CN216590018U - 一种超高压防砂型滚珠丝杠明杆平板阀 - Google Patents

Abstract

一种超高压防砂型滚珠丝杠明杆平板阀，其手轮转动部件安装在阀体上端的阀盖部件之上，手轮位于手轮转动部件的中间部位，在手轮转动部件内装有与阀杆联接的滚珠丝杠副，在滚珠丝杠副上端的轴端挡圈上，均布着2～4个用螺母并紧的限位螺钉；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。使得该阀门具有操作轻松、双重显示、一关到底、无需回转、密封可靠、耐磨耐蚀、防砂防堵、维护方便等特点，从而更适合在超高压压裂作业等恶劣工况条件下使用。

Description

一种超高压防砂型滚珠丝杠明杆平板阀

技术领域

本实用新型涉及石油机械及其它行业中使用的“手动明杆平板阀”。

背景技术

滚珠丝杠明杆平板阀，是石油、天然气压裂钻采设备中不可或缺的一种大口径闸阀。但随着油气开采难度的增加和压裂作业技术的进步，现有的防砂型明杆平板阀已难以适应超高压工况的作业要求，主要存在以下几个方面的问题：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，从而会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地操作要求；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。三是现有的平板阀，在阀门关闭到底时，均要求操作人员根据阀杆螺距和设计余量，将手轮回转一圈左右，以便让闸板的底面与阀盖、阀杆的下端与闸板脱离接触；只有让闸板和阀座处于浮动状态，弹力有限的阀座密封圈才能在无外力胁迫的情况下，产生最好的密封效果，从而避免性能正常的平板阀，在关闭时因操作不当产生的泄漏。

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、密封和防泄漏功能的防砂型滚珠丝杠明杆平板阀。

本实用新型由手轮转动部件、阀盖部件和阀体、阀杆、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：手轮转动部件安装在阀体上端的阀盖部件之上，手轮位于手轮转动部件的中间部位，在手轮转动部件的中心孔和透明护罩内装有与阀杆联接的滚珠丝杠副，在滚珠丝杠副上端的轴端挡圈上，均布着2～4个用螺母并紧的限位螺钉；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滚珠丝杠副驱动，可以大幅度地降低阀门的开关阻力；手轮位于手轮转动部件的中间，可以降低阀门的高度，缩小产品体积；在阀体的两端，用透明护罩与滚珠丝杠副、防护罩与尾杆和导向板配合，可以同时显示阀门的开关情况；在滚珠丝杠副的轴端挡圈上，用2～4个可调节的限位螺钉，阻止关闭阀门时闸板的底面与阀盖接触，可以避免回转手轮的麻烦和失误时造成的阀门泄漏。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矩形密封圈产生的弹性，使其始终主动与闸板紧密贴合，不给含砂介质任何进入阀腔的空隙。

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、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、轴承罩壳，6、推力轴承，7、转动轴套，8、手轮，9、滚珠丝杠副，10、油杯，11、透明护罩，12、轴端挡圈，13、螺钉垫圈，14、螺母，15、限位螺钉，16、内六角螺钉，17、螺栓垫圈，18、O型密封圈，19、圆柱销，20、阀杆，21、组合密封件，22、紧定螺钉，23、注脂阀，24、闸板，25、阀座，26、内密封圈，27、外密封圈，28、防砂板，29、弹性橡胶圈，30、尾杆，31、防护罩，32、指示板，33、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，自上而下由手轮转动部件、阀盖部件和阀杆20、闸板24、阀座25、防砂板28、尾杆30、导向板33、防护罩31、指示板32零件，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25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柱状体的上、下两面，均加工有梯形垫环槽和均布的螺纹盲孔，以便用密封垫环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21和注脂阀23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21；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23，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21，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上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20或尾杆 30进行密封。另外，为了应对超高压工况，组合密封件21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20、闸板24、尾杆30和位于闸板24前后的导向板33；闸板24的上下两端，均用“T”形凹槽与阀杆20和尾杆30一端的“T”形接头相连接；闸板24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33，以防止闸板24前后偏移。在阀腔内闸板24的两侧，对称地装有阀座25和配套的内密封圈26、外密封圈27；闸板24下方的圆柱形通道孔与两侧的阀座25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25的下方，闸板24和尾杆30的两侧，还对称地装有一对带弹性橡胶圈29的防砂板28，以防止含砂介质进入阀腔。

图4和图5中，防砂板28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24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25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28两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28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29，在与阀腔孔壁接触后，会产生推动防砂板28与闸板24和尾杆30 紧密贴合的弹性力。弹性橡胶圈29，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29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。

另外，为应对超高压工况，本实用新型与阀座25配套的内密封圈26和外密封圈27，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。内密封圈26和外密封圈27的区别：一是直径大小不同；二是内密封圈26的U型主圈开口向内，外密封圈27的U型主圈开口向外。

在阀体1上端、阀盖部件的上方，装有手轮转动部件。手轮转动部件，由轴承罩壳5、推力轴承6、转动轴套7、手轮8、滚珠丝杠副9、油杯10、透明护罩11、轴端挡圈12、螺钉垫圈13、螺母14、限位螺钉15、内六角螺钉16、螺栓垫圈17、O型密封圈18和紧定螺钉22所组成。在转动轴套7的下部凸起的坎肩上下面，各装一只推力轴承6，用轴承罩壳5和O型密封圈18包裹后，将轴承罩壳5底面的螺纹孔与阀盖 3上端的螺柱体联接在一起，再用紧定螺钉22予以固定；手轮8用其轮毂中心的六棱孔，安装在转动轴套7上部的六棱柱处，滚珠丝杠副9中的丝杠螺母安装在转动轴套 7上端的中心孔内，再用均布的内六角螺钉16固定在一起；带油杯10的透明护罩11 套在滚珠丝杠副9的上端，用均布的螺栓垫圈17固定在手轮8的轮毂上面；透明护罩 11采用工程塑料制造，在其圆柱体的表面，刻有“开、关”文字和百分比刻度线，与滚珠丝杠副9上端轴端挡圈12配合，显示阀门的开关情况；滚珠丝杠副9采用的是内循环系列、带颈法兰式丝杠螺母的结构：在其丝杠螺母的中心孔内装有循环滚动的钢珠和丝杠，在其丝杠的上端用螺钉垫圈13固定着一只轴端挡圈12，以防止丝杠螺母和内部的钢珠滑脱；在其丝杠的下端加工有带径向销孔的圆柱体和螺杆头，在用螺纹和圆柱销19与阀杆20的上端联接后，可以将手轮8上的转动力矩，通过滚珠丝杠副 9和阀杆20转变成闸板24上下运动的驱动力。

为了防止在关闭阀门时，阀杆20与闸板24、闸板24与阀盖3挤压式接触，所产生的不平衡力对阀座25及两侧的内密封圈26和外密封圈27密封性能的影响；本实用新型在滚珠丝杠副9的轴端挡圈12的平面上，对称的钻有2～4个螺纹孔，每个螺纹孔中均装有可调节的且用螺母14固定的限位螺钉15，使闸板24和阀座25在闭阀后留有浮动的间隙。

在阀体1下端、阀盖部件的下方，装有防护罩31；在防护罩31的中心孔内，用螺钉垫圈13将指示板32与尾杆30下端固定联接，透过防护罩31上四个长槽孔和标识，可以观察阀门的开关情况。

以上内容描述了本发明的基本原理、主要特征和主要优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述说明的实施例限制，特别是其中的个别零部件或组合密封件 21和弹性橡胶圈29，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，都在本发明的保护要求范围内。

Claims (5)

1.一种超高压防砂型滚珠丝杠明杆平板阀，由手轮转动部件、阀盖部件和阀体、阀杆、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：手轮转动部件安装在阀体上端的阀盖部件之上，手轮位于手轮转动部件的中间部位，在手轮转动部件的中心孔和透明护罩内装有与阀杆联接的滚珠丝杠副，在滚珠丝杠副上端的轴端挡圈上，均布着2～4个用螺母并紧的限位螺钉；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滚珠丝杠明杆平板阀，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滚珠丝杠明杆平板阀，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滚珠丝杠明杆平板阀，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滚珠丝杠明杆平板阀，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。

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