CN102162532A - 一种低温高压压力平衡式旋塞阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低温高压压力平衡式旋塞阀。该低温高压压力平衡式旋塞阀由支承座和位于该支承座之上的阀主体部组成，其中，阀主体部包括阀体和顶盖，在阀体内，在垂直方向上设有内腔，内腔内安装有旋塞，在旋塞的下方还设有球体，并且在长度方向上设有可供液体流通的中间通道，在顶盖安装有止回阀、注脂阀、阀杆和填料箱，阀杆与旋塞连接，通过阀杆的旋转能够带动旋塞将中间通道开启或者关闭，止回阀设置在阀杆与旋塞之间，以用于防止上腔压力回流，安装在顶盖的注脂阀贯通到内腔，以用于填注润滑脂，顶盖的上方还安装有平键。本发明能够达到有效的密封，实现小力矩开启，此外，密封面堆焊特殊合金，实施金属硬密封，保证了密封的持久性。

Description

一种低温高压压力平衡式旋塞阀

技术领域

本发明涉及一种低温高压压力平衡式旋塞阀(以下，也简称为旋塞阀)，特别涉及一种用于24″-900Lb以上低温高压压力平衡式、金属硬密封，耐腐蚀的各种型号的大口径低温高压压力平衡式金属硬密封旋塞阀。

背景技术

旋塞阀是关闭件或柱塞形的旋转阀，通过旋转一定的角度使阀塞上的通道口与阀体上的通道口一致或错开，实现开启或关闭的一种旋塞阀。旋塞阀的阀塞的形状可呈圆柱形或圆锥形。在圆柱形阀塞中，通道一般成矩形。而在锥形阀塞中，通道呈梯形。这些形状使旋塞阀的结构变得轻巧，但同时也产生了一定的损失。旋塞阀最适于作为切断和接通介质以及分流等工作，也可以依据适用的性质和密封面的耐冲蚀性，有时也可用于节流。

由于旋塞阀密封面之间的运动带有擦拭作用，而在全开时可完全防止与流动介质的接触，故它通常也能用于带悬浮颗粒的介质。旋塞阀的另一个重要特性时它易于适应多通道结构，以致一个阀可以获得两个、三个，甚至四个不同的流道。这样可以简化管道系统的设计、减少旋塞阀用量以及设备中需要的一些连接配件。

旋塞阀是使用最早的一种旋塞阀，结构简单、开关迅速、流体阻力小。普通旋塞阀靠精加工的金属塞体与阀体间的直接接触来密封，所以密封性较差，启闭力大，容易磨损，通常只能用于低一定压力和小口径的场合。

为了减少常规硬密封旋塞阀的力矩，常采用压力平衡式旋塞阀。压力平衡式旋塞阀除具有常规油润滑旋塞阀的特点外，还有很多特点。压力平衡式旋塞阀的旋塞锥体的安装方式为倒装。旋塞锥体的上部有一止回阀。在旋塞阀关闭时，由于旋塞锥体上下截面积差，注入的高压密封油使塞体受到向上的提升力，使塞体和旋塞阀的密封面能更好的密封。在旋塞阀开启瞬间，阀体下腔的压力与管道的介质压力平衡，上腔的高压密封油使塞体受到向下的推力，而使旋塞锥体与阀体密封面间出现微小间隙，旋转塞体时的力矩将有效减少，也可保护密封副。在高温工况下，旋塞的热膨胀可通过其升降来吸收，避免密封副楔死。油润滑硬密封旋塞阀，虽然采用油润滑能适当减少启闭力矩，但却可能对介质形成污染。

在石油工业领域油田开采，普遍采用地下输水(海水)增压技术，而且输水工程中必须有高压疏水阀。目前广泛采用大口径闸阀和大口径球阀。闸阀虽具备密封可靠特点，但启闭时间长，操作不灵活，且闸板处于高压状态下容易变形，造成启闭困难，其旋塞阀的使用性能不能长久保持。后期改用大口径球阀，球阀的启闭性能优于闸阀。由于球阀密封设计利用了活塞效应，所以，其密封可靠性好和启闭力矩小，所以在油田注水中得以广泛应用。但油田注水介质为腐蚀性介质，且易含泥沙等杂质。而球阀的密封面仅为球面与阀体密封面环面密封，密封面较小，且其密封副为软密封。经长期高压含杂质的腐蚀介质的浸蚀，阀体体腔和球面沉积大量杂质，启闭过程造成球体密封面损坏，密封性能不能得以长期保持，造成使用成本过高。

鉴于上述两种大口径高压闸阀、球阀使用技术缺陷，市场急待一种密封可靠，启用灵活的大口径高压旋塞阀来替代上述两种旋塞阀。针对市场需求，我公司决定研制一种新型的低温高压大口径耐腐蚀、密封性能好的旋塞阀。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种低温高压压力平衡式旋塞阀，特别涉及一种用于24″-900Lb以上低温高压压力平衡式、金属硬密封，耐腐蚀的各种型式的大口径低温高压压力平衡式金属硬密封旋塞阀。

本发明的低温高压压力平衡式旋塞阀，其由支承座和位于该支承座之上的阀主体部组成，其特征在于：上述阀主体部包括阀体和顶盖，上述阀体内，在垂直方向上设有内腔，上述内腔内安装有旋塞，在旋塞的下方还设有球体，并且在长度方向上设有可供液体流通的中间通道，在顶盖安装有止回阀、注脂阀、阀杆和填料箱，上述阀杆与位于上述阀体的内腔中的上述旋塞连接，通过上述阀杆的旋转能够带动上述旋塞将中间通道开启或者关闭，上述止回阀设置在上述阀杆与上述旋塞之间，以用于防止上述上腔压力回流，安装在上述顶盖的上述注脂阀贯通到上述内腔，以用于填注润滑脂，上述顶盖的上方还安装有平键。

本发明的第二方面的特征在于：上述阀杆与阀体内腔的结合面处设置有推力垫，上述阀体通过内六角圆柱头螺栓连接有接盘，并且上述阀体通过全牙螺柱连接有底盖。

本发明的第三方面的特征在于：上述阀体、上述阀杆和上述旋塞采用合金材料美国产双向不锈钢22Cr5NiMon。国内可以从浙江时代铸造有限公司采购。

本发明的第四方面的特征在于：上述旋塞轴向定位于上述内腔中，在上述阀杆与位于下方的上述球体之间浮动定位，实现上述旋塞的全浮动。

本发明的第五方面的特征在于：上述旋塞呈锥形，上述止回阀安装在上述旋塞的小锥端部，以实现进压保压，在上述旋塞的大锥端部和侧面的规定位置设置有进压和泄荷通道，上述旋塞的锥面上设置有密封面的润滑通道。

本发明的第六方面的特征在于：上述旋塞与上述阀体之间采用金属硬密封，其密封材料为钴铬钨(CoCrW)耐磨耐腐蚀合金，此为本领域常规材料，可以通过商购获得。

本发明的第七方面的特征在于：上述阀杆与上述推力垫组合在一起，使上述低温高压压力平衡式旋塞阀实现压力自密封。

本发明的第八方面的特征在于：上述旋塞与上述阀体、以及上述阀杆与上述阀体的密封面润滑采用耐低温润滑脂。

本发明的低温高压压力平衡式旋塞阀(以下，也简称为旋塞阀)的优点在于，该旋塞阀的设计理论依据在于，综合运用旋塞阀设计中的优化设计方案，即，体现为大口径疏水闸阀其密封面大，利用球阀设计中密封的活塞效应，通过球体浮动使启闭力矩小、启闭灵活等优化设计原理，集中体现在本发明的24″-900Lb低温高压压力平衡式旋塞阀中，克服了旋塞阀启闭力矩大等缺点。由压力平衡设计原理，替代了一般的旋塞阀中为加强密封可靠性而单独设置的旋塞提升和压紧装置，极大地简化了旋塞阀的结构，使操作省时省力。

24″-900Lb低温、高压压力平衡式旋塞阀经试制，性能测试完全符合设计指标，该旋塞阀具有密封性能优良，操作灵活，耐腐蚀等优点，其旋塞阀精度指标得以长久性保持，实为地下深层注水用的新型大口径旋塞阀。

附图说明

图1为表示本发明的低温高压压力平衡式旋塞阀的结构截面图。

图2为表示本发明的低温高压压力平衡式旋塞阀的注脂阀的结构截面图。

附图标记说明：

1-支承座；2-锁紧螺母；3-全牙螺栓；4-全牙螺栓；5-螺母；6-中兰垫片；7-O型图；8-底盖；9-轴；10-O型圈；11-球体；12-旋塞；13-止回阀；14-注脂阀；15-阀杆；16-推力垫；17-O型圈；18-填料箱；19-O型圈；20-垫片；21-内六角圆柱头螺钉；22-全牙螺栓；23-弹簧垫片；24-接盘；25-手动装置；26-平键；27-铭牌；28-铆钉；29-阀体；30-螺柱；31-垫片；32-O型圈；33-防火垫片；34-耐磨垫；35-螺母；36-下腔；37-内腔；38-上腔；39-阀体；40-中间通道；41-顶盖。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。

为结合附图对本发明的低温高压压力平衡式旋塞阀进行说明，特约定底盖(8)端内型腔为下腔36，阀杆15端为上腔38。

本发明的低温高压压力平衡式旋塞阀包括阀体29、接盘24、底盖(8)，通过内六角圆柱头螺栓21、全牙螺柱3、4、螺母5连接组成旋塞阀总体，旋塞阀上端装有压力自密封阀杆15、阀杆上端通过平键26与手动装置25连接，操纵旋塞阀启闭，旋塞阀内腔装有全浮动旋塞12，上端与阀杆15连接，下端开有锥形孔，由全浮动金属球体11实现浮动轴向定位。底盖中心设置螺柱30，将螺柱30通过垫片31和密封O型圈32拧入底盖螺孔中，以实现实施对浮动球体支承和调节。旋塞12上端设置止回阀13，下端中侧均设有泄压孔锥，泄压孔锥表面开有4条脂润滑槽，对上、下密封面实施人工润滑。阀杆15与阀体29内腔的接触面间安装有推力垫16，靠工作介质压力实行自密封。阀杆中部由填料箱18、O型圈17、19、垫片20与阀体连接，形成固定密封。在阀体上端安装有两只强力注脂阀14，通过体外强力注脂，对旋塞阀密封面及阀杆中部密封面实施人工润滑。在接盘的下端安装有防火垫片33。

24″-900Lb低温高压压力平衡式旋塞阀为地下深层注水用大口径旋塞阀。广泛应用于地下深层注水。技术性能要求：口径：24″(600mm)，公称压力：900Lb(15.0Mpa)、强度试验压力：23.3Mpa、密封试验压力：17.1Mpa、气密封试验压力：0.6Mpa、适应温度：-50℃～120℃，适应介质：腐蚀性介质。

为适应技术要求，本发明的低温高压压力平衡式旋塞阀的主体材料选用高强度耐腐蚀特种材料：25Cr5NiMon铸造毛坯，经机械切削、热处理、磨削等综合工艺加工而成。旋塞阀、球阀属于同一类旋塞阀结构，设计标准一样。但该24″-900Lb低温高压压力平衡式旋塞阀是集旋塞阀优化设计理论，在同一种旋塞阀中集中体现出来的。

图1为表示本发明的低温高压压力平衡式旋塞阀的结构截面图，下面根据图1所示对其具体结构进行说明。

本发明的低温高压压力平衡式旋塞阀的主体材料均采用高强度耐腐蚀合金材料：22Cr5NiMon。即阀体29、阀杆15、旋塞12均采用25Cr5NiMon材料，采用这种材料能够有效提高旋塞阀体在工作中的耐腐蚀性能。

旋塞12在内腔为全浮动，依靠工作介质压力使其松开，使开启时力矩小，同样借助介质压力，关闭时使旋塞12的表面与阀体29的密封面压紧使得密封面实现全密封。该旋塞12的压紧和松开均由高压工作状态下的介质压力来完成。该发明中去掉了传统大口径旋塞阀中旋塞12的手动提升和压紧装置，使旋塞阀设计结构简化，操作灵活，省时省力。该装置设计依据同一型腔压力平衡原理来实现，具体结构原理为：

当该旋塞阀处于工作状态时，高压工作介质通过旋塞12的上端孔进入上腔，通过下端的泄压孔进入下腔，使上下腔同时充满同等压强的工作介质。

当旋塞阀关闭时，该旋塞阀的上下腔及旋塞通道均充满同等压强的工作介质。由于旋塞12为锥体，其底部(大锥面)与上端(小锥面)形成压力差，此时下腔压力高于上腔压力，由压力差推动旋塞12向上移动，使旋塞12的密封面与阀体29的密封面压紧达到密封比压要求，形成可靠的密封。

当旋塞阀开启时，旋塞12和中间通道及下腔压力，通过旋塞12预置的泄压通道向旋塞阀出口端迅速泄荷，使这两部分形成低压区，而上腔由于旋塞12上端进压孔处装有止回阀13，上腔仍为高压区，靠上下部压力差，推动旋塞下移，使旋塞12与阀体29的密封面松开，同时上腔通过密封面间隙快速泄荷，使旋塞阀取得较小的开启力矩，开启灵活。

本发明的低温高压压力平衡式旋塞阀采用金属硬密封结构，使该旋塞阀的密封可靠性得以长久保持。具体构成为：

阀体29的密封面、旋塞12的锥面(密封面)均堆焊有高强度耐磨合金材料钴铬钨，经热处理工艺消除内应力，经切削和磨削工艺，使其密封面可靠密封。并且，使用上述工艺形成的密封面，因其密封材料钴铬钨用堆焊工艺与基体金属双向不锈钢形成一体，其两者的结合强度远高于嵌入式密封结构，极大的提高了密封面的可靠性。

合理设置压力平衡系统，使旋塞阀的操作灵活性得以长久保持。关键之处在于在旋塞29设置了保压、泄压系统。具体描述为：

旋塞12上端、下端均开有进压孔，使高压介质能同时进入阀体的上、下型腔，使阀体的上、下型腔均形成等压强的高压区。当旋塞阀关闭时，由上、下底部的压力差，推动旋塞12向上部移动，压紧密封面。为使开启时使旋塞12靠压力差下移，迅速脱离密封面。必须上腔保压而下腔卸压，在旋塞12处设置止回阀13，使上腔压力得以保持。为使中下腔瞬间卸压，在旋塞12处还设置卸压通道。该通道位置必须保证旋塞阀关闭时必须达到密封，但在开启瞬间必须卸压。利用压力平衡原理保证旋塞阀密封可靠，开启灵活。

本发明的低温高压压力平衡式旋塞阀采用压力自密封，以及固定密封的双密封结构装置，有力地保证了旋塞阀的密封性能。具体结构为：

阀杆15与阀体29组合，其与阀体内腔结合部装有推力垫16。当高压介质进入上腔后，高压力推动阀杆15沿轴向上移，压紧推力垫16，使旋塞阀自密封，为加强密封性能，在阀杆15中部设置固定密封，通过接盘24、垫片20用内六角圆柱头螺栓21与阀体连接，形成完整的密封体。

图2为表示本发明的低温高压压力平衡式旋塞阀的注脂阀的结构截面图，下面根据图2所示对其具体结构进行说明。

本发明的低温高压压力平衡式旋塞阀的注脂阀14采用独立结构贯通外部与阀体29的内腔，其用于灌注润滑脂。注脂阀14通过垫片31和O型圈32进行密封，来防止压力泄漏。

在本发明的装置中，由于润滑脂为耐低温润滑脂，以其低温流动性来完成对旋塞阀的密封面的有效润滑。阀杆15中部固定密封面，旋塞阀的密封面之间的润滑均通过采用体外强力注脂阀14进行强力注脂来完成。其旋塞阀的密封面的润滑过程为：靠强力注脂注入上腔38的低温高压润滑脂，经由旋塞12的数条润滑槽，到达底部的环形润滑槽，对该旋塞阀的密封面实施有效润滑，由此能够保证其在低温状态下润滑性能良好。

可全浮动的旋塞12在内腔37中轴向定位，靠浮动阀杆15和底部浮动球体11来实现，既能够保证定位精度，又能够不影响旋塞12的浮动性能。

本发明公开的24″-900Lb低温、高压压力平衡式旋塞阀经试制，性能测试完全符合设计指标，该旋塞阀具有密封性能优良，操作灵活，耐腐蚀等优点，其旋塞阀精度指标得以长久性保持，实为地下深层注水用的新型大口径旋塞阀。

上文所列出的一系列详细说明，仅仅是针对本发明的一个可行性实施例的具体说明，但是该实例并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明的技艺精神所作的等效实施例或变更，例如如等同变化这样的等效性实施例，均应包含于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种低温高压压力平衡式旋塞阀，其由支承座和位于该支承座之上的阀主体部组成，其特征在于：

所述阀主体部包括阀体和顶盖，

所述阀体内，在铅直方向上设有内腔，所述内腔内安装有旋塞，在旋塞的下方还设有球体，并且在长度方向上设有可供液体流通的中间通道，

在顶盖安装有止回阀、注脂阀、阀杆和填料箱，

所述阀杆与位于所述阀体的内腔中的所述旋塞连接，

通过所述阀杆的旋转能够带动所述旋塞将中间通道开启或者关闭，

所述止回阀设置在所述阀杆与所述旋塞之间，以用于防止所述上腔压力回流，安装在所述顶盖的所述注脂阀贯通到所述内腔，以用于填注润滑脂，所述顶盖的上方还安装有平键。

2.根据权利要求1所述的低温高压压力平衡式旋塞阀，其特征在于：

所述阀杆与阀体内腔的结合面处设置有推力垫，所述阀体通过内六角圆柱头螺栓连接有接盘，并且所述阀体通过全牙螺柱连接有底盖。

3.根据权利要求1或2所述的低温高压压力平衡式旋塞阀，其特征在于：

所述阀体、所述阀杆和所述旋塞采用合金材料22Cr5NiMon。

4.根据权利要求3所述的低温高压压力平衡式旋塞阀。其特征在于：

所述旋塞轴向定位于所述内腔中，在所述阀杆与位于下方的所述球体之间浮动定位，实现所述旋塞的全浮动。

5.根据权利要求4所述的低温高压压力平衡式旋塞阀，其特征在于：

所述旋塞呈锥形，所述止回阀安装在所述旋塞的小锥端部，以实现进压保压，在所述旋塞的大锥端部和侧面的规定位置设置有进压和泄荷通道，所述旋塞的锥面上设置有密封面的润滑通道。

6.根据权利要求5所述的低温高压压力平衡式旋塞阀，其特征在于：

所述旋塞与所述阀体之间采用金属硬密封，其密封材料为钴铬钨耐磨耐腐蚀合金。

7.根据权利要求6所述的低温高压压力平衡式旋塞阀，其特征在于：

所述阀杆与所述推力垫组合在一起，使所述低温高压压力平衡式旋塞阀实现压力自密封。

8.根据权利要求7所述的低温高压压力平衡式旋塞阀，其特征在于：

所述旋塞与所述阀体、以及所述阀杆与所述阀体的密封面润滑采用耐低温润滑脂。

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