一种液体旋转接头用密封技术的制作方法

本实用新型涉及一种液体旋转接头用密封技术，其属于海工单点系泊技术领域。

背景技术：

随着我国燃料能源需求的不断增大，海洋油气开采越来越受到重视。面对深海丰富的油气藏资源，具有风向标效应的内转塔单点型FPSO是被广泛认可的油气开采方式，而该类单点系统中连接转动与非转动油气管道的液体旋转头是最核心的部件。目前中海油在中国海域使用的FPSO单点系泊系统（含液体旋转头），从其设计与加工制造，以及到设备的运行检修工作，全部为国外公司所垄断，技术封锁非常严重。尤其单点系泊系统的核心设备——液体旋转接头，不仅设备采购价格昂贵，而且维护要求高、维护频繁，其使用寿命较短，一般3到5年就必须进行修复或者整体更换。液体旋转头一旦出现泄漏进行维护检修，整个采油平台就必须停产。每一次的停产维护检修带来的经济损失是巨大的，少则几百万元人民币，多则上千万元人民币，这个给油田开采带来了极大的经济损失。

液体旋转接头核心作用就是保证井口液的输送及良好的密封性，密封圈要想其具有良好的密封性，其密封回转面表面光洁度就必须很好。所有的泄漏都是因为密封圈损坏失效造成的。液体旋转接头中密封圈失效主要由以下几个因素造成：

井口液中都含有一定量的泥沙等杂质，容易在输送腔体底部形成堆积。以往的液体旋转接头设计时，没有考虑液体流场对泥沙的作用，导致泥沙在内外环结合处产生堆积，慢慢的进入密封结合面。

当微小的泥沙颗粒进入到内外环运动间隙后，由于受物体自身重力影响及腔体内井口液的压力影响，泥沙会主动向下运动并慢慢进入到密封结合面。以往的液体旋转接头设计时，没有采用任何手段阻挡泥沙等杂质进入内外环结合面，井口液中的泥沙等较为坚硬的细小颗粒物杂质很容易就能进入到液体旋转接头密封回转面，长时间旋转摩擦，使密封面形成了许多细小的划痕，直接磨损密封圈，导致密封圈使用寿命大大降低。

井口液中含有腐蚀性较强的物质，例如氟化物等，以往的液体旋转接头设计时，对密封面未做防腐耐磨处理，导致其密封面腐蚀磨损较为严重，加速了密封圈的磨损。

以往的液体旋转接头设计时，均采用唇形密封圈，且唇形密封圈开口方向为井口液腔体方向。密封圈利用腔体内流体的压力，作用在唇形密封圈唇口处，使其扩张与密封面形成良好的接触，达到密封的效果，是利用唇形密封圈自身特性到达密封，属于自密封。当内外环受外力以及惯性力的作用下，导致密封圈的磨损不均和加剧。在腔体压力作用下，内外环间隙有增大的趋势，加大了井口液以及泥沙的进入，增加了密封圈的磨损，最终导致密封圈失效，井口液出现泄漏。

技术实现要素：

为了解决我国在海洋石油开发中使用的液体旋转接头使用寿命较短、维护成本较高的问题，本实用新型提供一种液体旋转接头用密封技术。

本实用新型采用的技术方案是：一种液体旋转接头用密封技术，所述旋转接头的主体结构包括内环、外环和轴承，所述轴承的轴承上外环和轴承下外环利用一组螺栓和螺母固定连接外环，轴承的轴承内环利用另一组螺栓和螺母固定连接内环，在轴承上外环、轴承下外环与轴承内环之间设有轴承圆柱滚子，使外环与内环之间进行360度角自由旋转；所述外环与内环结合部的中间部位设有井口液环形输送腔，在井口液环形输送腔上方的外环与内环结合部，内环外径的圆柱面上堆焊625合金，外环内径的内圆面上设有三个环形凹槽，在三个环形凹槽中从下向上依次设置一个开口向上的主唇形密封圈和两个开口向下的唇形密封圈，并在主唇形密封圈与唇形密封圈之间设有一个第一高压油输入口，第一高压油输入口的压力P1大于井口液环形输送腔的压力P0；在井口液环形输送腔下方的外环与内环结合部，内环外径的圆柱面上堆焊625合金，外环内径的内圆面上设有四个环形凹槽，在四个环形凹槽中从上向下依次设置一个泥沙阻隔圈、一个开口向下的主唇形密封圈和两个开口向上的唇形密封圈，并在主唇形密封圈与唇形密封圈之间设有一个第二高压油输入口，第二高压油输入口的压力P1大于井口液环形输送腔的压力P0；所述内环内设有一个弯头，弯头的一端与井口液输入口的立管插接在一起，另一端与井口液环形输送腔贯通；所述外环井口液输出口的法兰与井口液环形输送腔贯通。

本实用新型的有益效果是：本实用新型对流体腔膛进行了大量的模拟计算，通过液体的流场分析，使得在内外环结合处的液体流速较快，不让泥沙等杂质在内外环结合处形成堆积，减少了泥沙等杂质进入密封结合面的可能。

通过对旋转密封面堆焊耐磨耐腐蚀的625合金材料，提高了密封面的表面工况，降低了密封圈的磨损。在腔体下部、内外环结合部的上端设置一道由高耐磨、耐腐蚀性材料制成的阻隔圈，将大部分的泥沙等杂质阻隔在外，减少了泥沙进入，保护了密封圈，减小了密封圈的磨损。通过外设装置对两密封圈之间加注压力为P1的高压油。设腔体内井口液的压力为P0，P1＞P0。本设置的作用有三：

1)因P1＞P0，小压力的井口液将不能向高压力的区域流动，阻止了井口液的泄漏；

2)设备长时间处于运转状态，阻隔圈以及第一道密封圈会因长时间与泥沙等杂质直接接触，磨损较快。但因第一道密封圈与第二道密封之间注满了高压且清洁的液压油，降低了第二道密封圈的磨损，使得使用寿命大大提高。

3)当主密封受外力以及惯性的作用下，因密封圈材质为非金属，长时间的运转难免会有磨损和磨损不均的情况出现。当发现高压液压油消耗过快时，可提高P1的值，使唇形密封圈唇口再次扩张，补偿因磨损导致的密封失效，与密封面形成良好的接触，再次达到密封的效果。

以上三点故因此也称为主动密封技术。第三道唇形密封圈的唇口朝向输送腔道方向，其主要作用是对第二道密封圈泄露的液压油进行密封，避免液压油的泄露。最终降低密封圈的磨损，实现密封效果，可将设备使用寿命提高到10年以上，大幅降低了设备的维护成本。

附图说明

图1是一种液体旋转接头密封技术的主体结构图。

图2是图1中的C-C剖视图（液体旋转接头工况一）。

图3是液体旋转接头工况二。

图4是图1中A的局部放大图。

图5是图1中B的局部放大图。

图中：1、螺母，2、螺栓，3、轴承，3a、轴承上外环，3b、轴承下外环，3c、轴承内环，3d、轴承圆柱滚子，4、外环，5、内环，6、立管，7、唇形密封圈，8、主唇形密封圈， 9、625合金，10、泥沙阻隔圈，11、井口液环形输送腔，G1、第一高压油输入口，G2、第二高压油输入口。

具体实施方式

图1、2、3、4、5示出了一种液体旋转接头用密封技术主体结构图。这种液体旋转接头用密封技术，旋转接头的主体结构包括内环5、外环4和轴承3，轴承3的轴承上外环3a和轴承下外环3b利用一组螺栓2和螺母1固定连接外环4，轴承3的轴承内环3c利用另一组螺栓2和螺母1固定连接内环5，在轴承上外环3a、轴承下外环3b与轴承内环3c之间设有轴承圆柱滚子3d，使外环4与内环5之间进行360度角自由旋转。外环4与内环5结合部的中间部位设有井口液环形输送腔11，在井口液环形输送腔11上方的外环4与内环5结合部，内环5外径的圆柱面上堆焊625合金9，外环4内径的内圆面上设有三个环形凹槽，在三个环形凹槽中从下向上依次设置一个开口向上的主唇形密封圈8和两个开口向下的唇形密封圈7，并在主唇形密封圈8与唇形密封圈7之间设有一个第一高压油输入口G1，第一高压油输入口的压力P1大于井口液环形输送腔的压力P0。在井口液环形输送腔11下方的外环4与内环5结合部，内环5外径的圆柱面上堆焊625合金9，外环4内径的内圆面上设有四个环形凹槽，在四个环形凹槽中从上向下依次设置一个泥沙阻隔圈10、一个开口向下的主唇形密封圈8和两个开口向上的唇形密封圈7，并在主唇形密封圈8与唇形密封圈7之间设有一个第二高压油输入口G2，第二高压油输入口的压力P1大于井口液环形输送腔的压力P0。内环5内设有一个弯头，弯头的一端与井口液输入口的立管6插接在一起，另一端与井口液环形输送腔11贯通。外环4井口液输出口的法兰与井口液环形输送腔11贯通。

立管6输入的井口液，经过优化设计的井口液环形输送腔11，使得在内外环结合处的液体流速较快，井口液中含有的泥沙等杂质在内外环结合处难以形成堆积，快速通过井口液环形输送腔11，输出到外部通道中。井口液中含有一定量的泥沙等杂质，泥沙的密度大于井口液的密度，泥沙将会向下沉积。井口液环形输送腔11下部设置的泥沙阻隔圈10将大部分沉积的泥沙遮挡在密封结合面外，防止过多的泥沙与下部主唇形密封环8接触，为主唇形密封环8接触提供更好的工作环境，提高其使用寿命。环形输送腔体上、下部设置的第一道与第二道唇形密封圈均设有高压液压油注入，压力小于高压液压油的井口液将不能向高压力的区域流动，阻止了井口液的泄漏，而且因第一道密封圈与第二道密封之间注满了高压且清洁的液压油，降低了大大提高了第二道密封圈的工况，使其磨损大大减小，使设备使用寿命大大提高。因密封圈材质为非金属，长时间与金属密封面接触运转，表面光滑的密封面在微观显示下也是凹凸不平且有尖角，这使得密封圈不可避免会有磨损和磨损不均的情况出现。当发现有高压油消耗过快时，可提高高压液压油的压力，使唇形密封圈唇口再次扩张，补偿因磨损导致的密封失效，与密封面再次形成良好的接触，再次达到密封的效果。