本實用新型涉及機械密封領(lǐng)域，特別涉及一種高溫高壓釜及其密封環(huán)套件。

背景技術(shù)：

在進行石油地質(zhì)研究時，為了認識油氣從烴源巖中生成、排驅(qū)以及運移介質(zhì)巖石的成巖演化過程，需要利用高溫高壓釜進行模擬實驗。具體的，由于巖石無機反應(yīng)和有機質(zhì)化學(xué)反應(yīng)速率受溫度的影響最大，高溫可以節(jié)省實驗時間；加之原油裂解和甲烷高溫裂解碳化研究的需要，實驗溫壓條件要求達到700℃，同時流體壓力可達到80MPa以上。釜體內(nèi)外壓差非常高、釜體流體產(chǎn)物的相態(tài)非常易于泄漏、釜體內(nèi)各部件更易于變形，這給反應(yīng)釜的密封提出了新要求。再加上隨著模擬地層受靜巖壓力的研究需求，需要在釜體一端動態(tài)地對密封在釜體內(nèi)的樣品施加機械壓力，更是讓密封難上加難。因此釜體密封的好壞直接決定了實驗效率、安全性及實驗精度。

然而，現(xiàn)有技術(shù)中的釜體所使用的密封部件都存在一定的缺陷，無法完全滿足嚴苛的實驗需求。

因此，有必要針對高溫高壓釜提出一種可靠的密封環(huán)套件，以較好地滿足高溫高壓的實驗需要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種高溫高壓釜及其密封環(huán)套件，能夠較好地保證釜體的密封性，以滿足高溫高壓的實驗需求。

本實用新型的上述目的可采用下列技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種密封環(huán)套件，包括相配套的密封環(huán)和密封施壓環(huán)；其中，

所述密封環(huán)整體呈圓環(huán)狀，具有相對的第一端面和第二端面，在所述第一端面和第二端面向內(nèi)分別形成有凹槽；所述凹槽具有光潔度滿足預(yù)定標準的相對的外側(cè)壁面和內(nèi)側(cè)壁面，所述凹槽的深度大于所述密封施壓環(huán)能夠潛入的深度；

所述密封施壓環(huán)整體呈圓環(huán)狀，其設(shè)置有與所述密封環(huán)的凹槽相配合的配合部，在所述配合部上形成有與所述外側(cè)壁面配合的第一配合面，及與所述第一配合面相對的用于和所述內(nèi)側(cè)壁面配合的第二配合面，所述第一配合面與所述外側(cè)壁面配合后能形成至少一道線密封和一道面密封，所述第二配合面與所述內(nèi)側(cè)壁面配合后能形成多道線密封。

在優(yōu)選的實施方式中，所述凹槽的深度大于所述密封施壓環(huán)能夠潛入的深度的2毫米至4毫米。

在優(yōu)選的實施方式中，所述密封環(huán)的內(nèi)側(cè)壁面向內(nèi)傾斜，其與垂直于所述密封環(huán)的軸向的縱面之間形成有第一夾角，所述第一夾角的角度為7度至13度。

在優(yōu)選的實施方式中，所述內(nèi)側(cè)壁面的光潔度為9級以上，所述外側(cè)壁面的光潔度為7級以上。

在優(yōu)選的實施方式中，所述密封施壓環(huán)的配合部的截面積自內(nèi)向外逐漸縮小，所述第一配合面與所述第二配合面相交于所述密封施壓環(huán)的最大外徑處。

在優(yōu)選的實施方式中，所述第二配合面與所述密封施壓環(huán)的軸向垂直的縱面之間形成有第二夾角，所述第二配合面上形成有多個直角階梯。

在優(yōu)選的實施方式中，所述第一夾角為10度時，所述第二夾角為12度。

在優(yōu)選的實施方式中，所述直角階梯的個數(shù)為3個，所述第二配合面與所述內(nèi)側(cè)壁面配合后能形成3道至5道線密封。

在優(yōu)選的實施方式中，所述密封環(huán)的材料為雜質(zhì)總質(zhì)量分數(shù)小于0.1%的紫銅。

一種高溫高壓釜，包括如上述任一所述的密封環(huán)套件。

在優(yōu)選的實施方式中，還包括樣品腔室，所述樣品腔室整體呈圓環(huán)狀，所述樣品腔室的外圓環(huán)位置設(shè)置有與所述密封環(huán)的凹槽相配合的配合部；

所述密封環(huán)套件包括：第一密封環(huán)和第二密封環(huán)，以及第一密封施壓環(huán)第二密封施壓環(huán)。

在沿著施壓壓力的作用方向上，所述第一密封施壓環(huán)、第一密封環(huán)、樣品腔室、第二密封環(huán)以及第二密封施壓環(huán)依次配合分布。

本實用新型的特點和優(yōu)點是：本申請?zhí)峁┑拿芊猸h(huán)套件包括相配套的密封環(huán)和密封施壓環(huán)，使用時，密封環(huán)受到密封施壓環(huán)的擠壓，槽形密封環(huán)的薄壁和深槽更容易被側(cè)向擠壓變形，增加了槽壁的變形量和結(jié)合度，在高溫情況下甚至還可能發(fā)生粘連，大大提高了密封環(huán)的變形性能和密封效果；設(shè)置有配合部的密封施壓件與密封環(huán)槽形斜角內(nèi)壁的配合，可以形成3～5道線密封，適用于樣品靜巖壓力施壓柱的反復(fù)相對密封環(huán)的運動密封；設(shè)置有配合部的密封施壓件與密封環(huán)槽形直角外壁的配合，可以形成至少1到線密封和1道面密封，適用于密封環(huán)與釜體靜密封；密封環(huán)雙向槽的設(shè)計，進一步增加了密封的效率；進一步的，高純度銅的材料使用，保證了在高溫階段密封面無雜質(zhì)晶體析出，免除了微滲漏的可能。

附圖說明

圖1是本申請實施方式中一種密封環(huán)套件中密封環(huán)的俯視圖；

圖2是本申請實施方式中一種密封環(huán)套件中密封環(huán)的A-A剖視圖；

圖3是本申請實施方式中一種密封環(huán)套件中密封施壓環(huán)的俯視圖；

圖4是本申請實施方式中一種密封環(huán)套件中密封施壓環(huán)的D-D剖視圖；

圖5是本申請實施方式中一種密封環(huán)套件的使用示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖和具體實施方式，對本實用新型的技術(shù)方案作詳細說明，應(yīng)理解這些實施方式僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍，在閱讀了本實用新型之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本實用新型的各種等價形式的修改均落入本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。

需要說明的是，當(dāng)元件被稱為“設(shè)置于”另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當(dāng)一個元件被認為是“連接”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。本文所使用的術(shù)語“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及類似的表述只是為了說明的目的，并不表示是唯一的實施方式。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本申請的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本申請的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實施方式的目的，不是旨在于限制本申請。本文所使用的術(shù)語“和/或”包括一個或多個相關(guān)的所列項目的任意的和所有的組合。

本實用新型提供一種高溫高壓釜及其密封環(huán)套件，能夠較好地保證釜體的密封性，以滿足高溫高壓的實驗需求。

決定密封部件效果的關(guān)鍵包括：密封部件的材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計。從材料上來說，高溫高壓釜體常用密封件的材料有聚四氟乙烯、石墨、紫銅。從結(jié)構(gòu)上來說，可以利用機械靜、動密封的線密封原理，使得釜體構(gòu)造和施壓套件相應(yīng)匹配。

現(xiàn)有技術(shù)中的密封部件存在密封不嚴的原因在于封環(huán)的材料選擇和結(jié)構(gòu)上，主要有以下幾個方面：

①加工密封環(huán)的銅材料不合適。在現(xiàn)有的密封產(chǎn)品一般采用的是銅純度不高，雜質(zhì)相對較高的T3型號(雜質(zhì)總質(zhì)量分數(shù)0.3%，抗拉強度：200MPa，斷后伸長率：45％～50％，HBS布氏硬度：35～40)紫銅，質(zhì)地過硬，在低溫階段受壓變形度不高，銅環(huán)與周圍釜體的線密封效果難以保證。特別是在高溫階段，其紫銅中的雜質(zhì)會析出和氧化，進一步增大了線密封位置存在點狀泄漏點的幾率。

②錐形紫銅密封環(huán)的錐角度、錐尖厚度過大，導(dǎo)致紫銅環(huán)錐尖變形難度大，密封效果差。

③紫銅密封環(huán)面光潔度不高，導(dǎo)致接觸不嚴密。

④V形紫銅密封環(huán)的V形結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理。V形設(shè)計使紫銅V形側(cè)面面狀受力，形成的是面密封，當(dāng)V形槽淺的情況下僅1道線密封，變形小，密封效果不佳。

請參閱圖1至圖4，本申請實施方式中提供的一種密封環(huán)套件可以包括：相配套的密封環(huán)2和密封施壓環(huán)3。

其中，所述密封環(huán)2整體呈圓環(huán)狀，具有相對的第一端面和第二端面，在所述第一端面和第二端面向內(nèi)分別形成有凹槽；所述凹槽具有光潔度滿足預(yù)定標準的相對的外側(cè)壁面和內(nèi)側(cè)壁面205，所述凹槽的深度大于所述密封施壓環(huán)3能夠潛入的深度；

所述密封施壓環(huán)3整體呈圓環(huán)狀，其設(shè)置有與所述密封環(huán)的凹槽相配合的配合部，在所述配合部上形成有與所述外側(cè)壁面配合的第一配合面304，與所述第一配合面304相對的用于和所述內(nèi)側(cè)壁面205配合的第二配合面305，所述第一配合面304與所述外側(cè)壁面配合后能形成至少一道線密封和一道面密封，所述第二配合面305與所述內(nèi)側(cè)壁面205配合后能形成多道線密封。

在本實施方式中，所述密封環(huán)2外形可以呈圓環(huán)狀，其截面形狀呈雙面槽狀，大致呈H形。每面槽的深度大于密封施壓環(huán)潛入深度的2～4mm(毫米)。上述潛入的深度的預(yù)留范圍由紫銅在常溫～600℃高溫15MPa壓力下的變形度、以及樣品所處的空間大小確定。該樣品所處的空間主要由：樣品腔、密封施壓環(huán)3及本身樣品確定。試驗表明，例如在38mm內(nèi)徑樣品尺寸下，室溫～600℃(攝氏度)不同溫度下的密封，密封成功率最高。

在本實施方式中，所述密封環(huán)2的內(nèi)側(cè)壁面205向內(nèi)傾斜，其與垂直于所述密封環(huán)2的軸向的縱面之間形成有第一夾角。所述第一夾角用于與密封施壓環(huán)3的配合部對接，利于形成線、面密封。具體的，所述第一夾角的角度可以為10°±3°，其中10°是實際應(yīng)用檢驗過的最好密封角度。

在一個實施方式中，所述內(nèi)側(cè)壁面205的光潔度為9級以上，所述外側(cè)壁面的光潔度為7級以上。

其中，光潔度的依據(jù)是實際應(yīng)用中，30分鐘內(nèi)50MPa的流體在釜內(nèi)的壓降小于0.01MPa決定的實驗要求確定的。由于內(nèi)側(cè)壁面205的密封時的配合面積相對比外側(cè)壁面的小，要保證一樣的面密封性能，需要提高所述內(nèi)側(cè)壁面205的光潔度，而且內(nèi)側(cè)壁面205主要為線密封，相對而言光潔度對線密封的要求較高，因此內(nèi)側(cè)壁面205的光潔度需要高于外側(cè)壁面的光潔度。

具體的，所述密封環(huán)2的凹槽內(nèi)側(cè)壁面205的光潔度可以達到GB1031-1968的9級以上，密封環(huán)2凹槽外側(cè)壁面的光潔度，要達到GB1031-1968的7級以上。當(dāng)上述密封環(huán)2的凹槽的內(nèi)側(cè)壁面205和外側(cè)壁面滿足上述光潔度要求時，其能夠在于密封施壓環(huán)3配合時保證較佳的密封效果。

在本實施方式中，所述密封環(huán)2的材料可以為雜質(zhì)總質(zhì)量分數(shù)小于0.1%的紫銅，及T2及以上的紫銅，以保證該密封環(huán)2在使用過程中，較少的雜質(zhì)析出，從而保證密封位置的密封性能。

另外，所述紫銅制成的密封環(huán)2在拋光加工后要浸油放置，防止氧化，導(dǎo)致表面的光潔度降低，從而影響密封效果。在用之前，用二氯甲烷沖洗后即可使用。

在本實施方式中，密封施壓環(huán)3外形呈圓環(huán)狀，其設(shè)置有與所述密封環(huán)2的凹槽相配合的配合部，在所述配合部上形成有與所述外側(cè)壁面配合的第一配合面304，與所述第一配合面304相對的用于和所述內(nèi)側(cè)壁面205配合的第二配合面305，所述第一配合面304與所述外側(cè)壁面配合后能形成至少一道線密封和一道面密封，所述第二配合面305與所述內(nèi)側(cè)壁面205配合后能形成多道線密封。

具體的，所述密封施壓環(huán)3的配合部的截面積自內(nèi)向外逐漸縮小，所述第一配合面304與所述第二配合面305相交于所述密封施壓環(huán)3的最大外徑處，使得所述密封施壓環(huán)3的截面形狀大致呈V形。

在一個實施方式中，當(dāng)所述密封環(huán)2的內(nèi)側(cè)壁面205向內(nèi)傾斜，其與垂直于所述密封環(huán)2的軸向的縱面之間形成有第一夾角，所述第一夾角的角度為7度至13度時，所述第二配合面305與所述密封施壓環(huán)3的軸向垂直的縱面之間形成有第二夾角。所述第二夾角的角度與所述第一夾角的角度相匹配，例如當(dāng)所述第一夾角為10度時，所述第二夾角可以為12度，以保證配合位置的匹配度，進而保證配合位置的密封性。

在本實施方式中，所述第二配合面305上還可以形成有多個直角階梯。具體的，所述直角階梯的個數(shù)可以為3個，使得所述第二配合面305與所述內(nèi)側(cè)壁面配合后能形成3道至5道線密封，從而達到理想的密封效果、且安裝和加工的難度都較低。

此外，除了在V形的密封施壓環(huán)截面的第二配合面305上設(shè)置3個直角階梯外，所述第二配合面305的具體形式還可以是其它結(jié)構(gòu)，本申請在此并不作唯一限定。

在本實施方式中，所述密封施壓環(huán)3可為不銹鋼件，例如可以為302不銹鋼。所述密封施壓環(huán)3的材料以能承受密封壓力為準，不局限于不銹鋼單一材料。

在一個具體的實施方式中，本申請涉及的密封環(huán)2，如附圖1和2所示，俯視形狀呈圓環(huán)狀，其中心軸線位于圓環(huán)的中心處；縱向截面形狀大致為“H”形。該密封環(huán)在俯視圖上包括槽底面203、內(nèi)壘面204、外壘面206、內(nèi)側(cè)壁面205。該密封環(huán)截面圖形狀包括第一外環(huán)面201、第一內(nèi)環(huán)面202、槽底面203、內(nèi)壘面204、內(nèi)側(cè)壁面205、外壘面206。其中，第一外環(huán)面201的直徑為44.90mm，第一內(nèi)環(huán)面202的直徑為38.10mm，外壘面206的內(nèi)壁面直徑為43.20mm，內(nèi)側(cè)壁面205的頂端直徑為39.80mm。槽頂端寬1.70mm，槽底面203寬1.07mm，槽深3.60mm，內(nèi)側(cè)壁面205與垂線夾角為10°。所述第一外環(huán)面201、第二內(nèi)環(huán)面202和外壘面206的光潔度為GB1031-1968的8級以上。所述槽底面203、內(nèi)側(cè)壁面205和外壘206內(nèi)面的光潔度為GB1031-1968的10級以上。本申請涉及的密封環(huán)材質(zhì)可為工業(yè)T2紫銅。

使用時，密封環(huán)2在所述密封施壓環(huán)3的配合下，所述密封環(huán)2內(nèi)側(cè)壁面205與所述第二配合面305之間可以形成3～5道線密封，所述密封環(huán)2的外側(cè)壁面與所述第一配合面304之間可以形成1道線密封和1道面密封，以適應(yīng)動態(tài)施壓的要求，即無論是加壓還是減壓，始終能保證形成可靠的密封。

本申請所述的密封環(huán)套件包括相配套的密封環(huán)2和密封施壓環(huán)3，使用時，密封環(huán)2受到密封施壓環(huán)3的擠壓，槽形密封環(huán)2的薄壁和深槽更容易被側(cè)向擠壓變形，增加了槽壁的變形量和結(jié)合度，在高溫情況下甚至還可能發(fā)生粘連，大大提高了密封環(huán)2的變形性能和密封效果；設(shè)置有配合部的密封施壓環(huán)3與密封環(huán)2槽形斜角內(nèi)壁的配合，可以形成3～5道線密封，適用于樣品靜巖壓力施壓柱的反復(fù)相對密封環(huán)2的運動密封；設(shè)置有配合部的密封施壓環(huán)3與密封環(huán)2槽形直角外壁的配合，可以形成至少1到線密封和1道面密封，適用于密封環(huán)2與釜體靜密封；密封環(huán)2雙向槽的設(shè)計，進一步增加了密封的效率；進一步的，高純度銅的材料使用，保證了在高溫階段密封面無雜質(zhì)晶體析出，免除了微滲漏的可能。

實驗表明：本申請所述的密封環(huán)套件可以在溫度0～700℃、流體壓力0～150MPa(兆帕)同時達到的環(huán)境下，承受20次以上的靜巖壓力的增減，并保持20天以上無可測微滲漏。

本申請實施方式中還提供了一種高溫高壓釜，其包括上述實施方式中任一所述的密封環(huán)套件。

上述高溫高壓釜包括的密封環(huán)套件能夠達到上述密封環(huán)套件實施方式的技術(shù)效果，本申請在此不再贅述。

請參閱圖5，進一步的，還包括樣品腔室405，所述樣品腔室405整體呈圓環(huán)狀，所述樣品腔室405的外圓環(huán)位置設(shè)置有與所述密封環(huán)的凹槽相配合的配合部；

所述密封環(huán)套件包括：第一密封環(huán)404和第二密封環(huán)409，以及第一密封施壓環(huán)403第二密封施壓環(huán)410。

在本實施方式中，所述第一密封環(huán)404與所述第二密封環(huán)409的密封環(huán)結(jié)構(gòu)可以相同，即采用多道、雙向線密封的結(jié)構(gòu)設(shè)計，以便于提高密封環(huán)的通用性，節(jié)約成本。所述第一密封施壓環(huán)403和第二密封施壓環(huán)410可以為鏡像對稱結(jié)構(gòu)。配合使用時，在沿著施壓壓力的作用方向上，所述第一密封施壓環(huán)403、第一密封環(huán)404、樣品腔室405、第二密封環(huán)409以及第二密封施壓環(huán)410依次配合分布。

本申請涉及的密封環(huán)套件還包括樣品腔室409，該樣品腔室409整體呈圓環(huán)狀，其具有密封作用的配合部與所述密封施壓環(huán)的配合部相同，即所述樣品腔室409與所述第一密封施壓環(huán)403和第二密封施壓環(huán)410可以具有相同的密封作用端。在一個具體的實施方式中，它們的密封作用端俯視圖和縱向截面如圖4所示。密封作用端俯視形狀呈圓環(huán)狀，其中心軸線位于圓環(huán)的中心處；縱向截面形狀大致為“V”形。所述密封作用端縱向截面形狀包括第二外環(huán)面302、第二內(nèi)環(huán)面301、頂面303、密封直斜面304(即第一配合面)和密封多階梯面305(即第二配合面)。所述頂面303在樣品室上續(xù)接的是上下對稱且相同的“V”形密封端口，如圖5所示；所述頂面303在密封施壓環(huán)上，第二內(nèi)環(huán)面301、第二外環(huán)面的高度為6.00mm。頂面303在寬度為2.80mm。密封多階梯面305外接線與垂線夾角為12°。所述密封直斜面304和密封多階梯面305的光潔度為GB1031-1968的10級以上。所述第二外環(huán)面302、第二內(nèi)環(huán)面301的光潔度為GB1031-1968的8級以上。本申請涉及的密封施壓件材質(zhì)為302不銹鋼，以能承受密封壓力為準，但不局限于不銹鋼單一材料。

在38mm直徑在高溫高壓釜體上在使用如圖5所示。該圖上示出了包括釜體406、樣品腔室405、第一密封環(huán)404和第二密封409、第一密封施壓環(huán)403和第二密封施壓環(huán)410、樣品414、過濾用的金屬顆粒燒結(jié)板413和407、施壓密封壓頭402和靜巖壓力柱體408。使用過程中，先在施壓密封壓頭402上依次套裝密封施壓環(huán)403和密封環(huán)404，然后平行放入釜體406大口端，之后整體豎起，再從上端依次放入樣品腔室405、燒結(jié)板413、第二密封環(huán)409、第二密封環(huán)施壓環(huán)410、樣品414、燒結(jié)板407，把釜體406上端空置腔擦干凈后，植入靜巖壓力柱體408。安裝好在套件植入加熱加壓爐腔內(nèi)，通過底端401方向的密封泵壓來推動施壓密封壓頭402，以此推動整體套件上行，上部的第二密封環(huán)施壓環(huán)410受到頂端411方向的反作用力，實現(xiàn)釜體406上、下端密封。

本申請所述的密封環(huán)套件包括相配套的密封環(huán)和密封施壓環(huán)，使用時，密封環(huán)受到密封施壓環(huán)的擠壓，槽形密封環(huán)的薄壁和深槽更容易被側(cè)向擠壓變形，增加了槽壁的變形量和結(jié)合度，在高溫情況下甚至還可能發(fā)生粘連，大大提高了密封環(huán)的變形性能和密封效果；設(shè)置有配合部的密封施壓件與密封環(huán)槽形斜角內(nèi)壁的配合，可以形成3～5道線密封，適用于樣品靜巖壓力施壓柱的反復(fù)相對密封環(huán)的運動密封；設(shè)置有配合部的密封施壓件與密封環(huán)槽形直角外壁的配合，可以形成至少1到線密封和1道面密封，適用于密封環(huán)與釜體靜密封；密封環(huán)雙向槽的設(shè)計，進一步增加了密封的效率；進一步的，高純度銅的材料使用，保證了在高溫階段密封面無雜質(zhì)晶體析出，免除了微滲漏的可能。

本申請適用于實驗室內(nèi)各種涉及高溫高壓釜體及其密封，如生排烴熱模擬系統(tǒng)、成巖模擬系統(tǒng)等。使用環(huán)境條件為：溫度0～700℃，流體壓力0～150MPa，流體相態(tài)可以是液體或氣體。動密封效果可以達到20次以上的軸向位移，密封效果保持時間在20天以上，效果為壓降小于1000帕。本申請的密封環(huán)及套件可以應(yīng)用于任何需要密封的低溫和高溫、高壓的腔體設(shè)備中。

本說明書中的上述各個實施方式均采用遞進的方式描述，各個實施方式之間相同相似部分相互參照即可，每個實施方式重點說明的都是與其他實施方式不同之處。

以上所述僅為本實用新型的幾個實施方式，雖然本實用新型所揭露的實施方式如上，但所述內(nèi)容只是為了便于理解本實用新型而采用的實施方式，并非用于限定本實用新型。任何本實用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實用新型所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實施方式的形式上及細節(jié)上作任何的修改與變化，但本實用新型的專利保護范圍，仍須以所附權(quán)利要求書所界定的范圍為準。