CN109654242A - 高压角式节流阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高压角式节流阀，包括阀杆、阀芯组件、阀座、套筒和角式的阀体，阀芯组件、阀座和套筒设于阀体内，阀座同轴设于套筒下方；套筒上环向设有至少两纵列节流孔，至少部分纵列的部分节流孔在纵向错开；阀杆的下端伸进阀体内与阀芯组件连接，通过使阀芯组件在套筒内上下移动，选择需要开启的节流孔数；密封轴套与阀座之间的密封面具有2°‑5°的角度差形成线密封；联轴套与阀杆螺纹连接且插销防转，阀杆的销孔设计成U型槽，既避免了销孔加工精度和安装难度过高的问题，又能实现阀杆可在联轴套内可以上下移动调整位置。本发明设计合理、结构简单、节流效果好、性能稳定、使用寿命长、安全可靠，能实现高精度调节，且能切断介质关闭流体通路。

Description

高压角式节流阀

技术领域

本发明涉及阀门技术领域，尤其涉及高压角式节流阀。

背景技术

节流阀是钻井井控管汇中的关键设备，是通过改变节流截面积来控制流体流量的。传统节流阀的启闭件大多为圆锥流线型，通过阀杆带动阀芯上下移动改变阀芯与阀座之间的截面积实现液体的流量控制，由于介质在节流阀芯与阀座之间流速很大尤其是在小缝隙下节流，缝隙越小流速越大，易产生涡流(即所谓汽蚀现象)，对阀芯、阀座冲蚀、磨损很大，且易产生振动，导致流量控制不太稳定，阀芯与阀杆连接处易弯曲折断，给井控带来很大的安全隐患。传统节流阀调节精度不高，密封面易冲蚀，密封性差，不能作切断介质用。

发明内容

本发明旨在提供高压角式节流阀，调节精度更高，且可避免降低阀芯的强度。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

高压角式节流阀，包括阀杆、阀芯组件、阀座、套筒和角式的阀体，所述阀芯组件、阀座和套筒设于阀体内，阀座同轴设于套筒下方，

所述套筒上环向设有至少两纵列节流孔，至少部分纵列的部分节流孔在纵向错开；所述阀杆的下端伸进阀体内与阀芯组件连接，通过使阀芯组件在套筒内上下移动，选择需要开启的节流孔数。

进一步的，每纵列的节流孔数量不同，数量最多的纵列的最下端节流孔的位置低于其余纵列的最下端节流孔位置。

进一步的，套筒上设有六纵列节流孔，其中两纵列有5个节流孔；其余四个纵列分别有4个、3个、2个、1个节流孔。

进一步优选地，有5个节流孔的其中一个纵列的最下端节流孔的位置低于其余纵列的最下端节流孔位置；

阀门从关闭到完全开启过程中，节流孔的打开数量依次为1个、2个、3个、5个、7个、9个、11个、14个、17个、20个。

进一步的，所述阀芯组件包括阀芯和密封轴套，所述阀杆与阀芯固接，所述密封轴套与阀芯连接；密封轴套的外径与套筒内径适配，通过使密封轴套在套筒内上下移动，选择需要开启的节流孔数；密封轴套与阀座之间构成差角密封副。

优选地，密封轴套与阀座密封面处的锥角差为2°-5°。

进一步的，阀座与阀体之间采用45°角的斜面进行面密封。

进一步的，阀芯上周向均匀设置有多个压力平衡孔，压力平衡孔纵向贯穿阀芯。

进一步的，高压角式节流阀还包括联轴套、支架、手轮和联轴套螺母，所述联轴套装在支架内，联轴套与联轴套螺母螺旋传动，联轴套螺母与手轮连接；

所述阀杆与联轴套螺纹连接，阀杆上端开有U型槽，联轴套上设有横向设有销孔，插销装在销孔和U型槽中，销孔和U型槽均与插销过盈配合。

进一步的，高压角式节流阀还包括轴套和压盖，所述阀座、套筒、轴套从下往上依次装在阀体中并由压盖压紧，压盖与阀体螺纹联接；

所述阀杆与压盖之间设有两组唇形密封圈和一组编织填料，编织填料位于两组唇形密封圈上方；

套筒与轴套之间、套筒与阀体之间，压盖与阀体、阀座与阀体之间、阀芯组件与轴套之间均设置有唇形密封圈。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1，本发明中节流孔设置于套筒上，避免了降低阀芯强度，同时可保证介质流通通道不随阀门开启与关闭过程中发生改变，避免阀门产生振动，提高稳定性；且部分纵列的部分节流孔纵向错开，采用选择而非上下升降的方式控制流量，精度更高；

2，阀杆与压盖、套筒与轴套之间、套筒与阀体之间，压盖与阀体、阀座与阀体之间、阀芯组件与轴套之间的密封副相互配合，形成一个整体的密封系统，保证了密封性能；

3，阀杆销孔不采用常规的圆孔设计，而是设计成U型槽，既避免了销孔加工精度和安装难度过高的问题，又能实现阀杆在联轴套内可以上下移动调整位置；

4，密封轴套与阀座之间的密封面具有2°-5°的角度差形成线密封；且可降低密封面研磨精度要求，缩短研磨时间，又可避免线密封的密封环线冲蚀加快的情况发生。

附图说明

图1是本发明的主视全剖图；

图2是套筒、阀座与密封轴套密封部位的示意图；

图3是阀座与阀体密封部位的示意图；

图4是阀杆多重密封结构的示意图；

图5是套筒上节流孔的周向示意图；

图6是节流孔A与节流孔B的纵向示意图；

图7是节流孔D的纵向示意图；

图8是节流孔C的纵向示意图；

图9是节流孔E的纵向示意图；

图10是节流孔F的纵向示意图；

图11是阀杆顶部的结构示意图；

图12是阀杆与联轴套销连接示意图；

图13是阀杆与阀芯组件的结构示意图；

图14是本发明的侧视半剖图；

图中：1-阀体、2-阀座、3-套筒、4-密封轴套、5-轴套、6-轴套压环、7-阀杆、8-阀芯、9-压盖、10-填料压盖、11-联轴套、12-支架、13-手轮、14-联轴套螺母、15-手操器、16-透明板、17-插销、18-填料压盖压片、19-唇形密封圈、20-节流孔A、21-节流孔B、22-节流孔C、23-节流孔D、24-节流孔E、25-节流孔F、26-压力平衡孔、71-U型槽。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。

如图1所示，本发明公开的高压角式节流阀，包括阀杆7、阀芯组件、阀座2、套筒3、联轴套11、支架12、手轮13、联轴套螺母14、轴套5、压盖9和角式的阀体1，阀座2、套筒3、轴套5从下往上依次装在阀体1中并由压盖9压紧，压盖9与阀体1螺纹联接。

如图1、2所示，套筒3上环向设有至少两纵列节流孔，至少部分纵列的部分节流孔在纵向错开；阀杆7的下端伸进阀体1内与阀芯组件连接，通过使阀芯组件在套筒3内上下移动，选择需要开启的节流孔数，改变流通面积，来实现控制流体流量。

优选地，每纵列的节流孔数量不同，数量最多的纵列的最下端节流孔的位置低于其余纵列的最下端节流孔位置。或者如图5-10所示，套筒3上设有六纵列节流孔，其中两纵列分别有5个节流孔A20和5个节流孔B21；其余四个纵列分别有4个节流孔D23、3个节流孔C22、2个节流孔F25、1个节流孔E24。且

最下端的节流孔B21的位置低于其余纵列的最下端节流孔位置。随着阀门的逐渐打开，节流孔打开的数量会逐渐增多。本实施方式中阀门从关闭到完全开启过程中，节流孔的打开数量依次为1个、2个、3个、5个、7个、9个、11个、14个、17个、20个，阀门从关闭到完全打开，节流孔增加的数量几乎呈线性变化，调节精度更高。

本发明中阀门结构为内套式结构，密封轴套4为运动件，套筒3为固定件，节流孔设置在固定件之上，可保证介质流通通道不随阀门开启与关闭过程中发生改变，避免阀门产生振动，提高稳定性，同时也避免降低密封轴套4的零件强度。当然，当阀门结构改为外套式结构时，节流孔也应相应改为布置于固定件密封轴套上。

如图13所示，阀芯组件包括阀芯8、密封轴套4和轴套压环6，阀芯8和轴套压环6将密封轴套4夹紧固定，阀杆7与阀芯8固接；密封轴套4的外径与套筒3内径适配，通过使密封轴套4在套筒3内上下移动，选择需要开启的节流孔数。阀芯8上周向均匀设置有4-8个压力平衡孔26，压力平衡孔26纵向贯穿阀芯8，可保证阀杆7带动密封轴套4开启与关闭通路时上下压力保持平衡，同时也能减小阀杆7振动。

如图2所示，密封轴套4与阀座2之间构成差角密封副。当角度差过小，会导致密封面研磨精度要求太高，且研磨时间加长，难度高；当角度差过大，会导致线密封的密封环线冲蚀加快。所以本实施方式中密封轴套4与阀座2密封面处的锥角差为2°-5°，该角度差下综合性能最佳。基于此，阀座密封面的锥角为40°-45°，密封轴套密封面的锥角为38°-43°。阀座2与密封轴套4材料选用钨基合金具有较高的硬度和耐磨特性，装配之前应该将密封轴套4和阀座密封面配合起来进行充分研磨，使得密封面紧密贴合，保证密封效果。

又如图3所示，本实施方式中阀座2与阀体1之间采用45°角的斜面进行面密封。装配时阀座2与阀体1密封面也需要进行充分研磨，且加装唇形密封圈19进行辅助密封，使密封效果更可靠。当阀体中腔压力不断升高时，阀座与阀体密封面则压的越紧，且唇形密封圈19唇口张开幅度越大，密封效果越好。

现有阀门的阀杆长度过长，为了保证阀杆刚度和强度，因此常常把阀杆直径设计的过大。针对此情况，本发明增设联轴套结构，可大大缩短阀杆长度，使得阀杆刚度得到提高，阀杆直径减小，同时阀杆振动减小，不易发生弯曲折断。如图1所示，联轴套11装在支架12内，支架12顶部固接有手操器15，联轴套螺母14装在手操器15内，手操器15与联轴套螺母14之间设有轴承，联轴套11与联轴套螺母14螺旋传动，联轴套螺母14与手轮13连接。

如图11、12所示，阀杆7与联轴套11螺纹连接，阀杆7上端开有U型槽71，联轴套11上设有横向设有销孔，插销17装在销孔和U型槽71中，销孔和U型槽71均与插销17过盈配合。本发明中联轴套11与阀杆7螺纹连接，插销17防转，阀杆7的销孔不采用常规的圆孔设计，而是设计成U型槽，既避免了销孔加工精度和安装难度过高的问题，又能实现阀杆7可在联轴套11内可以上下移动调整位置。

如图1、14所示，支架12处设有透明板16，透明板16处安装有行程刻度牌，指针可以指示阀门全开与全关位置线，当需要调节流量大小，可以通过指示牌直观的表现出来。

如图1、3、4所示，阀杆7与压盖9之间设有两组唇形密封圈19和一组编织填料，编织填料位于两组唇形密封圈19上方。上一组唇形密封圈19由填料压盖10压紧，编织填料设于填料压盖10与阀杆7之间，编织填料由填料压盖压片18密封压紧，填料压盖压片18与填料压盖10通过同枚螺栓与压盖9固接。

阀杆7处采用两组唇形密封圈19，加一组编织填料形成多重密封，同时套筒3与轴套5之间、套筒3与阀体1之间，压盖9与阀体1、阀座2与阀体1之间、阀芯组件与轴套5之间均设置有唇形密封圈19，保证流体介质在阀门通道内不会发生外漏。且阀座与阀体之间，既有唇形密封圈又有金属硬密封，形成双重密封副，保证流体介质在阀门通道内不会发生内漏，综上所有密封副形成该阀门的一整套密封系统，充分保证密封效果。

本发明设计合理、结构简单、节流效果好、性能稳定、使用寿命长、安全可靠，能实现高精度调节，且能切断介质关闭流体通路。

当然，本发明还可有其它多种实施方式，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.高压角式节流阀，其特征在于:包括阀杆、阀芯组件、阀座、套筒和角式的阀体，所述阀芯组件、阀座和套筒设于阀体内，阀座同轴设于套筒下方；

所述套筒上环向设有至少两纵列节流孔，至少部分纵列的部分节流孔在纵向错开；所述阀杆的下端伸进阀体内与阀芯组件连接，通过使阀芯组件在套筒内上下移动，选择需要开启的节流孔数。

2.根据权利要求1所述的高压角式节流阀，其特征在于：每纵列的节流孔数量不同，数量最多的纵列的最下端节流孔的位置低于其余纵列的最下端节流孔位置。

3.根据权利要求1所述的高压角式节流阀，其特征在于：套筒上设有六纵列节流孔，其中两纵列有5个节流孔；其余四个纵列分别有4个、3个、2个、1个节流孔。

4.根据权利要求1或3所述的高压角式节流阀，其特征在于：有5个节流孔的其中一个纵列的最下端节流孔的位置低于其余纵列的最下端节流孔位置；

阀门从关闭到完全开启过程中，节流孔的打开数量依次为1个、2个、3个、5个、7个、9个、11个、14个、17个、20个。

5.根据权利要求1所述的高压角式节流阀，其特征在于：所述阀芯组件包括阀芯和密封轴套，所述阀杆与阀芯固接，所述密封轴套与阀芯连接；密封轴套的外径与套筒内径适配，通过使密封轴套在套筒内上下移动，选择需要开启的节流孔数；密封轴套与阀座之间构成差角密封副。

6.根据权利要求5所述的高压角式节流阀，其特征在于：密封轴套与阀座密封面处的锥角差为2°-5°。

7.根据权利要求1、5或6所述的高压角式节流阀，其特征在于：阀座与阀体之间采用45°角的斜面进行面密封。

8.根据权利要求5所述的高压角式节流阀，其特征在于：阀芯上周向均匀设置有多个压力平衡孔，压力平衡孔纵向贯穿阀芯。

9.根据权利要求1所述的高压角式节流阀，其特征在于：它还包括联轴套、支架、手轮和联轴套螺母，所述联轴套装在支架内，联轴套与联轴套螺母螺旋传动，联轴套螺母与手轮连接；

所述阀杆与联轴套螺纹连接，阀杆上端开有U型槽，联轴套上设有横向设有销孔，插销装在销孔和U型槽中，销孔和U型槽均与插销过盈配合。

10.根据权利要求1所述的高压角式节流阀，其特征在于：它还包括轴套和压盖，所述阀座、套筒、轴套从下往上依次装在阀体中并由压盖压紧，压盖与阀体螺纹联接；

所述阀杆与压盖之间设有两组唇形密封圈和一组编织填料，编织填料位于两组唇形密封圈上方；

套筒与轴套之间、套筒与阀体之间，压盖与阀体、阀座与阀体之间、阀芯组件与轴套之间均设置有唇形密封圈。