CN215928435U - 一种超高压防砂型液压驱动明杆平板阀 - Google Patents

Abstract

一种超高压防砂型液压驱动明杆平板阀，液压驱动部件安装在阀体上端的阀盖部件之上，在液压驱动部件的支架缸盖中心孔与阀杆的接触处，装有蕾形密封圈组成的密封组件；在阀体的上下两端，阀盖部件的中心孔与阀杆、尾杆的接触处，均装有一套由多层不同截面非橡胶密封圈叠加的组合密封件；在阀体和上下两端阀盖部件形成的圆柱形阀腔内，在阀座的下方，对称地装有一对填满闸板和尾杆两侧阀腔、带弹性橡胶圈的防砂板。由于防砂板带有弹性橡胶圈，既密封又不变形；多层不同截面非橡胶密封圈，均采用特种工程塑料和金属材料制造；加之对液压缸的密封件全面优化，使得该阀门密封更可靠、防砂更出色、寿命更长久，更适合在超高压压裂作业工况下使用。

Description

一种超高压防砂型液压驱动明杆平板阀

技术领域

本实用新型涉及石油机械及其它行业中使用的“液压驱动明杆平板阀”。

背景技术

液压驱动明杆平板阀，是石油、天然气压裂钻采设备中用量不断增加的一种大口径闸阀。但随着油气开采难度的增加和压裂作业技术的进步，现有的防砂型液动明杆平板阀已难以适应超高压压裂作业的要求，其主要问题：一是闸板两面加装的防砂板几乎均为平板，刚性不足，在超高压工况下，容易产生弹性或塑性变形，从而使部分含砂介质进入阀腔，造成砂堵事故；另外，防砂板与闸板之间没有主动贴合力，其精密加工形成的固定自由间隙，随着工作时间和零件变形的增加而增加，为含砂介质进入阀腔提供了缝隙。二是多数液动明杆平板阀的阀盖和阀杆、尾杆处所用的橡胶组合密封件，难以胜任超高压工况和频繁的工作要求；少数使用复合材料的阀杆和尾杆组合密封件，因层数偏少或搭配欠佳，其密封性能和使用寿命也不理想。三是现有的液动平板阀，在支架缸盖中心孔与阀杆的接触处，常用两道O型密封圈密封；在阀门频繁工作时，O型密封圈的使用寿命很短、可靠性很差，经常对投资巨大的压裂作业工程产生不良影响。

发明内容

本实用新型的目的，在于提供一种在超高压工况下，具有优异的防砂和密封功能的防砂型液压驱动明杆平板阀。

本实用新型由液压驱动部件、阀盖部件和阀体、闸板、阀座、防砂板、尾杆、导向板、防护罩、指示板零件，以及配套的密封件和联接件组合而成；其特色之处是：液压驱动部件安装在阀体上端的阀盖部件之上，在液压驱动部件的支架缸盖中心孔与阀杆的接触处，装有蕾形密封圈组成的密封组件；在阀体的上下两端，阀盖部件的中心孔与阀杆、尾杆的接触处，均装有一套由多层不同截面非橡胶密封圈叠加的组合密封件；在阀体和上下两端阀盖部件形成的圆柱形阀腔内，在阀座的下方，对称地装有一对填满闸板和尾杆两侧阀腔、带弹性橡胶圈的防砂板。

由于本实用新型采用液压驱动，可以对阀门进行远距离液动控制，安全又省力；在液压驱动部件支架缸盖中心孔与阀杆的接触处，装有蕾形密封圈组成的密封组件，使之液压缸的密封更可靠、使用寿命更长；在阀体的上下两端，阀盖部件的中心孔与阀杆、尾杆的接触处，均装有一套由多层不同截面非橡胶密封圈叠加的组合密封件，将多种复合材料密封圈的密封功能有机的组合，形成多重密封和超强的抗压、耐磨和耐蚀效果；在阀腔内、阀座的下方，对称地装有一对填满闸板和尾杆两侧阀腔、带弹性橡胶圈的防砂板，既能提高防砂板的强度，消除其变形的空间，又能利用防砂板部件中弹性橡胶圈产生的弹性，使其始终主动与闸板和尾杆紧密贴合，不给含砂介质任何进入阀腔的空隙，从而使液动明杆平板阀具有更杰出的密封和防砂性能。加之在阀体下端的阀盖部件下方，装有防护罩和与尾杆联接的指示板，可以直观地显示阀门的开关情况。

附图说明

图1为本实用新型总体结构阀门全开状态的全剖视示意图；

图2为图1中阀体、阀盖、尾杆和防砂板部件结合处A-A剖面放大示意图；

图3为本实用新型中，阀盖与阀杆或尾杆接触处组合密封件的局部放大示意图；

图4为本实用新型，防砂板零件立体放大示意图；

图5为本实用新型，与防砂板配套的弹性橡胶圈截面放大示意图；

图6为本实用新型中，支架缸盖与阀杆接触处密封组件的局部放大示意图。

图中标号所示的零部件名称如下：

1、阀体，2、密封垫环，3、阀盖，4、螺柱螺母，5、组合密封件，6、支架缸盖， 7、密封组件，8、液压缸套，9、阀杆，10、活塞，11、联接螺栓，12、缸盖，13、O 型密封圈，14、固定螺母，15、并紧螺母，16、液压油嘴，17、密封支撑环，18、小 O型密封圈，19、紧定螺钉，20、注脂阀，21、闸板，22、阀座，23、内密封圈，24、外密封圈，25、防砂板，26、弹性橡胶圈，27、尾杆，28、防护罩，29、螺钉垫圈， 30、指示板，31、导向板。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：

图1、图2中，本实用新型以阀体1为载体，自上而下由液压驱动部件、阀盖部件和闸板21、阀座22、防砂板25、尾杆27、导向板31、防护罩28、指示板30零件，以及配套的密封件和联接件组合而成，形成一个对管路通道进行开关控制的功能体。

阀体1的中间是加工有圆柱形阀腔孔的柱状体，左右两端是伸出的带颈法兰，法兰的中心是与阀腔孔垂直交汇的左右通道孔；在左右通道孔与圆柱形阀腔孔的交汇处，扩有阀座22的安装孔；在左右带颈法兰的端面，均加工有梯形垫环槽和均布的螺柱孔，用于对外联接；在阀体1的柱状体上面和下面，均加工有梯形垫环槽和均布的螺纹盲孔，分别用密封垫环2和均布的螺柱螺母4联接阀盖部件。

本实用新型的阀盖部件，由阀盖3、组合密封件5和注脂阀20所组成。阀盖3是一端大、一端小的零件；小端是直径较小、带退刀槽的空心螺柱体，大端是直径较大的空心圆柱体，大端的下面加工有梯形垫环槽和均布的螺柱孔；阀盖3的中心是不同直径的螺纹孔和圆柱孔，小端面向内是直径较小的螺纹孔和圆柱形台阶孔，用来安装组合密封件5；大端面向内是一个与阀腔直径相同、有一定深度的大圆柱孔，作为阀腔的延伸部分使用；在阀盖3大端的侧壁上，钻有一个进口处有锥形螺纹的台阶孔，孔中装有注脂阀20，用于向阀内注入密封脂，以提高阀门的密封性能。

图3中，本实用新型的组合密封件5，由一个填料压盖、一层金属垫圈、四层不同截面的密封圈和一层⊥形挡圈叠加组合而成；四层不同截面的密封圈，最上层是方形V槽截面的密封圈，第二层是对称翼形截面的密封圈，第三层是短柄锺形截面的复合密封圈；第四层是长柄锺形截面的复合密封圈。叠加时：最上层的密封圈下面的V 形槽与第二层密封圈上方的尖端吻合，第二层密封圈下面的V形槽和方槽与第三层复合密封圈上方的尖端和短柄吻合，第四层复合密封圈和⊥形挡圈上方的长柄，分别插在第三层复合密封圈和第四层复合密封圈锺形截面下方的内腔之中，对阀杆9或尾杆 27进行密封。另外，为了应对超高压工况，组合密封件5中的方形V槽截面密封圈、对称翼形截面密封圈和⊥形挡圈的全身，以及短柄锺形截面复合密封圈和长柄锺形截面复合密封圈的壳体，全部采用“PEEK聚醚醚酮”特种工程塑料模塑成形；在短柄锺形截面复合密封圈和长柄锺形截面复合密封圈的锺形截面内腔之中，均装有顶部弯曲成圆弧呈V形截面的环状弹簧；环状弹簧均采用“Elgiloy埃尔吉洛伊”非磁性合金薄钢板冲压、焊接而成。

在阀体1和上下阀盖部件的中心孔形成的阀腔内，自上而下的装有阀杆9、闸板21、尾杆27和位于闸板21前后的导向板31零件；闸板21的上下两端，均用“T”形凹槽与阀杆9和尾杆27一端的“T”形接头相连接；闸板21前后两边的平面上，均开有上下贯通的长槽，槽中装有薄钢板冲压成型的导向板31，以防止闸板21前后偏移。在阀腔内闸板21的两侧，对称地装有阀座22和配套的内密封圈23、外密封圈24；闸板21下方的圆柱形通道孔与两侧的阀座22和阀体1上的通道孔，通过其相对位置的变化，决定阀门的开通或关闭。在阀座22的下方，闸板21和尾杆27的两侧，还对称地装有一对带弹性橡胶圈26的防砂板25，以防止含砂介质进入阀腔。

图4和图5中，防砂板25是一块一侧平面、一侧圆弧面的方形厚钢板，其平面用与闸板21贴合，其圆弧面用与阀体1和阀盖3的阀腔孔贴合；在钢板的上面有一个圆弧形缺口，用与阀座22相衔接；在钢板的下面与圆弧面的交界之处是大倒角，以便在阀腔内安装；在防砂板25两侧的平面及圆弧面的垂直平分线上、靠近圆弧形缺口处，钻有一个小直径的通孔，以便内外两侧的压力平衡；在防砂板25的圆弧面上、圆弧形缺口的下方，对称地加工有一个带四个圆弧角的方形凹槽，方形凹槽内装有一根有弹性的弹性橡胶圈26，在与阀腔孔壁接触后，会产生推动防砂板25与闸板21和尾杆27 紧密贴合的弹性力。弹性橡胶圈26，其横截面的外边为凸起的圆弧边，内边有一个半圆形凹槽，其余两边为相互平行的直线边。弹性橡胶圈26整体采用“FKM氟橡胶”或“HNBR高饱和氢化丁腈橡胶”材料制造，以应对恶劣的工况。

在阀体1上端的阀盖部件上方，装有液压驱动部件。液压驱动部件由支架缸盖6、密封组件7、液压缸套8、阀杆9、活塞10、联接螺栓11、缸盖12、O型密封圈13、固定螺母14、并紧螺母15、液压油嘴16、密封支撑环17、小O型密封圈18、紧定螺钉19所组成。支架缸盖6通过下端面的螺纹孔，与阀盖3上端的螺柱体联接在一起，再用紧定螺钉19予以固定；阀杆9有圆台阶和螺杆的一端，穿过阀盖部件、支架缸盖 6和密封组件7的中心孔，与活塞10带两道小O型密封圈18的中心孔相联接，并用固定螺母14和并紧螺母15双重固定；在液压缸套8上下两端的外圆周上，分别钻有一个进口处有锥形螺纹的台阶孔，孔中装有液压油嘴16，用于液压油的输入输出；将支架缸盖6和缸盖12带两道O型密封圈13的内端，连同阀杆9和活塞10一起，从液压缸套8的两端分别装入缸筒内，用均布的联接螺栓11联接固定；在活塞10的外圆上加工有三道凹槽，每道凹槽中均装有两片用工程塑料制成的密封支撑环17和夹在中间的一道O型密封圈13，以保证密封圈工作的可靠性和使用寿命；阀杆9的下端加工成锥面凸台和“T”形接头，用与闸板20的上端连接。当液压缸套8内注入液压油后，会推动活塞10和阀杆9往复运动，进而驱动阀门的开关。

图6中，本实用新型的密封组件7，由一个填料压盖、上下两层金属垫圈和中间的两层相同的蕾形密封圈所组成，蕾形密封圈由唇形密封圈和O型密封圈组合而成；蕾形密封圈的唇口朝向活塞10。蕾形密封圈和液压驱动部件中的O型密封圈18，全部采用“HNBR高饱和氢化丁腈橡胶”材料制造，以保证其使用寿命。

在阀体1下端的阀盖部件下方，装有防护罩28；在防护罩28的中心孔内，用螺钉垫圈29将指示板30与尾杆27下端固定联接，透过防护罩28上四个长槽孔和标识，可以观察阀门的开关情况。

另外，为应对超高压工况，本实用新型与阀座22配套的内密封圈23和外密封圈24，均为一种复合型弹性密封圈：其外层主圈的径向截面均呈U型，采用“PEEK聚醚醚酮”特种工程塑料模塑成形；在主圈的U型开口内，均含有径向截面呈V型的金属弹簧圈；在V型的金属弹簧圈内，均含有径向截面呈长方形、四边倒角的高分子材料圈。

以上内容描述了本实用新型的基本原理、主要特征和主要优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述说明的实施例限制，特别是其中的零部件或组合密封件5、密封组件7和弹性橡胶圈26，在不脱离本发明精神和架构范围的前提下，产生的形状或材料的变化和改进，都在本实用新型的保护要求范围内。

Claims (6)

1.一种超高压防砂型液压驱动明杆平板阀，由液压驱动部件、阀盖部件和阀体、闸板、阀座、防砂板、尾杆、导向板、防护罩、指示板零件，以及配套的密封件和联接件组合而成；其特征是：液压驱动部件安装在阀体上端的阀盖部件之上，在液压驱动部件的支架缸盖中心孔与阀杆的接触处，装有蕾形密封圈组成的密封组件；在阀体的上下两端，阀盖部件的中心孔与阀杆、尾杆的接触处，均装有一套由多层不同截面非橡胶密封圈叠加的组合密封件；在阀体和上下两端阀盖部件形成的圆柱形阀腔内，在阀座的下方，对称地装有一对填满闸板和尾杆两侧阀腔、带弹性橡胶圈的防砂板。

2.根据权利要求1所述的超高压防砂型液压驱动明杆平板阀，其特征是：组合密封件，由一个填料压盖、一层金属垫圈、四层不同截面的密封圈和一层⊥形挡圈叠加组合而成；四层不同截面的密封圈，最上层是方形V槽截面的密封圈，第二层是对称翼形截面的密封圈，第三层是短柄锺形截面的复合密封圈；第四层是长柄锺形截面的复合密封圈。

3.根据权利要求2所述的超高压防砂型液压驱动明杆平板阀，其特征是：组合密封件中的方形V槽截面密封圈、对称翼形截面密封圈和⊥形挡圈的全身，以及短柄锺形截面复合密封圈和长柄锺形截面复合密封圈的壳体，全部采用“PEEK聚醚醚酮”特种工程塑料模塑成形；在短柄锺形截面复合密封圈和长柄锺形截面复合密封圈的锺形截面内腔之中，均装有顶部弯曲成圆弧呈V形截面的环状弹簧；环状弹簧均采用“Elgiloy埃尔吉洛伊”非磁性合金薄钢板冲压、焊接而成。

4.根据权利要求1所述的超高压防砂型液压驱动明杆平板阀，其特征是：防砂板是一块一侧平面、一侧圆弧面的方形厚钢板，在钢板的上面有一个圆弧形缺口，在钢板的下面与圆弧面的交界之处是大倒角；在防砂板两侧的平面及圆弧面的垂直平分线上、靠近圆弧形缺口处，钻有一个小直径的通孔；在防砂板的圆弧面上、圆弧形缺口的下方，对称地加工有一个带四个圆弧角的方形凹槽。

5.根据权利要求1所述的超高压防砂型液压驱动明杆平板阀，其特征是：弹性橡胶圈，其横截面的外边为凸起的圆弧边，内边有一个半圆形凹槽，其余两边为相互平行的直线边；弹性橡胶圈整体采用“FKM氟橡胶”或“HNBR高饱和氢化丁腈橡胶”材料制造。

6.根据权利要求1所述的超高压防砂型液压驱动明杆平板阀，其特征是：密封组件，由一个填料压盖、上下两层金属垫圈和中间的两层相同的蕾形密封圈所组成，蕾形密封圈由唇形密封圈和O型密封圈组合而成；蕾形密封圈的唇口朝向活塞。

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