CN104989836A - 水下防砂用平板闸阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下防砂用平板闸阀，包括：阀体，其左端形成介质上游流道，所述阀体的右端形成介质下游流道，所述介质上游流道沿介质的流向内径依次呈阶梯状增大，形成多个环形的第一台阶，所述介质下游流道的内径沿介质的流向的反方向依次呈阶梯状增大，依次形成多个环形的第二台阶；第一阀座和第二阀座，所述第一阀座与多个第一台阶配合设置，所述第二阀座与多个第二台阶配合设置。本发明可提高阀座与阀体、阀座与阀板间的密封性，降低水下平板闸阀的启闭扭矩力，极大改善了平板闸阀在含砂油气井的性能，增加了水下平板闸阀的使用寿命。

Description

水下防砂用平板闸阀

技术领域

本发明涉及一种平板闸阀，尤其是一种水下防砂用平板闸阀。

背景技术

随着海洋石油工业技术的发展和海上油田水深的增加，水下生产系统因其自身优势：开发成本低、建设周期短、开发效益高和安全性较高等，已越来越受到世界各国的青睐。水下平板闸阀是水下生产系统的通用部件，也是水下井口装置、水下采油树和水下管汇系统中控制海底油气开关的关键单元设备。其阀座密封的可靠性和稳定性直接影响水下平板闸阀的寿命和开关力矩。

与传统陆用阀门不同，水下平板闸阀设计寿命一般是20年以上，需要满足API 6A、API 17D性能测试要求，目前水下平板闸阀对称结构，一般包括阀体、两个阀座以及闸板，阀板在两个阀座间上下滑动以打开或关闭平板闸阀。但是油气中经常含有砂砾，沙砾容易进入阀体与阀座之间的间隙，沙砾积累过多时，会造成阀座不能浮动，增大平板闸阀开启与关闭扭矩力，加快阀座与阀板间的磨损，缩短平板闸阀的使用寿命。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种水下防砂用平板闸阀，其能够有效阻止油气中的砂砾进入阀座与阀体间隙中，具有很长的使用寿命。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种水下防砂用平板闸阀，包括：

阀体，其左端形成介质上游流道，所述阀体的右端形成介质下游流道，所述介质上游流道沿介质的流向内径依次呈阶梯状增大，形成多个环形的第一台阶，所述介质下游流道的内径沿介质的流向的反方向依次呈阶梯状增大，依次形成多个环形的第二台阶；

第一阀座和第二阀座，所述第一阀座与多个第一台阶配合设置，所述第二阀座与多个第二台阶配合设置。

优选的是，所述的水下防砂用平板闸阀，第一台阶的个数为两个，第二台阶的个数也为两个；

所述第一阀座上形成环形的第一凸台和第二凸台，所述第一凸台外径大于所述第二凸台的外径，所述第一凸台和所述第二凸台分别与两个第一台阶间隙配合；所述第二阀座上形成环形的第三凸台和第四凸台，所述第三凸台的外径大于所述第四凸台的外径，所述第三凸台和所述第四凸台分别与两个第二台阶间隙配合；所述第一凸台的高度面设置有环形的第一凹槽，所述第一凹槽中设置有第一弹性组件，所述第三凸台的高度面上设置有环形的第二凹槽，所述第二凹槽中设置有第二弹性组件，所述第一阀座上中部设置有第一通孔并与所述介质上游流道连通，所述第二阀座中部设置有第二通孔并与所述介质下游流道连通；

所述第一阀座和所述第二阀座之间还插设一阀板，所述阀板表面与所述第一阀座和所述第二阀座均贴合，所述第一弹性组件和所述第二弹性组件分别向所述第一阀座和所述第二阀座施加压迫力，以使所述第一阀座和所述第二阀座均抵压所述阀板，所述阀板中部设置有第三通孔，所述阀板在所述阀体内上下方向滑动以使所述第三通孔与第一通孔和第二通孔同时连通或同时不连通。

优选的是，所述的水下防砂用平板闸阀，所述第一凸台的曲面上设置有环形的第三凹槽，所述第三凹槽内设置有第一密封件，所述第一密封件包括依次设置的第一环状金属垫片、第一环状U型组件和第一环状凸型组件，所述第一环状金属垫片与所述第一环状U型组件的封闭一端紧贴，所述第一环状凸型组件的凸出部伸入所述第一环状U型组件的开放端，且使所述第一环状U型组件的两个侧面分别压迫所述第一台阶的曲面和所述第一凸台；

所述第三凸台的曲面上设置有环形的第四凹槽，所述第四凹槽内设置有第二密封件，所述第二密封件包括依次设置的第二环状金属垫片、第二环状U型组件和第二环状凸型组件，所述第二环状金属垫片与所述第二环状U型组件的封闭一端紧贴，所述第二环状凸型组件的凸出部伸入所述第二环状U型组件的开放端，且使所述第二环状U型组件的两个侧面分别压迫所述第二台阶曲面和所述第三凸台。

优选的是，所述的水下防砂用平板闸阀，所述第一环状U型组件和所述第二环状U型组件的材质均为聚醚醚酮。

优选的是，所述的水下防砂用平板闸阀，所述第一弹性组件和所述第二弹性组件均为波形弹簧。

优选的是，所述的水下防砂用平板闸阀，所述第一通孔、所述第二通孔和所述第三通孔的内径均相等。

优选的是，所述的水下防砂用平板闸阀，所述间隙配合中的间隙为1-2毫米。

优选的是，所述的水下防砂用平板闸阀，还包括：

第一气孔和第二气孔，所述第一气孔开设在所述阀体的上端，所述第二气孔开设在所述阀体的下端，所述第一气孔通过第一软管连通至一充满空气的气囊和所述第二气孔通过第二软管连通至所述气囊所述第一软管和第二软管上均设置有电磁阀；

控制器，其与所电磁阀相连，所述控制器控制所述电磁阀每天开启一次，以使所述气囊向所述阀体内吹气，每次开启5-10秒。

本发明至少包括以下有益效果：

本发明可提高阀座与阀体、阀座与阀板间的密封性，减少砂进入阀座与阀体、阀座与阀板的间隙中，降低水下平板闸阀的启闭扭矩力，极大改善了平板闸阀在含砂油气井的性能，增加了水下平板闸阀的使用寿命。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的第一阀座结构的示意图；

图3为本发明的第二阀座的结构示意图；

图4为本发明的第一密封件的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

图1、图2、图3和图4示出了根据本发明的一种实现形式，其中包括：

阀体1，其左端形成介质上游流道，所述阀体1的右端形成介质下游流道，所述介质上游流道沿介质的流向内径依次呈阶梯状增大，形成多个环形的第一台阶11，所述介质下游流道的内径沿介质的流向的反方向依次呈阶梯状增大，依次形成多个环形的第二台阶12；

第一阀座2和第二阀座3，所述第一阀座2与多个第一台阶11配合设置，所述第二阀座3与多个第二台阶12配合设置。

在上述技术方案中，平板阀的阀体1内部一般形成一个类十字形的腔体，具有上端、下端、左端和右端四个端，介质如油气从阀体1的左端向阀体1的右端移动，这里将阀体1的左端称为介质上游流道，将阀体1的右端称为介质下游流道。在平板阀闸中，阀座与阀体1的密封性和阀座与阀板4的密封性均很重要。在这里，介质上游流道的内径增大，形成多个第一台阶11，介质下游流道中形成多个第二台阶12，这里的第一台阶11和第二台阶12均为环形，具有一个环形的高度面和一个曲面，第一阀座2插入介质上游流道与多个第一台阶11配合，第二阀座3插入介质下游流道与多个第二台阶12配合，这里的配合可以是无间隙配合或小间隙配合，小间隙配合即间隙为0-2毫米。由于具有多个台阶，阀体1与第一阀座2和第二阀座3配合的路径很长，提高了阀座与阀体1间的密封性，油气中的沙砾不容易进入阀座与阀体1的间隙，也不容易在间隙中积累，这使第一阀座2和第二阀座3始终可以浮动，降低了水下平板闸阀的启闭扭矩力。

在另一种实例中，所述的水下防砂用平板闸阀，第一台阶11的个数为两个，第二台阶12的个数也为两个；

所述第一阀座2上形成环形的第一凸台22和第二凸台21，所述第一凸台22外径大于所述第二凸台21的外径，所述第一凸台22和所述第二凸台21分别与两个第一台阶11间隙配合；所述第二阀座3上形成环形的第三凸台32和第四凸台31，所述第三凸台32的外径大于所述第四凸台31的外径，所述第三凸台32和所述第四凸台31分别与两个第二台阶12间隙配合；所述第一凸台22的高度面设置有环形的第一凹槽23，所述第一凹槽23中设置有第一弹性组件231，所述第三凸台32的高度面上设置有环形的第二凹槽33，所述第二凹槽33中设置有第二弹性组件331，所述第一阀座2上中部设置有第一通孔24并与所述介质上游流道连通，所述第二阀座3中部设置有第二通孔34并与所述介质下游流道连通；

所述第一阀座2和所述第二阀座3之间还插设一阀板4，所述阀板4表面与所述第一阀座2和所述第二阀座3均贴合，所述第一弹性组件231和所述第二弹性组件331分别向所述第一阀座2和所述第二阀座3施加压迫力，以使所述第一阀座2和所述第二阀座3均抵压所述阀板4，所述阀板4中部设置有第三通孔，所述阀板4在所述阀体1内上下方向滑动以使所述第三通孔与第一通孔24和第二通孔34同时连通或同时不连通。

在上述技术方案中，提供了第一台阶11和第二台阶12优选的个数，即两个第一台阶11和两个第二台阶12即可提供良好的防沙砾效果。为了与两个第一台阶11和两个第二台阶12配合，第一阀座2上设第一凸台22和第二凸台21，第二阀座3上设第三凸台32和第四凸台31，并在第一凸台22与阀体1间设第一弹性组件231，在第三凸台32与阀体1间设第二弹性组件331，第一阀座2与第二阀座3背向设置，并在中间插入一阀板4，阀板4可以上下滑动，用于将介质上游流道与介质下游流道连通或不连通。阀板4与第一阀座2和第二阀座3均密贴，第一弹性组件231和第二弹性组件331处于压缩状态，给予第一阀座2和第二阀座3相反方向的压迫力，以使阀板4与第一阀座2和第二阀座3始终密贴，保持阀板4与第一阀座2和第二阀座3间紧密的金属密封，加强了阀板4与阀座的密封性，使沙砾无法进入阀座与阀板4间的间隙中而造成表面的磨损，而减少闸阀的使用寿命。因此，在本发明中阀座与阀体1、阀板4与阀体1均保持了良好的密封性。在实际运用中，第一台阶11和第二台阶12的拐角处均设置圆角便于安装。

在另一种实例中，所述的水下防砂用平板闸阀，所述第一凸台22的曲面上设置有环形的第三凹槽25，所述第三凹槽25内设置有第一密封件26，所述第一密封件26包括依次设置的第一环状金属垫片261、第一环状U型组件262和第一环状凸型组件263，所述第一环状金属垫片261与所述第一环状U型组件262的封闭一端紧贴，所述第一环状凸型组件263的凸出部伸入所述第一环状U型组件262的开放端，且使所述第一环状U型组件262的两个侧面分别压迫所述第一台阶11的曲面和所述第一凸台22；

所述第三凸台32的曲面上设置有环形的第四凹槽35，所述第四凹槽35内设置有第二密封件36，所述第二密封件36包括依次设置的第二环状金属垫片、第二环状U型组件和第二环状凸型组件，所述第二环状金属垫片与所述第二环状U型组件的封闭一端紧贴，所述第二环状凸型组件的凸出部伸入所述第二环状U型组件的开放端，且使所述第二环状U型组件的两个侧面分别压迫所述第二台阶12曲面和所述第三凸台32。

这里提供了一种加强第一阀座2和第二阀座3与阀体1之间密封的一种方式，保证水下平板阀闸关闭时的密封性。以第一阀座2为例，在第一凸台22的曲面中设一个第三凹槽25，并在第三凹槽25中放置第一密封件26，该第一密封件26包括第一环状金属垫片261、第一环状U型组件262和第一环状凸型组件263，使用时将第一环状凸型组件263的凸出部伸入第一环状U型组件262，使第一环状凸型组件263的凸出部始终将第一环状U型组件262的两侧紧密挤压在阀体1和第一凸台22上，这里的第一环状U型组件262可以为塑料，具有弹性，实现阀体1的和第一阀座2的非金属密封，进一步加强第一阀座2与阀体1的密封性。同理，第二环状金属垫片、第二环状U型组件和第二环状凸型组件加强了第二阀座3与阀体1的密封性。

在另一种实例中，所述的水下防砂用平板闸阀，所述第一环状U型组件262和所述第二环状U型组件的材质均为聚醚醚酮。聚醚醚酮耐辐照性、绝缘性稳定、耐水解，抗压，耐腐蚀，其制作成的机械零件具有自润滑效果，并具有一定的弹性完全满足U型组件的材质要求。

在另一种实例中，所述的水下防砂用平板闸阀，所述第一弹性组件231和所述第二弹性组件331均为波形弹簧。这里提供了第一弹性组件231和第二弹性组件331优选的方案。

在另一种实例中，所述的水下防砂用平板闸阀，所述第一通孔24、所述第二通孔34和所述第三通孔的内径均相等。第一通孔24、第二通孔34和第三通孔用于导流介质，内径均相等为宜。

在另一种实例中，所述的水下防砂用平板闸阀，所述间隙配合中的间隙为1-2毫米。间隙配合既可以保证第一阀座2和第二阀座3与阀体1具有密封性，又可以使第一阀座2和第二阀座3在阀体1内部可以有一定程度的浮动，减少阀板4与第一阀座2和第二阀座3接触面间的摩擦力，使阀板4在第一阀座2和第二阀座3间的滑动更加容易。

在另一种实例中，所述的水下防砂用平板闸阀，还包括：

第一气孔和第二气孔，所述第一气孔开设在所述阀体1的上端，所述第二气孔开设在所述阀体1的下端，所述第一气孔通过第一软管连通至一充满空气的气囊和所述第二气孔通过第二软管连通至所述气囊所述第一软管和第二软管上均设置有电磁阀；

控制器，其与所电磁阀相连，所述控制器控制所述电磁阀每天开启一次，以使所述气囊向所述阀体1内吹气，每次开启5-10秒。

在上述技术方案中，在类十字形腔体的上端和下端分别开设第一气孔和第二气孔，第一气孔和第二气孔均连通至一气囊，气囊每天向阀体1腔中吹气一次，以将进入阀板4与第一阀座2和第二阀座3间隙和阀体1与第一阀座2和第二阀座3间隙的沙砾吹入介质上游流道或介质下游流道中，避免沙砾在间隙中积累，每天吹气量可根据介质的压力和介质上游流道、介质下游流道的内径来确定。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种水下防砂用平板闸阀，其特征在于，包括：

阀体，其左端形成介质上游流道，所述阀体的右端形成介质下游流道，所述介质上游流道沿介质的流向内径依次呈阶梯状增大，形成多个环形的第一台阶，所述介质下游流道的内径沿介质的流向的反方向依次呈阶梯状增大，依次形成多个环形的第二台阶；

第一阀座和第二阀座，所述第一阀座与多个第一台阶配合设置，所述第二阀座与多个第二台阶配合设置。

2.如权利要求1所述的水下防砂用平板闸阀，其特征在于，第一台阶的个数为两个，第二台阶的个数也为两个；

所述第一阀座上形成环形的第一凸台和第二凸台，所述第一凸台外径大于所述第二凸台的外径，所述第一凸台和所述第二凸台分别与两个第一台阶间隙配合；所述第二阀座上形成环形的第三凸台和第四凸台，所述第三凸台的外径大于所述第四凸台的外径，所述第三凸台和所述第四凸台分别与两个第二台阶间隙配合；所述第一凸台的高度面设置有环形的第一凹槽，所述第一凹槽中设置有第一弹性组件，所述第三凸台的高度面上设置有环形的第二凹槽，所述第二凹槽中设置有第二弹性组件，所述第一阀座上中部设置有第一通孔并与所述介质上游流道连通，所述第二阀座中部设置有第二通孔并与所述介质下游流道连通；

所述第一阀座和所述第二阀座之间还插设一阀板，所述阀板表面与所述第一阀座和所述第二阀座均贴合，所述第一弹性组件和所述第二弹性组件分别向所述第一阀座和所述第二阀座施加压迫力，以使所述第一阀座和所述第二阀座均抵压所述阀板，所述阀板中部设置有第三通孔，所述阀板在所述阀体内上下方向滑动以使所述第三通孔与第一通孔和第二通孔同时连通或同时不连通。

3.如权利要求2所述的水下防砂用平板闸阀，其特征在于，所述第一凸台的曲面上设置有环形的第三凹槽，所述第三凹槽内设置有第一密封件，所述第一密封件包括依次设置的第一环状金属垫片、第一环状U型组件和第一环状凸型组件，所述第一环状金属垫片与所述第一环状U型组件的封闭一端紧贴，所述第一环状凸型组件的凸出部伸入所述第一环状U型组件的开放端，且使所述第一环状U型组件的两个侧面分别压迫所述第一台阶的曲面和所述第一凸台；

所述第三凸台的曲面上设置有环形的第四凹槽，所述第四凹槽内设置有第二密封件，所述第二密封件包括依次设置的第二环状金属垫片、第二环状U型组件和第二环状凸型组件，所述第二环状金属垫片与所述第二环状U型组件的封闭一端紧贴，所述第二环状凸型组件的凸出部伸入所述第二环状U型组件的开放端，且使所述第二环状U型组件的两个侧面分别压迫所述第二台阶曲面和所述第三凸台。

4.如权利要求3所述的水下防砂用平板闸阀，其特征在于，所述第一环状U型组件和所述第二环状U型组件的材质均为聚醚醚酮。

5.如权利要求2所述的水下防砂用平板闸阀，其特征在于，所述第一弹性组件和所述第二弹性组件均为波形弹簧。

6.如权利要求2所述的水下防砂用平板闸阀，其特征在于，所述第一通孔、所述第二通孔和所述第三通孔的内径均相等。

7.如权利要求2所述的水下防砂用平板闸阀，其特征在于，所述间隙配合中的间隙为1-2毫米。

8.如权利要求2所述的水下防砂用平板闸阀，其特征在于，还包括：

第一气孔和第二气孔，所述第一气孔开设在所述阀体的上端，所述第二气孔开设在所述阀体的下端，所述第一气孔通过第一软管连通至一充满空气的气囊和所述第二气孔通过第二软管连通至所述气囊所述第一软管和第二软管上均设置有电磁阀；

控制器，其与所电磁阀相连，所述控制器控制所述电磁阀每天开启一次，以使所述气囊向所述阀体内吹气，每次开启5-10秒。