用于超高压试验容器的新型金属唇形密封结构及密封方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高温超高压密封结构，具体涉及一种用于超高压试验容器的新型金属唇形密封结构及密封方法。
【背景技术】
[0002]测井仪试验装置是一个技术复杂、安全性要求较高的系统工程试验；测井仪试验需要模拟井下的高温超高压环境，为油田的井下仪器、工具等提供试验条件。测井仪试验的主要设备为超高压试验容器，超高压试验容器中最重要的部分为密封结构，其原因有2点:1、超高压试验容器能否正常运行在很大程度上取决于密封结构的可靠性；2、超高压试验容器需要多次拆装，因此密封结构的拆装需要方便可靠、并能够多次重复使用，以降低成本。
[0003]目前，常见的超高压试验容器的密封结构主要包括:橡胶“O”形环密封结构、B形环密封结构、Bridgman密封结构和楔形环密封结构等。B形环密封结构、Bridgman密封结构和楔形环密封结构要求的加工精度较高、且拆装比较复杂，不适用于经常拆装的试验容器上。橡胶“O”形环密封结构的加工精度要求相对较低，可多次重复使用，拆装比较简便，因此，橡胶“O”形环密封结构在高温超高压试验容器中应用较多。
[0004]目前，利用氟橡胶制成的“O”形环已经能够用于部分不同工作参数的超高压试验容器的密封，例如:工作压力180MPa，工作温度250°C，内径200mm ;工作压力210MPa，工作温度180°C，内径240mm等不同规格的容器。
[0005]但是，通过“O”形环密封的超高压试验容器使用时，“O”形环密封元件在极限条件下运行，“O”形环易变软，进而流质化甚至碳化而产生泄漏；而且变质后“O”形环拆装不方便，稍有不慎则容易划伤密封面，进而引起泄漏。
[0006]近年来，石油勘探开发不断深入，勘探目标日益复杂，对测井仪试验装置提出了更大的口径、更高的压力及温度要求，如:工作压力250MPa，工作温度300°C，内径480mm等。对于口径、压力和温度更高的超高压试验容器而言，“O”形环已远远不能满足密封要求，不便于人们使用，人们迫切需要新的可靠的、能反复多次使用的新型密封结构。
【发明内容】
[0007]针对现有技术中存在的缺陷，本发明解决的技术问题为:提供一种能够满足大口径(480mm)、高温(300°C )、超高压(250MPa)极限条件下的密封要求，并且拆装方便、能够多次反复使用的新型金属唇形密封结构及密封方法。
[0008]为达到以上目的，本发明提供的用于超高压试验容器的新型金属唇形密封结构，包括筒体，筒体的顶部设置有密封盖，筒体和密封盖通过一个锁紧件锁紧；其特征在于:所述密封盖的底部开有用于方便安装的凸台，凸台包括顶面和向外倾斜的密封盖锥形密封环面，密封盖锥形密封环面与顶面之间的夹角为94°?104° ;所述筒体上部开口内设置有用于与凸台配合的凹台，凹台包括底面和向外倾斜的筒体锥形密封环面，筒体锥形密封环面与底面之间的夹角为94°?104°，筒体锥形密封环面与密封盖锥形密封环面的倾斜角度相同；
[0009]所述密封盖与筒体上端面之间设置有金属唇形密封环，金属唇形密封环包括唇形金属环和水平环壁，水平环壁位于唇形金属环的外侧壁；水平环壁将唇形金属环的外侧壁分为上侧面和下侧面，上侧面和下侧面均呈倾斜的锥形密封面，上侧面、下侧面与水平环壁之间的夹角均为93°?103° ;水平环壁位于密封盖与筒体上端面之间，唇形金属环的上侧面与密封盖锥形密封环面接触，下侧面与筒体锥形密封环面接触。
[0010]在上述技术方案的基础上，所述新型金属唇形密封结构满足极限条件下的密封要求，极限条件是指超高压试验容器的口径为480mm，容器内的温度为300°C，容器内压力为250MPa。
[0011]在上述技术方案的基础上，所述密封盖锥形密封环面与底面之间的夹角为99°，唇形金属环的上侧面、下侧面与水平环壁之间的夹角均为98°。
[0012]在上述技术方案的基础上，所述密封盖为平盖。
[0013]在上述技术方案的基础上，所述锁紧件为卡箍。
[0014]在上述技术方案的基础上，所述唇形金属环和水平环壁一体成型。
[0015]本发明提供的基于上述的用于超高压试验容器的新型金属唇形密封结构的密封方法，包括以下步骤:
[0016]S1:计算试验过程中金属唇形密封环发生的弹性变形范围，根据弹性变形范围选择金属唇形密封环的尺寸，转到S2 ;
[0017]S2:初始密封:通过锁紧件锁紧密封盖和筒体，在锁紧过程中，金属唇形密封环的唇形金属环的上侧面与密封盖锥形密封环面进行线接触，下侧面与筒体锥形密封环面进行线接触，转到S3 ;
[0018]S3:可靠密封:在试验过程中，随着超高压试验容器的内压力升高，金属唇形密封环的唇形金属环径向扩张变形，产生自紧作用，进而使得唇形金属环的上侧面与密封盖锥形密封环面之间、下侧面与筒体锥形密封环面之间的线接触变为面接触；试验过程中压力降低以至完全泄压后，唇形金属环恢复至试验前的装配尺寸。
[0019]与现有技术相比，本发明的优点在于:
[0020](I)本发明的密封盖与筒体上端面之间设置有金属唇形密封环，与现有技术中利用氟橡胶制成的“O”形环相比，金属唇形密封环的耐温能力更强；经测试得出，本发明用于超高压试验容器的新型金属唇形密封结构，能够满足大口径(480_)、高温(300°C )、超高压(250MPa)极限条件下的密封要求。
[0021](2)本发明进行密封时，金属唇形密封环的唇形金属环在内压力的作用下，与密封盖和筒体的锥形密封环面由线接触变为面接触；因此，与现有技术中的金属密封结构相比，本发明的金属唇形环密封为自紧密封，密封比较可靠。与此同时，唇形金属环本身为弹性变形结构，试验前后金属唇形环的尺寸不变，便于拆装，而且能够反复使用。
【附图说明】
[0022]图1为本发明实施例中用于超高压试验容器的新型金属唇形密封结构的截面图；
[0023]图2为本发明实施例中密封盖的截面图；
[0024]图3为本发明实施例中筒体的截面图；
[0025]图4为本发明实施例中金属唇形密封环的截面图。
[0026]图中:1_密封盖，Ia-密封盖锥形密封环面，Ib-凸台，2-锁紧件，3-金属唇形密封环，3a-水平环壁，3b-唇形金属环，4-筒体，4a-筒体锥形密封环面，4b_凹台。
【具体实施方式】
[0027]以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
[0028]参见图1所示，本发明实施例中的用于超高压试验容器的新型金属唇形密封结构，包括筒体4，筒体4的顶部设置有密封盖1，密封盖I与筒体4上端面之间设置有金属唇形密封环3 ;筒体4和密封盖I通过一个锁紧件2锁紧。
[0029]参见图2所示，密封盖I的底部开有用于方便安装的凸台lb，凸台Ib包括顶面和向外倾斜的密封盖锥形密封环面la，密封盖锥形密封环面Ia与顶面之间的夹角为94°?104°。参见图3