阅读说明：本技术 一种易换芯的超高压防砂旋塞阀 (Ultrahigh-pressure sand-proof plug valve with easily replaced core ) 是由 杨培建 牟乃渠 阳强 于 2019-10-18 设计创作，主要内容包括：一种易换芯的超高压防砂旋塞阀,其特色之处是：旋塞的圆台小端向下,与耐磨衬套中心的圆台孔锥面接触密封；耐磨衬套安装阀体的阀腔中,其外围与阀腔的圆柱孔和两条对称的轴向键槽无间隙配合；阀盖的中心装有阀杆、组合密封件、推力轴承和O型圈,用密封垫环和均布螺钉封盖住阀体的阀腔；旋塞的上端面,用凹陷的键槽与阀杆下端凸起的平键相衔接；在旋塞的上端面与流道孔之间装有一只单向阀,在旋塞的上下两端面之间、流道孔一侧的实体处钻有一个轴向通孔；在阀体和阀盖的一侧外面,分别装有一只与阀腔上下端相通的注脂阀；将阀腔内注满液压油后,实现旋塞阀的自动密封。具有结构简单、加工容易、性能可靠、寿命较长、便于维修等优点。(An ultrahigh pressure sand control plug valve with an easily replaced core is characterized in that: the small end of the circular truncated cone of the cock faces downwards and is in contact sealing with the conical surface of the circular truncated cone hole in the center of the wear-resistant bush; the periphery of the wear-resistant bush is in clearance-free fit with the cylindrical hole of the valve cavity and the two symmetrical axial key grooves; the center of the valve cover is provided with a valve rod, a combined sealing element, a thrust bearing and an O-shaped ring, and a valve cavity of the valve body is sealed by a sealing gasket ring and uniformly distributed screws; the upper end surface of the cock is connected with a convex flat key at the lower end of the valve rod by a concave key groove; a one-way valve is arranged between the upper end surface of the cock and the runner hole, and an axial through hole is drilled between the upper end surface and the lower end surface of the cock and at the entity position on one side of the runner hole; a grease injection valve communicated with the upper end and the lower end of the valve cavity is respectively arranged outside one side of the valve body and one side of the valve cover; after the valve cavity is filled with hydraulic oil, the automatic sealing of the plug valve is realized. The device has the advantages of simple structure, easy processing, reliable performance, longer service life, convenient maintenance and the like.)

一种易换芯的超高压防砂旋塞阀

技术领域

本发明涉及石油、天然气钻采等行业中使用的“旋塞阀”。

背景技术

在油气钻采或压裂作业的管路中，采用旋塞阀替代平板闸阀进行流体的开关控制，具有操作简便、开关迅速、安全风险少等优点。但是，由于以前超高压、大通径的旋塞阀用量不大，有关方面重视研究不够，致使国产的此类旋塞阀产品性能差、故障多。经调查发现，其主要问题：一是用于阀体、弧片和旋塞之间密封的橡胶密封件，在70MPa以上高压力、腐蚀性和含砂多的流体中极易破损；二是不同的流体压力，对现有多重密封结构的旋塞阀，压缩其密封件后所产生的活动间隙大小不一，极易夹砂磨损和流体泄漏；三是现有仿制国外的旋塞阀产品，结构复杂、零部件多、精度很高，一般企业难以保证其制造质量；四是由于现有旋塞阀产品结构复杂、加工困难，致使产品***格居高不下，使用质量和效益较差，抑制了供需双方的产用热情和数量。

发明内容

本发明针对现有旋塞阀存在的问题，进行深入研究和创新设计，提供一种适合在70MPa以上高压或超高压、腐蚀性和含砂流体中使用，易更换磨损的旋塞和衬套，且价廉物美的旋塞阀产品。

本发明由阀体、旋塞、耐磨衬套、单向阀、阀盖、阀杆、推力轴承、垫铁、注脂阀和配套的密封件、联接件所组成，其特色之处是：旋塞的圆台小端向下，与耐磨衬套中心的圆台孔锥面接触密封；耐磨衬套安装阀体的阀腔中，其***与阀腔的圆柱孔和两条对称的轴向键槽无间隙配合；阀盖的中心装有阀杆、组合密封件、推力轴承和O型圈，用密封垫环和均布螺钉封盖住阀体的阀腔；旋塞的上端面，用凹陷的键槽与阀杆下端凸起的平键相衔接；在旋塞的上端面与流道孔之间装有一只单向阀，在旋塞的上下两端面之间、流道孔一侧的实体处钻有一个轴向通孔；在阀体和阀盖的一侧外面，分别装有一只与阀腔上下端相通的注脂阀；将阀腔内注满液压油后，实现旋塞阀的自动密封。

由于本发明在阀体、耐磨衬套和旋塞之间，全部采用无间隙的金属密封，中间没有复杂的多块弧片和其它密封件；所以，不会产生弹性密封件的高压变形、化学腐蚀、间隙泄漏和夹砂磨损等问题，具有结构简单、加工较易、成本较低、性能可靠等优点。在旋塞的上端，用凹陷的键槽与阀杆下端凸起的平键相衔接传递开关力矩；由于键与槽之间存有间隙，可使旋塞自由浮动，以提高密封效果，并可防止阀杆产生偏移力矩。在旋塞的上端面与流道孔之间装有一只单向阀，在旋塞上下端面之间、流道孔的一侧钻有一个轴向通孔，进行阀腔与流道孔之间、阀腔的上下两端之间的压力交流和平衡；既可以防止因内外压力的差异，使旋塞与耐磨衬套之间的密封锥面产生间隙和泄漏；又可以减少因流道孔的超高压力产生的阀门开关阻力。在阀体和阀盖的一侧外面，分别装有一只与阀腔上下端相通的注脂阀，将阀腔内注满液压油后；一能保持旋塞上下两端的压力一致，并利用其面积之差始终压紧耐磨衬套；二能填满阀腔内的空间和缝隙，阻止流体进入阀腔；三能为旋塞与耐磨衬套的密封锥面提供润滑，以减少摩擦阻力。以上的结构要素相互配合，从而保证旋塞阀长期稳定工作，并确保其性能不受流体的压力变化、化学性能、含砂情况的影响。

附图说明

图1为本发明开阀时总体结构全剖视示意图；

图2为本发明图1中A-A处剖视示意图；

图3为本发明图2中阀腔内底部B向示意图。

图中标号所示的零部件名称如下：

1、阀体，2、旋塞，3、耐磨衬套、4、异形密封圈，5、单向阀，6、密封垫环，7、阀盖，8、阀杆，9、组合密封件，10、推力轴承，11、O型圈，12、圆柱头螺钉，13、由壬接头，14、垫铁，15、注脂阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

本发明的主要零部件有：阀体1、旋塞2、耐磨衬套3、单向阀5、阀盖7、阀杆8、推力轴承10、垫铁14和注脂阀15；所用密封件有：异形密封圈4、密封垫环6、组合密封件9和O型圈11；所用联接件有：圆柱头螺钉12和由壬接头13；除异形密封圈4、组合密封件9和O型圈11为非金属的密封件外，其余均为金属零部件。

阀体1是一个三通零件，中间是柱体，柱体内是盲孔阀腔；左右两端伸出的是带颈接头，带颈接头内是与盲孔阀腔垂直交汇的左右流道孔；其中：短的一端带颈接头是加工有外螺纹的母接头，口内装有异形密封圈4；长的一端带颈接头是装有由壬接头13的公接头，均用于联接外来的管道。阀体1中间的盲孔阀腔，为上大下小两个不同直径的台阶孔，在小直径台阶孔的最下边加工有一个较深的退刀槽；在小直径台阶孔与左右流道孔轴线垂直方向的边缘处，对称地加工有两个轴向的开放式键槽，用于阻止耐磨衬套3跟随旋塞2旋转。在阀体1中间柱体的上端环形平面上，加工有垫环槽和均布的螺纹盲孔，以便用密封垫环6和圆柱头螺钉12联接阀盖7等零部件。在阀体1中间柱体下端远离带颈接头的侧壁上，钻有一个与阀腔内退刀槽相通的进口处有螺纹的变径孔，孔中装有注脂阀15。

旋塞2是一个带圆柱短柄的圆台形零件，圆台的腰部加工有一个贯穿的流道孔；圆柱短柄的上端面加工有一个方向与流道孔轴线垂直的键槽、一个与下端面相通的轴向孔和一个与流道孔相通的上口处有螺纹的台阶孔，分别用来衔接阀杆8下端的平键、沟通上下阀腔的压力和安装平衡压力的单向阀5。旋塞2中的上下端面的轴向通孔，位于流道孔的一侧；其上端面的出口位于键槽中。位于旋塞2两端轴线上的两个中心孔，其上端的中心孔内加工有内螺纹，以便于其加工和拆装。在旋塞2圆台的锥形密封面上，均匀地喷焊一层碳化钨硬质合金材料，以提高其耐高压、抗磨损和抗腐蚀的性能。单向阀5由钢球、压缩弹簧和空心螺杆所组成，以旋塞2为阀体，自下而上地安装在旋塞2上端面与流道孔相通的上口处有螺纹的台阶孔中，既可阻止液压油泄漏，又能感受流道孔的压力变化，保持阀内外的压力平衡。

耐磨衬套3是一个空心圆柱体零件，采用YG8钨钴类硬质合金材料模塑烧结而成；其圆柱体的中心是光滑的圆台孔，圆柱体的中部是与圆台孔垂直贯穿的左右流道孔，圆柱体的表面与左右流道孔轴线垂直方向的边缘处、是两条通长的对称凸起的轴向平键。耐磨衬套3的圆柱体直径与阀腔中小直径台阶孔的直径相同，两条凸起的平键尺寸与阀腔中两个轴向开放式键槽尺寸相同，左右流道孔的直径与阀体1的左右流道孔直径相同，装配时采取热胀冷缩工艺，无间隙配合。耐磨衬套3中心的圆台孔能包含旋塞2的圆台，且锥度相同，通过配对研磨，实现密封。

阀盖7是一个平板法兰零件，中间是自下而上逐级扩大的圆柱形台阶孔，依次装有阀杆8、组合密封件9、推力轴承10和O型圈11；下平面切有安装密封垫环6的密封槽，以防阀体1与阀盖7之间产生泄漏；上下平面间加工有多个均布的台阶孔，以便用圆柱头螺钉12与阀体1相联接；在阀盖7的圆周侧壁上，钻有一个与阀腔上端相通的进口处有螺纹的变径孔，孔中装有注脂阀15；在阀盖7的上平面和圆周边上，根据驱动机构的配套要求，还加工有定位的螺纹盲孔和阀门开关指示标志等结构要素。

阀杆8是由大到小四层柱体零件；最下层大圆柱体的底面加工有一条通长的平键，用于向旋塞2传递开关力矩；第二层圆柱体用于安装组合密封件9，以密封与阀盖7之间的缝隙；第三层圆柱体用于安装推力轴承10，以减少阀门开关的摩擦阻力；最上层的小柱体应根据所配套的驱动机构的联接要求进行加工，如加工成“梭柱体、花键柱体、圆柱体加平键”等结构。本发明显示的是与人力转盘杠杆驱动机构相联接的“四梭柱加顶端螺纹孔”的实施例。

垫铁14是一个两端高平齐，中间长凹陷的方形截面柱状零件，两端及下边线全部倒角，其长度等于阀体1中阀腔内两个对称分布的轴向键槽底面的距离，其宽度与轴向键槽的宽度相同，其高度与阀体1中阀腔内的退刀槽高度相同，其尺寸全部采用负公差，通过阀腔内的两个轴向键槽放到阀腔的底部，以限定耐磨衬套3在阀腔中的轴向位置。

本发明中的推力轴承10、O型圈11和圆柱头螺钉12均为标准件，异形密封圈4、密封垫环6、由壬接头13和注脂阀15，均为石油钻采设备中的通用件；其组合密封件9，应根据不同的工作压力，选用不同材料成份和结构形式的阀杆组合密封件，以达到高密封、低阻力、价适中、长寿命的效果。

本发明由于采用YG8钨钴类硬质合金材料制成的耐磨衬套3，并在旋塞2圆台的锥形密封面上喷焊一层碳化钨硬质合金材料，使其具有超长的工作寿命。经长期工作被含砂流体磨损后，先通过注脂阀15排出液压油，拧开圆柱头螺钉12，打开阀盖7，通过旋塞2上面有螺纹的中心孔将其吊出；再用拆装工具深入阀腔底部，从垫铁14的两边钩住耐磨衬套3的底边将其拉出；重新装上新的耐磨衬套3和旋塞2，注入液压油后，又可以长期工作。