CN112879591A - 一种能稳定密封的顶驱旋塞阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及流体控制阀技术领域，具体涉及一种能稳定密封的顶驱旋塞阀；采用的技术方案是：一种能稳定密封的顶驱旋塞阀，包括阀体和设置在阀体内的上阀座、阀芯、下阀座；所述阀芯中部设有介质通道，且所述阀芯与所述阀体转动连接，所述阀体设有用于带动所述阀芯转动的传动组件，以通过所述阀芯的旋转实现顶驱旋塞阀的开启或关闭；所述阀体内还设有弹性蓄能组件，所述弹性蓄能组件在阀芯由开启状态旋转至关闭状态的过程中储能。能够减小阀芯作用在上阀座上的作用力，从而减小阀芯和阀座之间的摩擦力，确保顶驱旋塞阀的密封的稳定性和可靠性，提高顶驱旋塞阀的使用寿命。

Description

一种能稳定密封的顶驱旋塞阀
技术领域
本发明涉及流体控制阀技术领域，具体涉及一种能稳定密封的顶驱旋塞阀。
背景技术
旋塞阀是关闭件或柱塞形的旋转阀，通过旋转90度使阀塞上的通道口与阀体上的通道口相通或分开，实现开启或关闭的一种阀门。现有的顶驱旋塞阀由阀体、上阀座、下阀座和阀芯组成，上阀座和下阀座之间形成密封，以防止在顶驱旋塞阀关闭时介质流通。
顶驱旋塞阀作为一种钻具内防喷球阀已经广泛应用在钻井和修井施工作业中，用于隔断或者连通钻柱水眼中的液体。在正常钻进过程中打开阀钻井液进入钻柱，接单根时关闭阀可以避免钻井液溅在井台上，既避免了钻井液的浪费，又满足了环保要求；当井下发生井涌、井喷等事故时及时关闭阀可以防止可燃气体或者液体溢出井口，造成人员伤亡和财产损失。
经发明人研究发现，在顶驱旋塞阀关闭时，介质压力将阀芯顶向上阀座，从而将阀芯上密封面紧贴在上阀座的下密封面，使得阀芯和上阀座间存在较大的作用力与反作用力。当顶驱旋塞阀在带压打开时，阀芯和上阀座产生相对转动，由于阀芯和上阀座间存在较大的作用力，阀芯和上阀座之间存在较大的摩擦力，加速了阀芯和/或上阀座的磨损，导致顶驱旋塞阀的密封的稳定性和可靠性降低，难以在顶驱旋塞关闭时有效的阻断介质，从而缩短顶驱旋塞阀的使用寿命。
发明内容
针对上述现有的顶驱旋塞阀在带压开启时，阀芯和上阀座之间摩擦力大磨损严重的技术问题；本发明提高了一种能稳定密封的顶驱旋塞阀，能够减小阀芯作用在上阀座上的作用力，从而减小阀芯和阀座之间的摩擦力，确保顶驱旋塞阀的密封的稳定性和可靠性，提高顶驱旋塞阀的使用寿命。
本发明通过以下技术方案实现：
一种能稳定密封的顶驱旋塞阀，包括阀体和设置在阀体内的上阀座、阀芯、下阀座；所述阀芯中部设有介质通道，且所述阀芯与所述阀体转动连接，所述阀体设有用于带动所述阀芯转动的传动组件，以通过所述阀芯的旋转实现顶驱旋塞阀的开启或关闭；所述阀体内还设有弹性蓄能组件，所述弹性蓄能组件在阀芯由开启状态旋转至关闭状态的过程中储能。
本发明在使用时，顶驱旋塞阀连接在管路中(通常是两端分别连接钻杆)，顶驱旋塞阀的下端与高压介质相连。当顶驱旋塞阀打开时，高压介质从阀芯中部的介质通道流过，在弹簧垫片的作用下，上阀座密封面和下阀座密封面均贴合在阀芯上，以防止介质流入阀芯与阀体之间的空隙中；此时，介质并不会将阀芯紧压在上阀座上，阀芯与上阀座和下阀座之间的作用力较小，能够轻松的旋转，且阀芯的旋转并不会产生严重的磨损。
当需要关闭旋塞阀时，随着阀芯的旋转介质通道的有效流通面积逐渐缩小，阀芯上下两端的压差逐渐增大，从而在高压介质的作用下降阀芯紧压在上阀座上。现有的阀门此时阀门关闭的力矩较大难以顺利的关闭旋塞阀，且阀芯作用在上阀座上的作用力较大，阀芯和上阀座之间存在较大的摩擦力，加速了阀芯和/或上阀座的磨损，导致顶驱旋塞阀的密封的稳定性和可靠性降低，难以在顶驱旋塞关闭时有效的阻断介质，缩短了顶驱旋塞阀的使用寿命。而本发明中，在阀芯由开启状态旋转至关闭状态的过程中储能，减小了阀芯在旋转至关闭过程中阀芯所受到的向上的合力，从而减小阀芯作用在上阀座上的作用力、减小阀芯和/或上阀座的磨损，确保顶驱旋塞阀的密封的稳定性和可靠性降低，以在顶驱旋塞关闭时有效的阻断介质，延长顶驱旋塞阀的使用寿命。并且，能够减小顶驱旋塞阀在带压状态下关闭和打开的阻力，从而减小顶驱旋塞阀的驱动阻力，缩小顶驱旋塞阀驱动机构的体积。
作为弹性储能组件的一个实施方式，所述弹性储能组件包括凸轮，所述凸轮设置在所述阀芯远离传动组件的一侧，所述阀体外还设有滑杆和柱形的储能弹簧，所述滑杆在所述阀体长度方向的位置可变，所述阀杆下端抵靠在所述凸轮的一侧壁，在所述阀芯从开启状态旋转至关闭状态的过程中所述凸轮上推所述滑杆从而挤压所述储能弹簧。采用凸轮驱动滑杆挤压储能弹簧的方式提供向下作用在阀芯上的作用力，结构简单运动可靠。
具体而言，所述阀体沿所述阀体长度方向设有滑槽，所述滑槽由所述阀体上端向所述凸轮延伸，所述滑槽的截面为“C”字形，且所述滑槽的槽口宽度小于储能弹簧的宽度；所述滑杆插设在所述滑槽内，所述储能弹簧位于所述止抵杆和所述滑杆之间。一方面便于安装滑杆和储能弹簧，另一方将储能弹簧通过止抵杆和滑杆限制在滑槽内，能够反正储能弹簧径向变形，确保弹性储能件能够正常的储能。
优选的，所述止抵杆与所述滑槽通过螺纹连接，不仅能够确保止抵杆阀体连接的可靠性，还能调节储能弹簧的压缩行程，以调节滑杆向下作用在阀芯上的作用力的大小，防止阀芯在旋转过程中阻力过大。
优选的，所述凸轮通过花键与所述阀芯连接，在确保凸轮能够与阀芯可靠连接的同时，减小阀芯的加工难度，同时也便于调节凸轮的角度。
为确保阀芯有足够的耐磨性能，所述阀芯表面覆盖有硬质合金层。
为确防止保阀芯、滑杆卡住，所述阀体与所述阀芯介质通道方向的两侧之间的空腔填充有润滑剂。
作为安装阀芯一个具体实施方式，所述阀芯沿介质通道方向的两侧分设有第一卡接件和第二转轴，所述第一卡接件与所述传动组件连接，所述第二转轴通过第二密封套与所述阀体连接，所述第二转轴与所述第二密封套转动密封连接，所述第二密封套与所述阀体密封连接。
优选的，所述第二密封套设有供所述第二转轴穿过的通孔，所述第二转轴插设在所述通孔内。
作为传动组件的一个具体实施方式，所述传动组件包括插设在阀体侧壁的阀杆，所述阀杆内端与所述阀芯连接，以通过阀杆驱动阀芯，所述阀杆外端设有用于与驱动装置连接的驱动孔，所述阀杆与阀体之间的间隙由密封圈密封。
本发明的有益效果：
1、本发明在阀芯由开启状态旋转至关闭状态的过程中储能，减小了阀芯在旋转至关闭过程中阀芯所受到的向上的合力，从而减小阀芯作用在上阀座上的作用力、减小阀芯和/或上阀座的磨损，确保顶驱旋塞阀的密封的稳定性和可靠性降低，以在顶驱旋塞关闭时有效的阻断介质，延长顶驱旋塞阀的使用寿命；
2、本发明在阀芯由开启状态旋转至关闭状态的过程中储能减小顶驱旋塞阀在带压状态下关闭和打开的阻力，从而减小顶驱旋塞阀的驱动阻力，缩小顶驱旋塞阀驱动机构的体积。
附图说明
此处所说明的附图用来提高对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的剖面结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-阀体，2-上阀座，3-阀芯，4-下阀座，5-介质通道，6-凸轮，7-储能弹簧，8-滑杆，9-滑槽，10-止抵杆，11-润滑剂，12-第一卡接件，13-第二转轴，14-第二密封套，15-通孔，16-阀杆，17-驱动孔，19-固定环。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
结合附图1，一种能稳定密封的顶驱旋塞阀，包括阀体1和设置在阀体1内的上阀座2、阀芯3、下阀座4；所述阀芯3中部设有介质通道5，且所述阀芯3与所述阀体1转动连接，所述阀体1设有用于带动所述阀芯3转动的传动组件，以通过所述阀芯3的旋转实现顶驱旋塞阀的开启或关闭；所述阀体1内还设有弹性蓄能组件，所述弹性蓄能组件在阀芯3由开启状态旋转至关闭状态的过程中储能。
能够理解的是，阀体1沿阀体1长度方向设有贯穿阀体1的阀腔，阀腔内由下往上依次设有弹簧垫圈、下阀座4、阀芯3、上阀座2，以及将上阀座2固定在阀腔内的固定阀19。其中，上阀座2和下阀座4外均套设有密封件，以防止介质进入阀座与阀体1间的间隙，而影响顶驱旋塞阀的功能。
作为弹性储能组件的一个实施方式，所述弹性储能组件包括凸轮6，所述凸轮6设置在所述阀芯3远离传动组件的一侧，所述阀体1外还设有滑杆8和柱形的储能弹簧7，所述滑杆8在所述阀体1长度方向的位置可变，所述阀杆16下端抵靠在所述凸轮6的一侧壁，在所述阀芯3从开启状态旋转至关闭状态的过程中所述凸轮6上推所述滑杆8从而挤压所述储能弹簧7。采用凸轮6驱动滑杆8挤压储能弹簧7的方式提供向下作用在阀芯3上的作用力，结构简单运动可靠。应当理解的是，所述凸轮6位于阀体1的外壁。
具体而言，所述阀体1沿所述阀体1长度方向设有滑槽9，所述滑槽9由所述阀体1上端向所述凸轮6延伸，所述滑槽9的截面为“C”字形，且所述滑槽9的槽口宽度小于储能弹簧7的宽度；所述滑杆8插设在所述滑槽内，所述储能弹簧7位于所述止抵杆10和所述滑杆8之间。一方面便于安装滑杆8和储能弹簧7，另一方将储能弹簧7通过止抵杆10和滑杆8限制在滑槽9内，能够反正储能弹簧7径向变形，确保弹性储能件能够正常的储能。
优选的，所述止抵杆10与所述滑槽9通过螺纹连接，不仅能够确保止抵杆10阀体1连接的可靠性，还能调节储能弹簧7的压缩行程，以调节滑杆8向下作用在阀芯3上的作用力的大小，防止阀芯3在旋转过程中阻力过大。
优选的，所述凸轮6通过花键与所述阀芯3连接，在确保凸轮6能够与阀芯3可靠连接的同时，减小阀芯3的加工难度，同时也便于调节凸轮6的角度。
为确保阀芯3有足够的耐磨性能，所述阀芯3表面覆盖有硬质合金层。
为确防止保阀芯3、滑杆8卡住，所述阀体1与所述阀芯3介质通道5方向的两侧之间的空腔填充有润滑剂11。
作为安装阀芯3一个具体实施方式，所述阀芯3沿介质通道5方向的一侧分设有第一卡接件12和第二转轴13，所述第一卡接件12与所述传动组件连接，所述第二转轴13通过第二密封套14与所述阀体1连接，所述第二转轴13与所述第二密封套14转动密封连接，所述第二密封套14与所述阀体1密封连接。
优选的，所述第二密封套14设有供所述第二转轴13穿过的通孔15，所述第二转轴13插设在所述通孔15内。
作为传动组件的一个具体实施方式，所述传动组件包括插设在阀体1侧壁的阀杆16，所述阀杆16内端与所述阀芯3连接，以通过阀杆16驱动阀芯3，所述阀杆16外端设有用于与驱动装置连接的驱动孔17，所述阀杆16与阀体1之间的间隙由密封圈密封。
本发明在使用时，顶驱旋塞阀连接在管路中(通常是两端分别连接钻杆)，顶驱旋塞阀的下端与高压介质相连。当顶驱旋塞阀打开时，高压介质从阀芯3中部的介质通道5流过，在弹簧垫片的作用下，上阀座2密封面和下阀座4密封面均贴合在阀芯3上，以防止介质流入阀芯3与阀体1之间的空隙中；此时，介质并不会将阀芯3紧压在上阀座2上，阀芯3与上阀座2和下阀座4之间的作用力较小，能够轻松的旋转，且阀芯3的旋转并不会产生严重的磨损。
当需要关闭旋塞阀时，随着阀芯3的旋转介质通道5的有效流通面积逐渐缩小，阀芯3上下两端的压差逐渐增大，从而在高压介质的作用下降阀芯3紧压在上阀座2上。现有的阀门此时阀门关闭的力矩较大难以顺利的关闭旋塞阀，且阀芯3作用在上阀座2上的作用力较大，阀芯3和上阀座2之间存在较大的摩擦力，加速了阀芯3和/或上阀座2的磨损，导致顶驱旋塞阀的密封的稳定性和可靠性降低，难以在顶驱旋塞关闭时有效的阻断介质，缩短了顶驱旋塞阀的使用寿命。而本发明中，在阀芯3由开启状态旋转至关闭状态的过程中储能，减小了阀芯3在旋转至关闭过程中阀芯3所受到的向上的合力，从而减小阀芯3作用在上阀座2上的作用力、减小阀芯3和/或上阀座2的磨损，确保顶驱旋塞阀的密封的稳定性和可靠性降低，以在顶驱旋塞关闭时有效的阻断介质，延长顶驱旋塞阀的使用寿命。并且，能够减小顶驱旋塞阀在带压状态下关闭和打开的阻力，从而减小顶驱旋塞阀的驱动阻力，缩小顶驱旋塞阀驱动机构的体积。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种能稳定密封的顶驱旋塞阀，其特征在于，包括阀体(1)和设置在阀体(1)内的上阀座(2)、阀芯(3)、下阀座(4)；
所述阀芯(3)中部设有介质通道(5)，且所述阀芯(3)与所述阀体(1)转动连接，所述阀体(1)设有用于带动所述阀芯(3)转动的传动组件，以通过所述阀芯(3)的旋转实现顶驱旋塞阀的开启或关闭；
所述阀体(1)内还设有弹性蓄能组件，所述弹性蓄能组件在阀芯(3)由开启状态旋转至关闭状态的过程中储能。
2.根据权利要求1所述的能稳定密封的顶驱旋塞阀，其特征在于，所述弹性储能组件包括凸轮(6)，所述凸轮(6)设置在所述阀芯(3)远离传动组件的一侧，所述阀体(1)外还设有滑杆(8)和柱形的储能弹簧(7)，所述滑杆(8)在所述阀体(1)长度方向的位置可变，所述阀杆(16)下端抵靠在所述凸轮(6)的一侧壁，在所述阀芯(3)从开启状态旋转至关闭状态的过程中所述凸轮(6)上推所述滑杆(8)从而挤压所述储能弹簧(7)。
3.根据权利要求2所述的能稳定密封的顶驱旋塞阀，其特征在于，所述阀体(1)沿所述阀体(1)长度方向设有滑槽(9)，所述滑槽(9)由所述阀体(1)上端向所述凸轮(6)延伸，所述滑槽(9)的截面为“C”字形，且所述滑槽(9)的槽口宽度小于储能弹簧(7)的宽度；
所述滑杆(8)插设在所述滑槽(9)内，所述滑槽(9)上端固定有止抵杆(10)，所述储能弹簧(7)位于所述止抵杆(10)和所述滑杆(8)之间。
4.根据权利要求3所述的能稳定密封的顶驱旋塞阀，其特征在于，所述止抵杆(10)与所述滑槽(9)通过螺纹连接。
5.根据权利要求2所述的能稳定密封的顶驱旋塞阀，其特征在于，所述凸轮(6)通过花键与所述阀芯(3)连接。
6.根据权利要求2所述的能稳定密封的顶驱旋塞阀，其特征在于，所述阀芯(3)表面覆盖有硬质合金层。
7.根据权利要求2所述的能稳定密封的顶驱旋塞阀，其特征在于，所述阀体(1)与所述阀芯(3)介质通道(5)方向的两侧之间的空腔填充有润滑剂(11)。
8.根据权利要求1所述的能稳定密封的顶驱旋塞阀，其特征在于，所述阀芯(3)沿介质通道(5)方向的两侧分设有第一卡接件(12)和第二转轴(13)，所述第一卡接件(12)与所述传动组件连接，所述第二转轴(13)通过第二密封套(14)与所述阀体(1)连接，所述第二转轴(13)与所述第二密封套(14)转动密封连接，所述第二密封套(14)与所述阀体(1)密封连接。
9.根据权利要求8所述的能稳定密封的顶驱旋塞阀，其特征在于，所述第二密封套(14)设有供所述第二转轴(13)穿过的通孔(15)，所述第二转轴(13)插设在所述通孔(15)内。
10.根据权利要求8所述的能稳定密封的顶驱旋塞阀，其特征在于，所述传动组件包括插设在阀体(1)侧壁的阀杆(16)，所述阀杆(16)内端与所述阀芯(3)连接，以通过阀杆(16)驱动阀芯(3)，所述阀杆(16)外端设有用于与驱动装置连接的驱动孔(17)，所述阀杆(16)与阀体(1)之间的间隙由密封圈密封。
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