CN103939635B - 高温防漏失阀 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高温防漏失阀，包括球形阀芯、阀座和管状阀体，通过阀体连接外部待控制液体管路，阀座包括阀芯座、中间连接环和下接头，阀芯座与中间连接环之间通过第一金属波纹管密封连接，中间连接环与下接头之间通过第二金属波纹管密封连接；当液体压力来自阀体上部时，第一金属波纹管受压伸展，挤压阀芯座对阀芯构成弹性密封；当液体压力来自下接头下部时，第二金属波纹管受压伸展，挤压所述中间连接环进而通过所述阀芯座对阀芯构成弹性密封。本发明的球阀采用金属波纹管作为弹性元件提供初始比压，在预紧力和与流体压力共同作用下，在任何工况下均保持合适的密封比压，保证密封可靠，能够在高温、高压环境下长期安全的工作。

Description

高温防漏失阀
技术领域
本发明涉及一种高温防漏失阀，是用于石油天然气开采领域的一种双向球阀，该高温防漏失阀的密封件全部是金属件，适用于高温、高压的井下环境。
背景技术
在石油天然气开采领域内，井下设备、管道所使用的控制阀以球阀为主，球阀以其密封性好、安全可靠的特点得到广泛应用。
现有的球阀密封一般采用聚四氟乙烯的软密封阀芯座结构，或者采用硬密封加O型圈的阀芯座结构，但是受非金属材料性能限制，这些类型的球阀只能工作在≤200℃的环境下，对于≥250℃的高温井、蒸汽井，上述结构的球阀无法满足使用要求。
现有技术中也有采用金属硬密封结构的管道阀门，此类结构的阀门在高温高压下要达到可靠密封，必须采用较高的密封比压，即较高的预紧力，这样的设计会造成球体与阀座之间摩擦阻力大，球阀启闭力矩大，不适用于井下环境。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种高温防漏失阀，该密封阀内设置有球形阀芯和与其适配的阀座，采用金属波纹管作为弹性元件提供初始比压，在预紧力和与流体压力共同作用下，在任何工况下均保持合适的密封比压，保证密封可靠，能够在高温、高压环境下长期安全的工作。
为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：
高温防漏失阀，包括阀芯、阀座和管状阀体，通过所述阀体连接外部待控制液体管路，所述阀座包括阀芯座、中间连接环和下接头，待控制液体流经由阀体、阀芯、阀芯座、中间连接环和下接头构成的路径。
所述阀芯座与中间连接环之间通过第一金属波纹管密封连接，所述中间连接环与下接头之间通过第二金属波纹管密封连接；所述阀芯、阀芯座、第一金属波纹管、中间连接环、第二金属波纹管和下接头的部分管体位于所述阀体内，所述下接头和阀体密封连接。
当液体压力来自阀体上部时，第一金属波纹管受压伸展，挤压阀芯座对阀芯构成弹性密封；当液体压力来自下接头下部时，第二金属波纹管受压伸展，挤压所述中间连接环进而通过所述阀芯座对阀芯构成弹性密封。
进一步，所述阀芯为球形阀芯，阀芯座设置有适配于阀芯的球面槽。
进一步，所述下接头为阶梯状管体，下接头与中间连接环的相邻端为下接头的前端，前端的外径小于第二金属波纹管的内径，第二金属波纹管包裹前端的管体，第二金属波纹管和前端的管体以及中间连接环之间形成一液压腔室。
进一步，在所述下接头前端的管体上设置有若干个通孔，所述通孔连通所述液压腔室与下接头的流道。
进一步，所述中间连接环呈槽状，下接头前端与中间连接环构成嵌套结构。
进一步，所述阀芯座为阶梯状管体，阀芯座与阀芯接触端的外径大于阀芯座与中间连接环相邻端的外径，阶梯分界面构成液压受力面。
进一步，所述阀芯座与中间连接环的相邻端为阀芯座的后端，后端的外径小于第一金属波纹管的内径，第一金属波纹管包裹后端的管体。
进一步，所述阀芯座与下接头之间设置有防旋装置，该防旋装置包括设置在阀芯座上的轴向凸出部和下接头上的轴向凹槽，所述凸出部和凹槽配合防止阀芯座与下接头之间相对旋转，所述凸出部穿过中间连接环后和凹槽配合。
进一步，所述阀芯座、第一金属波纹管、中间连接环、第二金属波纹管、下接头之间依次采用焊接密封连接，所述阀体和下接头之间采用焊接密封连接。
采用上述结构设置的高温防漏失阀，具有以下优点：
本发明采用金属波纹管作为弹性元件提供初始比压，通过金属波纹管的弹性变形补偿高温引起的热变形，使球阀能够在≤350℃的环境下长期工作，适用绝大部分井下工作环境；同时可以在5000Psi（35MPa）的压力等级下长期工作；采用弹性补偿金属硬密封，在预紧力和流体压力共同作用下在任何工况下均保持合适的密封比压，保证密封可靠，并且球阀双向均能承受5000Psi（35MPa）的压力差。
附图说明
图1为本发明的主视图（局部剖视）；
图2为来本发明的立体图（局部剖视）；
图3为上部加压时本发明的密封原理图；
图4为下部加压时本发明的密封原理图；
图5为图4中的局部放大视图。
图中：1.阀芯；2.阀芯座；2-1.凸出部；3.第一金属波纹管；4.中间连接环；5.第二金属波纹管；6.下接头；6-1.通孔；7.阀体。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达到预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图和较佳实施例，对本发明的结构、特征以及功效详细说明如后。
如图1、图2所示，本发明的高温防漏失阀包括阀芯1、阀座和管状阀体7，通过阀体7连接外部待控制液体管路，所述阀座包括阀芯座2、中间连接环4和下接头6，待控制液体流经由阀体7、阀芯1、阀芯座2、中间连接环4和下接头6构成的路径。附图中箭头A的指向是待控制液体的一种流向，即压力来自下接头6下部，待控制液体还可以沿与箭头A相反的方向流动，即压力来自阀体7上部，如图3中箭头B的指向。
本实施例所采用的阀芯为球形阀芯1，阀芯座2设置有适配于阀芯1的球面槽。当然，本发明的结构形式并不限于球形阀芯，对于其他形式的阀芯同样适用，例如圆柱形阀芯。
如图1所示，阀芯座2与中间连接环4之间通过第一金属波纹管3密封连接，中间连接环4与下接头6之间通过第二金属波纹管5密封连接；阀芯1、阀芯座2、第一金属波纹管3、中间连接环4、第二金属波纹管5和下接头6的部分管体位于阀体7内，下接头6和阀体7之间密封连接，当液体压力来自阀体7上部时，压力通过阀体7与其他部件之间的空隙起作用。
如图1所示，下接头6为阶梯状管体，下接头6与中间连接环4的相邻端为下接头6的前端，前端的外径小于第二金属波纹管5的内径，第二金属波纹管5包裹前端的管体，第二金属波纹管5和前端的管体以及中间连接环4之间形成一液压腔室，当液体压力来自下接头6下部时，压力通过该液压腔室起作用。
如图5所示，在下接头6前端的管体上设置有若干个通孔6-1，通孔6-1连通所述液压腔室与下接头6的流道，待控制液体可以通过通孔6-1进入所述液压腔室。
如图1所示，阀芯座2为阶梯状管体，阀芯座2与阀芯1接触端的外径大于阀芯座2与中间连接环4相邻端的外径，阶梯分界面构成液压受力面。
如图1所示，阀芯座2与中间连接环4的相邻端为阀芯座2的后端，后端的外径小于第一金属波纹管3的内径，第一金属波纹管3包裹后端的管体。
如图3所示，当液体压力来自阀体7内部时，如图3中箭头P的指向，第一金属波纹管3受压伸展，挤压阀芯座2对阀芯1构成弹性密封；如图4所示，当液体压力来自下接头6内部时，如图4中箭头P的指向，第二金属波纹管5受压伸展，挤压中间连接环4进而通过阀芯座2对阀芯1构成弹性密封。
为了优化本发明的结构，如图1所示，中间连接环4呈槽状，下接头6前端与中间连接环4构成嵌套结构，这样设计可以加强控制阀的内部结构。
阀芯座2与下接头6之间设置有防旋装置，该防旋装置包括设置在阀芯座2上的轴向凸出部2-1和下接头6上的轴向凹槽，凸出部2-1和凹槽配合防止阀芯座2与下接头6之间相对旋转，防止传递转矩到金属波纹管，凸出部2-1穿过中间连接环4后和凹槽配合。
本发明各部件均是金属件，他们之间的连接方法是，阀芯座2、第一金属波纹管3、中间连接环4、第二金属波纹管5、下接头6之间依次采用焊接密封连接，阀体7和下接头6之间也采用焊接密封连接。
上面所述只是为了说明本发明，应该理解为本发明并不局限于以上实施例，符合本发明思想的各种变通形式均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.高温防漏失阀，包括阀芯、阀座和管状阀体，通过所述阀体连接外部待控制液体管路，其特征在于，所述阀座包括阀芯座、中间连接环和下接头，待控制液体流经由阀体、阀芯、阀芯座、中间连接环和下接头构成的路径；
所述阀芯座与中间连接环之间通过第一金属波纹管密封连接，所述中间连接环与下接头之间通过第二金属波纹管密封连接；所述阀芯、阀芯座、第一金属波纹管、中间连接环、第二金属波纹管和下接头的部分管体位于所述阀体内，所述下接头和阀体密封连接；
当液体压力来自阀体上部时，第一金属波纹管受压伸展，挤压阀芯座对阀芯构成弹性密封；当液体压力来自下接头下部时，第二金属波纹管受压伸展，挤压所述中间连接环进而通过所述阀芯座对阀芯构成弹性密封。
2.如权利要求1所述的高温防漏失阀，其特征在于，所述阀芯为球形阀芯，阀芯座设置有适配于阀芯的球面槽。
3.如权利要求1所述的高温防漏失阀，其特征在于，所述下接头为阶梯状管体，下接头与中间连接环的相邻端为下接头的前端，前端的外径小于第二金属波纹管的内径，第二金属波纹管包裹前端的管体，第二金属波纹管和前端的管体以及中间连接环之间形成一液压腔室。
4.如权利要求3所述的高温防漏失阀，其特征在于，在所述下接头前端的管体上设置有若干个通孔，所述通孔连通所述液压腔室与下接头的流道。
5.如权利要求3所述的高温防漏失阀，其特征在于，所述中间连接环呈槽状，下接头前端与中间连接环构成嵌套结构。
6.如权利要求1所述的高温防漏失阀，其特征在于，所述阀芯座为阶梯状管体，阀芯座与阀芯接触端的外径大于阀芯座与中间连接环相邻端的外径，阶梯分界面构成液压受力面。
7.如权利要求6所述的高温防漏失阀，其特征在于，所述阀芯座与中间连接环的相邻端为阀芯座的后端，后端的外径小于第一金属波纹管的内径，第一金属波纹管包裹后端的管体。
8.如权利要求1所述的高温防漏失阀，其特征在于，所述阀芯座与下接头之间设置有防旋装置，该防旋装置包括设置在阀芯座上的轴向凸出部和下接头上的轴向凹槽，所述凸出部和凹槽配合防止阀芯座与下接头之间相对旋转，所述凸出部穿过中间连接环后和凹槽配合。
9.如权利要求1所述的高温防漏失阀，其特征在于，所述阀芯座、第一金属波纹管、中间连接环、第二金属波纹管、下接头之间依次采用焊接密封连接，所述阀体和下接头之间采用焊接密封连接。
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