旋转密封组件制造技术

一种用于旋转密封组件的复合密封件包括结合到至少一个抗挤压环的弹性体密封环。弹性体密封环包括沿外径形成的外侧环形谷部，该外侧环形谷部将第一外侧密封环形接口与第二外侧密封环形接口分开。第一外侧密封环形接口与第一轴向侧相邻设置，第二外侧密封环形接口与至少一个抗挤压环相邻设置。弹性体密封环包括沿着内径形成的内侧环形谷部，该内侧环形谷部将第一内侧密封环形接口与第二内侧密封环形接口分开。第一内侧密封环形接口与第一轴向侧相邻设置，第二内侧密封环形接口与至少一个抗挤压环相邻设置。挤压环相邻设置。挤压环相邻设置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】旋转密封组件
相关申请的交叉引用
[0001]本国际申请要求2021年8月25日提交的美国技术申请17/445,881和2020年8月28日提交的美国临时申请63/071,452的优先权，这些申请的全部内容通过引用全部并入本文。


[0002]本专利技术总体上涉及旋转密封组件。更具体地，本专利技术涉及一种用于旋转密封组件的复合密封件，该复合密封件具有结合到至少一个抗挤压环的新型弹性体环。

技术介绍

[0003]如现有技术(诸如美国专利10,619,774)所知的，旋转接头通常用于油田行业，以在各种设备之间建立刚性但可动态配置的流动管线。例如，在油田泵送增产作业或压裂作业中，旋转接头通常用于将多个高压泵送单元连接到歧管，并将歧管连接到注入井口。
[0004]这些类型的旋转接头通常包括管状凸形构件，该凸形构件可旋转地连接到管状凹形构件。凸形构件包括凸形座圈，凹形构件包括凹形座圈，凹形座圈配置为接纳凸形座圈。当凸形座圈定位在凹形座圈中时，凸形座圈上的多个外环形凹槽中的每一个均与凹形座圈上的相应内侧环形凹槽对准，以由此形成多个轴承座圈，多个轴承滚珠容纳在这些轴承座圈内，以将凸形构件可旋转地连接到凹形构件。
[0005]当凸形构件和凹形构件连接在一起时，在凸形座圈和凹形座圈之间形成环形空间，该环形空间与由旋转接头限定的流孔流体连通。为了将流体容纳在流孔内，同时仍然允许凸形构件和凹形构件相对于彼此旋转，旋转接头通常包括位于凸形座圈的鼻部和凹形座圈的内端部之间的动态主密封件。
[0006]然而，如果主密封件失效，则通过环形空间的加压压裂流体流会快速侵蚀凸形鼻部和/或凹形内端部，从而导致旋转接头失效。此外，加压流体将进入环形空间，并在凸形座圈和凹形座圈之间产生静液压端载荷，这可能导致轴承座圈失效。因此，通常的做法是包括第二密封件，以防止主密封件破裂时整个组件失效。然而，理想的是可以获得更好的密封件设计。此外，希望这种改进的密封件能够取消对次级密封件的需要，从而能够降低组件成本和复杂性。
[0007]因此，仍需要一种改进的密封件。本专利技术满足了这些需求并提供了其他相关的优点。

技术实现思路

[0008]现参考附图，特别是图7和图8，说明根据本专利技术提供的旋转密封组件的示例性实施例。该旋转密封组件可以被配置为用于轴向密封，并且在安装时抵靠金属表面并覆盖配合硬件之间的预先存在的挤压间隙。旋转密封组件包括与抗挤压装置联接的弹性体密封体，该抗挤压装置被配置为当将压力施加到密封体时减少密封体向挤压间隙内的挤压。旋
转密封组件例如可用于存在油和高压气体的系统中，诸如水力压裂应用中。旋转密封组件可以被安装和操作而无需临时调整或润滑。
[0009]如图所示，密封体可以呈圆环形状且由合适的弹性体形成，诸如橡胶或其他类型的弹性聚合物。如剖视图中最佳示出的，密封体可以具有对应于外径的外径表面和对应于内径的内径表面。在示出的实施例中，密封体的外径可以在85.8mm和86.0mm之间变化，密封体的内径可以是73.74mm，因此给出了密封体的最大厚度为大约6.2mm。应该理解的是，根据供安装密封体的压盖的尺寸，这些值可以发生变化。
[0010]现参考图7，外径表面和内径表面可为彼此的镜像。外径表面和内径表面可各自具有与密封体的暴露轴向面相邻形成的第一密封接口和与抗挤压装置相邻形成的第二密封接口。密封体可在暴露轴向面和第一密封接口之间具有非线性可变厚度部分，其中密封体的厚度在从暴露轴向面到第一密封接口的轴向方向上变化。抗挤压装置和第二密封接口之间的第三密封接口从弹性体主体延伸至配合面，并提供了增强的密封能力。密封体的厚度可以在非线性可变厚度部分中以非线性方式变化，以在非线性可变厚度部分中为外径表面和内径表面提供被倒圆的轮廓。一对线性可变厚度部分可以设置在非线性可变厚度部分和第二密封接口之间。线性可变厚度部分代表了密封体的厚度在轴向方向上朝向最小厚度区域线性变化的部分。最小厚度区域包括被倒圆的谷部，在该被倒圆的谷部处密封体的厚度最小，这实现了可压缩性并增加了轴向凹槽宽度范围内的密封能力。另一方面，第一密封接口和第二密封接口可代表密封体的厚度最大的区域，从而在安装时密封压盖。
[0011]为降低密封体向挤压间隙内挤压的风险，抗挤压装置可包括一对结合到密封体并可抵靠密封接口的支承环。支承环可由刚性大于密封体的材料形成，包括但不限于金属、诸如不锈钢，和/或刚性聚合物、诸如聚醚醚酮(PEEK)。在一些实施例中，支承环包括相同的材料，但应当理解的是，支承环可以由不同的材料形成。
[0012]每个支承环可抵靠密封体的倒圆轴向延伸部，使得支承环将轴向延伸部夹在其间。轴向延伸部例如可以限定大于其厚度的轴向长度。轴向延伸部的轴向长度可稍大于每个支承环的相应轴向长度，使得轴向延伸部具有比两个支承环的暴露轴向面轴向延伸得更远的一部分。在这方面，支承环可在它们之间限定间隙，该间隙基本上由密封体的轴向延伸部填充，其中轴向延伸部的一部分延伸出该间隙。在这方面，轴向延伸部的延伸出间隙的部分也可以接触设置有旋转密封组件的压盖的一部分。如图所示，密封体和支承环的暴露轴向面可大致平行延伸。
[0013]密封体的倒圆轴向延伸部在凸形管状构件和凹形管状构件的装配过程中将压缩。安装后，密封件的倒圆轴向延伸部将与支承环一致，因此密封件的所有轴向面将与配合凹槽表面完全接触，消除任何可能的间隙。
[0014]旋转密封组件的总轴向长度可在9.93mm至10.13mm之间，其中密封体的面到面的轴向长度约为6.1mm，支承环的轴向长度约为3.7mm。在一些实施例中，支承环的轴向长度可为密封件的总长度的一部分，诸如密封件的总长度的三分之一至二分之一。延伸经过支承环的轴向延伸部的一部分可具有大约0.1mm至0.3mm的轴向长度。旋转密封组件可限定6.0mm至6.2mm之间的总厚度。应当理解的是，这些尺寸仅是示例性的，并且这些尺寸可根据不同的应用和压盖尺寸变化。
[0015]现在参考图8，其示出了根据本专利技术提供的旋转密封组件的另一个示例性实施例。
与前述旋转密封组件类似，图8的旋转密封组件也包括结合到抗挤压装置的弹性体密封体。如图所示，虽然密封体和抗挤压装置均可以具有圆环形状，但是可以调整任一元件的形状以适应其中安装有旋转密封组件的压盖。示例性旋转密封组件可具有在85.37mm和86.39mm之间的总外径和73.69mm的内径。应理解的是，这些值可根据其中安装有旋转密封组件的压盖的应用和尺寸变化。
[0016]与图7所示的前述密封体不同，图8所示的旋转密封组件的密封体的内径表面和外径表面并非具有多个可变厚度部分的彼此的镜像。密封体可包括具有线性可变厚度的暴露轴向面。密封体可具有与暴露轴向面相邻的可变厚度的第一部分。在可变厚度的第一部分中，内径表面限定了相对平坦的表面，而外径表面限定了具有被倒圆的轮廓的表面。在与可变厚度的第一部分相邻的可变厚度的第二部分中，外径表面可以具有延伸到第一密封接口的被倒圆的轮廓和线性锥形轮廓，而内径本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种被配置为用于旋转密封组件的复合密封件，所述旋转密封组件具有能够相对于第二部分围绕纵向轴线旋转的第一部分，其中，所述第一部分和所述第二部分共同形成设置在所述第一部分和所述第二部分之间的内侧环形凹槽，所述内侧环形凹槽为圆柱形的并且围绕所述纵向轴线对准；其中，所述第一部分和所述第二部分之间的间隙连接到所述内侧环形凹槽；其中，所述复合密封件被配置为设置在所述内侧环形凹槽内以密封所述间隙；其中，所述复合密封件被配置为围绕所述纵向轴线对准，并且由与外径相对的内径限定，所述外径由与第二轴向侧相对的第一轴向侧连接；其中，述复合密封件包括：结合到至少一个抗挤压环的弹性体密封环，其中，所述至少一个抗挤压环设置在所述第二轴向侧处，所述第二轴向侧被配置为当所述复合密封件设置在所述内侧环形凹槽内时与所述间隙相邻放置；其中，所述弹性体密封环从所述第一轴向侧开始沿着所述内径和所述外径纵向延伸，直到到达所述至少一个抗挤压环；其中，所述弹性体密封环包括沿着所述外径形成的外侧环形谷部，所述外侧环形谷部将第一外侧密封环形接口与第二外侧密封环形接口分开，所述第一外侧密封环形接口与所述第一轴向侧相邻设置，所述第二外侧密封环形接口与所述至少一个抗挤压环相邻设置；以及其中，所述弹性体密封环包括沿着所述内径形成的内侧环形谷部，所述内侧环形谷部将第一内侧密封环形接口与第二内侧密封环形接口分开，所述第一内侧密封环形接口与所述第一轴向侧相邻设置，所述第二内侧密封环形接口与所述至少一个抗挤压环相邻设置。2.根据权利要求1所述的复合密封件，其中，所述第一轴向侧和所述第一外侧密封环形接口之间的过渡部被倒圆。3.根据权利要求2所述的复合密封件，其中，所述第一外侧密封环形接口是环形边缘，该环形边缘形成在倒圆的过渡部和所述外侧环形谷部的相交部处。4.根据权利要求1所述的复合密封件，其中，所述第二外侧密封环形接口是圆柱形的，并且与所述外径对准。5.根据权利要求1所述的复合密封件，其中，所述第一轴向侧和所述第一内侧密封环形接口之间的过渡部被倒圆。6.根据权利要求5所述的复合密封件，其中，所述第一内侧密封环形接口是环形边缘，该环形边缘形成在倒圆的过渡部和所述内侧环形谷部的相交部处。7.根据权利要求1所述的复合密封件，其中，所述第二内侧密封环形接口是圆柱形的，并且与所述内径对准。8.根据权利要求1所述的复合密封件，其中，所述第一内侧密封环形接口是圆柱形的，并且具有大于所述内径的直径。9.根据权利要求1所述的复合密封件，其中，所述至少一个抗挤压环包括由所述弹性体密封环的延伸部分开的外抗挤压环和内抗挤压环，其中，所述外抗挤压环被配置为当所述复合密封件设置在所述内侧环形凹槽内时与所述间隙相邻放置。10.根据权利要求9所述的复合密封件，其中，所述弹性体密封环的所述延伸部至少部分地延伸超过所述第一抗挤压环和所述第二抗挤压环的所述第二轴向侧一段距离。11.根据权利要求1所述的复合密封件，其中，所述弹性体密封环和所述至少一个抗挤
压环由不同的材料形成。12.根据权利要求1所述的复合密封件，其中，所述至少一个抗挤压环由比所述弹性体密封环刚性更大的材料形成。13.根据权利要求1所述的复合密封件，其中，所述弹性体密封环的弹性模量低于所述至少一个抗挤压环的弹性模量。14.根据权利要求1所述的复合密封件，其中，所述至少一个抗挤压环由以下材料中的任一种形成：金属、不锈钢或聚醚醚酮(PEEK)。15.根据权利要求1所述的复合密封件，其中，所述第一轴向侧包括相对于所述纵向轴线的环形角，所述环形角形成所述第一轴向侧，所述第一轴向侧呈朝向所述外径向下倾斜的截头圆锥形。16.一种被配置为用于旋转密封组件的复合密封件，所述旋转密封组件具有能够相对于第二部分围绕纵向轴线旋转的第一部分，其中，所述第一部分和所述第二部分共同形成设置在所述第一部分和所述第二部分之间的内侧环形凹槽，所述内侧环形凹槽为圆柱形的并且围绕所述纵向轴线对准；其中，所述第一部分和所述第二部分之间的间隙连接到所述内侧环形凹槽；其中，所述复合密封件被配置为设置在所述内侧环形凹槽内以密封所述间隙；其中，所述复合密封件被配置为围绕所述纵向轴线对准，并且由与外径相对的内径限定，所述外径由与第二轴向侧相对的第一轴向侧连接；其中，所述复合密封件包括：结合到至少一个抗挤压环的弹性体密封环，...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：特瑞堡密封系统德国有限责任公司，
类型：发明
国别省市：