CN214743592U - 泥浆调节阀阀芯组件及泥浆调节阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种阀芯组件，尤其是一种泥浆调节阀阀芯组件，其包括阀芯、阀座、套筒和阀塞，套筒中设置有套孔，套孔的截面形状为圆形，套筒中部的周向上设置有多个节流孔，阀座中设置有阀孔，阀孔为上大下小的环状结构，阀孔自上而下依次为圆锥形的密封孔段和圆柱形的堵流孔段；阀芯与阀座的密封部内表面密封配合；当阀芯与阀座密封配合时，阀塞插入堵流部中，阀芯设置在套孔中，阀芯中部位于套筒中部处，阀芯下部与套筒下部之间形成一个环形的第一扩容降压空间，阀芯、阀座和阀塞之间形成一个环形的第二扩容降压空间。该阀芯组件使得阀门在开启、关闭、调节等任何工作状态，阀门的密封均受到保护，保证了密封面的完好性。

Description

泥浆调节阀阀芯组件及泥浆调节阀

技术领域

本实用新型涉及一种阀芯组件，尤其是一种泥浆调节阀阀芯组件。此外，本实用新型还涉及一种调节阀，尤其是一种泥浆调节阀。

背景技术

泥浆调节阀是钻探工程循环系统工艺中使用在泥浆泵出口旁路上的阀门，在使用过程中，泥浆调节阀需要频繁开闭，流通的介质含有固体颗粒，还具有一定的腐蚀性。目前的泥浆调节阀为普通的节流阀阀芯，该阀芯结构简单，密封基本采用约60°的阀芯或平面密封阀芯，密封面也是流通面，在开关过程中密封面极易被冲刷，从而导致阀门内漏，严重影响阀门的使用寿命。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种减轻密封面受到冲刷的泥浆调节阀阀芯组件。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：泥浆调节阀阀芯组件，包括阀芯、阀座和套筒，套筒中设置有套孔，套筒中部的周向上设置有多个节流孔，所有节流孔以套筒中轴线为轴线对称设置，阀座中设置有阀孔，阀孔与套孔同轴，阀孔为上大下小的环状结构，阀孔自上而下依次为圆锥形的密封孔段和圆孔形的堵流孔段；

阀芯的截面形状为圆形，阀芯中部大小与套孔中上部大小相匹配，阀芯与阀座的密封孔段内表面密封配合；

还包括圆柱状的阀塞，阀塞设置在阀芯底部并与阀芯同轴，阀塞的大小与堵流孔段相匹配；

当阀芯与阀座密封配合时，阀塞插入堵流孔段中，阀芯设置在套孔中，阀芯中部位于套筒中部处，阀芯下部与套筒下部之间形成一个环形的第一扩容降压空间，阀芯、阀座和阀塞之间形成一个环形的第二扩容降压空间。

进一步的是，阀座、阀芯、套筒的材质均为整体烧结的硬质合金，阀座的硬度≥HRA88，阀芯、套筒的硬度≥HRA85。

进一步的是，第二扩容降压空间的横截面为直角三角形。

进一步的是，阀芯密封端为圆锥形的密封端面，当阀芯与阀座密封配合时，阀芯的密封端面与阀座的密封孔段内表面相互配合形成线密封，且密封端面的上部与密封孔段内表面的上部之间形成角差a,a的大小在1-5°之间。

进一步的是，堵流孔段的下方还设置有圆孔形的节流孔段，且密封孔段的截面圆直径＞堵流孔段的截面圆直径＞节流孔段的截面圆直径。

进一步的是，阀芯的下部自上而下依次为扩容降压段和扩容降头部。

进一步的是，第一扩容降压部的截面圆直径比阀芯中部的截面圆直径小8mm以上，阀芯中部的截面圆直径≥扩容降头部的截面圆直径＞扩容降压部的截面圆直径。

进一步的是，阀芯的中部与套孔的中部连接配合方式为间隙配合。

进一步的是，套孔上部的截面圆直径与套孔中部的截面圆直径相等，阀芯上部截面圆直径小于套孔上部的截面圆直径，套筒上部周向上设置有多个泄压孔，所有泄压孔以套筒中轴线为轴线对称设置。

本实用新型另一个要解决的技术问题是提供一种减轻密封面受到冲刷的泥浆调节阀。

本实用新型提供的泥浆调节阀，包括阀体、阀芯组件、阀杆、执行器、尾盖、进口盖和填料密封结构，阀体内设置有阀腔、进口、出口以及连通至阀腔的填料腔，阀芯组件安装在阀腔中，填料密封结构安装在填料腔中，进口盖安装在进口处，尾盖安装在出口处，阀杆一端与阀芯组件相连接，另一端与执行器相连接，且阀杆通过填料密封结构穿入至阀腔中，阀芯组件采用上述的泥浆调节阀阀芯组件。

本实用新型的有益效果是：阀孔为上大下小的环状结构，阀孔自上而下依次为圆锥形的密封孔段和圆柱形的堵流孔段，阀芯和阀座的密封面位于阀孔的密封孔段内表面，密封面远离作为介质通道的堵流孔段内表面，使得阀门的密封面与流通面(节流面)是分开的；更进一步，在堵流孔段的下方还设置有圆孔形的节流孔段，且密封孔段的截面圆直径＞堵流孔段的截面圆直径＞节流孔段的截面圆直径，此时，节流孔段的内表面作为节流面，密封面更加远离作为介质通道的节流孔段内表面，进一步减轻密封面受到的冲刷。

在阀芯下部与套筒下部之间形成一个环形的第一扩容降压空间，阀芯、阀座和阀塞之间形成一个环形的第二扩容降压空间，含固体颗粒并有腐蚀的介质经节流孔节流后，静压降低，流速增加，此时介质进入第一扩容降压空间，削减其能量，接着介质进入第二扩容降压空间，再次削减其能量，经过二次扩容减压，介质流速、压力已大大降低，也减轻对阀门流道及密封面的冲刷。

阀门开启时，主密封先开启，阀芯的密封端面已远离阀座的密封面3-5mm，此时阀塞才开起，同时阀芯与套筒的节流孔同步运动，阀塞处只有少量漏流介质通过，阀座的密封面由于面积大，流量可以省略不计，密封面没有受到冲刷；阀门在全开及调节工作状态时，节流孔段处于阀座喉部，流通面积最小，节流孔段流速最高，承担了全部节流、耐冲刷功能，而密封面由于流通面积大，相当于管道作用，受到的冲刷较小；阀门关闭时，阀塞先堵流，节流孔被阀芯同步运动堵流，此时密封面处基本没有流量通过，密封面没有受到冲刷；所以，无论阀门在开启、关闭、调节等任何工作状态，阀门的密封均受到保护，保证了密封面的完好性。

附图说明

图1是阀芯、阀塞、阀杆连接在一起的示意图；

图2是阀座的剖视图；

图3是套筒的示意图；

图4是套筒的剖视图；

图5是阀门全关时的示意图；

图6是图5中A处放大图；

图7是阀门刚开启时或者关闭时的示意图；

图8是阀门开启后(工作状态)的示意图；

图9是泥浆调节阀的示意图；

图中零部件、部位及编号：阀芯1、密封端面11、扩容降压段12、扩容降压头部13、阀座2、阀孔21、密封孔段211、堵流孔段212、节流孔段213、套筒3、套孔31、节流孔32、泄压孔33、阀塞4、第一扩容降压空间51、第二扩容降压空间52、阀体6、阀杆7、执行器8、尾盖9、进口盖10、填料密封结构14、填料141、填料垫142、填料压套143、填料压盖144、哈夫连接块15。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1至图9所示，泥浆调节阀阀芯组件，泥浆调节阀阀芯组件，包括阀芯1、阀座2和套筒3，套筒3中设置有套孔31，套筒3中部的周向上设置有多个节流孔32，所有节流孔32以套筒3中轴线为轴线对称设置，节流孔32呈阵列排布在套筒3中部，阀座2中设置有阀孔21，阀孔21与套孔31同轴，阀孔21为上大下小的环状结构，阀孔21自上而下依次为圆锥形的密封孔段211和圆孔形的堵流孔段212；

阀芯1的截面形状为圆形，阀芯1中部大小与套孔31中上部大小相匹配，阀芯1与阀座2的密封孔段211内表面密封配合；

还包括圆柱状的阀塞4，阀塞4的长度5-15mm，优选为7.5mm，阀塞4设置在阀芯1底部并与阀芯1同轴，阀塞4的大小与堵流孔段212相匹配；

当阀芯1与阀座2密封配合时，阀塞4插入堵流孔段212中，阀芯1设置在套孔31中，阀芯1中部位于套筒3中部处，阀芯1下部与套筒3下部之间形成一个环形的第一扩容降压空间51，阀芯1、阀座2和阀塞4之间形成一个环形的第二扩容降压空间52。

具体的，再如图1、图6所示，为了保证阀芯1与阀座2的密封效果，阀芯1的密封端倒角形成圆锥形的密封端面11，当阀芯1与阀座2密封配合时，阀芯1的密封端面11与阀座2的密封孔段211内表面相互配合形成线密封，该线密封也即是主密封。为了增大密封比压，取得更佳密封效果，当阀芯1与阀座2密封配合时，密封端面11的上部与密封孔段211内表面的上部之间形成角差a,a的大小在1-5°之间，优选为2-3°。

阀门在全开及调节工作状态时，阀塞4完全脱离堵流孔段212，堵流孔段212内表面作为介质通道，虽然密封面已经远离作为介质通道的堵流孔段212内表面，为了更进一步降低介质对密封面的损害，堵流孔段212的下方还设置有圆孔形的节流孔段213，且密封孔段211的截面圆直径＞堵流孔段212的截面圆直径＞节流孔段213的截面圆直径，也即是密封孔段211、堵流孔段212、节流孔段213分别对应的截面圆直径依次减小，节流孔段213的内表面作为介质流通通道，承担了全部节流、耐冲刷功能，而密封面由于流通面积大，相当于管道作用，进一步降低介质对主密封面的损害，再进一步提高阀门的寿命。

上述结构在实际的使用情况如下：

介质流向为高进低出。

图5、图6为阀门全关时的示意图，阀芯1与阀座2的密封孔段211内表面密封配合，阀芯1下部与套筒3下部之间形成一个环形的第一扩容降压空间51，阀芯1、阀座2和阀塞4之间形成一个环形的第二扩容降压空间52。

图7为阀门刚打开时或者阀门刚关闭时的示意图，阀门开启时，主密封先开启，阀芯1的密封端面已远离阀座2的密封面3-5mm，此时阀塞4才开起，同时阀芯1与套筒3的节流孔31同步运动，阀塞4处只有少量漏流介质通过，阀座2的密封面由于面积大，流量可以省略不计，密封面没有受到冲刷；阀门关闭时，阀塞4先堵流，节流孔31被阀芯1同步运动堵流，此时密封面处基本没有流量通过，密封面没有受到冲刷。

图8为阀门开启后及调节工作状态的示意图，节流孔段213处于阀座2喉部，流通面积最小，节流孔段213流速最高，承担了全部节流、耐冲刷功能，而密封面由于流通面积大，相当于管道作用，受到的冲刷较小。

具体的，再如图6所示，第二扩容降压空间52的横截面为直角三角形。直角三角形的直角在阀芯1与阀塞4的交界处，这种直角三角形的好处如下，高压介质沿斜边进入第二扩容降压空间52，在直角边的引导下形成回旋，从而达到回旋消能的目的，具有一定的扩容降压效果。

为了保证并提高第一扩容降压空间51的扩容减压使用效果，再如图5、图7、图8所示，套孔31下部的截面圆直径大于套孔31中部的截面圆直径，阀芯1的下部自上而下依次为扩容减压段12和扩容减压头部13，扩容减压段12的截面圆直径比阀芯1中部的截面圆直径小8mm以上，扩容减压段12的高度需满足阀门工作状态下的扩容减压的容积，阀芯1中部的截面圆直径≥扩容降头部13的截面圆直径＞扩容降压段12的截面圆直径，扩容减压段12与扩容减压头部13通过圆弧过渡连接。这样设置还可以使得经节流孔32进入的高压介质，在阀门中呈S型流动，进一步降低介质动能。

由于流通的介质含有固体颗粒，还具有一定的腐蚀性，为了更进一步保证并提高阀门的寿命，阀座、阀芯、套筒的材质均采用整体烧结的硬质合金，硬质合金优选为YG11、YG8、YG6X等。而且阀座的硬度≥HRA88，阀芯、套筒的硬度≥HRA85，基本就能完全抵挡介质的汽蚀和冲刷。

节流孔32为介质进入套孔31的通道，阀门全部关闭时，阀芯1能全部挡住节流孔32，阀芯1通过上下移动改变节流孔32的流通面积，进而达到控制阀门流量、压力的目的；阀芯1在套孔31内具有导向功能；为了平衡各方向的力同时减小阀门振动，节流孔32呈阵列排布在套筒3中部。为了便于其使用，阀芯1的中部与套孔31的中部连接配合方式为间隙配合。

为了降低阀门开、关、调节时间，便于阀芯1后面介质快速流进、流出及防止阀门振动，套孔31上部的截面圆直径与套孔31中部的截面圆直径相等，阀芯1上部截面圆直径小于套孔31上部的截面圆直径，套筒3上部周向上设置有多个的泄压孔33，所有泄压孔33以套筒3中轴线为轴线对称设置。

前述的阀芯组件运用于泥浆调节阀中的结构参见图9所示，包括阀体6、阀芯组件、阀杆7、执行器8、尾盖9、进口盖10和填料密封结构14，阀体6内设置有阀腔、进口、出口以及连通至阀腔的填料腔，阀芯组件安装在阀腔中，填料密封结构14安装在填料腔中，进口盖10安装在进口处，尾盖9安装在出口处，阀杆7一端与阀芯组件相连接，另一端与执行器8相连接，且阀杆7通过填料密封结构14穿入至阀腔中。执行器通过阀杆7的运动可以控制阀芯1的运动，阀芯组件的工作原理和效果参见前述，阀门的其它工作原理与常规的泥浆调节阀相同。

具体的，阀体6优选为角式阀体，再如图9所示，填料腔位于顶部，阀腔位于中部，进口位于右侧，出口位于下部。阀杆7一端与阀芯组件中的阀芯1相连接，阀杆7与阀芯1同轴，两者相连接的方式可以是螺纹连接，也可以是真空钎焊固定。执行器8为气动执行器，优选为双作用活塞式气动执行器，双作用活塞式气动执行的推杆与阀杆7通过哈夫连接块15向连接。

为了提高尾盖9的使用寿命，尾盖9的内部设置有衬套，衬套为整体硬质合金烧结材料制成，比如YG11、TY15等或淬火合金高硬度材料，衬套与尾盖过盈配合，止口定位，并设有O型圈作为辅助密封。尾盖9也可以取消衬套设置，采用整体合金钢材料，通过热处理提高耐冲刷性能。

Claims (10)

1.泥浆调节阀阀芯组件，包括阀芯(1)、阀座(2)和套筒(3)，套筒(3)中设置有套孔(31)，套筒(3)中部的周向上设置有多个节流孔(32)，所有节流孔(32)以套筒(3)中轴线为轴线对称设置，其特征在于：阀座(2)中设置有阀孔(21)，阀孔(21)与套孔(31)同轴，阀孔(21)为上大下小的环状结构，阀孔(21)自上而下依次为圆锥形的密封孔段(211)和圆孔形的堵流孔段(212)；

阀芯(1)的截面形状为圆形，阀芯(1)中部大小与套孔(31)中上部大小相匹配，阀芯(1)与阀座(2)的密封孔段(211)内表面密封配合；

还包括圆柱状的阀塞(4)，阀塞(4)设置在阀芯(1)底部并与阀芯(1)同轴，阀塞(4)的大小与堵流孔段(212)相匹配；

当阀芯(1)与阀座(2)密封配合时，阀塞(4)插入堵流孔段(212)中，阀芯(1)设置在套孔(31)中，阀芯(1)中部位于套筒(3)中部处，阀芯(1)下部与套筒(3)下部之间形成一个环形的第一扩容降压空间(51)，阀芯(1)、阀座(2)和阀塞(4)之间形成一个环形的第二扩容降压空间(52)。

2.如权利要求1所述的泥浆调节阀阀芯组件，其特征在于：阀座、阀芯、套筒的材质均为整体烧结的硬质合金，阀座的硬度≥HRA88，阀芯、套筒的硬度≥HRA85。

3.如权利要求1所述的泥浆调节阀阀芯组件，其特征在于：第二扩容降压空间(52)的横截面为直角三角形。

4.如权利要求1所述的泥浆调节阀阀芯组件，其特征在于：阀芯(1)密封端为圆锥形的密封端面(11)，当阀芯(1)与阀座(2)密封配合时，阀芯(1)的密封端面(11)与阀座(2)的密封孔段(211)内表面相互配合形成线密封，且密封端面(11)的上部与密封孔段(211)内表面的上部之间形成角差a,a的大小在1-5°之间。

5.如权利要求1所述的泥浆调节阀阀芯组件，其特征在于：堵流孔段(212)的下方还设置有圆孔形的节流孔段(213)，且密封孔段(211)的截面圆直径＞堵流孔段(212)的截面圆直径＞节流孔段(213)的截面圆直径。

6.如权利要求1至5任意一项所述的泥浆调节阀阀芯组件，其特征在于：阀芯(1)的下部自上而下依次为扩容降压段(12)和扩容降头部(13)。

7.如权利要求6所述的泥浆调节阀阀芯组件，其特征在于：扩容降压段(12)的截面圆直径比阀芯(1)中部的截面圆直径小8mm以上，阀芯(1)中部的截面圆直径≥扩容降头部(13)的截面圆直径＞扩容降压段(12)的截面圆直径。

8.如权利要求1所述的泥浆调节阀阀芯组件，其特征在于：阀芯(1)的中部与套孔(31)的中部连接配合方式为间隙配合。

9.如权利要求1所述的泥浆调节阀阀芯组件，其特征在于：套孔(31)上部的截面圆直径与套孔(31)中部的截面圆直径相等，阀芯(1)上部截面圆直径小于套孔(31)上部的截面圆直径，套筒(3)上部周向上设置有多个泄压孔(33)，所有泄压孔(33)以套筒(3)中轴线为轴线对称设置。

10.泥浆调节阀，包括阀体(6)、阀芯组件、阀杆(7)、执行器(8)、尾盖(9)、进口盖(10)和填料密封结构(14)，阀体(6)内设置有阀腔、进口、出口以及连通至阀腔的填料腔，阀芯组件安装在阀腔中，填料密封结构(14)安装在填料腔中，进口盖(10)安装在进口处，尾盖(9)安装在出口处，阀杆(7)一端与阀芯组件相连接，另一端与执行器(8)相连接，且阀杆(7)通过填料密封结构(14)穿入至阀腔中，其特征在于：阀芯组件采用如权利要求1至9任一项权利要求所述的泥浆调节阀阀芯组件。

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