[发明专利]一种弹簧蓄能密封组件、装置及使用方法和应用

说明书

本发明提出了一种弹簧蓄能密封组件、装置及使用方法和应用，其中，弹簧蓄能密封组件包括弹性夹套、弹簧和支撑骨架，所述弹性夹套的唇部开口形成容纳槽；所述弹簧支撑于所述容纳槽的内侧壁之间，且所述弹簧处于压缩状态，所述弹簧的回弹力使得所述容纳槽的内侧壁保持被撑开的状态，所述支撑骨架镶嵌于所述弹性夹套的根部中。本发明中，弹性夹套的唇部通过弹簧支撑，根部设置支撑骨架进行支撑，增强结构刚性，减少在高温高压下的变形，且弹性夹套的唇部和根部都进行了支撑，使得唇部和根部受热后变形更加均匀，避免了非均匀热变形导致的翘曲和弯扭，降低对活塞运动以及密封件密封性能和使用寿命的影响。

技术领域

本发明涉及井下安全阀长腔活塞密封技术领域，特别涉及一种弹簧蓄能密封组件、装置及使用方法和应用。

背景技术

弹簧蓄能密封圈由于其可在高温高压下服役，并能长时间保持良好的力学结构和密封性能，被广泛运用于井下安全阀的长腔活塞之中，对维持井下安全阀长腔活塞密封的工作性能至关重要。弹簧蓄能密封圈通常包括弹性夹套以及位于弹性夹套内的弹簧，弹簧蓄能密封圈的使用安装方式通常是弹性夹套的开口朝向系统高压流体介质一侧，密封唇口受到弹簧的压缩回弹力，获得较大的初始密封接触压力，同时密封唇口利用流体介质压力实现压力自紧，进一步提升密封接触压力，使其可在超高压工况下保证密封性能，其耐压性远高于常规的密封件，弹簧蓄能密封圈由于采用了耐热性较好的金属合金和PTFE(聚四氟乙烯)高分子材料，耐温范围高于常规的橡胶密封件，在井下200℃的高温下仍能长期保持物理化学性能不变化。下面指出了弹簧蓄能密封圈的三个现有技术：

CN212155802U(公开日2020年12月15日)公开了一种多唇口多弹簧的蓄能密封结构，具体方案是通过U形弹簧和环形垫圈的叠加嵌套，实现将多个相同或不同力学性能的U形弹簧加入到弹簧蓄能密封唇口之中。这种结构可以显著提高弹簧蓄能密封的结构刚性，进一步提高密封件在抵抗高压变形时的能力，但由于其结构上并未解决弹簧蓄能密封由于弹簧和非金属夹套在空间上分布不均导致的热变形不均问题，仍会产生上述的结构变形扭曲现象，无法解决石油井下安全阀密封的现有问题。

CN114233925A(公开日2022年3月25日)公开了一种阀门的超高压密封机构，具体方案是通过T型挡环和T型夹套实现多道密封结构的叠加，通过多道密封的压力自紧效果结合V型环的变形提高了密封件在高压下的密封性能，同时由于存在多道V形弹簧，其结构上由于高温高压导致的扭曲变形也会一定减小。虽然其结构是为阀门阀杆超高压结构设计，但其未考虑由于高温导致的热变形不均问题，也无法解决石油井下安全阀密封的上述问题。

CN205678123U(公开日2016年11月9日)公开了一种双重弹簧蓄能密封圈，具体方案是将不同结构的弹簧蓄能密封件尾对尾相连，可以实现一种典型的双向密封效果，这种密封结构由于其在两个方向上均有弹簧起到结构支撑，可以有效地避免由于高温导致的热变形不均问题，但这种密封结构由于无法加入U形或V形结构挡圈，无法利用多重密封结构实现超高压密封，因此难以应用到石油井下安全阀密封之中。

发明内容

本发明申请人发现：现有技术中，将弹簧蓄能密封圈应用于井下安全阀长腔活塞的密封，无法同时克服以下两个缺点：1、弹簧蓄能密封的高分子材料常采用PTFE(聚四氟乙烯)基掺杂复合材料，高温软化现象较明显，在高压下易产生较大变形，变形后容易挤入活塞缸筒缝隙，影响活塞运动和密封件性能；2、弹簧蓄能密封圈包含金属合金和PTFE(聚四氟乙烯)两种材质，金属和塑料的线胀系数差异较大，在高温下产生明显的非均匀热变形，进而导致弹簧蓄能密封圈产生翘曲和弯扭，也会影响活塞运动以及密封件密封性能和使用寿命。

鉴于上述问题，有必要提出一种弹簧蓄能密封组件以解决或部分解决上述问题，本发明提出的技术方案如下：

第一方面，本发明提出了一种弹簧蓄能密封组件，包括弹性夹套、弹簧和支撑骨架，其中：

所述弹性夹套为圆环形，所述弹性夹套的唇部开口形成容纳槽；