一种新型密封圈的制作方法

本实用新型属于石油天然气钻采设备用密封圈领域，具体涉及一种新型密封圈。

背景技术：

石油天然气钻采设备通常采用液压系统进行操控，在液压系统中通常将压力分为五级：0-2.5MPa为低压；>2.5-8MPa为中压；>8-16MPa为中高压；>16-32MPa为高压；>32MPa为超高压。压力等级越高，对于密封性的要求就越高。

目前，在陆地及水下石油钻采设备中，各设备端部连接之间的密封，通常采用API标准密封垫环（API是美国石油协会（American Petroleum Institute）的英文缩写），API标准密封垫环为R型密封环（断面形状为八角形或椭圆形）、RX型压力自紧密封垫环或BX型压力自紧密封垫环（参见《API SPEC 6A 中文版-2010》P166-P172页）。

但是，现有的API标准密封垫环仍存有以下不足之处：

由于API标准密封垫环结构、形状的限制使其仅适用于陆上提前装配,不适用于海洋水下现场快速连接安装，也不适用于那些可能需要多次拆装的海洋水下各种设备端部连接之间的密封，以及不适用径向连接之间的密封。

目前，现有的新型密封圈（通常为橡胶密封圈或由橡胶制得的组合密封圈）均难以持久可靠地适用于石油天然气钻采设备，因为在石油钻采设备中，往往要求较小的空间安装密封能承受超高压力；同时还要求密封圈要具有良好的拆卸性及可靠性。目前国内研发的新型密封圈结构复杂，安装困难，易失效，使用局限性很大。

基于此，申请人考虑设计一种结构简单合理，具有良好的可拆卸性及可靠性，易于在水下现场快装的新型密封圈。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是：如何提供一种结构简单合理，具有良好的可拆卸性及可靠性，易于在水下现场快装的新型密封圈。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案：

一种新型密封圈，包括密封主体，所述密封主体整体为环状结构且由非金属密封用材料制得，其特征在于：还包括金属挡圈，所述密封主体在轴向的两个端面均覆盖固定有金属保护层，所述金属保护层即构成所述金属挡圈；所述密封主体在自身轴向上位于金属挡圈之间的部分外露并构成密封用的密封部位。

因为，本实用新型的新型密封圈中的密封主体上设置有金属挡圈；所以，密封主体可利用金属挡圈的刚度来保持好自身的环状结构，从而便于放入水下并方便通过水下机器人（ROV）在现场快速安装或拆卸，防止密封主体在安装时或正常工作时挤入密封间隙中影响安装效率和密封效果。

此外，本实用新型的新型密封圈在安装好后，位于密封主体轴向端部中的其中一个金属保护层会在液压作用下挤压密封主体，使得密封主体的密封部位向外挤出并与相邻的密封面之间压紧，从而获得更优的密封效果，提升密封可靠性。且在需要拆卸时，本实用新型的新型密封圈在液压力消除后，密封部位即可回缩，使得本实用新型的新型密封圈能够从安装处便捷地拆卸取出。

作为一种优选方案，所述密封主体在轴向的两个端面均为平面；所述金属保护层在密封主体的径向的两端边缘均沿相邻的密封主体的表面延伸形成有夹压部。

密封主体在轴向的两个端面均为平面的结构，能够使得密封主体在轴向的两个端面的金属保护层更为充分均匀地承受液压的作用力，使得位于两个端面的金属保护层充分均匀的挤压密封主体，使得密封部位处挤出的挤压力也更为均匀稳定，从而使得密封部位处的密封性更为可靠。

作为一种优选方案，所述金属保护层的截面呈“[”型。

截面呈“[”型的金属保护层不仅具有结构简单，易于生产制造的优点。还可通过弯折型来使得自身具有更大的结构强度，更耐高压。此外，还可利用金属保护层上的弯折夹角处来罩护好密封主体上对应的棱角处，从而更好地保护好密封主体上易磨损的棱角处，使得新型密封圈更为可靠耐用。

作为一种优选方案，所述密封主体的密封部位在径向上的内侧面的截面形状为直线结构，该内侧面构成第一密封面；所述密封主体的密封部位在径向上的外侧面的截面形状为整体呈外凸状的弧线结构，该外侧面构成第二密封面；上述密封主体的密封部位使得所述新型密封圈能够用于活塞密封。

这样即可利用第一密封面来与活塞表面设置密封圈的环形槽的槽底相接触来密封，并利用挤压后密封效果更优的第二密封面来与安装活塞的腔壁相配合来形成密封，获得更优的密封效果。

作为一种优选方案，所述密封部位在径向的外侧面与相邻的金属挡圈的外侧面之间为平滑连接。

这样一来，可使得新型密封圈的密封主体与金属挡圈浑然一体，无任何棱角，过渡均匀和圆滑。

作为一种优选方案，所述第一密封面在径向上凸出于金属挡圈之间并形成密封台阶，且该密封台阶在密封主体轴向的两端的顶角均为30-60度的导向角。

上述密封台阶以及导向角的设置，使得新型密封圈在安装时，能够通过上述导向角来导向快装至活塞上的环形槽中，帮助提高装配效率。

上述“第一密封面在径向上凸出于金属挡圈之间并形成密封台阶”即活塞密封时夹压部5和夹压部6的内直径比第一密封面的内径大。

作为一种优选方案，所述密封主体的密封部位在径向上的外侧面的截面形状为直线结构，该外侧面构成第一密封面；所述密封主体的密封部位在径向上的内侧面的截面形状为整体呈外凸状的弧线结构，该内侧面构成第二密封面；上述密封主体的密封部位使得所述新型密封圈能够用于杆密封。

这样，即可利用第一密封面以及夹压部5和夹压部6来与杆的安装腔壁上的环形槽的槽底相接触来密封。利用挤压后密封效果更优的第二密封面来与安装杆的外侧面相配合来形成密封，从而获得更优的密封效果。

作为杆密封时，夹压部7和夹压部8均为由端面向密封主体方向逐渐增大的球面或锥面状。

作为一种优选方案，所述密封部位在径向的内侧面与相邻的金属挡圈的外侧面之间为平滑连接。

这样一来，可使得新型密封圈的密封主体与金属挡圈浑然一体，无任何棱角，过渡均匀和圆滑。

作为一种优选方案，所述密封部位在径向的外侧面凸出于金属挡圈之间并形成密封台阶，且该密封台阶在密封主体轴向的两端的顶角处为30-60度的导向角。

上述密封台阶以及导向角的设置，使得新型密封圈在安装时，能够通过上述导向角来导向快装至杆的安装腔壁上的环形槽中，帮助提高装配效率。

上述“第一密封面在径向上凸出于金属挡圈之间并形成密封台阶”即活塞密封时夹压部5和夹压部6的内直径比第一密封面的内径小。

作为一种优选方案，所述第一密封面为平面或锯齿面。

上述第一密封面结构不仅具有良好的支承效果，且能够在与相配合的接触面接触后获得良好的密封效果。

附图说明

图1为本实用新型的新型密封圈的第一种实施例的立体结构示意图。

图2为本实用新型的新型密封圈的第一种实施例的剖视图。

图3为本实用新型的新型密封圈的第一种实施例的使用示意图。

图4为本实用新型的新型密封圈的第二种实施例的剖视图。

图5为本实用新型的新型密封圈的第二种实施例的使用示意图。

图中标记为：

a密封主体，b金属挡圈；

1第一密封面，2第二密封面，3导向角，4导向角，5夹压部，6夹压部，7夹压部，8夹压部，9承压面，10承压面。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。其中，针对描述采用诸如上、下、左、右等说明性术语，目的在于帮助读者理解，而不旨在进行限制。

第一种实施例（用于活塞密封），如图1至图3所示：

一种新型密封圈，包括密封主体a，所述密封主体a整体为环状结构且由非金属密封用材料制得；还包括金属挡圈b，所述密封主体a在轴向的两个端面均覆盖固定有金属保护层，所述金属保护层即构成所述金属挡圈b；所述密封主体a在自身轴向上位于金属挡圈b之间的部分外露并构成密封用的密封部位。

实施时，优选密封主体a在轴向的两个端面上覆盖固定的金属保护层为一层。这样可使得新型密封圈的结构更简，从而更利于生产。

实施时，所述非金属密封用材料可为橡胶、硅胶、聚四氟乙烯、尼龙、聚甲醛中的任意一种。

实施时，所述金属挡圈b为不锈钢或耐腐蚀合金（如铝合金）中的任意一种。

其中，所述密封主体a在轴向的两个端面均为平面；所述金属保护层在密封主体a的径向的两端边缘均沿相邻的密封主体a的表面延伸形成有夹压部。

密封主体a在轴向的两个端面均为平面的结构，能够使得密封主体a在轴向的两个端面的金属保护层更为充分均匀地承受液压的作用力，使得位于两个端面的金属保护层充分均匀的挤压密封主体a，使得密封部位处挤出的挤压力也更为均匀稳定，从而使得密封部位处的密封性更为可靠。

其中，所述金属保护层的截面呈“[”型。

截面呈“[”型的金属保护层不仅具有结构简单，易于生产制造的优点。还可通过弯折型来使得自身具有更大的结构强度，更耐高压。此外，还可利用金属保护层上的弯折夹角处来罩护好密封主体a上对应的棱角处，从而更好地保护好密封主体a上易磨损的棱角处，使得新型密封圈更为可靠耐用。

其中，所述密封主体a的密封部位在径向上的内侧面的截面形状为直线结构，该内侧面构成第一密封面1；所述密封主体a的密封部位在径向上的外侧面的截面形状为整体呈外凸状的弧线结构，该外侧面构成第二密封面2；上述密封主体a的密封部位使得所述新型密封圈能够用于活塞密封。

这样即可利用第一密封面1来与活塞表面设置密封圈的环形槽的槽底相接触来密封，并利用挤压后密封效果更优的第二密封面2来与安装活塞的腔壁相配合来形成密封，获得更优的密封效果。

实施时，优选第二密封面2的中点为圆弧至高点，第二密封面2的两端与金属挡圈b融成一体。

实施时，优选上述密封主体a的密封部位使得所述新型密封圈用于活塞密封时，夹压部7和夹压部8均为由端面向密封主体a方向逐渐增大的球面或锥面状。

其中，所述密封部位在径向的外侧面与相邻的金属挡圈b的外侧面之间为平滑连接。

这样一来，可使得新型密封圈的密封主体a与金属挡圈b浑然一体，无任何棱角，过渡均匀和圆滑。

其中，所述第一密封面1在径向上凸出于金属挡圈b之间并形成密封台阶，且该密封台阶在密封主体a轴向的两端的顶角均为30-60度的导向角。

上述密封台阶以及导向角（导向角3和导向角4）的设置，使得新型密封圈在安装时，能够通过上述导向角来导向快装至活塞上的环形槽中，帮助提高装配效率。

上述“第一密封面1在径向上凸出于金属挡圈b之间并形成密封台阶”即活塞密封时夹压部5和夹压部6的内直径比第一密封面1的内径大。

其中，所述第一密封面1为平面或锯齿面。

上述第一密封面1结构不仅具有良好的支承效果，且能够在与相配合的接触面接触后获得良好的密封效果。

第二种实施例（用于杆密封），如图4和图5所示：

本实施例与第一种实施例不同之处在于：

所述密封主体a的密封部位在径向上的外侧面的截面形状为直线结构，该外侧面构成第一密封面1；所述密封主体a的密封部位在径向上的内侧面的截面形状为整体呈外凸状的弧线结构，该内侧面构成第二密封面2；上述密封主体a的密封部位使得所述新型密封圈能够用于杆密封。

这样，即可利用第一密封面1以及夹压部5和夹压部6来与杆的安装腔壁上的环形槽的槽底相接触来密封。利用挤压后密封效果更优的第二密封面2来与安装杆的外侧面相配合来形成密封，从而获得更优的密封效果。

作为杆密封时，夹压部7和夹压部8均为由端面向密封主体a方向逐渐增大的球面或锥面状。

其中，所述密封部位在径向的内侧面与相邻的金属挡圈b的外侧面之间为平滑连接。

这样一来，可使得新型密封圈的密封主体a与金属挡圈b浑然一体，无任何棱角，过渡均匀和圆滑。

其中，所述密封部位在径向的外侧面凸出于金属挡圈b之间并形成密封台阶，且该密封台阶在密封主体a轴向的两端的顶角处为30-60度的导向角。

上述密封台阶以及导向角（导向角3和导向角4）的设置，使得新型密封圈在安装时，能够通过上述导向角来导向快装至杆的安装腔壁上的环形槽中，帮助提高装配效率。

上述“第一密封面1在径向上凸出于金属挡圈b之间并形成密封台阶”即活塞密封时夹压部5和夹压部6的内直径比第一密封面1的内径小。

因为，上述两种实施例的新型密封圈中的密封主体a上设置有金属挡圈b；所以，密封主体a可利用金属挡圈b的刚度来保持好自身的环状结构，从而便于放入水下并方便通过水下机器人（ROV）在现场快速安装或拆卸，防止密封主体a在安装时或正常工作时挤入密封间隙中影响安装效率和密封效果。

此外，上述新型密封圈在安装好后，位于密封主体a轴向端部中的其中一个金属保护层会在液压作用下挤压密封主体a（承压面9和承压面10承压），使得密封主体a的密封部位向外挤出并与相邻的密封面之间压紧，获得更优的密封效果，提升密封可靠性。且在需要拆卸时，上述新型密封圈在液压力消除后，密封部位即可回缩，使得上述新型密封圈能够从安装处便捷地拆卸取出。

可见，上述新型密封圈具有的有益技术效果是：

采用金属挡圈b作为密封挡圈与密封主体a连接一体，防止非金属密封主体a在安装时或正常工作时挤入密封间隙中，影响快速装配或拆装的进程，从而确保快装与快拆的效率。

上述新型密封圈上的夹压部7和夹压部8处设置为20°-70°倾角或球面，密封主体a保持其延伸至第二密封面2，第二密封面2以光滑圆弧面过渡，便于安装导向。

上述新型密封圈中，第二密封面2与密封面过盈配合，通过挤压变形形成面密封，具有很高抗密封剪切能力。

上述新型密封圈中，第一密封面1可加工成光滑平面或均匀锯齿型面，用于与安装沟槽槽底面进行密封。

上述新型密封圈根据使用环境采用不同材质。可根据API 17D，产品的材料选择若按照HH 级标准，其机械性能，抗腐蚀性能和密封性能都能满足API 17D 标准要求。在生产井情况下，现场使用寿命将不低于20 年。

上述新型密封圈的密封承受压力可达到138Mpa以上。

以上仅是本实用新型优选的实施方式，需指出是，对于本领域技术人员在不脱离本技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，上述变形和改进的技术方案应同样视为落入本权利要求书要求保护的范围。