上密封套的下端面和下密封套的上端面分别设有与补偿密封件的两台阶配合的台阶。

优选的，所述跟随密封件和补偿密封件之间还设有辅助密封件。

优选的，所述上密封套和下密封套的外侧环面与外壳的内侧环面之间分别设有上静密封件和下静密封件。

优选的，所述上密封套的下端面与跟随密封件的上端面之间或下密封套的上端面与跟随密封件的下端面之间设有用于固定跟随密封件的跟随密封定位机构。

优选的，所述跟随密封定位机构包括设于上密封套的下端面及跟随密封件的上端面或下密封套的上端面及跟随密封件的下端面分别开设有卡销孔，所述上密封套与跟随密封件的卡销孔或下密封套与跟随密封件的卡销孔内设有密封件卡销。

优选的，所述跟随密封件的外侧与该跟随密封件上的卡销孔相对的一边具有向内凹陷的台阶，所述辅助密封件设于跟随密封件的台阶处。

本发明的有益效果是：

1、采用本发明所述的结构，通过液压力挤压补偿密封件变形，并对跟随密封件进行持续补偿，能够在旋转轴受外力作用在径向方向产生不可预测的偏心摆动时，始终保证跟随密封件的密封唇边与旋转轴紧密贴合，而密封面不会出现渗漏，保证密封效果和增加密封件使用寿命；

2、采用本发明所述的结构，跟随密封件由于密封件卡销和密封套的固定作用，不会因为跟随密封件的唇边与旋转轴之间的接触摩擦力太大，而导致旋转轴带动跟随密封件一起旋转从而损坏密封件；

3、补偿密封件为弹性材料，其前后腔室通过上、下密封套台阶及密封作用相互隔离，补偿密封件受后部密封腔室压力油作用，挤压辅助密封及跟随密封，由于压力油压力恒定且源源不断，确保跟随密封件的唇边始终与旋转轴接触从而保证跟随密封效果；

4、补偿密封件所受压力油大小，与跟随密封件与旋转轴之间的密封压力高低相对应，该值既不能太高也不能太低，其大小能够刚好保证跟随密封件的密封性能而同时又不会使密封接触面产生较大摩擦而抱死旋转轴，如果密封接触面密封压力恒定，该压力值也恒定；

5、补偿密封件外侧设置的骨架，能够确保补偿密封件在受压时整体结构因骨架支撑不会产生超过极限的变形而损坏，同时在没有压力时保证补偿密封件形状不会改变；

6、辅助密封件在阻隔密封介质进入补偿密封件腔室的同时，依靠自身弹性将补偿密封件受压变形产生的补偿力，传递到跟随密封件上以确保跟随密封效果，该辅助密封件既可以采用截面为长方形的特殊结构，也可直接使用多只“O”型密封圈堆叠代替；

7、本发明所述的上、下盖，外壳，上、下密封套与密封组件之间采用分体组合结构，更换和维护方便。

附图说明

图1为本发明实施例中补偿密封件未受压状态的结构示意图；

图2为本发明实施例中补偿密封件受压状态的结构示意图；

附图标记：1、旋转轴，2、上盖，3、外壳，4、上静密封，5、骨架，6、补偿密封件，7、下静密封，8、上密封套，9、密封件卡销，10、跟随密封件，11、辅助密封件，12、下密封套，13、下盖。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

实施例

如图1所示，一种旋转防喷器偏心旋转跟随密封装置，包括套装于旋转轴1外的外壳3，所述外壳3的上下两端分别安装有上盖2和下盖13，所述上盖2和下盖13之间形成密封腔，所述密封腔中由内至外依次套装有跟随密封件10和补偿密封件6，所述补偿密封件6的中部向跟随密封件10凸起并与外壳3的内侧之间形成液压腔，所述外壳3的侧壁设有与液压腔连通的进液孔。

跟随密封件10采用耐磨耐压材料制成，其内侧设有带锯齿密封唇边与旋转轴1的柱面接触形成密封面，旋转轴1进行旋转即实施旋转密封。补偿密封件6采用具有一定强度和弹性的耐油橡胶材料制成，上盖2、下盖13、外壳3及补偿密封件6一起在补偿密封件6的外侧形成液压腔。如图2所示，受控的压力油流经进液孔进入液压腔，补偿密封件6受压变形并挤压跟随密封件10，使跟随密封件10的内侧唇边与旋转轴1保持贴合，根据跟随密封件10与旋转轴1实际密封压力的高低可以控制不同的补偿压力，能够确保跟随密封件10的唇边在完全磨损之前始终与旋转轴1紧密贴合，同时密封接触面不会出现渗漏，又不会把旋转轴1抱死。

外壳3的上下两端的内侧可以设置承载上盖2及下盖13的台阶，上盖2及下盖13可通过螺栓或其它连接方式与外壳3可拆卸式的固定连接。

在其中一个实施例中，所述上盖2的下端面和下盖13的上端面分别上密封套8和下密封套12，所述上密封套8和下密封套12之间形成密封腔。

上密封套8和下密封套12分别通过上盖2和下盖13固定在外壳3中，通过上密封套8和下密封套12可增强外壳3内侧的密封性能。

在其中一个实施例中，所述液压腔内设有用于支撑补偿密封件6的骨架5。

补偿密封件6的径向截面呈向旋转轴1凸起的横向的“凸”字形，骨架5设置在补偿密封件6外侧剖面呈矩形的环槽中，其作用是确保补偿密封件6在受压时整体结构因骨架5支撑不会产生超过极限的变形而损坏，同时确保在不受压的情况下补偿密封件6的形状不会变化。

在其中一个实施例中，所述补偿密封件6的凸起部分的内侧的上下两端具有向液压腔方向凹陷的台阶，所述上密封套8的下端面和下密封套12的上端面分别设有与补偿密封件6的两台阶配合的台阶。

补偿密封件6连同其骨架5设置在具有台阶的上密封套8和下密封套12之间，上密封套8和下密封套12的台阶作用是在固定补偿密封件6的同时，确保补偿密封件6与外壳3之间的液压腔密闭

在其中一个实施例中，所述跟随密封件10和补偿密封件6之间还设有辅助密封件11。

辅助密封采用耐高温弹性材料制成，设置在跟随密封件10的外侧，其作用是在阻隔密封介质进入补偿密封件6腔室的同时，依靠自身弹性以及补偿密封件6传递的挤压力使跟随密封件10的唇边与旋转轴1始终贴合，确保跟随密封件10的跟随性能，该辅助密封件11既可定制为径向截面呈长方形的特殊结构，也可直接使用多只“O”型密封圈堆叠代替。

在其中一个实施例中，所述上密封套8和下密封套12的外侧环面与外壳3的内侧环面之间分别设有上静密封4件和下静密封7件。

安装在上密封套8和下密封套12上的上静密封4和下静密封7与补偿密封件6、上密封盖、下密封盖及外壳3一起在补偿密封件6的外侧形成封闭的液压腔，受控的压力油流经该液压腔，使补偿密封件6受压变形，并通过辅助密封件11的传递作用挤压跟随密封件10使其唇边与旋转轴1保持贴合，根据跟随密封件10与旋转轴1实际密封压力的高低可以控制不同的补偿压力，能够确保跟随密封件10的唇边在完全磨损之前始终与旋转轴1紧密贴合，同时密封接触面不会出现渗漏，又不会把旋转轴1抱死。

在其中一个实施例中，所述上密封套8的下端面与跟随密封件10的上端面之间或下密封套12的上端面与跟随密封件10的下端面之间设有用于固定跟随密封件10的跟随密封定位机构。

在其中一个实施例中，所述跟随密封定位机构包括设于上密封套8的下端面及跟随密封件10的上端面或下密封套12的上端面及跟随密封件10的下端面分别开设有卡销孔，所述上密封套8与跟随密封件10的卡销孔或下密封套12与跟随密封件10的卡销孔内设有密封件卡销9。

在其中一个实施例中，所述跟随密封件10的外侧与该跟随密封件10上的卡销孔相对的一边具有向内凹陷的台阶，所述辅助密封件11设于跟随密封件10的台阶处。

如图1所示，通过密封件卡销9将跟随密封件10固定在上密封套8上，密封件卡销9的作用是防止由于跟随密封件10与旋转轴1接触面摩擦力作用，跟随密封件10被旋转轴1带动而随其一起旋转造成密封件损坏。辅助密封件11设于跟随密封件10的外侧下边角处的台阶处，而并非设于跟随密封件10的中部，是为了避免直接挤压跟随密封件10的中部易造成跟随密封件10变形过大而从与上密封套8分离。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种旋转防喷器偏心旋转跟随密封装置，其特征在于，包括套装于旋转轴(1)外的外壳(3)，所述外壳(3)的上下两端分别安装有上盖(2)和下盖(13)，所述上盖(2)和下盖(13)之间形成密封腔，所述密封腔中由内至外依次套装有跟随密封件(10)和补偿密封件(6)，所述补偿密封件(6)的中部向跟随密封件(10)凸起并与外壳(3)的内侧之间形成液压腔，所述外壳(3)的侧壁设有与液压腔连通的进液孔。

2.根据权利要求1所述的旋转防喷器偏心旋转跟随密封装置，其特征在于，所述上盖(2)的下端面和下盖(13)的上端面分别上密封套(8)和下密封套(12)，所述上密封套(8)和下密封套(12)之间形成密封腔。

3.根据权利要求2所述的旋转防喷器偏心旋转跟随密封装置，其特征在于，所述液压腔内设有用于支撑补偿密封件(6)的骨架(5)。

4.根据权利要求2所述的旋转防喷器偏心旋转跟随密封装置，其特征在于，所述补偿密封件(6)的凸起部分的内侧的上下两端具有向液压腔方向凹陷的台阶，所述上密封套(8)的下端面和下密封套(12)的上端面分别设有与补偿密封件(6)的两台阶配合的台阶。

5.根据权利要求1所述的旋转防喷器偏心旋转跟随密封装置，其特征在于，所述跟随密封件(10)和补偿密封件(6)之间还设有辅助密封件(11)。

6.根据权利要求1所述的旋转防喷器偏心旋转跟随密封装置，其特征在于，所述上密封套(8)和下密封套(12)的外侧环面与外壳(3)的内侧环面之间分别设有上静密封(4)件和下静密封(7)件。

7.根据权利要求5所述的旋转防喷器偏心旋转跟随密封装置，其特征在于，所述上密封套(8)的下端面与跟随密封件(10)的上端面之间或下密封套(12)的上端面与跟随密封件(10)的下端面之间设有用于固定跟随密封件(10)的跟随密封定位机构。

8.根据权利要求7所述的旋转防喷器偏心旋转跟随密封装置，其特征在于，所述跟随密封定位机构包括设于上密封套(8)的下端面及跟随密封件(10)的上端面或下密封套(12)的上端面及跟随密封件(10)的下端面分别开设有卡销孔，所述上密封套(8)与跟随密封件(10)的卡销孔或下密封套(12)与跟随密封件(10)的卡销孔内设有密封件卡销(9)。

9.根据权利要求8所述的旋转防喷器偏心旋转跟随密封装置，其特征在于，所述跟随密封件(10)的外侧与该跟随密封件(10)上的卡销孔相对的一边具有向内凹陷的台阶，所述辅助密封件(11)设于跟随密封件(10)的台阶处。

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