CN111609175B - 具有泄压功能的球面密封多通阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有泄压功能的球面密封多通阀，包括阀体、阀芯、阀座、介质进管和介质出管，阀芯中段的柱体上位于所有相邻两个径向介质孔之间的位置分别设有径向泄压孔和轴向泄压孔，每一个径向泄压孔的第一端能够与对应的阀座的内端连通，每一个径向泄压孔的第二端与对应的轴向泄压孔的第一端连通，轴向泄压孔的第二端位于阀芯中段的柱体的表面且开口并介质出管的内端连通。本发明通过在阀芯中段的柱体上位于所有相邻两个径向介质孔之间的位置分别设置径向泄压孔和轴向泄压孔，与阀座连通的上游管道因为与介质出管连通而不会产生憋压现象，避免了因上游管道压力过大而导致安全事故的风险。

Description

具有泄压功能的球面密封多通阀

技术领域

本发明涉及一种球面密封多通阀，尤其涉及一种具有泄压功能的球面密封多通阀。

背景技术

多通阀是一种联接控制多路管道的旋转阀，其基本结构是在阀体内安装阀芯，通过手动或电动方式旋转阀芯，实现多个通道的通断控制。

传统多通阀的阀芯一般为转臂结构，这种结构的多通阀存在如下缺陷：阀座长期裸露在介质中，并且是软密封结构，阀座易受损；阀座密封预紧力每过一段时间必须调整，调整需要专用工具，造成停产；转臂上的刮环在清理内腔壁时，如果高度调节不好，如果高度低了，内腔壁刮不干净，如果高度高了，刮环容易刮坏阀座密封面；转臂密封面和阀座的密封面很窄，如果定位不准，容易泄露。总体来说，传统多通阀的转臂阀芯存在密封不严、持久性差的问题。

为了解决上述问题，本申请人已经申请了专利号为“ZL 201920947964.5”、名称为“用于流体控制的多通道选择控制装置”的实用新型专利，该实用新型工作时，阀芯转动过程中，流体可以对阀芯密封面进行自动清洗，从而保证阀芯与阀座之间密封的持续性和可靠性。

但是，上述专利还存在如下缺陷：当阀芯旋转使阀座位于阀芯的两个介质孔之间的位置时（改变需要计量的油气井对应通道时必然存在此问题），阀座被阀芯密封，介质进管的出口被密封，与介质进管连接的上游管道（即连接于油气井和介质进管之间的管道，这里的油气井指石油井、天然气井或油气混合井，下同）容易出现憋压现象，存在因压力过大而导致安全事故的风险；阀座内的通孔为直孔，流体介质通过阀座的通孔后直接冲刷阀芯与阀座之间的密封面，长期使用后容易腐蚀该密封面降低密封效果甚至使密封失效；阀座的密封端与阀芯的介质孔的尺寸一致，要求阀芯旋转的精度较高，增加了控制难度。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种能够避免因憋压引起安全事故的具有泄压功能的球面密封多通阀。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种具有泄压功能的球面密封多通阀，包括阀体、阀芯、阀座、介质进管和介质出管，所述阀芯置于圆管形的所述阀体内，所述阀体的圆周壁上均匀设有多个阀体安装孔，多个所述介质进管的内端分别安装于所述阀体的圆周壁上一一对应的多个所述阀体安装孔内，所述阀芯的中段为柱体且该柱体的外周表面为外凸球形面，所述阀芯中段的柱体上设有在圆周方向均匀分布且与多个所述阀体安装孔一一对应的多个径向介质孔，多个所述阀体安装孔内分别安装有所述阀座，每一个所述阀座的外端分别与对应的所述介质进管的内端密封连接且所述阀座的通孔与对应的所述介质进管的通孔相通，每一个所述阀座的内端分别与所述阀芯中段的柱体的外周表面滑动密封连接且能够与对应的所述径向介质孔的第一端连通，多个所述径向介质孔的第二端与所述介质出管连通；所述阀芯中段的柱体上位于所有相邻两个所述径向介质孔之间的位置分别设有径向泄压孔和轴向泄压孔，每一个所述径向泄压孔的第一端能够与对应的所述阀座的内端连通， 每一个所述径向泄压孔的第二端与对应的所述轴向泄压孔的第一端连通，所述轴向泄压孔的第二端位于所述阀芯中段的柱体的表面且开口并所述介质出管的内端连通。

上述结构中，径向泄压孔和轴向泄压孔设于相邻两个径向介质孔之间的位置，在阀芯旋转并使阀座的内端与对应的相邻两个径向介质孔之间的阀芯表面接触时，阀座的通孔能够通过径向泄压孔和轴向泄压孔与介质出管的内端连通，与阀座连通的上游管道因为与介质出管连通而不会产生憋压现象。

进一步，为了减少流体介质对阀芯与阀座之间密封面的直接冲刷，所述阀座的通孔的中段孔壁或靠近内端的内段孔壁为导流孔壁，所述导流孔壁为圆锥形且该圆锥形的外侧直径大于内侧直径。导流孔壁的作用是对流体介质进行导向，使其具有由周边向中心流动的趋势，从而尽可能将流体介质向径向介质孔的中心位置集中，实现减少直接冲刷阀芯与阀座之间密封面的目的。

作为优选，为了实现较好的导流效果并不影响流通顺畅性，所述导流孔壁与其中心轴线之间的夹角为15-45°。

进一步，为了降低阀芯旋转角度控制精度要求，所述阀座的内端密封区域直径大于与所述阀芯的径向介质孔的直径。这样即使阀芯旋转角度存在2°左右的误差，密封效果依然很好，不存在泄漏问题。

作为优选，所述阀座的内端密封区域直径比所述阀芯的径向介质孔的直径大5mm。

具体地，所述介质出管包括第一介质出管和第二介质出管，所述阀芯中段的柱体的中心位置设有一个轴向中心孔，所述阀芯中段的柱体上围绕所述轴向中心孔均匀设有多个轴向周边孔，所述径向介质孔包括一个长度较长的径向介质长孔和多个长度较短的径向介质短孔，所述径向介质长孔的第二端与所述轴向中心孔的第一端连通，所述轴向中心孔的第二端位于所述阀芯中段的柱体的表面且开口并与所述第一介质出管的内端连通，多个所述径向介质短孔的第二端分别与一一对应的多个所述轴向周边孔的第一端连通，多个所述轴向周边孔的第二端分别位于所述阀芯中段的柱体的表面且开口并与所述第二介质出管的内端连通。

具体地，所述介质进管、所述径向介质孔、所述径向泄压孔和所述轴向泄压孔均为8个，所述径向介质短孔为7个。

本发明的有益效果在于：

本发明通过在阀芯中段的柱体上位于所有相邻两个径向介质孔之间的位置分别设置径向泄压孔和轴向泄压孔，阀座的通孔能够通过径向泄压孔和轴向泄压孔与介质出管的内端连通，与阀座连通的上游管道因为与介质出管连通而不会产生憋压现象，避免了因上游管道压力过大而导致安全事故的风险；通过在阀座的通孔的中段或内段设置导流孔壁，对流体介质进行导向，使其具有由周边向中心流动的趋势，从而尽可能将流体介质向径向介质孔的中心位置集中，实现减少直接冲刷阀芯与阀座之间密封面、延长密封寿命的目的；通过将阀座的内端密封区域直径设计为大于与阀芯的径向介质孔的直径，即使阀芯旋转角度存在一定的误差（±2°左右），密封效果依然很好，不存在泄漏问题，降低了阀芯旋转角度控制精度要求，便于应用。

附图说明

图1是本发明所述具有泄压功能的球面密封多通阀的主视剖视图；

图2是图1中的A-A剖视图；

图3是本发明所述具有泄压功能的球面密封多通阀的阀芯中段的柱体的俯视剖视图，与图2角度相同；

图4是图3中的B-B剖视图；

图5是本发明所述具有泄压功能的球面密封多通阀的阀座的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1-图5所示，本发明所述具有泄压功能的球面密封多通阀包括阀体4、阀芯3、阀座7、介质进管9和介质出管，阀芯3置于圆管形的阀体4内，阀体4的圆周壁上均匀设有多个阀体安装孔（图中未标记），多个介质进管9的内端分别安装于阀体4的圆周壁上一一对应的多个所述阀体安装孔内，阀芯3的中段为柱体且该柱体的外周表面为外凸球形面5，阀芯3中段的柱体上设有在圆周方向均匀分布且与多个所述阀体安装孔一一对应的多个径向介质孔（见下文的径向介质长孔6和径向介质短孔10），多个所述阀体安装孔内分别安装有阀座7，阀座7设有通孔，每一个阀座7的外端分别与对应的介质进管9的内端密封连接且阀座7的通孔与对应的介质进管9的通孔相通，每一个阀座7的内端分别与阀芯3中段的柱体的外周表面滑动密封连接且能够与对应的所述径向介质孔的第一端连通，多个所述径向介质孔的第二端与所述介质出管（见下文的第一介质出管14和第二介质出管16）连通；阀芯3中段的柱体上位于所有相邻两个所述径向介质孔之间的位置分别设有径向泄压孔22和轴向泄压孔21，每一个径向泄压孔10的第一端能够与对应的阀座7的内端连通， 每一个径向泄压孔22的第二端与对应的轴向泄压孔21的第一端连通，轴向泄压孔21的第二端位于阀芯3中段的柱体的表面且开口并所述介质出管的内端连通。说明：上述轴向是指阀芯3和阀体4的轴向（阀芯3和阀体4的轴向相同），上述径向是指阀芯3和阀体4的径向。

图1中还示出了阀杆1、阀盖2、第一连接管13、第二连接管15、底盖18、排污阀19和底座20，其中，阀杆1的上端与驱动装置（如伺服电机等电动执行器或手柄）连接，阀杆1的下端穿过阀盖2后与阀芯3的一端（图中为上端）连接，阀盖2安装在阀体4的端部，第一连接管13的两端分别与阀芯3的另一端（图中为下端）和一个介质出管（即下文中的第一介质出管14）相通连接，第二连接管15的一端（图中为上端）与阀体相通连接，第二连接管15的另一端（图中为下端）为内径缩小的连接端17，底盖18安装在连接端17上，排污阀19安装在底盖18上并与第二连接管15相通，连接端17和底盖18均安装在底座20上，另一个介质出管（即下文中的第二介质出管16）与第二连接管15相通连接，这些结构为常规适应性结构。

如图1-图5所示，应用时，将多个介质进管9的外端与多个油气井相通连接，油气井内的流体介质（石油、天然气或油气混合物）经过介质进管9进入阀体4内，通过驱动装置控制阀芯3旋转，对不同油气井内的流体介质进行分配，即将其中一路介质分配到其中一个介质出管进行计量，将其它各路介质分配到另一个介质出管用于生产。在阀芯3旋转过程中，在阀座7与径向介质孔对接时，流体介质能够从介质出管排出，不存在上游管道憋压的问题；但是，在阀座7刚好位于相邻两个径向介质孔之间的位置时，如果没有泄压孔，阀座7的内端就会被密封，上游管道就存在憋压导致安全事故的风险，本发明因为设计了径向泄压孔22和轴向泄压孔21，能够将油气井与介质出管连通，所以上游管道就不存在憋压导致安全事故的风险。

如图1-图5所示，下面还公开了多种更加优化的具体结构，根据实际需要将上述结构与下述结构中的一种或多种叠加组合后可以形成更加优化的技术方案。

为了减少流体介质对阀芯3与阀座7之间密封面的直接冲刷，阀座7的通孔的中段孔壁或靠近内端的内段孔壁为导流孔壁8，导流孔壁8为圆锥形且该圆锥形的外侧直径大于内侧直径。流体介质流过阀座7时，导流孔壁8对流体介质进行导向，使其具有由周边向中心流动的趋势，从而尽可能将流体介质向径向介质孔的中心位置集中，实现减少直接冲刷阀芯3与阀座7之间密封面的目的。图5还示出了设于阀座7的内壁上的缓冲凹槽23，为常规结构。

为了实现较好的导流效果并不影响流通顺畅性，导流孔壁8与其中心轴线之间的夹角为15-45°，更优选为30°。

为了降低阀芯3的旋转角度控制精度要求，阀座7的内端密封区域直径大于与阀芯3的径向介质孔的直径，优选为大5mm。应用时，即使阀芯3的旋转角度存在2°左右的误差，密封效果依然很好，不存在泄漏问题。

所述介质出管包括第一介质出管14和第二介质出管16，阀芯3中段的柱体的中心位置设有一个轴向中心孔12，阀芯3中段的柱体上围绕轴向中心孔12均匀设有多个轴向周边孔11，所述径向介质孔包括一个长度较长的径向介质长孔6和多个长度较短的径向介质短孔10，径向介质长孔6的第二端与轴向中心孔12的第一端连通，轴向中心孔12的第二端位于阀芯3中段的柱体的表面且开口并与第一介质出管14的内端连通，多个径向介质短孔10的第二端分别与一一对应的多个轴向周边孔11的第一端连通，多个轴向周边孔11的第二端分别位于阀芯3中段的柱体的表面且开口并与第二介质出管16的内端连通。应用时，第一介质出管14与计量设备连接，第二介质出管16与生产设备连接，旋转阀芯3，直到将需要计量的油气井对应的阀座7与径向介质长孔6对接，其它的油气井对应的阀座7与径向介质短孔10对接，这样就将需要计量的油气井产出的流体介质送到计量设备实现计量，将其它油气井产出的流体介质送到生产设备实现生产；需要对另一个油气井的流体介质进行计量时，再次旋转阀芯3，按类似方法即可实现。

介质进管9、所述径向介质孔、径向泄压孔22和轴向泄压孔21均为8个，径向介质短孔10为7个。

上述多通阀未说明的更具体结构，不是本发明的创新，可以参考专利号为“ZL201920947964.5”、名称为“用于流体控制的多通道选择控制装置”的实用新型专利，该专利的多通道选择控制装置与本申请的多通阀是同样类型的产品，本发明正是在该专利基础上进行改进的。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (5)

1.一种具有泄压功能的球面密封多通阀，包括阀体、阀芯、阀座、介质进管和介质出管，所述阀芯置于圆管形的所述阀体内，所述阀体的圆周壁上均匀设有多个阀体安装孔，多个所述介质进管的内端分别安装于所述阀体的圆周壁上一一对应的多个所述阀体安装孔内，所述阀芯的中段为柱体且该柱体的外周表面为外凸球形面，所述阀芯中段的柱体上设有在圆周方向均匀分布且与多个所述阀体安装孔一一对应的多个径向介质孔，多个所述阀体安装孔内分别安装有所述阀座，每一个所述阀座的外端分别与对应的所述介质进管的内端密封连接且所述阀座的通孔与对应的所述介质进管的通孔相通，每一个所述阀座的内端分别与所述阀芯中段的柱体的外周表面滑动密封连接且能够与对应的所述径向介质孔的第一端连通，多个所述径向介质孔的第二端与所述介质出管连通；其特征在于：所述阀芯中段的柱体上位于所有相邻两个所述径向介质孔之间的位置分别设有径向泄压孔和轴向泄压孔，每一个所述径向泄压孔的第一端能够与对应的所述阀座的内端连通， 每一个所述径向泄压孔的第二端与对应的所述轴向泄压孔的第一端连通，所述轴向泄压孔的第二端位于所述阀芯中段的柱体的表面且开口并所述介质出管的内端连通；所述阀座的通孔的中段孔壁或靠近内端的内段孔壁为导流孔壁，所述导流孔壁为圆锥形且该圆锥形的外侧直径大于内侧直径；所述阀座的内端密封区域直径大于与所述阀芯的径向介质孔的直径。

2.根据权利要求1所述的具有泄压功能的球面密封多通阀，其特征在于：所述导流孔壁与其中心轴线之间的夹角为15-45°。

3.根据权利要求1所述的具有泄压功能的球面密封多通阀，其特征在于：所述阀座的内端密封区域直径比所述阀芯的径向介质孔的直径大5mm。

4.根据权利要求1、2或3所述的具有泄压功能的球面密封多通阀，其特征在于：所述介质出管包括第一介质出管和第二介质出管，所述阀芯中段的柱体的中心位置设有一个轴向中心孔，所述阀芯中段的柱体上围绕所述轴向中心孔均匀设有多个轴向周边孔，所述径向介质孔包括一个长度较长的径向介质长孔和多个长度较短的径向介质短孔，所述径向介质长孔的第二端与所述轴向中心孔的第一端连通，所述轴向中心孔的第二端位于所述阀芯中段的柱体的表面且开口并与所述第一介质出管的内端连通，多个所述径向介质短孔的第二端分别与一一对应的多个所述轴向周边孔的第一端连通，多个所述轴向周边孔的第二端分别位于所述阀芯中段的柱体的表面且开口并与所述第二介质出管的内端连通。

5.根据权利要求4所述的具有泄压功能的球面密封多通阀，其特征在于：所述介质进管、所述径向介质孔、所述径向泄压孔和所述轴向泄压孔均为8个，所述径向介质短孔为7个。