高压流体回转件制造技术

一种具有静止环形结构(16A、17A)的流体回转件(10A)，限定了上环形密封件槽(61)和下环形密封件槽(62)，且可转动的外壳体(20A)可操作地连接至静止环形结构(16A、17A)，外壳体限定了具有上表面和下表面的径向槽(30)。上密封件(40)和下密封件(41)定位在静止环形结构(16a、17a)与可转动的外壳体(20a)之间并设置在上密封件槽(61)和下密封件槽(62)内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利技术背景1.专利
本专利技术总体上涉及用于输送流体的回转设备。具体地，本专利技术涉及用于回转堆叠组件的流体回转接头，回转堆叠组件适应于在油罐、存储浮台等与在海平面以下的一个或多个导管之间输送流体。回转件的流体可为待从海底输送至浮台的诸如烃之类的产品，或可为待从浮台输送至海底的用于油井增产措施的水或气体。更具体地，本专利技术涉及用于流体回转接头的密封构造，该接头使用接头的机械设计与流过接头的流体的压力配合，以大体上防止密封件装置和其中置有动态密封件的挤压间隙作为通常在油气罐的海上装料站碰到的流体的高压的函数而扩大。2.现有技术描述近年来，海上油气勘探已大大发展，且向诸如北海(theNorthSea)之类的深且汹涌的水域进展。为了便于来自位置偏远的海上油气田的油气的生产，已开发了用于作为整个油气田的集中生产基地的海上装料站的复杂的系泊系统。称作立管的柔性流体管线从海底位置延伸至系泊位置，以允许系泊浮台与海底位置之间的流体输送。例如，某些流体管线可用于将油气传输至浮台内，而其它流体管线可用于将流体或气体从浮台注回海底油井，用于控制、油井增产措施或存储的目的。浮台可系泊至单点系泊系统，这允许浮台作为风向标并绕单系泊点360°转动。为允许浮台自由转动和运动而不引起浮台所附连的各立管的扭转或缠结，需要提供回转机构来将流体管线连接至系泊位置。此外，由于涉及多个立管，为了具有容纳多个流体管线或立管的能力，回转件需被堆叠。分离的回转组件相互堆叠在彼此顶部，其中，回转堆叠基座固定至锚定至海底的静止框架。现有的高压产品回转件已设置了内壳体和通过轴承转动支承在内壳体上的外壳体，使得外壳体绕内壳体自由转动。当两个壳体相互对准放置时，扭转状的导管腔室形成于两个壳体之间。内壳体的入口与该腔室连通，且外壳体中的出口与该腔室连通。呈面密封件或径向密封件形式的上动态密封件和下动态密封件置于在内壳体和外壳体的轴向相对或径向相对的表面之间的槽或间隙内，以防止当腔室内存在高压流体时流体从两个面对的表面漏出。当高压存在于入口内且穿过扭转腔室并至出口外时，腔室内的压力作用以使内壳体与外壳体相互分离。换言之，由于由作用在两个动态密封件之间的有效面积上的流体压力所产生的力，内壳体被迫径向向内缩小；由作用在上动态密封件与下动态密封件之间的有效面积上的流体压力，外壳体被迫径向向外扩大。由于腔室内的高流体压力，面对的表面之间发生分离。本文所使用的高压意味着在2000psi及以上的等级。当流体产品的压力增加时，其中放置有密封件的面对的表面之间的分离增加。由于高的产品压力，这种分离可足够大，从而在高压时由于密封件挤压实效而阻碍了产品回转件的无泄漏运行。回转部件的变形已成为在先开发者做出的许多努力的主题。现有技术已经考虑添加更多材料至回转部件的想法，使得变形作为压力的函数－－特别是在5000至10000psi范围内的高压，将抵抗偏转。然而，在高压下，回转部件，即内壳体和外壳体，变得非常大且重，使得它们从重量、成本、操纵和尺寸的角度而言是不利的，且并不一定实现期望的间隙控制。现有技术公开了使用外压力源在动态密封件接口处施加平衡或“缓冲”流体压力的回转件。这种用于动态密封件间隙控制的“主动”压力补偿的示例在Saliger的美国专利第4,602,806号、Feller等的美国专利第4,669,758号、Pollack的美国专利第5,411,298号、Erstad等的美国专利第6,053,787号以及Harvey等的美国专利第4,662,657号中示出。所有这些专利公开了在环形流体歧管上方和下方的分离的抗挤压环与主动压力补偿的结合。Saliger的美国专利第4,555,118号在图4中公开了置于内环与外环之间的扭转通道上方和下方的自由浮动抗挤压环。自由浮动抗挤压环被小的密封件挤压间隙初始地(即在零压力时)从内接点环起移动。在运行中，扭转通道内的受压流体的内压力传递至抗挤压环的外侧，使得横跨密封件的压力差推压抗挤压环抵靠内环的外表面。换言之，密封件挤压间隙宽度作为内压力的函数而变化。抗挤压环与内环的环形表面的金属与金属的接触可引起运行期间的摩擦和划痕问题。Gibb的美国专利第4,819,966号在图2、3和4中示出了具有环形槽的环形环，该环形槽与内壳体的入口对准。环形腔室在环形环中外向地形成，使得在环形环中产生面向内壳体的外表面的上唇部和下唇部。唇部承载动态密封件并当腔室内有压力时被压迫进入在入口的上方和下方的绕内壳体的圆柱表面的密封配合。恒定的密封件间隙被腔室和环和唇部的形状保持为压力的函数。还可设置润滑系统用于注入受控流体。Montgomery和Roy的美国专利6,450,546示出了用于流体回转件的密封的流体接头，其中，压力平衡的中间壳体环安装在内壳体与外壳体环之间。通过设置内环形腔室或内壳体与中间壳体环之间的空腔以及外环形腔室或中间和外壳体环之间的空腔来实现压力平衡。通过中间壳体环的孔或通道将内腔室与外腔室流体连接。动态密封件置于内壳体与中壳体环之间的密封件装置中。静态密封件置于中间与外壳体环之间的密封件装置中。该布置通过将流体产品压力暴露于比中间壳体环的外侧上的静态密封件处的有效面积更小的中间壳体环的内侧上的动态密封件的有效面积而将由于产品流体压力的变形从动态密封件接口传递至静态密封件接口。由中间壳体环上的两个不同的有效面积上的产品流体压力产生的反对力使中间壳体环作为增加的压力的函数以预定的方向和量径向变形。由于对中间壳体环的径向变形的控制取决于中间壳体环的两侧上的动态和静态密封件的几何布置且与产品流体压力成比例，故对中间壳体环的径向变形的控制是被动的。3.专利技术目的本专利技术的主要目的是提供一种流体回转构造，该构造能够使高压产品流过其中，同时最小化产品从形成于内壳体与外壳体之间的动态密封件槽漏出。本专利技术的另一目的是提供一种最小化回转件的外径、高度和重量的、用于预定的高压等级、路径直径以及部件的布置和形状的流体回转构造。本专利技术的另一目的是提供内壳体和外壳体的形状和布置，其中，内壳体与外壳体之间的密封件最小化相对的内部偏转，使得呈现密封件的合适的功能和长寿命。本专利技术的另一目的是提供一种流体回转构造，其中，内壳体和外壳体被布置使得受高流体压力影响的内部面积最小化，从而允许部件在尺寸和重量上减小。本专利技术的另一目的是提供面密封件设置于其中的外壳体内的动态上密封件槽和动态下密封件槽，其中，密封件槽从流体回转件的中心线径向向外定向，且外壳体内的径向槽空腔的形状补偿密封件后面的间隙随压力作用于回转件内部而开得更宽的趋势。本专利技术的另一目的是将内壳体的弯曲刚度与外壳体的弯曲刚度匹配，使得当高压流体由回转件承载时在相同方向以相同量扩张的内壳体与外壳体中发生弹性配合，使得内壳体和外壳体高效地一起运动，且增加的压力与各部件之间的间隙几乎保持一致。本专利技术的另一目的是提供上动态密封件和下动态密封件，其中，上动态密封件的特征在于比相对的下动态密封件稍大的直径，从而提供有利的向下的力，以防止外壳体向上浮动，从而防止密封件的抵靠外壳体表面的过量的垂直力。专利技术概述以上确定的目的和本专利技术的其它优点和特征包含于用于具有内壳体和外壳体的可转动的流体回转件的密封的流体接头，其带有面向上径向环形密封件槽和下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种密封的流体接头(10A)，包括：绕中心纵轴线(5)同轴地定位且具有上环形槽(61)和下环形槽(62)的内环形结构(16A、17A)；绕所述内结构(16A、17A)同轴地定位的外壳体(20A)，且所述外壳体(20A)被布置并设计成相对于所述内环形结构(16A、17A)绕所述中心纵轴线(5)转动；设置于所述外壳体(20A)内的径向槽(30)；设置于所述内环形结构(16A、17A)内且与所述径向槽(30)连通的内流体歧管(26A)，所述内流体歧管(26A)被布置成承载压强P的流体至基本平行于所述径向槽(30)的所述上环形槽(61)和所述下环形槽(62)；以及设置于所述上槽(61)和所述下槽(62)内的上环形密封件(40)和下环形密封件(41)，用于所述内环形结构(16A、17A)与所述外壳体(20A)之间的密封；所述上环形密封件(40)和下环形密封件(41)的特征在于，围绕纵向地向内面向所述外壳体(20A)的所述环形槽空腔(30)的所述密封件(40、41)的所述外壳体(20A)的圆周密封面积，和具有纵向地向外面向所述壳体(20A)的圆周槽面积的所述径向槽空腔(30)，所述圆周槽面积大于所述外壳体的所述圆周密封面积；其中，所述径向槽(30)内的所述压强P引起所述外壳体(20A)由等于所述圆周槽面积乘以P的积的第一力纵向向外偏转，这基本补偿了由等于所述外壳体的所述圆周密封面积乘以P的积的第二力所引起的向内偏转。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.11 US 14/178,1061.一种密封的流体接头(10A)，包括：绕中心纵轴线(5)同轴地定位且具有上环形槽(61)和下环形槽(62)的内环形结构(16A、17A)；绕所述内结构(16A、17A)同轴地定位的外壳体(20A)，且所述外壳体(20A)被布置并设计成相对于所述内环形结构(16A、17A)绕所述中心纵轴线(5)转动；设置于所述外壳体(20A)内的径向槽(30)；设置于所述内环形结构(16A、17A)内且与所述径向槽(30)连通的内流体歧管(26A)，所述内流体歧管(26A)被布置成承载压强P的流体至基本平行于所述径向槽(30)的所述上环形槽(61)和所述下环形槽(62)；以及设置于所述上槽(61)和所述下槽(62)内的上环形密封件(40)和下环形密封件(41)，用于所述内环形结构(16A、17A)与所述外壳体(20A)之间的密封；所述上环形密封件(40)和下环形密封件(41)的特征在于，围绕纵向地向内面向所述外壳体(20A)的所述环形槽空腔(30)的所述密封件(40、41)的所述外壳体(20A)的圆周密封面积，和具有纵向地向外面向所述壳体(20A)的圆周槽面积的所述径向槽空腔(30)，所述圆周槽面积大于所述外壳体的所述圆周密封面积；其中，所述径向槽(30)内的所述压强P引起所述外壳体(20A)由等于所述圆周槽面积乘以P的积的第一力纵向向外偏转，这基本补偿了由等于所述外壳体的所述圆周密封面积乘以P的积的第二力所引起的向内偏转。2.如权利要求A1所述的流体接头(10A)，其特征在于：所述外壳体(20A)在所述外壳体(20A)的侧向延伸的环形表面与所述内环形结构(16A、17A)之间具有至少一个推力轴承(21A、22A)；以及所述接头(10A)在所述内环形结构(16A、17A)与所述外壳体(20A)之间具有至少一个径向轴承(23A)。3.如权利要求A1所述的流体接头(10A)，其特征在于：所述上环形密封件(40)和所述下环形密封件(41)是动态密封件。4.如权利要求A3所述的流体接头(10A)，其特征在于：所述上环形密封件(40)和所述下环形密封件(41)是面密封件。5.如权利要求A1所述的流体接头(10A)，其特征在于，还包括：基本平行于所述第一上环形槽(61)和所述第一下环形槽(62)、但以增加的直径形成于所述外壳体(20A)内且从所述第一上环形槽(61)和所述第一下环形槽(62)向外的第二上环形槽(63)和第二下环形槽(64)。分别设置在所述第二上环形槽(63)和所述第二下环形槽(64)内的备用上动态密封件(42)和备用下动态密封件(43)。6.一种密封的流体接头(10A)，包括：绕中心纵轴线(5)同轴地...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·T·博特曼，S·罗伊，
申请(专利权)人：索菲克股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US