[发明专利]具有包括挤压凹部的楔状密封的活塞填密件

说明书

技术领域

本发明大体涉及往复泵，且具体地涉及泵壳体和泵活塞之间的填密装置密封件。

背景技术

在油田操作中，往复泵通常用于多种目的。往复泵使用往复进出泵壳体的活塞以将流体移动通过泵壳体所限定的腔体。电机将连接至活塞的曲轴选转以通过流体入口将流体引入泵腔体，且通过泵出口将流体推出泵腔体。活塞延伸通过泵壳体的汽缸腔室以与所述腔体相互作用。泵壳体的汽缸腔室中的密封防止流体在泵送操作中从活塞周围泄露。总而言之，密封或填密装置由不同类型的密封件构成以改进密封装置的密封效果。该密封装置被设置在汽缸腔室的凹部中。

在一种密封装置类型中，主密封件或压力环被夹在至少两种其它密封类型之间。大体上，主密封件由顺从性的或类似橡胶的材料形成。在运行中，密封装置被压缩，使得主密封件张开，与泵壳体在汽缸腔室和活塞处接触。在运行中，主密封件的橡胶材料像浓稠的液体一样流动，这导致主密封件中的压力由于流动损耗和壁摩擦损耗而减小。该减小的压力让较高压力的泵送流体围绕主密封件的两侧流动，使得其液压地浮动并阻止了密封形成。相反，密封装置把形成在与主密封件相邻的环与壳体和活塞二者之间的窄间隙密封。主密封件的顺从性材料将流动进入间隙，增大弹性体与凹部的壁之间的接触压力。该接触压力比泵送压力更大，使得主密封件在窄间隙中形成密封。该窄的间隙分布在相邻环的长度范围上。该间隙的较窄宽度与挤入间隙的长度可能会超过主密封件的顺从特性，引起主密封件的极大的疲劳和失效，以及泵的最终失效。因此，需要密封装置，其在活塞和泵壳体之间在汽缸腔室处提供密封，同时减轻主密封件上的应力和疲劳，以延长主密封件及最终地填密装置的寿命。

发明内容

在第一方面，公开了设置在用于接收活塞的圆柱形腔室的环形凹部中的密封装置。该主密封件，具有轴线、前侧和后侧，和辅助密封件，其与所述主密封件的后侧邻接，所述辅助密封件具有内和外直径圆柱形表面。所述辅助密封件为比所述主密封件的材料更硬的材料，且可响应轴向向后的力而在所述内和外直径圆柱形表面之间的径向宽度上伸展。在所述辅助密封件的前侧上的至少一个挤出凹部，用于在所述泵活塞的向前冲程过程中接收所述主密封件的所述后侧的挤出部分。

在一些实施方式中，所述辅助密封件包括后部楔形环和前部楔形环，各所述楔形环具有圆柱形表面。所述后部楔形环和所述前部楔形环分别具有匹配的倾斜表面，该表面被配置成在所述泵的运行过程中在另一个上滑动以增加其相对于汽缸腔的轴线的组合径向宽度。

在一些实施方式中，后部楔形环具有倾斜表面，其相对于与所述环形凹部的纵轴线垂直的轴线成范围为约20度至约85度的角度。

在一些实施方式中，前部楔形环具有倾斜表面，其相对于与所述环形凹部的纵轴线垂直的轴线成范围为约20度至约85度的角度。

在其它实施方式中，后部楔形环具有倾斜表面，其相对于与所述活塞的纵轴线垂直的轴线成范围为约20度至约85度的角度。

在一些实施方式中，前部楔形环具有倾斜表面，其相对于与所述活塞的纵轴线垂直的轴线成范围为约20度至约85度的角度。

在一些实施方式中，至少一个挤出凹部位于所述后部和前部楔形环的相交处。

在一些实施方式中，挤出凹部从所述楔形环中的至少一个的所述圆柱形表面的前边缘向后延伸预定距离，在所述挤出凹部的后端限定向前台阶。

在一些实施方式中，挤出凹部具有大致在所述楔形环的至少一个的所述倾斜表面与所述圆柱形表面的相交处的入口。

在一些实施方式中，前部楔形环具有与所述主密封件的向后凹入表面相邻和接触的向前凸起表面，且所述挤出凹部被设置在所述凸起表面部分的后端。

在一些实施方式中，至少一个挤出凹部包括两个挤出凹部，分别设置在所述圆柱形表面中的一个的前边缘处。

在一些实施方式中，挤出凹部具有大致在所述楔形环的至少一个的所述倾斜表面与所述圆柱形表面的相交处的入口。