本發(fā)明涉及一種唇形密封圈，及采用該唇形密封圈的旋塞閥，尤其是一種帶壓低扭矩方鉆桿旋塞閥使用的唇形密封圈及旋塞閥結(jié)構(gòu)設(shè)計，屬于鉆井裝備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

方鉆桿旋塞閥為球閥結(jié)構(gòu)，是通過鋼球與閥座錐面形成密封。方鉆桿旋塞閥的作用是在鉆井過程中，當(dāng)?shù)貙訅毫Τ^泥漿靜液柱壓力時，防止地層壓力推動泥漿沿鉆柱水眼向上噴出，保護(hù)水龍帶不會因高壓而被憋壞。方鉆桿旋塞閥的使用，不僅能防止泥漿從鉆具水眼噴出，保護(hù)水龍帶不受地層高壓的破壞，同時也起到節(jié)約泥漿、保持鉆臺清潔、減少環(huán)境污染的作用，最重要的是能避免發(fā)生嚴(yán)重的井噴事故。

常規(guī)的方鉆桿旋塞閥由于閥內(nèi)部鋼球（閥芯）與閥座之間及操作旋鈕與本體（閥體）之間摩擦力矩過大使得開啟力矩過大。在實(shí)際使用過程中經(jīng)常需要打開旋塞閥，在鋼球兩端壓差達(dá)到10mpa以上時，單人用操作扳手并帶加力桿都無法開啟，嚴(yán)重影響了旋塞閥的正常使用。

傳統(tǒng)的唇形密封圈是用于環(huán)形面間的裝配，利用其唇部所具有的貼合、密封能力實(shí)現(xiàn)單向密封。傳統(tǒng)的唇形密封圈不能夠在平面與平面之間裝配密封。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的發(fā)明目的在于：針對上述存在的問題，提供一種新型的唇形密封圈設(shè)計，使得該唇形密封圈能夠?qū)崿F(xiàn)在平面與平面之間裝配密封。同時本發(fā)明還旨在提供一種采用該唇形密封圈的旋塞閥結(jié)構(gòu)設(shè)計，使其在高壓差情況下可以輕松的對閥門進(jìn)行開啟操作。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

唇形密封圈，包括環(huán)形的密封圈本體，唇形密封圈的唇部位于密封圈本體的兩側(cè)面，兩唇部間形成開口朝向密封圈本體外徑側(cè)的唇口。

進(jìn)一步的，所述唇口內(nèi)裝配有支承圈。

旋塞閥，包括閥體、下閥座、閥芯、閥桿和上閥座，所述下閥座、上閥座、閥芯和閥桿配合裝配于閥體內(nèi)，所述下閥座與閥體間設(shè)置有第一密封件，閥桿和閥體間設(shè)置有第二密封件，上閥座和閥體間設(shè)置有第三密封件，所述第一密封件為唇形密封圈，所述唇形密封圈設(shè)置于下閥座的端面與閥體的端面間，唇形密封圈的唇口朝向閥體的外徑側(cè)，唇形密封圈的唇部分別與閥體的端面、下閥座的端面配合密封。

進(jìn)一步的，所述唇形密封圈的唇口內(nèi)還裝配有支承圈。

進(jìn)一步的，所述閥芯底部與閥體的裝配面間設(shè)置有軸承。

進(jìn)一步的，所述閥體底部設(shè)置有支撐塊，所述軸承通過支撐塊設(shè)置于閥體與閥芯底部的裝配面間。

進(jìn)一步的，所述閥桿與閥體的裝配面間設(shè)置有軸承。

進(jìn)一步的，所述軸承為滾針軸承。

進(jìn)一步的，所述閥芯的閥座配合面的表面硬度為hv1000-1100。

進(jìn)一步的，所述上閥座和下閥座的閥芯配合面的表面硬度為hv950-1050。

進(jìn)一步的，所述第二密封件、第三密封件為“o”型密封圈。

進(jìn)一步的，所述下閥座、閥芯和上閥座通過拼合扣環(huán)、扣環(huán)和擋圈定位裝配于閥體內(nèi)。

進(jìn)一步的，所述閥體的一端部為公扣，另一端部為母扣。

傳統(tǒng)唇形密封圈唇部位于密封圈本體的內(nèi)徑和外徑側(cè)，形成開口朝向密封圈本體側(cè)面的唇口設(shè)計。本發(fā)明中是通過唇形密封圈的唇部位于密封圈本體的兩側(cè)面，兩唇部間形成開口朝向密封圈本體外徑的唇口設(shè)計，使得能夠?qū)⒋叫蚊芊馊τ糜谄矫媾c平面之間裝配密封。另外，還在唇形密封圈的唇口內(nèi)裝配有支承圈，該支承圈可實(shí)現(xiàn)唇形密封圈受壓形變程度的控制，以防止支承圈過度受壓導(dǎo)致密封失效。

旋塞閥結(jié)構(gòu)原理是通過閥芯的鋼球面與閥座的錐面接觸形成密封。在旋塞閥閥芯鋼球受到液壓推力作用時，其開啟力矩主要由閥芯鋼球與閥座的摩擦力矩和閥桿與閥體之間的摩擦力矩構(gòu)成。

本發(fā)明通過將傳統(tǒng)下閥座和閥體裝配面間“o”型密封圈密封結(jié)構(gòu)，修改為下閥座與閥體的裝配面通過唇形密封圈密封，并且該唇形密封圈設(shè)置于下閥座的端面與閥體的端面間，唇形密封圈的唇口朝向閥體的外徑側(cè)，唇形密封圈的唇部分別與閥體的端面、下閥座的端面配合密封。旋塞閥關(guān)閉時該唇形密封圈設(shè)計起到以下作用：（1）唇形密封圈為下閥座提供一定的彈性壓力，使下閥座、閥芯、上閥座間緊密貼合密封，（2）在井下高壓流體來自于下閥座側(cè)時，該裝配結(jié)構(gòu)的唇形密封圈具有單向通過性，使旋塞閥來自于下閥座側(cè)的高壓井下液體通過唇形密封圈進(jìn)入閥體和上閥座、下閥座、閥芯間的裝配間隙，使閥芯、閥桿的兩側(cè)受壓，達(dá)到在開關(guān)旋塞閥時力矩的平衡，降低在閥門關(guān)閉狀態(tài)下閥芯鋼球?qū)ι祥y座的推力，使得閥芯鋼球與閥座之間的摩擦力矩減小，（3）在高壓流體來自于上閥座側(cè)時，唇形密封圈的唇口張開，密封下閥座。

另外，本發(fā)明將閥芯的閥座配合面的表面硬度提高為hv1000-1100，上閥座和下閥座的閥芯配合面的表面硬度提高為hv950-1050，有效的降低了閥芯鋼球與閥座的摩擦系數(shù)，使得閥門開啟更加輕松，同時高硬度和耐磨性的閥芯解決了頻繁開啟旋塞閥極易導(dǎo)致閥芯鋼球變形的問題。

本發(fā)明還采用在閥芯底部與閥體的裝配面間、閥桿與閥體的裝配面間設(shè)置軸承的方式，到達(dá)有效降低閥芯與閥體、閥桿與閥體間摩擦力的目的。

綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：

該旋塞閥具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便的優(yōu)點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)的方鉆桿旋塞閥高壓下開啟難度大而影響鉆井作業(yè)等問題，同過本發(fā)明技術(shù)方案的改進(jìn)大大的減小了旋塞閥的開關(guān)力矩，使得在高壓下開啟旋塞閥成為可能，并可實(shí)現(xiàn)在70mpa的壓差下單人開啟，較好的滿足了市場和生產(chǎn)現(xiàn)場需求。

附圖說明

本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中：

圖1是本發(fā)明唇形密封圈直徑方向的一剖面結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明唇形密封圈直徑方向的另一剖面結(jié)構(gòu)圖；

圖3是本發(fā)明的旋塞閥結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明圖3中a點(diǎn)的一放大結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明圖3中a點(diǎn)的另一放大結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標(biāo)記：a-密封圈本體、a1-唇部、a2-唇口、a3-支承圈、a-側(cè)面、b-內(nèi)徑側(cè)、c-外徑側(cè)、1-閥體、2-第一密封件、3-下閥座、4-閥芯、5-閥桿、6-第二密封件、7-軸承、8-上閥座、9-支撐塊、10-第三密封件、11-拼合扣環(huán)、12-扣環(huán)、13-擋圈、14-公扣、15-母扣。

具體實(shí)施方式

本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。

本說明書（包括任何附加權(quán)利要求、摘要）中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。

實(shí)施例1

唇形密封圈，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括環(huán)形的密封圈本體a，唇形密封圈的唇部a1位于密封圈本體a的兩側(cè)面a，兩唇部a1間形成開口朝向密封圈本體a外徑側(cè)c的唇口a2。

在另一實(shí)施方式中，基于圖1的唇形密封圈的結(jié)構(gòu)，唇口a2內(nèi)裝配有支承圈a3，如圖2所示。

實(shí)施例2

本發(fā)明的旋塞閥，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括閥體1、下閥座3、閥芯4、上閥座8和閥桿5；下閥座3、閥芯4、上閥座8通過上閥座8端部（閥體1內(nèi)）的拼合扣環(huán)11、扣環(huán)12和擋圈13定位裝配于閥體1內(nèi)。另外，通過適配的鍵槽和鍵在閥芯4上裝配閥桿5。閥體1的一端部為公扣14，另一端部為母扣15，以進(jìn)行管口的連接，本實(shí)施例中，公扣14位于下閥座3端，母扣15位于上閥座8端。

本發(fā)明的旋塞閥，在下閥座3和閥體1的裝配面間設(shè)置有第一密封件2，本發(fā)明中第一密封件2為實(shí)施例1所示唇形密封圈，唇形密封圈設(shè)置于下閥座3的端面與閥體1的端面間，該閥體1的端面是閥體1內(nèi)的端面，是下閥座3端面與閥體1的裝配面。唇形密封圈的唇口a2朝向閥體1的外徑側(cè)，唇形密封圈的唇部a1分別與閥體1的端面、下閥座3的端面配合密封(如圖4和圖5所示)。本實(shí)施例中下閥座3的端面、閥體1的端面也是與閥體1軸向（也即旋塞閥的流體流通方向）垂直的面，其中閥體1的端面位于閥體內(nèi)。

作為第一密封件2唇形密封圈的安裝方式具體設(shè)計，本實(shí)施例中是在下閥座3端部的外圓開設(shè)一個環(huán)形缺口以用于唇形密封圈（唇形密封圈的內(nèi)徑側(cè)b與其匹配）的安裝，如圖4和圖5所示。唇形密封圈的兩唇部a1位于密封圈本體a側(cè)面的外徑側(cè)c，唇形密封圈的唇口a2朝向閥體1的外徑側(cè)c，唇形密封圈的唇部a1分別與閥體1的端面、下閥座3的端面配合密封。

為了增強(qiáng)唇形密封圈的耐用性，另一實(shí)施方式中，還在唇形密封圈的唇口a2內(nèi)裝配有支承圈a3，該支承圈a3可實(shí)現(xiàn)唇形密封圈受壓形變程度的控制，以防止支承圈a3過度受壓導(dǎo)致密封失效。支承圈a3可采用與唇形密封圈相同的材質(zhì)制成。

同時本發(fā)明中，在閥桿5和閥體1間設(shè)置有第二密封件6。另外，上閥座8和閥體1間設(shè)置有第三密封件10。

第二密封件6、第三密封件10可以為“o”型密封圈?；蛘叩诙芊饧?、第三密封件10采用傳統(tǒng)的密封形式。

閥體1、下閥座3、閥芯4、閥桿5和上閥座8間具有裝配間隙，并通過第一密封件2、第二密封件6、第三密封件10形成密封。

本發(fā)明的旋塞閥，為了進(jìn)一步減少閥芯4與閥體1、閥桿5與閥體1件的摩擦力，在閥芯4底部與閥體1的裝配面間、閥桿5與閥體1的裝配面間，至少一處設(shè)置有軸承7，或者兩處均設(shè)置軸承7，以減少在開啟過程中閥芯4、閥體1、閥桿5間的摩擦。在本實(shí)施例中，閥芯4底部與閥體1的裝配面是與閥芯的旋轉(zhuǎn)軸心垂直的面，閥桿5與閥體1的裝配面是與閥桿5的旋轉(zhuǎn)軸心垂直的面，如圖3所示。軸承7采用滾針軸承。

具體設(shè)計中，第二密封件6是設(shè)置于軸承7外側(cè)的(如圖3所示)。另外，閥芯4底部與閥體1間的軸承7通過設(shè)置于閥體1底部的支撐塊9安裝，支撐塊9設(shè)置有與軸承7內(nèi)徑適配的圓柱段，軸承7定位于圓柱段內(nèi)。而閥桿5與閥體1間的軸承7是以閥桿5的外徑進(jìn)行定位裝配。

本實(shí)施例中，為了進(jìn)一步有效降低閥芯鋼球與閥座的摩擦系數(shù)，使得閥門開啟更加輕松，閥芯4的閥座配合面的表面硬度為hv1000-1100，上閥座8和下閥座3的閥芯配合面的表面硬度為hv950-1050，同時高硬度和耐磨性的閥芯解決了頻繁開啟旋塞閥極易導(dǎo)致閥芯鋼球變形的問題。

本發(fā)明的帶壓低扭矩方鉆桿旋塞閥，具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便的優(yōu)點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)的方鉆桿旋塞閥高壓下開啟難度大而影響鉆井作業(yè)等問題，同過本發(fā)明技術(shù)方案的改進(jìn)大大的減小了旋塞閥的開關(guān)力矩，使得在高壓下開啟旋塞閥成為可能，并可實(shí)現(xiàn)在70mpa的壓差通過單人開啟的低扭矩旋塞閥，較好的滿足了市場和生產(chǎn)現(xiàn)場需求。

所述帶壓低扭矩方鉆桿旋塞閥，在川東鉆探、塔里木油田使用實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生了非常好的使用效果，大大的減小了旋塞閥的開關(guān)力矩，使得在高壓下開啟旋塞閥成為可能。

本發(fā)明并不局限于前述的具體實(shí)施方式。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。