轉體裝置的製作方法

2023-06-13 12:14:21 2

專利名稱：轉體裝置的製作方法
技術領域：
本發明總體涉及一種用於轉體(swivel)內的流體傳送通道的密封裝置、改進的密封裝置以及用於改進轉體內的現有密封件的方法。
背景技術：
轉體對於例如浮動製造單元來說非常重要。轉體內的失效、洩漏等造成部分或整個製造過程停止。操作者因此試圖確保轉體具有雙重密封件，並且在一個或多個密封件洩漏的情況下，可以修復/減小洩漏而不完全停止製造。現有技術的解決方案是將備用密封件安裝在實際轉體上，並且可以在沒有完全拆卸整個轉體的情況下安裝。但是在這些情況下，轉體具有相對大的尺寸，並且這種解決方案例如不適用於更加緊湊的多通道轉體。因此，在我們看來，這不是足夠好的解決方案，並且不適用於所有類型的轉體。
密封件例如在轉體內部的洩漏會具有很高的動態後果。密封件洩漏具有多種原因，例如密封件內的材料失效、通常涉及剝落、刮傷、磨損等密封表面缺陷、密封件穿孔或者密封件擠壓。非常困難的是完全防止這些原因。有效的質量保證程序、深入的材料測試以及完整的系統是改善這種情況的措施，但是沒有完全消除不可預料的缺陷的機會。
在許多類型的轉體中，具有阻擋激髮式密封件(barrier-activated seal)。這指的是通過阻擋油來激發動態和靜態密封，其中阻擋油的壓力總是高於主轉體通道內的壓力。如果在密封件上出現洩漏，將造成阻擋油消耗，並且這將記錄在控制系統中，使得油的過度消耗觸發報警。操作者因此知道阻擋油消耗，並且識別哪個密封件洩漏。
如果密封件上的洩漏過大，操作者可選擇以第二密封件繼續，或者修復損壞的密封件。通常不希望只以第二密封件繼續製造，並且不希望花費不適當的長時間來拆卸轉體並更換損壞的密封件。由於在此期間經由轉體所進行的製造過程必須停止，還造成成本高。因此希望的是實現一種解決這種問題並同時以非常簡單的方式提供修復現有損壞密封件的解決方案的密封系統。

發明內容
本發明的目的在於解決所述的問題和/或改善這種情況。本發明的目的還在於提供一種用於大多數阻擋激髮式密封件的解決方案，特別是用於油工業中轉體內的阻擋激髮式密封件。本發明的目的還在於提供一種密封系統，該密封系統有效、容易使用和監測並且不需要整個轉體拆卸來實現密封件的修復/改進。本發明的目的還在於提供一種即使在損壞並由此洩漏的情況下密封件序列中的主要密封件也可繼續使用的解決方案。
提供一種實現所述目的的密封裝置、改進的密封裝置以及方法。
按照第一方面，本發明涉及一種用於將轉體內的流體傳送通道與環境密封的密封裝置。必須相對於環境密封的例如來自於油井的工藝通道或者其它類型的供應通道的流體傳送通道包括至少兩個元件。密封件可以是相對轉動的兩個元件之間的密封件，即所謂的動態密封件，也可以是相對靜止的兩個元件之間的密封件。按照本發明的密封件可用於轉體內的這兩種密封件。轉體可以是具有一個或多個通道的轉體。轉體也可以是具有在轉體芯內的柄部元件內鑽制的一個或多個通道的所謂緊湊轉體。按照第一方面的密封裝置包括布置在兩個元件的相對表面之間的至少一個密封主體以及通常位於背向流體傳送通道的密封主體的一側以便在流體傳送通道的使用過程中供應壓力密封介質的供應管線。密封介質通常在等於或高於將被密封的流體傳送通道內的工藝壓力的壓力下供應。這種結果是密封件上的任何洩漏將造成進入流體傳送通道的洩漏而不是從流體傳送通道到環境的洩漏。多個密封元件還可順序逐一安裝，其中供應管線通向按照順序逐一定位的一個或多個密封元件。按照本發明的密封介質按照所涉及應用的粘度和化學成分來構成，即按照轉體的操作狀態、將被傳送的流體類型、壓力、溫度等，並且具有大致500cst以上的粘度。
按照本發明的第二方面，本發明涉及一種將流體傳送通道與環境密封的改進密封裝置，其中通道包括至少兩個元件。密封裝置包括布置在兩個元件的相對表面之間的至少一個密封主體以及通常位於背向流體傳送通道的密封主體的一側以便在流體傳送通道的使用過程中供應壓力密封介質的供應管線。按照本發明，在用於阻擋流體的供應管線的一部分和密封主體之間，改進密封裝置包括具有壓力傳遞單元的密封介質迴路，其中用於密封介質的供應管線從壓力傳遞單元延伸到密封主體。密封介質最好具有高於阻擋流體的粘度，並且在一個實施例中最好具有500cst以上的粘度。
在按照第二方面的改進密封裝置的實施例中，密封介質迴路可作為供應管線一部分的平行迴路插入密封主體，其中阻擋流體關斷平行迴路並且朝著密封介質迴路和壓力傳遞單元輸送，並且密封介質朝著密封主體輸送。由於其相對於粘度和化學組分的組分，密封介質將圍繞密封主體形成密封件，並且密封或改進密封主體和/或密封表面內出現的任何損壞。
作為平行迴路的選擇，供應管線的一部分可通過密封介質迴路來代替，或者用於密封介質的平行迴路可具有本身的供應管線，這種供應管線朝著密封主體，與阻擋流體的供應管線分開，但是阻擋流體輸送到壓力傳遞單元而不是朝著密封主體。密封介質迴路將通常朝著密封主體設置在安裝在供應管線內的現有閥上，使得密封介質採用去往密封主體的現有供應管線，直到對於阻擋流體來說需要進行修復/改進為止。阻擋流體將接著與壓力傳遞單元連通。
通過在壓力傳遞單元中使用阻擋流體作為壓力驅動器，可以在密封介質和阻擋流體中實現大致類似的壓力，並且由於使用阻擋流體迴路中的現有壓力系統，不需要安裝額外一組泵、調節閥、止回閥等。這提供了一種簡單和可靠的解決方案。本發明還特別適用於現有阻擋流體操作密封件的修復。
按照本發明的第三方面，用於轉體的密封裝置以及改進密封裝置可包括壓力傳遞單元，壓力傳遞單元可與流體傳送通道內傳送的流體連通和/或與將這些流體內的壓力傳送到密封介質上的阻擋流體連通。作為選擇和/或另外，壓力傳遞單元可包括用於壓力介質的分開的泵，或者壓力傳遞單元可以是這些元件的組合。壓力傳遞單元還可包括用於增加例如流體傳送通道內傳送的流體壓力的增壓器。壓力傳遞單元和/或密封介質迴路可設置讀取裝置，以便結合壓力傳遞單元和/或密封介質迴路讀取數量、臨界數量、供應數量或其它數值。
在本發明的另一方面中，改進密封裝置可以是與轉體相結合的密封件，其中它可包括具有至少一個流體通道的高壓轉體，在400bar的設計中保持200bar以上的壓力。轉體還可以是具有在中央芯元件內鑽制的一個或多個通道的緊湊轉體。
按照本發明的優選實施例，壓力傳遞單元包括活塞缸。活塞缸包括缸殼體和將殼體分為兩個腔室的活塞。活塞可以完全自由運行，或者可以設想到活塞杆與增壓器連接的情況，由此壓力傳遞單元內傳遞的壓力可以進行壓力調節。為了獲得平衡壓力，還可設想到經過兩個腔室的活塞杆，以便在流體之間獲得相同的壓力傳送。按照本發明的第二方面用於阻擋流體或者供應流體和/或另一壓力源的供應管線與活塞一側連通，並且用於密封介質的供應管線與活塞的從壓力傳遞單元延伸到密封元件的另一側連通。
本發明還涉及一種修復轉體內的密封件的方法，密封件包括至少一個密封主體和用於將阻擋流體供應到背向轉體內的流體傳送通道的密封件的一側的阻擋流體迴路。其中在阻擋流體迴路中檢測阻擋流體損失，包括壓力傳遞單元的新密封介質迴路安裝在阻擋流體迴路和密封主體之間，其中迴路中的密封介質經由用於阻擋流體迴路的供應管線或者去往密封主體的分開供應管線通過阻擋流體迴路中的壓力壓迫到密封件內。


現在參考附圖，通過實施例更加詳細描述本發明，附圖中圖1A-1C是表示阻擋流體操作密封件如何洩漏的原理示意圖；圖2是按照本發明的密封裝置的一部分的示意圖；圖3是其中將按照本發明的密封裝置用作密封件的轉體的部分視圖；以及圖4A和4B表示按照本發明的密封介質迴路的兩個可選擇實施例。
具體實施例方式
為了有助於本發明的理解，等同的參考標號在所有附圖中用於等同的元件。
圖1A-1C表示阻擋壓力操作動態密封件如何洩漏的三個主要原理。密封件位於兩個相對表面之間，其中一個表面包括可以是轉動元件的第一元件1以及可以是靜止元件的第二元件2。密封裝置包括密封主體7。在所示實施例中，密封主體7設計成經由供應管線10供應的阻擋流體迫使密封主體7與第一元件和第二元件2分別鄰靠。密封件位於工藝通道3和環境4之間。如圖1A所示，洩漏會出現在密封主體7和第二元件2的表面之間，由此阻擋流體通過密封主體7朝著工藝通道3洩漏。第二可選擇例是在密封主體7和第一元件1的表面之間洩漏，如圖1B所示。第三選擇例是在實際密封主體7處洩漏，如圖1C所示。通過更換密封件或者採用第二密封件，所有這些變型是在不對該密封件進行某些措施的情況下不能容忍的洩漏。但是，按照本發明的密封裝置將允許圖1A-1C所示的密封件繼續提供液密連接。
圖2是按照本發明的密封裝置的示意圖。密封裝置包括安裝在可以是轉動元件和靜止元件的第一元件1和第二元件2的兩個相對表面之間的密封主體7。密封裝置將工藝通道3與環境4密封。通常用於來自於阻擋流體迴路8的阻擋流體的供應管線10通向密封元件7。密封介質迴路11平行插入阻擋流體迴路8和密封主體7之間。密封介質迴路11包括壓力傳遞單元14，壓力傳遞單元14包括具有活塞16的活塞缸15，活塞將活塞缸分成第一腔室17和第二腔室18。從壓力傳遞單元18，密封介質管線14從具有第二密封介質閥21的第二腔室18延伸，以便插入阻擋流體迴路和供應管線10。另外，阻擋流體迴路經由第一密封介質閥20與壓力傳遞單元的第一腔室17連通。第一閥12可檢查和控制阻擋流體或密封介質是否需要朝著密封主體7。在由於消耗而需要供應另外的密封介質的情況下，在密封介質迴路中還設置供應裝置19。
當然，假想到密封介質供應管線13不經由第二密封介質閥21導入供應管線10，而是例如經由分開的孔口直接導向密封主體7，其中閥安裝在此供應管線中以便開啟或關斷密封介質流體朝向密封件。還可以具有壓力傳遞單元，而沒有供應裝置。這是由於密封介質的消耗很少，並且活塞缸可以更換。在插入過程中，整個活塞缸將通常填充密封介質，使得活塞在第一腔室17的方向上位於最大行程上，即第一腔室17儘可能小。
圖3說明用來與轉體相結合的本發明的密封裝置的使用。轉體包括具有芯體元件和環繞環形元件的第一轉動元件1，環繞環形元件在所示實例中分別形成從芯體的大致垂直取向的孔口到通向第二元件2的大致水平取向的環體的兩個工藝通道3和3*，第二元件2作為定子元件，定子元件包括通過轉體頂部處的螺栓裝置在垂直方向上相對預先張緊的環繞環形元件。如同普通的轉體，軸承設置在相對轉動元件之間，並且靜止密封件設置在兩個相對靜止元件之間。由於不與本發明直接相關，將不進一步說明轉體的部件。
為了將工藝通道3與環境4密封，兩個密封主體設置在工藝通道的每側上，在附圖中工藝通道3的上側分別通過7和7』標示，並且在工藝通道的下側通過7」和7標示。所示轉體由此在工藝通道的每側上具有雙重阻擋，即具有第一和第二阻擋流體操作密封件。阻擋流體從阻擋流體迴路8供應。這種阻擋流體迴路可具有多種構造，其中一個實例表示在附圖中。迴路包括帶有去往泵31的管線的阻擋流體罐30，泵31具有並行的備用泵31』。管線從泵31、31』經由止回閥/單向閥32導出，隨後累積器33安裝成吸收由於例如阻擋流體中的溫度差造成的任何容積差。此後，在阻擋流體迴路分成各自環繞供應通道3和3*以便將阻擋流體供應到密封件的兩個管線之前安裝壓力感測器34。管線經由雙通閥35通向一個工藝通道3，雙通閥可輸送或關斷去往密封件的阻擋流體。在繼續朝向兩個第一閥12、12』的壓力計39之前，在雙通閥35之後安裝文氏閥36、壓力感測器37、止回閥38。對於工藝通道3每側上的密封件來說，管線在兩個第一閥12、12』之前一分為二。
在這裡所示的情況下，用於環繞工藝通道3的下部密封件的第一閥12』表示在開啟位置，結果是阻擋流體朝向密封主體7」、7輸送。用於密封主體7、7』的第一閥12表示成關斷，結果是阻擋流體朝向密封介質迴路11及其壓力傳遞單元14輸送，在所示情況下壓力傳遞單元包括具有內部活塞16的活塞缸15。阻擋流體通過開啟閥20進入壓力傳遞單元14的第一腔室17，將壓力傳遞到第二腔室18內的密封介質。密封介質經由第二開啟閥21經過密封介質管線13進入供應管線10並朝向密封主體7、7』，由此使得沒有與阻擋流體液密的環繞工藝通道3的上部密封件通過密封介質密封，並且提供防漏主密封件，同時利用阻擋流體內的壓力來保持這種防漏功能。環繞工藝通道3的下部密封件也通過經由開啟的第一閥12』以及供應管線10』朝向下部密封件運行的阻擋流體操作。
工藝通道3*表示成在阻擋流體迴路內具有相應元件，但是貼靠密封件的第一閥12*和12*』表示成關斷。
按照本發明的第二方面，密封裝置可以是如圖4A所示的轉體內的密封件，其中具有轉子部分1和定子部分2的轉體包括通過本發明的密封裝置密封的工藝通道3。轉體通常還包括軸承和其它密封件，但是由於這些部件不形成本發明的一部分，它們將不進一步說明。兩個可選擇密封裝置表示在圖4A和4B中。在圖4A中，密封裝置表示成包括兩個密封元件7和7』，該密封元件位於最靠近經由工藝管線10接收激發密封介質的工藝通道的密封元件之後。在工藝管線中，密封裝置還包括第一閥12和壓力傳遞單元14。在所示實施例中，壓力傳遞單元14包括活塞缸，其中密封介質在活塞16一側上位於第二腔室18內，在活塞16的另一側上的第一腔室17與從流體傳送通道3抽取工藝流體的工藝流體工藝管線45連通。在工藝流體工藝管線45中，止回閥46和調節閥47在其導入壓力傳遞單元14之前定位。另外，壓力傳遞單元14裝備有在所示實施例中包括氣體彈簧或增壓器40，氣體彈簧或增壓器40在所示實施例中包括具有活塞41的另外的活塞缸，活塞41經由公共活塞杆與第二活塞缸內的活塞16連接。在活塞41的一側上，驅動流體經由驅動流體管線43從驅動流體壓力源42供應到此第二活塞缸。壓力傳遞單元還包括不更加詳細描述的多個安全閥和其它技術裝備。
在圖4B中，可選擇例表示成密封介質迴路不包括增壓器，而是具有與圖4A類似的構造，並且我們參考以上描述。
現在已經通過實施例說明了本發明，並且如指出的那樣，可以在隨後的專利權利要求限定的本發明範圍內設想多種變型和改型。例如，壓力傳遞單元可以是具有兩種不可混合的流體的腔室，並且可以具有用於朝向密封件的密封介質的分開供應管線。可以設想到如下的可選擇例，其中阻擋流體壓力只形成施加在密封介質上的壓力的一部分，或者具有去往密封介質上的分開的壓力供應裝置。可以設想到壓力傳遞單元包括對密封介質加壓的分開泵單元。對於密封元件序列中的第二密封件來說，在某些情況下，密封介質將供應到面向流體傳送通道的一側。應該理解到本發明包括這些由本發明覆蓋的變型，如隨後權利要求限定那樣。
權利要求
1.一種用於將轉體內的流體傳送通道(3)與環境密封的密封裝置，通道包括兩個元件(1、2)，密封裝置包括安裝在兩個元件(1、2)的相對表面之間的至少一個密封主體(7)、在流體傳送通道(3)的使用過程中將壓力密封介質供應到密封主體(7)的背向流體傳送通道(3)的一側的供應管線(10)，其特徵在於，密封介質按照所涉及的應用的粘度和化學組分來組成，並且具有大致500cst以上的粘度，並且密封介質通過壓力傳遞單元加壓。
2.一種用於將流體傳送通道(3)與環境密封的改進密封裝置，通道包括兩個元件(1、2)，密封裝置包括安裝在兩個元件(1、2)的相對表面之間的至少一個密封主體(7)、在流體傳送通道(3)的使用過程中將加壓阻擋流體供應到密封主體(7)的背向流體傳送通道的一側的供應管線(6)，其特徵在於，在用於阻擋流體的供應管線(10)和密封主體(7)之間設置密封介質迴路，密封介質迴路包括壓力傳遞單元(14)，其中用於密封介質的供應管線(13)從壓力傳遞單元(14)延伸到密封主體(7)的通常背向流體傳送通道(3)的一側。
3.如權利要求2所述的密封裝置，其特徵在於，密封介質具有高於阻擋流體的粘度，最好是500cst以上的粘度。
4.如上述權利要求任一項所述的密封裝置，其特徵在於，壓力傳遞單元(14)與流體傳送通道(3)內的流體和/或作為選擇阻擋流體連通，和/或作為選擇壓力傳遞單元(14)包括泵單元。
5.如上述權利要求任一項所述的密封裝置，其特徵在於，壓力傳遞單元(14)包括增壓器。
6.如權利要求2-5任一項所述的密封裝置，其特徵在於，壓力傳遞單元(14)包括活塞缸，活塞缸包括缸殼體(15)和活塞(16)，活塞將殼體分成兩個腔室(17、18)，其中用於阻擋流體的供應管線與活塞(16)的一側連通，並且用於密封介質的供應管線與活塞(16)的另一側連通，並且延伸到密封主體。
7.如上述權利要求任一項所述的密封裝置，其特徵在於，壓力傳遞單元(14)設置讀取密封介質的數量和/或所供應數量和/或臨界數量的裝置，和/或包括用於供應另外密封介質的供應裝置。
8.如權利要求2-7任一項所述的密封裝置，其特徵在於，兩個元件(1、2)可相對運動，結果是密封件形成動態密封件。
9.如權利要求2-8任一項所述的密封裝置，其特徵在於，密封裝置用於轉體中，轉體包括至少一個轉子主體(1)和形成至少一個流體傳送通道(3)的定子主體(2)。
10.如權利要求1、9或10任一項所述的密封裝置，其特徵在於，轉體是高壓轉體，其中至少一個流體傳送通道可在200bar以上的壓力下傳送流體。
11.一種改進轉體內的密封件的方法，密封件包括至少一個密封主體(7)和用於將阻擋流體供應到密封主體的通常背向轉體內的流體傳送通道(3)的一側的阻擋流體迴路，並且在檢測到阻擋流體迴路中的阻擋流體損失時，包括壓力傳送單元(14)的密封介質迴路安裝在阻擋流體迴路和密封主體(7)之間，通過阻擋流體迴路中的壓力，迴路中的密封介質經由用於阻擋流體迴路的供應管線或去往密封主體(7)的分開供應管線朝向密封主體壓迫。
全文摘要
本發明涉及一種用於轉體的密封裝置、改進的附接裝置以及用於改進轉體內密封件的方法，其中密封介質按照所涉及的應用的粘度和化學組分來組成，並且具有500cst以上的粘度，並且密封介質通過壓力傳遞單元加壓。
文檔編號F16L39/06GK101069036SQ200580037696
公開日2007年11月7日 申請日期2005年11月1日 優先權日2004年11月2日
發明者J·奧德加德 申請人:弗拉莫工程公司