CN103953759B - 一种法兰接头铜合金五叶连筋止回阀 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种海上石油钻井平台专用阀门，一种法兰接头铜合金五叶连筋止回阀，包括下法兰头半球壳、上法兰头半球壳、圆筒管和变流道空腔阀芯，下法兰头半球壳上的下四凸耳和上法兰头半球壳上的上四凸耳之间有四组阀壳螺栓螺母组密封定位固定，阀芯下球面上的阀芯环状孔与阀芯上球面上的阀芯圆孔之间为变形流道贯通，变形流道上有五叶导流支撑板；五叶导流支撑板内侧面固定连接在所述的变流道空腔阀芯上的阀芯空腔壁上，五叶导流支撑板外侧面固定连接在所述的变流道空腔阀芯上的外圆内侧壁上；变形流道从阀芯下球面上的阀芯环状孔渐变为阀芯上球面上的阀芯圆孔，确保在变流道空腔阀芯相对于圆筒管做上下移动的同时就能做到单向流通。
Description
技术领域
本发明涉及一种海上石油钻井平台专用阀门，尤其涉及无弹簧等任何阻碍零件的一种法兰接头铜合金五叶连筋止回阀。
背景技术
继1920年委内瑞拉在马拉开波湖利用木制平台钻井，发现了一个大油田后，1922年前苏联在里海巴库油田附近用栈桥进行海上钻探成功。1936年以后，美国又在墨西哥湾的海上开始钻第一口深井，1938年建成世界上最早的海洋油田。20世纪40～60年代，随着焊接技术和钢铁工业的发展，相继出现了钢质固定平台、坐底式平台、自升式平台等钻井装置，使海上油气开采扩大到30米水深的海域。1950年，出现了移动式海洋钻井装置，大大提高了钻井效率。1951年，沙特阿拉伯发现了世界上最大的海上油田。20世纪60年代后，随着电子计算机技术和造船、机械工业的发展，建成各种大型复杂的海上钻井、采集、储输设施，促进了海上油气开采的迅速发展。目前世界上有近千座海上石油钻井平台，遍及世界各大洋。墨西哥湾是世界上钻井最活跃的近海区域，目前作业的就有19000多口井，随之而来的海上油井事故也频频发生。
众所周知，海上石油钻井平台系统每次维修的费用都是惊人的，海水自身含有各种腐蚀性混合物，海上石油钻井平台在使用过程中，原油中含有各种腐蚀性混合物，油田在开采过程中，一般油井产液中都含水以及其他腐蚀性介质，原油中的水，随着原油在加热过程汽化，增加了管路的气相负荷，造成常减压装置操作波动，严重时会造成冲塔事故。原油中的MgC12和CaC12可以水解产生具有腐蚀性的HCl，HCl溶于水中形成盐酸，具有很强的腐蚀作用，造成输送管路系统的腐蚀。原油从油井采出后经输油管道向外输送，任何一次油路维修或更换以及管道堵塞后的清堵花费较高，且长时间影响油井生产。
海上石油钻井平台系统中的任何零部件都要能经得起海水腐蚀，海上石油钻井平台系统管路中必不可少都要用到单向阀来完成整个输送过程，目前使用的单向阀，像：钢球式，阀门式和重力式，存在的主要缺点是：内部由于设置有弹簧致使产生较大的阻力损失。特别是在激流管路中使用，阻尼弹簧一旦不能承受激流冲击发生偏压或失灵，就有可能导致不可预见的事故发生。
无论是海上油井还是陆上油井，众所周知的游梁式抽油装置的突出特征是间隙性做功，因此与之配套管路上单向阀的灵敏度和使用寿命一直来成为该装置的瓶颈技术。
早先的国际专利申请PCT/AU02/00861中，描述了一种单向阀，其传送正压，以防止回流。在这种阀装置中，提供了一滑动柱塞，其与偏压翼片／膜片(web)相连，并且该柱塞的移动使该翼片伸展或收缩。该翼片构成一可变容积腔室的一部分，以保持正压。这种阀以及用于医学领域中的大多数其他单向阀的一个缺点在于，该阀通常包括在打开位置和关闭位置之间滑动的滑动柱塞。该滑动柱塞通常被偏压回关闭位置，导致泄漏。
我国专利申请号：90108376.3单向阀以及申请号：91102122.1低控制压力的顺序液控单向阀等都存在全程要克服复位弹簧阻力。自吸泵等所配套使用的单向阀也都存在全程要克服重力阻力，导致额外增加能耗。
发明内容
本发明的目的是提供一种法兰接头阀体外部由两组螺栓螺母紧固的法兰左半瓦和法兰右半瓦与系统进出管路快捷连接，阀体内部无弹簧等任何阻碍零件的，且移动阀芯采用空腔结构使得移动阀芯整体比重介于海水比重与石油比重之间，工作全程无需额外消耗任何能耗的单向阀。
为了实现上述目的，采用以下技术：一种法兰接头铜合金五叶连筋止回阀，包括下法兰头半球壳、上法兰头半球壳、圆筒管和变流道空腔阀芯，所述的下法兰头半球壳上的圆孔进口管下端有下管端平面，下管端平面上有4至8颗下法兰通孔；所述的上法兰头半球壳上的圆孔出口管上端有上管端平面，上管端平面上有4至8颗上法兰通孔；所述的下法兰头半球壳上的下四凸耳和上法兰头半球壳上的上四凸耳之间有四组阀壳螺栓螺母组密封定位固定，作为改进：所述的下法兰头半球壳上的下内半球面上有下凹圆槽内圆与所述的圆筒管上的圆管外圆之间为过渡配合，所述的下凹圆槽上的下凹槽底平面与所述的圆筒管上的圆管下端面之间为密封接触；所述的上法兰头半球壳上的上内半球面上有上凹圆槽内圆与所述的圆管外圆之间为过渡配合，所述的上凹圆槽上的上凹槽底平面与所述的圆筒管上的圆管上端面之间为密封接触；所述的圆筒管上的圆管内圆与所述的变流道空腔阀芯上的阀芯外圆之间为活动配合，所述的变流道空腔阀芯上的阀芯下球面曲面半径与所述的下内半球面曲面半径相同可吻合，所述的变流道空腔阀芯上的阀芯上球面曲面半径与所述的上内半球面曲面半径相同可吻合；所述的阀芯下球面上的阀芯环状孔与所述的阀芯上球面上的阀芯圆孔之间为变形流道贯通，变形流道上有五叶导流支撑板；所述的五叶导流支撑板内侧面固定连接在所述的变流道空腔阀芯上的阀芯空腔壁上，所述的五叶导流支撑板外侧面固定连接在所述的变流道空腔阀芯上的外圆内侧壁上；所述的五叶导流支撑板上的单叶厚度为所述的阀芯圆孔直径的1/18至1/20；所述的五叶导流支撑板长度为330至350毫米；所述的阀芯空腔壁下端弧面上有工艺螺孔与内六角堵塞的堵塞外螺纹密闭配合形成阀芯内空腔；所述的上内半球面上和所述的下内半球面上均有一层厚度为0.4至0.6毫米的铜合金硬质耐腐材料，所述的铜合金硬质耐腐材料由如下重量百分比的元素组成：Cu:43～44、Ni:15～16、Cr:12～13、Mo:2～3、Cu:5～6、Sn:2～3，余量为Fe及不可避免的杂质；所述杂质的重量百分比含量为：C少于0.05、Si少于0.12、Mn少于0.17、S少于0.006、P少于0.015；所述的圆筒管整体材质采用氧化铈陶瓷，该氧化铈陶瓷以CeO2(氧化铈)为基料，配以矿化剂MgO(氧化镁)、BaCO3(碳酸钡)及结合粘土组成，并且其各组分的重量百分比含量为CeO2：89；MgO：3.6～3.8；BaCO3：3.6～3.8；结合粘土3.5～3.7。
作为进一步改进：所述的下内半球面和所述的上内半球面上的球面半径均为640至660毫米，所述的圆孔进口管和所述的圆孔出口管内径均为100至120毫米。
作为进一步改进：所述的阀芯上球面上有阀芯上密封槽固定着阀芯上密封环，所述的阀芯上密封槽直径大于所述的阀芯圆孔内径23至25毫米，所述的阀芯圆孔内径与所述的圆孔出口管内径相等。
作为进一步改进：所述的阀芯下球面上有阀芯下密封槽固定着阀芯下密封环，所述的阀芯环状孔内环直径比所述的阀芯下密封槽直径大23至25毫米，所述的阀芯环状孔内环直径比所述的圆孔进口管流道直径大47至49毫米。
作为进一步改进：所述的圆管内圆直径为235至245毫米，所述的圆管外圆直径为300至320毫米。
作为进一步改进：所述的阀芯下球面与所述的阀芯上球面之间的最大间距为670至690毫米。
本发明的优点是：
一、本发明中变流道空腔阀芯的变形流道从所述的阀芯下球面上的阀芯环状孔渐变为所述的阀芯上球面上的阀芯圆孔，确保在变流道空腔阀芯相对于圆筒管做上下移动的同时就能做到单向流通。
二、变流道空腔阀芯整体采用空腔结构，上下移动时无需克服重力因素，开启关闭敏捷。结合所述的圆筒管采用铜合金硬质耐腐材料，性能指标稳定，能经得起海水腐蚀，具有良好的耐磨性，确保每年系统设备大检修之前能正常运行；
三、本发明上法兰头半球壳上的圆孔出口管和与下法兰头半球壳上的圆孔进口管系统出管和系统进管之间的连接均采用法兰连接，快捷方便牢固；
四、本发明采用铜合金硬质耐腐材料结合氧化铈陶瓷材料，与常规不锈钢材质对比，腐蚀磨损程度远小于常规不锈钢材质的腐蚀磨损程度。
五、本发明整体部件中无弹簧等任何阻碍零件，整个流道全程无弹簧等可能产生较大阻力损失的中间物体，特别适合在粘液或激流管路中使用；彻底避免了因阻尼弹簧不能承受激流冲击而发生偏压或失灵所导致的意外故障，在很大程度上延长了使用寿命，直接效益和间接效益都很可观。
附图说明
图1是本发明过轴心线的剖面图正向流通状态。
图2是图l中本发明处于反向截止状态。
图3图1中A～A剖视图。
图4是图1或图2中的变流道空腔阀芯10。
图5是图1或图2中的圆筒管20。
具体实施方式
下面结合附图，用实施例对本发明作进一步说明：
图l、图2、图3和图4中，一种法兰接头铜合金五叶连筋止回阀，包括下法兰头半球壳90、上法兰头半球壳80、圆筒管20和变流道空腔阀芯10，所述的下法兰头半球壳90上的圆孔进口管95下端有下管端平面92，下管端平面92上有4至8颗下法兰通孔91；所述的上法兰头半球壳80上的圆孔出口管85上端有上管端平面82，上管端平面82上有4至8颗上法兰通孔81；所述的下法兰头半球壳90上的下四凸耳98和上法兰头半球壳80上的上四凸耳89之间有四组阀壳螺栓螺母组40密封定位固定，作为改进：所述的下法兰头半球壳90上的下内半球面96上有下凹圆槽93内圆与所述的圆筒管20上的圆管外圆23之间为过渡配合，所述的下凹圆槽93上的下凹槽底平面94与所述的圆筒管20上的圆管下端面29之间为密封接触；所述的上法兰头半球壳80上的上内半球面87上有上凹圆槽83内圆与所述的圆管外圆23之间为过渡配合，所述的上凹圆槽83上的上凹槽底平面84与所述的圆筒管20上的圆管上端面28之间为密封接触；所述的圆筒管20上的圆管内圆21与所述的变流道空腔阀芯10上的阀芯外圆12之间为活动配合，所述的变流道空腔阀芯10上的阀芯下球面15曲面半径与所述的下内半球面96曲面半径相同可吻合，所述的变流道空腔阀芯10上的阀芯上球面17曲面半径与所述的上内半球面87曲面半径相同可吻合；所述的阀芯下球面15上的阀芯环状孔19与所述的阀芯上球面17上的阀芯圆孔18之间为变形流道57贯通，变形流道57上有五叶导流支撑板14；所述的五叶导流支撑板14内侧面固定连接在所述的变流道空腔阀芯10上的阀芯空腔壁11上，所述的五叶导流支撑板14外侧面固定连接在所述的变流道空腔阀芯10上的外圆内侧壁13上；所述的五叶导流支撑板14上的单叶厚度为所述的阀芯圆孔18直径的1/18至1/20；所述的五叶导流支撑板14长度为330至350毫米；所述的阀芯空腔壁11下端弧面上有工艺螺孔51与内六角堵塞54的堵塞外螺纹52密闭配合形成阀芯内空腔56；所述的上内半球面87上和所述的下内半球面96上均有一层厚度为0.4至0.6毫米的铜合金硬质耐腐材料，所述的铜合金硬质耐腐材料由如下重量百分比的元素组成：Cu:43～44、Ni:15～16、Cr:12～13、Mo:2～3、Cu:5～6、Sn:2～3，余量为Fe及不可避免的杂质；所述杂质的重量百分比含量为：C少于0.05、Si少于0.12、Mn少于0.17、S少于0.006、P少于0.015；所述的圆筒管20整体材质采用氧化铈陶瓷，该氧化铈陶瓷以CeO2(氧化铈)为基料，配以矿化剂MgO(氧化镁)、BaCO3(碳酸钡)及结合粘土组成，并且其各组分的重量百分比含量为CeO2：89；MgO：3.6～3.8；BaCO3：3.6～3.8；结合粘土3.5～3.7。
作为进一步改进：所述的下内半球面96和所述的上内半球面87上的球面半径均为640至660毫米，所述的圆孔进口管95和所述的圆孔出口管85内径均为100至120毫米。
作为进一步改进：所述的阀芯上球面17上有阀芯上密封槽77固定着阀芯上密封环78，所述的阀芯上密封槽77直径大于所述的阀芯圆孔18内径23至25毫米，所述的阀芯圆孔18内径与所述的圆孔出口管85内径相等。
作为进一步改进：所述的阀芯下球面15上有阀芯下密封槽55固定着阀芯下密封环59，所述的阀芯环状孔19内环直径比所述的阀芯下密封槽55直径大23至25毫米，所述的阀芯环状孔19内环直径比所述的圆孔进口管95流道直径大47至49毫米。
作为进一步改进：所述的圆管内圆21直径为235至245毫米，所述的圆管外圆23直径为300至320毫米。
作为进一步改进：所述的阀芯下球面15与所述的阀芯上球面17之间的最大间距为670至690毫米。
实施例中：
所述的五叶导流支撑板14上的单叶厚度为所述的阀芯圆孔18直径的1/19；所述的上内半球面87上和所述的下内半球面96上均有一层厚度为0.5毫米的铜合金硬质耐腐材料，所述的铜合金硬质耐腐材料由如下重量百分比的元素组成：Cu:43.5、Ni:15.5、Cr:12.5、Mo:2.5、Cu:5.5、Sn:2.5，余量为Fe及不可避免的杂质；所述杂质的重量百分比含量为：C为0.04、Si为0.12、Mn为0.16、S为0.005、P为0.012；所述的圆筒管20整体材质采用氧化铈陶瓷各组分的重量百分比含量为CeO2：89；MgO：3.7；BaCO3：3.7；结合粘土3.6。
所述的下内半球面96和所述的上内半球面87上的球面半径均为650毫米，所述的圆孔进口管95和所述的圆孔出口管85内径均为110毫米。
所述的阀芯上密封槽77直径大于所述的阀芯圆孔18内径24毫米。
所述的阀芯环状孔19内环直径比所述的阀芯下密封槽55直径大24毫米，所述的阀芯环状孔19内环直径比所述的圆孔进口管95流道直径大48毫米。
所述的圆管内圆21直径为240毫米，所述的圆管外圆23直径为310毫米。
所述的阀芯下球面15与所述的阀芯上球面17之间的最大间距为680毫米。
整体组装：
堵塞外螺纹52上涂以密封树脂与工艺螺孔51密闭配合；
分别将阀芯下密封环59放入到阀芯下球面15的阀芯下密封槽55中，将阀芯上密封环78放入到阀芯上球面17的阀芯上密封槽77中；再将变流道空腔阀芯10整体放置在圆筒管20的圆管内圆21内。
让下法兰头半球壳90上的下内半球面96上有下凹圆槽93内圆与圆管外圆23之间为过渡配合，下凹圆槽93上的下凹槽底平面94与圆筒管20上的圆管下端面29之间为密封接触；
让上法兰头半球壳80上的上内半球面87上有上凹圆槽83内圆与圆管外圆23之间为过渡配合，上凹圆槽83上的上凹槽底平面84与圆筒管20上的圆管上端面28之间为密封接触；
下法兰头半球壳90上的下四凸耳98和上法兰头半球壳80上的上四凸耳89之间用四组阀壳螺栓螺母组40密封定位固定。
使用过程：
本发明整体垂直放置，图1中，来自系统进管的原油自下而上流动时，推动变流道空腔阀芯10上移，原油流经阀芯环状孔19所处流道，进入到变形流道57所处流道，再流经阀芯圆孔18所处流道后，流出进入到系统出管。
图2中，来自系统出管的原油因意外情况自上而下逆流时，推动变流道空腔阀芯10下移，阀芯下球面15与下内半球面96贴合，阀芯下球面15上的阀芯下密封环59确保流道被截止关闭。自上而下的原油穿越阀芯圆孔18所处流道，再进入到变形流道57所处流道后被截止住，有效阻止逆流避免了意外事故发生，且工作全程无需再额外消耗任何能耗就能实现单向阀功效。
表1采用本发明的铜合金硬质耐腐材料与常规不锈钢材质的耐腐蚀磨损实验数据对比，可见铜合金硬质耐腐材料的表面粗糙度受损程度远小于常规不锈钢材质的表面粗糙度受损程度。
（表1）铜合金硬质耐腐材料耐磨损实验对照表
表2采用本发明的氧化铈陶瓷材料与常规不锈钢材质的耐腐蚀磨损实验数据对比，可见氧化铈陶瓷材料的腐蚀磨损程度远小于常规不锈钢材质的腐蚀磨损程度。
(表2)氧化铈陶瓷阀芯与常规不锈钢材料阀芯的耐腐蚀磨损实验数据对比
本发明整体部件中无弹簧等任何阻碍零件的，采用变流道空腔阀芯10相对于圆筒管20所做的上下移动就能确保单向流通。结合表1和表2中的对照数据可以得出，本发明能确保每年系统设备大检修之前能正常运行，彻底消除了因单向阀故障影响油田系统管路停止故障的隐患。
Claims (6)
1.一种法兰接头铜合金五叶连筋止回阀，包括下法兰头半球壳（90）、上法兰头半球壳（80）、圆筒管（20）和变流道空腔阀芯（10），所述的下法兰头半球壳（90）上的圆孔进口管（95）下端有下管端平面（92），下管端平面（92）上有4至8颗下法兰通孔（91）；所述的上法兰头半球壳（80）上的圆孔出口管（85）上端有上管端平面（82），上管端平面（82）上有4至8颗上法兰通孔（81）；所述的下法兰头半球壳（90）上的下四凸耳（98）和上法兰头半球壳（80）上的上四凸耳（89）之间有四组阀壳螺栓螺母组（40）密封定位固定，其特征是：所述的下法兰头半球壳（90）上的下内半球面（96）上有下凹圆槽（93）内圆与所述的圆筒管（20）上的圆管外圆（23）之间为过渡配合，所述的下凹圆槽（93）上的下凹槽底平面（94）与所述的圆筒管（20）上的圆管下端面（29）之间为密封接触；所述的上法兰头半球壳（80）上的上内半球面（87）上有上凹圆槽（83）内圆与所述的圆管外圆（23）之间为过渡配合，所述的上凹圆槽（83）上的上凹槽底平面（84）与所述的圆筒管（20）上的圆管上端面（28）之间为密封接触；所述的圆筒管（20）上的圆管内圆（21）与所述的变流道空腔阀芯（10）上的阀芯外圆（12）之间为活动配合，所述的变流道空腔阀芯（10）上的阀芯下球面（15）曲面半径与所述的下内半球面（96）曲面半径相同可吻合，所述的变流道空腔阀芯（10）上的阀芯上球面（17）曲面半径与所述的上内半球面（87）曲面半径相同可吻合；所述的阀芯下球面（15）上的阀芯环状孔（19）与所述的阀芯上球面（17）上的阀芯圆孔（18）之间为变形流道（57）相贯通，所述的变形流道（57）上有五叶导流支撑板（14）；所述的五叶导流支撑板（14）内侧面固定连接在所述的变流道空腔阀芯（10）上的阀芯空腔壁（11）上，所述的五叶导流支撑板（14）外侧面固定连接在所述的阀芯外圆（12）内侧的外圆内侧壁（13）上；所述的五叶导流支撑板（14）上的单叶厚度为所述的阀芯圆孔（18）直径的1/18至1/20，所述的五叶导流支撑板（14）长度为330至350毫米；所述的阀芯空腔壁（11）下端弧面上有工艺螺孔（51）与内六角堵塞（54）的堵塞外螺纹（52）密闭配合形成阀芯内空腔（56）；所述的上内半球面（87）上和所述的下内半球面（96）上均有一层厚度为0.4至0.6毫米的铜合金硬质耐腐材料，所述的铜合金硬质耐腐材料由如下重量百分比的元素组成：Cu:43～44、Ni:15～16、Cr:12～13、Mo:2～3、Cu:5～6、Sn:2～3，余量为Fe及不可避免的杂质；所述杂质的重量百分比含量为：C少于0.05、Si少于0.12、Mn少于0.17、S少于0.006、P少于0.015；所述的圆筒管（20）整体材质采用氧化铈陶瓷，该氧化铈陶瓷以CeO2(氧化铈)为基料，配以矿化剂MgO(氧化镁)、BaCO3(碳酸钡)及结合粘土组成，并且其各组分的重量百分比含量为CeO2：89；MgO：3.6～3.8；BaCO3：3.6～3.8；结合粘土3.5～3.7。
2.根据权利要求1所述的一种法兰接头铜合金五叶连筋止回阀，其特征是：所述的下内半球面（96）和所述的上内半球面（87）上的球面半径均为640至660毫米，所述的圆孔进口管（95）和所述的圆孔出口管（85）内径均为100至120毫米。
3.根据权利要求1所述的一种法兰接头铜合金五叶连筋止回阀，其特征是：所述的阀芯上球面（17）上有阀芯上密封槽（77）固定着阀芯上密封环（78），所述的阀芯上密封槽（77）直径大于所述的阀芯圆孔（18）内径23至25毫米，所述的阀芯圆孔（18）内径与所述的圆孔出口管（85）内径相等。
4.根据权利要求1所述的一种法兰接头铜合金五叶连筋止回阀，其特征是：所述的阀芯下球面（15）上有阀芯下密封槽（55）固定着阀芯下密封环（59），所述的阀芯环状孔（19）内环直径比所述的阀芯下密封槽（55）直径大23至25毫米，所述的阀芯环状孔（19）内环直径比所述的圆孔进口管（95）流道直径大47至49毫米。
5.根据权利要求1所述的一种法兰接头铜合金五叶连筋止回阀，其特征是：所述的圆管内圆（21）直径为235至245毫米，所述的圆管外圆（23）直径为300至320毫米。
6.根据权利要求1所述的一种法兰接头铜合金五叶连筋止回阀，其特征是：所述的阀芯下球面（15）与所述的阀芯上球面（17）之间的最大间距为670至690毫米。
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