CN109989912A - 用于石油往复泵的一体式阀组 - Google Patents

Abstract

本发明用于石油往复泵的一体式阀组，包括柱状阀体，阀体内上部沿中轴线开有直孔且上部连接上阀盖，直孔下部同轴连通有锥形孔，锥形孔下部连通有台阶孔，台阶孔上段安装有上凡尔体，上凡尔体与下阀盖之间安装有上凡尔弹簧；台阶孔下段连接下阀座，下阀座中间轴线开有锥形孔a，锥形孔a同轴连通直孔a，直孔a安装下凡尔体，下凡尔体与台阶处之间安装有下凡尔弹簧；直孔侧壁开有第一通孔，台阶孔在台阶处上部的侧壁开有第二通孔，台阶处下部的侧壁开有第三通孔，阀体外侧壁中间有一段外径最大段，外径最大段在第一通孔与第二通孔之间。本装置提高了石油往复泵内阀组的拆装效率，同时降低阀箱制造难度，优化阀箱流道，提高阀箱使用寿命。

Description

用于石油往复泵的一体式阀组

技术领域

本发明属于石油、煤层气和页岩气设备技术领域，具体涉及一种用于石油往复泵的一体式阀组。

背景技术

石油往复泵是石油钻采领域的关键和核心装备，可将机械能转化为压力能，用于钻井、固井和压裂等作业。石油往复泵一般分为动力端和液力端，动力端为曲柄连杆结构，将曲轴的旋转运动转化为十字头滑块的直线往复运动，并带动液力端内的活塞或柱塞伸缩。在液力端阀箱内安装有两组单向阀，在活塞或柱塞缩回过程中，吸入单向阀打开，吸入低压流体，在伸出过程中，排出单向阀打开，泵出高压流体。

目前石油往复泵液力端阀箱内的吸入和排出单向阀独立安装，且阀体结构分散。阀箱前端的孔可用于柱塞或活塞的维修，主要是用于吸入单向阀的维修和更换，增大了阀箱厚度。另外，由于需要安装两组阀座，吸入单向阀还需要安装固定弹簧杆，阀箱内部需要加工不同直径圆孔相贯线，还有多个安装大内径段和环槽，为降低应力集中，在制造过程中需要手工打磨，制造工艺复杂、效率低、一致性差。更严重的是，由于阀箱内复杂的流场和交变的压力载荷，流道在流体冲蚀和疲劳综合作用下，阀箱内部高应力区域极易失效，目前页岩气压裂作业阀箱平均寿命仅有250h左右。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于石油往复泵的一体式阀组，解决了现有石油往复泵阀箱拆装不便的问题。

本发明用于石油往复泵的一体式阀组，包括阀体，阀体为柱体，阀体内上部沿中轴线开有直孔，直孔上部螺纹连接上阀盖，直孔下部同轴连通有锥形孔，锥形孔内径大的一端朝上，锥形孔下部连通有台阶孔，台阶孔上段安装有上凡尔体，上凡尔体上部与下阀盖下部之间安装有上凡尔弹簧；

台阶孔下段螺纹连接有下阀座，所述下阀座中间轴线开有锥形孔a，锥形孔a同轴连通直孔a，直孔a上部安装有下凡尔体，下凡尔体上部与台阶孔的台阶处之间安装有下凡尔弹簧；

直孔对应的阀体的侧壁开有至少两个第一通孔，台阶孔的台阶处上部对应的阀体的侧壁开有至少两个第二通孔，台阶孔的台阶处下部对应的阀体的侧壁开有至少两个第三通孔，阀体外侧壁中间有一段外径最大段，外径最大段在第一通孔与第二通孔之间。

上凡尔体为回转体，包括下部的导向支腿a，导向支腿a插入在台阶孔的上段，所述导向支腿a上固接有柱状的密封头，密封头外侧下部设有与锥形孔配合的锥面a，上凡尔体在锥形孔与上阀盖之间活动；下凡尔体为回转体，包括下部的导向支腿b，导向支腿b插入在直孔a上段，所述导向支腿b上固接有柱状的密封头，密封头外侧下部设有与锥形孔a配合的锥面b，下凡尔体在下阀座与台阶处之间活动。

阀体侧壁外径最大段沿周向开有密封沟槽，密封沟槽安装有径向密封圈。

上阀盖远离锥形孔的端面开有螺纹孔，上阀盖靠近锥形孔的端面开有沉槽，上阀盖露出在阀体外的侧壁沿周向开有密封沟槽，所述密封沟槽安装有上密封圈。

第一通孔位于沉槽与锥形孔之间；第三通孔位于台阶处与锥形孔a之间。

下阀座远离锥面a的端面开有密封沟槽，密封沟槽安装有下密封圈。

第一通孔在阀体侧壁周向均布；第二通孔在阀体侧壁周向均布；第三通孔在阀体侧壁周向均布。

本发明的有益效果是，

1.现场检泵方便。在现场进行凡尔更换时，仅需拆解上压紧螺母，通过上阀盖的螺纹孔拔出一体式阀组并替换即可。阀组内元件可在厂内或维修车间内进行拆解更换。

2.阀箱加工简单、寿命提高。阀箱内仅需加工简单圆孔和螺纹，相贯线无流体流动，无磨损，仅需小圆弧平滑过渡即可，无需打磨复杂大过渡圆弧。

3.降低成本。仅需对阀组采用高强度耐磨材料，可降低材料成本。阀箱整体体积减小，进一步降低成本。

附图说明

图1是本发明用于石油往复泵的一体式阀组的总体结构示意图；

图2是本发明用于石油往复泵的一体式阀组的阀体结构示意图；

图3是本发明用于石油往复泵的一体式阀组的下凡尔体的结构示意图；

图4是本发明用于石油往复泵的一体式阀组在阀箱内应用示意图a；

图5是本发明用于石油往复泵的一体式阀组在阀箱内应用示意图b。

图中，1.阀体，11.直孔，13.台阶孔，14.锥形孔，15.台阶处，16.第一通孔，17.第三通孔，18.第二通孔，2.上凡尔体，21.导向支腿a，22.密封锥面a，3.上阀盖，31.螺纹孔，32.沉槽，33.上密封圈，4.上凡尔弹簧，5.下阀座，51.锥形孔a，52.直孔a，53.下密封圈，6.下凡尔体，61.导向支腿b，62.密封锥面b，7.下凡尔弹簧，8.径向密封圈，9.阀箱，91.柱塞，92.上压紧螺母，93.侧压紧螺母，94.密封体，95.高压孔道。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明用于石油往复泵的一体式阀组，如图1及图2所示，包括阀体1，阀体1为柱体，阀体1内上部沿中轴线开有直孔11，直孔11上部螺纹连接上阀盖3，直孔11下部同轴连通有锥形孔14，锥形孔14内径大的一端朝上，锥形孔14下部连通有台阶孔13，台阶孔13上段安装有上凡尔体2，上凡尔体2与锥形孔14之间的锥面接触用来密封组成高压流体排出单向阀密封副，上凡尔体上部与下阀盖3下部之间安装有上凡尔弹簧4，流体向上挤压上凡尔体2，上凡尔体2作用在上凡尔弹簧4，上凡尔弹簧4受力被压缩，锥形孔接触面打开，流体通过，流体的压力减小时，上凡尔弹簧4复位，锥形孔接触面关闭，起到密封作用，直孔11对应的阀体1侧壁开有至少两个第一通孔16，第一通孔16位于沉槽32与锥形孔14之间，第一通孔16在阀体1侧壁周向均布使得流体从阀体1的内腔进入到与阀箱的环腔中是均匀流入而不在环腔中打转。

如图1及图2所示，台阶孔13下段螺纹连接有下阀座5，所述下阀座5中间轴线开有锥形孔a51，锥形孔a51同轴连通直孔a52，直孔a52上部安装有下凡尔体6，下凡尔体6与锥形孔a51之间的锥面接触用来密封组成低压流体流入单向阀密封副，下凡尔体6上部与台阶孔13的台阶处15之间安装有下凡尔弹簧7，台阶孔13的台阶处15上部对应的阀体1侧壁开有至少两个第二通孔18，第二通孔18的数量是2个同轴的大通孔，也可以是多个小通孔，第二通孔18在阀体1侧壁周向均布使得流体从阀体1的内腔进入到与阀箱的环腔中是均匀流入而不在环腔中打转，台阶孔13的台阶处15下部对应的阀体1侧壁开有至少两个第三通孔17，第三通孔17位于台阶处15与锥形孔a51之间，第三通孔17在阀体1侧壁周向均布使得流体从阀体1的内腔进入到与阀箱的环腔中是均匀流入而不在环腔中打转。

如图1及图2所示，阀体1外侧壁中间有一段外径最大段，外径最大段在第一通孔16与第二通孔18之间，阀体1侧壁外径最大段沿周向开有密封沟槽，密封沟槽安装有径向密封圈8，外径最大段是与所装配的阀箱的内径相配合，连同锥形孔14与上凡尔体2的密封锥面a21一起将进油腔与排油腔隔开，下阀座5到阀体1外径最大处以及上凡尔体2与锥形孔14形成进油腔，上阀盖3到阀体1外径最大处以及上凡尔体2与锥形孔14形成排油腔。

如图1及图3所示，上凡尔体2为回转体，包括下部的导向支腿a21，导向支腿a21插入在台阶孔13的上段，所述导向支腿a21上固接有柱状的密封头，密封头外侧下部设有与锥形孔14配合的锥面a22，锥形孔14与锥面a22间隙配合使得上凡尔体2的导向支腿a21在台阶孔13上段内有良好的导向作用，上凡尔体2在锥形孔14与上阀盖3之间活动；下凡尔体6为回转体，包括下部的导向支腿b61，导向支腿b61插入在直孔a52上段，所述导向支腿b61上固接有柱状的密封头，密封头外侧下部设有与锥形孔a51配合的锥面b22，锥形孔a51与锥面b22间隙配合使得下凡尔体6的导向支腿b61在直孔52内有良好的导向作用，下凡尔体6在下阀座5与台阶处15之间活动，上凡尔体2和下凡尔体6和现有通用结构和规格类似，具有互换性。

如图1所示，阀体1侧壁外径最大处沿周向开有密封沟槽，密封沟槽安装有径向密封圈8，径向密封圈8使得阀体1外壁最大内径与阀箱内壁进行严格密封，严格隔开进油腔与排油腔。上阀盖3远离锥形孔14的端面开有螺纹孔31，螺纹孔31可以是螺纹盲孔或螺纹通孔，可用于拉拔一体式阀组或安装测压接头，上阀盖3露出在阀体1外的侧壁沿周向开有密封沟槽，密封沟槽安装有上密封圈33，上阀盖3靠近锥形孔14的端面开有沉槽32。下阀座5远离锥形孔a51的端面开有密封沟槽，密封沟槽安装有下密封圈53。

如图4所示，本发明用于石油往复泵的一体式阀组的工作过程，一体式阀组安装在阀箱9内，通过上压紧螺母92固定，阀箱侧面可有侧压紧螺母93及密封体94单一用于柱塞91的更换，随着阀箱内柱塞91的拉出，阀箱9内形成真空区即第二通孔18处形成真空区，下凡尔弹簧7压缩，下凡尔体6向靠近第二通孔18方向运动，下凡尔体6的密封锥面b62与下阀座5的锥形孔a51相分离，低压流体从阀箱9下部经下阀座5的直孔a52流入阀箱9中间腔内，完成低压流体吸入动作，与此同时上凡尔弹簧4复位，上凡尔体2的密封锥面a22与锥形孔14紧密接触呈闭合状态；随着柱塞的压入，一体式阀组的下凡尔体6在下凡尔弹簧7作用下复位，腔内流体压力升高，推动一体式阀组的上凡尔体2向上运动，上凡尔弹簧4压缩，上凡尔体2的密封锥面a22与锥形孔14相分离，阀箱的内腔流体经阀体1中空柱体的中间通道及第一通孔16及一体式阀组和阀箱在上部形成的环腔进入阀箱横向布置的的高压孔道95，实现高压流体的排出动作，与此同时，下凡尔弹簧7复位，下凡尔体6向远离锥形孔a51的方向运动，下凡尔体6的密封锥面b62与下阀座5的锥形孔a51相紧密接触呈闭合状态。随着阀箱中柱塞的拉出与压入循环，循环实现高压流体的吸入与排出动作。

如图5所示，用于石油往复泵的一体式阀组的阀体1的两个第二通孔18孔道开的较大，柱塞可以从中穿过，可不影响阀箱整体长度，用于替换用阀箱。

用于石油往复泵的一体式阀组，提高了石油往复泵内阀组的拆装效率，同时降低阀箱制造难度，优化阀箱流道，有助于提高阀箱使用寿命。

Claims (7)

1.用于石油往复泵的一体式阀组，其特征在于，包括阀体(1)，阀体(1)为柱体，阀体(1)内上部沿中轴线开有直孔(11)，直孔(11)上部螺纹连接上阀盖(3)，所述直孔(11)下部同轴连通有锥形孔(14)，锥形孔(14)内径大的一端朝上，锥形孔(14)下部连通有台阶孔(13)，台阶孔(13)上段安装有上凡尔体(2)，上凡尔体上部与下阀盖(3)下部之间安装有上凡尔弹簧(4)；

台阶孔(13)下段螺纹连接有下阀座(5)，所述下阀座(5)中间轴线开有锥形孔a(51)，锥形孔a(51)同轴连通直孔a(52)，直孔a(52)上部安装有下凡尔体(6)，下凡尔体6上部与台阶孔(13)的台阶处(15)之间安装有下凡尔弹簧(7)；

直孔(11)对应的阀体(1)侧壁开有至少两个第一通孔(16)，台阶孔(13)的台阶处(15)上部对应的阀体(1)的侧壁开有至少两个第二通孔(18)，台阶孔(13)的台阶处(15)下部对应的阀体(1)侧壁开有至少两个第三通孔(17)，阀体(1)外侧壁中间有一段外径最大段，外径最大段在第一通孔(16)与第二通孔(18)之间。

2.如权利要求1所述的用于石油往复泵的一体式阀组，其特征在于，所述上凡尔体(2)为回转体，包括下部的导向支腿a(21)，导向支腿a(21)插入在台阶孔(13)的上段，所述导向支腿a(21)上固接有柱状的密封头，密封头外侧下部设有与锥形孔(14)配合的锥面a(22)，上凡尔体(2)在锥形孔(14)与上阀盖(3)之间活动；所述下凡尔体(6)为回转体，包括下部的导向支腿b(61)，导向支腿b(61)插入在直孔a(52)上段，所述导向支腿b(61)上固接有柱状的密封头，密封头外侧下部设有与锥形孔a(51)配合的锥面b(22)，下凡尔体(6)在下阀座(5)与台阶处(15)之间活动。

3.如权利要求1或2所述的用于石油往复泵的一体式阀组，其特征在于，所述阀体(1)侧壁外径最大段沿周向开有密封沟槽，密封沟槽安装有径向密封圈(8)。

4.如权利要求1或2所述的用于石油往复泵的一体式阀组，其特征在于，所述上阀盖(3)远离锥形孔(14)的端面开有螺纹孔(31)，所述上阀盖(3)靠近锥形孔(14)的端面开有沉槽(32)，所述上阀盖(3)露出在阀体(1)外的侧壁沿周向开有密封沟槽，所述密封沟槽安装有上密封圈(33)。

5.如权利要求4所述的用于石油往复泵的一体式阀组，其特征在于，所述第一通孔(16)位于沉槽(32)与锥形孔(14)之间；所述第三通孔(17)位于台阶处(15)与锥形孔a(51)之间。

6.如权利要求1或2所述的用于石油往复泵的一体式阀组，其特征在于，所述下阀座(5)远离锥面a(51)的端面开有密封沟槽，密封沟槽安装有下密封圈(53)。

7.如权利要求1或2所述的用于石油往复泵的一体式阀组，其特征在于，所述第一通孔(16)在阀体(1)侧壁周向均布；所述第二通孔(18)在阀体(1)侧壁周向均布；所述第三通孔(17)在阀体(1)侧壁周向均布。