CN108662172A - 一种深水中使用的单向流通自泄放水下闸阀 - Google Patents

Abstract

一种深水中使用的单向流通自泄放水下闸阀，包括阀体、设置在阀体内的阀座、与阀座配合并设置在阀体内的阀板、阀杆、套设在阀杆阀盖、与阀杆螺纹配合并设置在阀盖上方的阀杆螺母、以及套设在阀杆螺母外侧并固定设置在阀盖上的外壳体，通过转动在阀杆螺母带动阀杆沿阀座内上下运动，使阀座内的单向阀体流道上游与下游连通或断开，闸阀还包括连通阀腔与单向阀体流道上游的单向阀、对阀杆螺母的内部进行排压的排压组件，该发明可操作性强、防内外漏密封且具有单向流通压力自泄放功能的水下闸阀，以满足承受外压和高内压的深水工作环境需求。

Description

一种深水中使用的单向流通自泄放水下闸阀

技术领域

本发明涉及闸阀，具体说的是涉及一种适用于深海油气生产井口装置、采油树、管汇系统中，承受高内压、海水外压且具有单向流通自泄放功能的水下闸阀。

背景技术

闸阀是指关闭件（闸板）沿通道轴线的垂直方向移动的阀门，在管路上主要作为切断介质用，即全开或全关使用。一般闸阀不可作为调节流量使用，闸阀流体阻力小、启闭所需力矩较小、结构简单、制造工艺性好、结构长度比较短，因此使用范围很广，它可以适用于低温低压也可以适用于高温高压，并可根据阀门的不同材质用于各种不同的介质。现有闸阀多用于陆上石油化工行业，结构形式有明杆和暗杆两种，闸板类型为单板和双板，平行或者楔式均可。但是陆用闸阀由于其结构的局限性，制约了其在深海油气生产系统中的使用，针对深海油气生产系统需开发新的闸阀产品。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种深水中使用的单向流通自泄放水下闸阀，可操作性强、防内外漏密封且具有单向流通压力自泄放功能的水下闸阀，以满足承受外压和高内压的深水工作环境需求。

为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：一种深水中使用的单向流通自泄放水下闸阀，包括具有单向阀体流道和阀腔的阀体、设置在阀体内的阀座、与阀座配合并设置在阀体内的阀板、一端与阀板连接另一端伸出阀体的阀杆、套设在阀杆上并对阀体的阀腔进行密封的阀盖、与阀杆螺纹配合并设置在阀盖上方的阀杆螺母、以及套设在阀杆螺母外侧并固定设置在阀盖上的外壳体，阀体与阀座之间设有密封组件，通过转动在阀杆螺母带动阀杆沿阀座内上下运动，使阀座内的单向阀体流道上游与下游连通或断开，闸阀还包括连通阀腔与单向阀体流道上游的单向阀、对阀杆螺母的内部进行排压的排压组件，所述的单向阀的进气口与阀腔连通，单向阀的出气口与单向阀体流道上游连通，所述的排压组件包括连通阀杆螺母中腔与外壳体中腔的排气孔A、以及连通外壳体中腔与设置在外壳体外部的压力补偿器一端的排气孔B。

本发明所述的密封组件包括碟形弹簧以及两个背对背设置的弹性密封圈，碟形弹簧贴近阀腔设置，两个弹性密封圈贴近单向阀体流道设置，并设置在阀体与阀座之间开设的梯形槽内。

本发明所述的阀盖与阀体之间包括设置在中间的八角垫环和设置在外圈的O型密封圈，在八角垫环和O型密封圈之间设有检漏孔，检漏孔的一端延伸至阀盖与阀体的连接处，检漏孔的另一端设置有放空螺塞。

本发明所述的阀杆与阀盖之间设有三道密封，最下方的密封为阀杆与阀盖的硬密封，中间的密封为套设在阀盖中腔的阀杆上的弹簧蓄能密封圈组，最上方的密封为同平面设置的内圈弹簧蓄能密封圈和外圈弹簧蓄能密封圈。

本发明所述的闸阀为暗杆闸阀。

本发明有益效果是：

1、在阀腔和单向阀体流道上游之间设有单向阀，当中腔急剧升压时有效保证中腔压力向阀门流动上游端泄压，确保中腔不会出现憋压的现象，通过排压组件将阀杆螺母在运动时产生的压缩空气排出闸阀，从而使内部与个部压力形成一个压力平衡，减少因压力不平衡造成的闸阀损坏，或压力过大运动困难等情况的发生。

2、通过在阀杆与阀盖之间设有三道密封，在深海环境中有效防止内部介质外漏、有效防止海水向阀门内部泄漏。

3、阀座和阀体之间安装有碟形弹簧以及两个背对背设置的弹性密封圈，有效保证在关闭状态时介质不会从下游阀座泄漏。

4、闸阀为暗杆闸阀，有效保证在深海环境中阀杆不会受到海水腐蚀。

附图说明

图1为本发明的剖视结构示意图；

图2为本发明的侧视结构示意图；

图3为本发明的碟形弹簧以及两个背对背设置的弹性密封圈的结构示意图；

图4为本发明的八角垫环和O型密封圈的结构示意图；

图中：1、阀体，2、闸板，3、阀座，4、单向阀，5、阀杆，6、阀盖，7、导向架，8、外圈弹簧蓄能密封圈，9、放空螺塞，10、弹簧蓄能密封圈组，11、填料压环，12、压盖法兰，13、垫环，14、推力圆柱滚子轴承，15、阀杆螺母，16、外壳体，17、O型圈，18、压力补偿器，19、排气孔A，20、排气孔B，21、O型密封圈，22、单向阀体流道，23、阀腔，24、碟形弹簧，25、弹性密封圈，26、八角垫环，27、检漏孔，28、内圈弹簧蓄能密封圈。

具体实施方式

下面结合附图给出发明的较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。这里，将给出相应附图对本发明进行详细说明。需要特别说明的是，这里所描述的优选实施例子仅用于说明和解释本发明，并不用于限制或限定本发明。

如图1、2所示，一种深水中使用的单向流通自泄放水下闸阀，包括具有单向阀体流道22和阀腔23的阀体1、设置在阀体1内的阀座3、与阀座3配合并设置在阀体1内的阀板2、一端与阀板2连接另一端伸出阀体1的阀杆5、套设在阀杆5上并对阀体1的阀腔23进行密封的阀盖6、与阀杆5螺纹配合并设置在阀盖6上方的阀杆螺母15、以及套设在阀杆螺母15外侧并固定设置在阀盖6上的外壳体16，阀体1与阀座3之间设有密封组件，通过转动在阀杆螺母15带动阀杆5沿阀座3内上下运动，使阀座3内的单向阀体流道22上游与下游连通或断开。上述的闸阀结构为通用型闸阀，其连接形式及结构为公知常识，为针对深海油气生产系统需开发新的闸阀产品，考虑到深海环境下阀门受到海水腐蚀、外压及内部高压影响，水下闸阀结构型式多采用暗杆结构且内部介质不允许向外部泄放，由于深海油气生产系统压力大，阀座密封型式采用硬密封结构，闸板型式选用平行式或楔式。

闸板结构设计：闸板采用平板结构，并开有导流通道，通道口径与单向阀体流道孔径一致。

阀杆传动结构设计：水下闸阀阀杆采用暗杆结构，阀杆上部加工成外螺纹结构与阀杆螺母通过螺纹连接；阀杆螺母为中空内螺纹结构，保证阀杆开关阀门具有足够的行程；阀杆螺母底部加装两个推力圆柱滚子轴承，确保受驱动力作用下阀杆螺母与阀杆的传动顺畅；阀杆螺母中腔开有排气孔A，用于阀杆运动过程中排气和压力平衡。

驱动结构设计：阀杆螺母外边装有外壳体，外壳体安装在阀盖上，保证壳体内部零部件不受外部介质腐蚀，外壳体上开有排气孔B。

闸阀还包括连通阀腔23与单向阀体流道22上游的单向阀、对阀杆螺母15的内部进行排压的排压组件。

如图1所示，阀体采用直通式导流通孔（单向阀体流道），在机床上完成加工后对阀体腔壁进行堆焊镍基合金，阀体与阀座配合型式采用对称结构；另外在阀体单向阀体流道22上游与阀腔之间开孔，并安装单向阀；阀盖加工完成后内壁进行堆焊镍基合金。单向阀4的进气口与阀腔23连通，单向阀4的出气口与单向阀体流道22上游连通，当闸板2处于关闭状态时，上游介质产生压力时，在碟形弹簧24预紧力和介质推力作用下，阀座3与闸板2紧密贴合，并且弹性密封圈25在阀体1与阀座3之间形成密封，从而保证介质不会向中腔泄漏；当中腔由于异常情况出现急剧升压时，弹性密封圈25在阀体1与阀座3之间形成密封，阀体1上游单向导流通道与阀腔中腔之间的单向阀4会将压力向上游泄放；从而确保中腔不会出现憋压的现象。

如图1、2所示，排压组件包括连通阀杆螺母15中腔与外壳体16中腔的排气孔A19、以及连通外壳体16中腔与设置在外壳体16外部的压力补偿器18一端的排气孔B20，压力补偿器18的另一端连通外部。当闸板2要进行开启时，需要通过外部力矩转动阀杆螺母15，阀杆螺母15随推力圆柱滚子轴承14（分别安装于阀杆螺母15与外壳体16之间、阀杆螺母15与垫环13之间）一起转动，通过阀杆螺母15与阀杆5之间的螺纹传动带动阀杆5和闸板2向上运动，运动过程会在阀杆螺母15内部产生压缩空气，空气通过气孔A19排放到外壳体16内部，并通过外壳体16上面的排气孔B20进入压力补偿器18，从而与外部压力形成一个压力平衡。

阀座3的阀体之间安装有密封组件，密封组件包括碟形弹簧24以及两个背对背设置的弹性密封圈25，碟形弹簧24贴近阀腔23设置，两个弹性密封圈25贴近单向阀体流道22设置，并设置在阀体1与阀座3之间开设的梯形槽内。水下闸阀采用单平板阀结构，闸板、阀座为浮动式，阀座与闸板之间采用平面硬密封结构；阀座3与阀体1之间加装有蝶形弹簧，提供初始密封力；并采用内径不同的两个弹性密封圈背对背的形式安装于阀体与阀座之间的梯形槽内，形成多重密封。

阀盖6与阀体1之间包括设置在中间的八角垫环26和设置在外圈的O型密封圈21，阀盖与阀体之间密封采用金属八角垫环作为主密封，另外设计有一道O型圈密封作为次级密封；在八角垫环26和O型密封圈21之间设有检漏孔27，检漏孔27的一端延伸至阀盖6与阀体1的连接处，检漏孔27的另一端延伸至阀盖的外壁与外部连通，在不需要检测时在该端密封安放有放空螺塞9。当闸板2处于开启状态时，由于阀体1与阀盖6之间金属八角垫环26和型密封圈21的密封作用阻断介质从阀体1与阀盖6之间向外泄漏；在八角垫环26和型密封圈21之间开有检漏孔27，用来检测八角垫环的密封效果；检验完成后通过放空螺塞9进行密封。

阀杆5与阀盖6之间设有三道密封，有效的保证在深海环境下，闸阀同时承受介质压力和海水外压时的可靠密封，最下方的密封为阀杆5与阀盖6的硬密封，中间的密封为套设在阀盖6中腔的阀杆5上的弹簧蓄能密封圈组10，最上方的密封为同平面设置的内圈弹簧蓄能密封圈28和外圈弹簧蓄能密封圈8。第一道密封通过阀杆与阀盖相匹配形成硬密封，防止闸阀全开状态时流体对密封圈的直接冲蚀；第二道密封采用低逸散泄漏弹簧蓄能密封圈组；第三道密封采用两个弹簧蓄能密封圈，内弹簧蓄能密封圈是介质从阀杆处泄漏的最后防线，外弹簧蓄能密封圈则能有效的阻止填料压环与阀盖处发生泄漏，形成可靠密封。阀杆5与阀盖6之间由于压紧作用形成一道硬密封，阀杆5与阀盖6之间的低逸散泄漏弹簧蓄能密封圈组10、以及填料压环11与阀杆5之间的弹簧蓄能密封圈、阀盖6与填料压环11之间的弹簧蓄能密封圈共同作用阻断介质从阀杆5与阀盖6之间向外泄漏。

本发明主要用于不大于500米水深水下生产系统和井口采油树，单向流通自泄放水下闸阀采用暗杆、平板硬密封结构形式；阀杆密封采用三道密封形式，有效的保证在深海环境下，闸阀同时承受介质压力和海水外压时的可靠密封；同时闸阀上游流道与阀腔之间安装有单向阀保证中腔急剧升压后压力向上游的泄放，有效的控制中腔的压力过高。从而保证水下闸阀在深海油气生产系统中的安全可靠工作。

以上仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制或限定本发明。对于本领域的研究或技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明所声明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种深水中使用的单向流通自泄放水下闸阀，包括具有单向阀体流道（22）和阀腔（23）的阀体（1）、设置在阀体（1）内的阀座（3）、与阀座（3）配合并设置在阀体（1）内的阀板（2）、一端与阀板（2）连接另一端伸出阀体（1）的阀杆（5）、套设在阀杆（5）上并对阀体（1）的阀腔（23）进行密封的阀盖（6）、与阀杆（5）螺纹配合并设置在阀盖（6）上方的阀杆螺母（15）、以及套设在阀杆螺母（15）外侧并固定设置在阀盖（6）上的外壳体（16），阀体（1）与阀座（3）之间设有密封组件，通过转动在阀杆螺母（15）带动阀杆（5）沿阀座（3）内上下运动，使阀座（3）内的单向阀体流道（22）上游与下游连通或断开，其特征在于：闸阀还包括连通阀腔（23）与单向阀体流道（22）上游的单向阀、对阀杆螺母（15）的内部进行排压的排压组件，所述的单向阀（4）的进气口与阀腔（23）连通，单向阀（4）的出气口与单向阀体流道（22）上游连通，所述的排压组件包括连通阀杆螺母（15）中腔与外壳体（16）中腔的排气孔A（19）、以及连通外壳体（16）中腔与设置在外壳体（16）外部的压力补偿器（18）一端的排气孔B（20）。

2.如权利要求1所述的一种深水中使用的单向流通自泄放水下闸阀，其特征在于：所述的密封组件包括碟形弹簧（24）以及两个背对背设置的弹性密封圈（25），碟形弹簧（24）贴近阀腔（23）设置，两个弹性密封圈（25）贴近单向阀体流道（22）设置，并设置在阀体（1）与阀座（3）之间开设的梯形槽内。

3.如权利要求1所述的一种深水中使用的单向流通自泄放水下闸阀，其特征在于：所述的阀盖（6）与阀体（1）之间包括设置在中间的八角垫环（26）和设置在外圈的O型密封圈（21），在八角垫环（26）和O型密封圈（21）之间设有检漏孔（27），检漏孔（27）的一端延伸至阀盖（6）与阀体（1）的连接处，检漏孔（27）的另一端设置有放空螺塞（9）。

4.如权利要求1所述的一种深水中使用的单向流通自泄放水下闸阀，其特征在于：所述的阀杆（5）与阀盖（6）之间设有三道密封，最下方的密封为阀杆（5）与阀盖（6）的硬密封，中间的密封为套设在阀盖（6）中腔的阀杆（5）上的弹簧蓄能密封圈组（10），最上方的密封为同平面设置的内圈弹簧蓄能密封圈（28）和外圈弹簧蓄能密封圈（8）。

5.如权利要求1所述的一种深水中使用的单向流通自泄放水下闸阀，其特征在于：所述的闸阀为暗杆闸阀。