CN108036071B - 一种防积砂旋塞阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油气田施工作业设备技术领域，具体地说，是一种防积砂旋塞阀，包括阀体、阀盖和设置在阀体内的旋塞杆，阀体和阀盖连接，旋塞杆的下端部和旋塞连接，阀体上端部设置一驱动器，驱动器与阀体连接，驱动器通过平键将扭矩传递给旋塞杆，旋塞外部设置一密封胶芯，密封胶芯的上部设置一活塞，旋塞、旋塞杆和活塞之间形成一环形密封腔体，密封腔体内设置弹簧，活塞、旋塞杆、密封胶芯和旋塞均位于阀体内芯里，阀体内芯与一油道连通，油道内部填充液压油用于驱动活塞的上下运动。本发明密封胶芯和旋塞之间的间隙可调，承压及输送流体的过程中旋塞、密封胶芯及阀体之间没有间隙，避免积砂。

Description

一种防积砂旋塞阀

技术领域

本发明涉及油气田施工作业设备技术领域，具体地说，是一种防积砂旋塞阀。

背景技术

现有的旋塞阀的结构及原理为：现有的旋塞阀起密封作用的零件主要是金属阀体、金属旋塞、金属密封弧片以及非金属密封件，旋塞和密封弧片内侧以及阀体和密封弧片外侧都需要实现密封。阀体、旋塞及密封弧片上均设计有相同尺寸的流道孔，当三者的流道孔轴线共线时，旋塞阀处于开启状态，当旋塞绕其轴线转动90度时，旋塞的流道孔和弧片及阀体的流道孔处于垂直的状态，旋塞阀关闭。

现有旋塞阀存在的缺点及不足之处主要有如下三个：第一、现有旋塞阀的旋塞和密封弧片内侧之间是纯金属密封，为了实现密封，需要保证二者的加工精度极高，加工难度大，成本高，且容易损坏和失效；第二、密封弧片外侧和阀体之间为金属+非金属密封，面临相同的问题；第三、由于现有的旋塞、密封弧片及阀体均为金属，为了实现装配、维修保养及转动，需要保证三者之间留有一定的间隙，这就会导致在使用过程中阀体内部积砂，进而使密封失效，甚至导致整体报废。

随着我国油气田开采量的增高，“工厂式”压裂和“拉链式”压裂等高效压裂施工方式越来越多，并且，为了提高后期的产量，压裂施工的压力越来越高，施工排量也是越来越大，挤入井底的各种压裂砂也会越来越多，这些增产施工工艺都会导致原有旋塞阀的快速积砂、失效，增加施工的成本。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的不足，提供了一种防积砂旋塞阀，与压裂车、直管线、三通接头等配合使用，主要用于输送压裂液等高压流体，主要功能是控制管路的通断，完成油气田增产施工作业。这种旋塞阀通过设计新结构的密封胶芯，实现旋塞、密封胶芯以及阀体之间的间隙可调，解决加工难度高、易损坏和使用过程中易积砂的问题。

解决上述技术问题的技术方案如下：

一种防积砂旋塞阀，包括阀体、阀盖和设置在阀体内的旋塞杆，所述的阀体和阀盖通过螺纹连接，所述的旋塞杆的下端部和圆柱状旋塞连接，所述的阀体上端部设置一驱动器，所述的驱动器与阀体通过螺栓紧固连接，所述的驱动器通过平键与旋塞杆连接，所述的驱动器提供旋转扭矩，驱动器通过平键将扭矩传递给旋塞杆，所述的旋塞外部设置一圆筒状的密封胶芯，所述的密封胶芯的上部设置一活塞，所述的旋塞、旋塞杆和活塞之间形成一环形密封腔体，所述的密封腔体内设置弹簧，所述的弹簧顶在活塞与旋塞之间，所述的活塞、旋塞杆、密封胶芯和旋塞均位于阀体内芯里，所述的阀体内芯与一油道连通，所述的油道端部与直通接头连接，外部液压油通过所述的直通接头输入到油道中，进而进入活塞上部和阀体底面形成的环状空间内，用于驱动活塞运动。

进一步地说，所述的旋塞杆上开设有第三沟槽，用于安装第三O形圈和第三挡圈，所述的活塞的外圆柱面上开设有第一沟槽，用于安装第一O形圈和第一挡圈，所述的第一O形圈的两侧均设置有第一挡圈，用于实现双向防止第一O型圈挤出；所述的活塞的内表面上开设有第二沟槽，第二沟槽用于安装第二O形圈和第二挡圈，所述的第二O形圈的两侧均设置有第二挡圈，用于实现双向防止第二O形圈挤出。

进一步地说，所述的阀盖上端部还开设有第四沟槽，用于安装第四O形圈和第四挡圈，用于防止阀体内芯中输送的高压流体泄漏。

进一步地说，所述的密封胶芯为整体式结构或者分体式结构，所述的密封胶芯由橡胶或工程塑料制成。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种防积砂旋塞阀，采用非金属材质的密封胶芯代替传统的金属密封弧片，且密封胶芯和旋塞之间的间隙可调，承压及输送流体的过程中旋塞、密封胶芯及阀体之间没有间隙，避免积砂。而且本发明将常规的金属密封改为金属与非金属之间的密封，大大降低了密封难度及加工难度。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

图1是本发明的剖面结构示意图；

其中，1为阀体；2为密封胶芯；3为第一O形圈；4为第一挡圈；5为活塞；6为第二O形圈；7为第二挡圈；8为第三O形圈；9为第三挡圈；10为驱动器；11为旋塞杆；12为平键；13为弹簧，14为旋塞，15为直通接头，16为第四挡圈，17为第四O形圈，18为阀盖，19为油道，20为阀体内芯。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示：一种防积砂旋塞阀，包括阀体1、阀盖18和设置在阀体1内的旋塞杆11，阀体1和阀盖18通过螺纹连接，所述的旋塞杆11的下端部和圆柱状旋塞14连接，所述的阀体1上端部设置一驱动器10，所述的驱动器10与阀体1通过螺栓紧固连接，所述的驱动器10通过平键12与旋塞杆11连接，所述的驱动器10提供旋转扭矩，驱动器10通过平键12将扭矩传递给旋塞杆11，所述的旋塞14外部设置一圆筒状的密封胶芯2，所述的密封胶芯2的上部设置一活塞5，所述的旋塞14、旋塞杆11和活塞5之间形成一环形密封腔体，所述的密封腔体内设置弹簧13，所述的弹簧13顶在活塞5与旋塞14之间，所述的活塞5、旋塞杆11、密封胶芯2和旋塞14均位于阀体内芯20里，所述的阀体内芯20与一油道19连通，所述的油道19端部与直通接头15连接，液压油通过所述的直通接头15进入油道19，进而进入活塞5上部和阀体1底面形成的环状空间内，用于驱动活塞5运动。所述的旋塞杆11上开设有第三沟槽，用于安装第三O形圈8、第三挡圈9，所述的活塞5上开设有第一沟槽和第二沟槽，第一沟槽用于安装第一O形圈3和第一挡圈4，所述的第一O形圈3的两侧均设置有第一挡圈4，用于实现双向防止第一O形圈3挤出的功能，同样的，第二沟槽用于安装第二O形圈6和第二挡圈7，所述的第二O形圈6的两侧均设置有第二挡圈7，用于实现双向防止第二O形圈6挤出的功能。所述的阀盖18上端部还开设有第四沟槽，用于安装第四O形圈17和第四挡圈16，用于防止阀体内芯20中的高压流体的泄露。所述的密封胶芯2为整体式结构由橡胶制成。

实施例2：

一种防积砂旋塞阀，包括阀体1、阀盖18和设置在阀体1内的旋塞杆11，阀体1和阀盖18通过螺纹连接，所述的旋塞杆11的下端部和圆柱状旋塞14连接，所述的阀体1上端部设置一驱动器10，所述的驱动器10与阀体1通过螺栓紧固连接，所述的驱动器10通过平键12与旋塞杆11连接，所述的驱动器10提供旋转扭矩，驱动器10通过平键12将扭矩传递给旋塞杆11，所述的旋塞14外部设置一圆筒状的密封胶芯2，所述的密封胶芯2的上部设置一活塞5，所述的旋塞14、旋塞杆11和活塞5之间形成一环形密封腔体，所述的密封腔体内设置弹簧13，所述的弹簧13顶在活塞5与旋塞14之间，所述的活塞5、旋塞杆11、密封胶芯2和旋塞14均位于阀体内芯20里，所述的阀体内芯20与一油道19连通，所述的油道19端部与直通接头15连接，液压油通过所述的直通接头15进入油道19，进而进入活塞5上部和阀体1底面形成的环状空间内，用于驱动活塞5运动。所述的旋塞杆11上开设有第三沟槽，用于安装第三O形圈8、第三挡圈9，所述的活塞5上开设有第一沟槽和第二沟槽，第一沟槽用于安装第一O形圈3和第一挡圈4，所述的第一O形圈3的两侧均设置有第一挡圈4，用于实现双向防止第一O形圈3挤出的功能，同样的，第二沟槽用于安装第二O形圈6和第二挡圈7，所述的第二O形圈6的两侧均设置有第二挡圈7，用于实现双向防止第二O形圈6挤出的功能。所述的阀盖18上端部还开设有第四沟槽，用于安装第四O形圈17和第四挡圈16，用于防止阀体内芯20中的高压流体泄漏。所述的密封胶芯2为分体式结构由工程塑料制成。

本发明的工作过程如下：

阀体1、圆筒状的密封胶芯2、圆柱状的旋塞14、旋塞杆11和阀盖18是本设计的核心零件，起承压和控压的作用。驱动器10位于阀体1的上端，通过螺栓紧固在阀体1上，驱动器10通过平键12将扭矩传递给旋塞杆11，旋塞杆11下端和旋塞14相互连接，旋塞14可以和旋塞杆11一起转动，实现旋塞阀的开启和关闭。

液压油可以通过直通接头15经油道19进入阀体1底部和活塞5顶部共同形成的环形空间内，随着液压油不断进入该环形空间，液压油驱动活塞5向下移动，压紧、压缩密封胶芯2，随着密封胶芯2的压缩，密封胶芯的高度变低，厚度变厚，旋塞14和阀体1之间的间隙被逐渐填满，防止阀腔内部高压介质泄露。活塞5上设计有沟槽，用于安装O形圈3、挡圈4、O形圈6和挡圈7，旋塞杆11上也设计有沟槽，用于安装O形圈8和挡圈9。O形圈3、挡圈4、O形圈6、挡圈7、O形圈8和挡圈9使阀体1、旋塞杆11和活塞5共同形成的环形空间为一密闭空间，防止这一密闭空间中的液压油泄露。当液压油通过直通接头15泄掉之后，弹簧13可以将活塞5弹起，同时密封胶芯2恢复之前的形状，将旋塞14松开，使旋塞14可以轻松的被转动。

阀盖18和阀体1之间通过螺纹连接，且阀盖18上设计有沟槽，用于安装O形圈17和挡圈16，防止阀腔内部的高压流体外漏。

通过液压油驱动活塞5向下移动，压缩、压紧密封胶芯2，随着密封胶芯2的压缩，密封胶芯2的高度变低，厚度变厚，旋塞14和阀体1之间的间隙被逐渐填满，防止阀腔内部高压介质泄露，实现阀门密封。当液压油泄掉之后，弹簧13可以将活塞5弹起，使密封胶芯2恢复之前的形状，将旋塞14松开，使旋塞14可以轻松的被转动。整体实现了间隙可调，即，当需要转动旋塞时，泄掉压力，使阀体1、密封胶芯2和旋塞14之间有间隙，可以轻松转动旋塞；当需要阀体1、密封胶芯2和旋塞14之间没有间隙，满足密封要求时，可以通过向系统中注入液压油，驱动活塞5下移压紧密封胶芯2来实现，由于在这种密封状态下阀体1、密封胶芯2和旋塞14之间没有间隙，可以有效的避免积砂，提升密封效果和使用寿命。

阀体1、圆筒状的密封胶芯2和圆柱状的旋塞14，这三部分是本发明的核心部分，阀体1是主体，用于安装其余零件，并承受内部压力。密封胶芯2和旋塞14是主要的密封件，通过控制加工精度和采用专门的加工工艺，阀体1的内腔的光洁度很高，旋塞14的表面光洁度及表面硬度也很高，这些都是有助于实现密封的要求，密封胶芯在承受轴向压力时，壁厚可以变大，有助于填充阀体1和旋塞14之间的间隙，实现密封和防积砂的功能。

驱动器10可以提供旋转扭矩，驱动器10和旋塞杆11之间通过平键12连接，驱动器的扭矩可以通过平键传递给旋塞杆，进而驱动旋塞14转动。如图1所示状态为旋塞阀的开启状态，当驱动器10工作，输出的扭矩通过平键12传递给旋塞杆11时，旋塞杆11就会将扭矩传递给旋塞14，进而驱动旋塞14转动，当旋塞14转动90度之后，旋塞14上的流道孔和阀体上的流道孔处于相互垂直交错的状态，达到旋塞阀的密封位置。

液压油可以通过直通接头15经油道进入阀体1、旋塞杆11和活塞5共同形成的环形空间内，随着液压油不断进入该环形空间，液压油驱动活塞5向下移动，压紧、压缩密封胶芯2，随着密封胶芯2的压缩，密封胶芯的高度变低，厚度变厚，旋塞14和阀体1之间的间隙被逐渐填满，防止阀腔内部高压介质泄露。活塞5上设计有沟槽，用于安装O形圈3、挡圈4、O形圈6和挡圈7，旋塞杆11上也设计有沟槽，用于安装O形圈8和挡圈9。O形圈3、挡圈4、O形圈6、挡圈7、O形圈8和挡圈9使阀体1、旋塞杆11和活塞5共同形成的环形空间为一密闭空间，防止这一密闭空间中的液压油泄露。当液压油通过直通接头15泄掉之后，弹簧13可以将活塞5弹起，同时密封胶芯2恢复之前的形状，将旋塞14松开，使旋塞14可以轻松的被转动。

以下作为拓展，本发明说明如下：

1、本发明采用整体式密封胶芯，作为对本发明的一种改进，可以将整体式胶芯改为分体式，同样属于本专利欲保护的点。

2、本发明中通过液压油驱动活塞来压紧和压缩密封胶芯，作为对本发明的一种改进，改为机械式、气动式等其他非液压驱动方式来实现相同的功能，同样属于本申请所附权利要求书所限定的范围内。

3、本发明是通过弹簧来驱动活塞上移，实现密封胶芯的复位，同样的，采用其他方式实现这一相同的功能，同样属于本申请所附权利要求书所限定的范围内。

4、本发明中的旋塞为圆柱状设计，密封胶芯为圆筒状设计，阀体内腔也是圆柱状设计，作为一种改进设计，可以将旋塞、密封胶芯和阀体内腔设计为圆锥等非圆柱状的设计，同样属于本申请所附权利要求书所限定的范围内。

5、本发明中的旋塞阀采用驱动器提供旋转扭矩，驱动旋塞转动，作为一种改进设计，将驱动器气动、电动、机械结构等其他形式的驱动方式，同样属于本申请所附权利要求书所限定的范围内。

6、本发明中的阀盖和阀体之间采用螺纹连接，作为一种改进，将螺纹连接改为螺栓紧固等其他连接方式，同样属于本申请所附权利要求书所限定的范围内。

7、本发明中的密封方式，都是采用O形圈+挡圈组合密封的形式，对于本专业的技术人员来说，实现相同的密封，有很多的密封形式，做的其他改动，同样属于本申请所附权利要求书所限定的范围内。

Claims (4)

1.一种防积砂旋塞阀，包括阀体、阀盖和设置在阀体内的旋塞杆，其特征在于，所述的阀体和阀盖通过螺纹连接，所述的旋塞杆的下端部和圆柱状旋塞连接，所述的阀体上端部设置一驱动器，所述的驱动器与阀体通过螺栓紧固连接，所述的驱动器通过平键与旋塞杆连接，所述的驱动器提供旋转扭矩，驱动器通过平键将扭矩传递给旋塞杆，所述的旋塞外部设置一圆筒状的密封胶芯，所述的密封胶芯的上部设置一活塞，所述的旋塞、旋塞杆和活塞之间形成一环形密封腔体，所述的密封腔体内设置弹簧，所述的弹簧顶在活塞与旋塞之间，所述的活塞、旋塞杆、密封胶芯和旋塞均位于阀体内芯里，所述的阀体内芯与一油道连通，所述的油道端部与直通接头连接，外部液压油通过所述的直通接头输入到油道中，进而进入活塞上部和阀体底面形成的环状空间内，用于驱动活塞运动。

2.根据权利要求1所述的防积砂旋塞阀，其特征在于，所述的旋塞杆上开设有第三沟槽，用于安装第三O形圈和第三挡圈，所述的活塞的外圆柱面上开设有第一沟槽，用于安装第一O形圈和第一挡圈，所述的第一O形圈的两侧均设置有第一挡圈，用于实现双向防止第一O型圈挤出；所述的活塞的内表面上开设有第二沟槽，第二沟槽用于安装第二O形圈和第二挡圈，所述的第二O形圈的两侧均设置有第二挡圈，用于实现双向防止第二O形圈挤出。

3.根据权利要求1所述的防积砂旋塞阀，其特征在于，所述的阀盖上端部还开设有第四沟槽，用于安装第四O形圈和第四挡圈，用于防止阀体内芯中输送的高压流体泄漏。

4.根据权利要求1所述的防积砂旋塞阀，其特征在于，所述的密封胶芯为整体式结构或者分体式结构，所述的密封胶芯由橡胶或工程塑料制成。

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