CN216590019U - 一种滚珠丝杠驱动的超高压防砂型无尾杆明杆平板阀 - Google Patents

Abstract

一种滚珠丝杠驱动的超高压防砂型无尾杆明杆平板阀，其特征是：在阀盖部件和阀杆零件的上方装有手轮转动部件，在手轮转动部件内装有与阀杆联接的滚珠丝杠副，在手轮转动部件的一侧，附加一个允许或禁止手轮和丝杠螺母转动的锁定机构；在阀体的上端、阀盖部件的中心孔与阀杆的接触处，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；在阀体的圆柱形阀腔内，在阀座的下方，对称地装有一对填满闸板两侧阀腔、带弹性橡胶圈的防砂板。使得无尾杆明杆平板阀在保持体积较小、开关显示、价格低廉、维护方便的同时，实现了操作轻松、密封可靠、耐磨耐蚀、防砂防堵等新功能，从而更适合在超高压压裂作业等恶劣工况条件下使用。

Description

一种滚珠丝杠驱动的超高压防砂型无尾杆明杆平板阀

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

无尾杆手动明杆平板阀，是高、中压石油钻采设备中常用的一种大口径闸阀，具有产品体积小、重量轻、价格低和直接显示阀门开关情况等优点。但随着油气井深度的不断增加，工作压力等级的不断提高，现有的防砂型无尾杆手动明杆平板阀已难以胜任超高压工况的作业要求，主要存在以下几个方面的问题：一是由于该阀无尾杆进行压力平衡，使得阀杆单向承受介质压力，加之滚珠丝杠副摩擦系数小，无自锁功能，难以采用；所以在超高压工况下，如果还用有自锁功能的梯形螺纹副驱动阀门，则常人无法操作。二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。三是平板阀的阀盖和阀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操作要求；少数使用复合材料的阀杆组合密封件，因层数偏少或搭配欠佳，其密封性能和使用寿命也不理想。四是现有的平板阀，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体、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，在于提供一种用滚珠丝杠副驱动，适合超高压工况，且有优异的防砂、密封和防泄漏功能的无尾杆手动明杆平板阀。

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、导向板零件，以及配套的密封件和联接件组合而成；其特色之处是：在阀盖部件和阀杆零件的上方装有手轮转动部件，在手轮转动部件内装有与阀杆联接的滚珠丝杠副，在手轮转动部件的一侧，附加一个允许或禁止手轮和丝杠螺母转动的锁定机构；在阀体的上端、阀盖部件的中心孔与阀杆的接触处，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；在阀体的圆柱形阀腔内，在阀座的下方，对称地装有一对填满闸板两侧阀腔、带弹性橡胶圈的防砂板。

由于本实用新型率先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；在手轮上方，用透明护罩与滚珠丝杠副中的丝杠配合，可以直观地显示阀门的开关情况；在手轮转动部件的一侧，附加一个允许或禁止手轮和丝杠螺母转动的锁定机构，既能避免在关闭阀门时，闸板和阀杆在阀腔内的压力作用下，推动无自锁能力的滚珠丝杠副旋转，进而自动打开阀门的异常情况；又能使闸板在闭阀后留有浮动的间隙，以提高阀门的密封效果。在阀体的上端，阀盖部件的中心孔与阀杆的接触处，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，达到了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、闸板和防砂板结合处A-A剖面放大示意图；

图3为本实用新型中，阀盖与阀杆接触处组合密封件的局部放大示意图；

图4为本实用新型中，防砂板零件立体放大示意图；

图5为本实用新型中，与防砂板配套的弹性橡胶圈截面放大示意图；

图6为本实用新型手轮转动部件中，锁定机构小部件锁定时的放大示意图。

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、锁定机构，601、弹性插销，602、固定套管，603、压缩弹簧，604、开槽螺帽，605、拉环，606、紧定螺钉，7、转动轴套，8、手轮，9、透明护罩，10、油杯，11、滚珠丝杠副，12、内六角螺钉，13、螺钉垫圈，14、O型密封圈，15、推力轴承，16、圆柱销，17、组合密封件，18、紧定螺钉，19、阀杆，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、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19、闸板21、阀座22、防砂板25、导向板27零件，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盲孔的柱状体，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柱状体的上面，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17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，小端面向下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17；大端面向上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17，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19进行密封。另外，为了应对超高压工况，组合密封件17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和阀盖部件的中心孔形成的阀腔内，自上而下的装有阀杆19、闸板21 和位于闸板21前后的导向板27；闸板21的上端，用“T”形凹槽与阀杆19下端的“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27，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和其配套的内密封圈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。在闸板21的两侧、阀座22的下方，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内的阀腔孔贴合；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。

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均采用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23和外密封圈24的区别：一是直径大小不同；二是内密封圈23的U型主圈开口向内，外密封圈24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、锁定机构6、转动轴套7、手轮8、透明护罩9、油杯10、滚珠丝杠副11、内六角螺钉12、螺钉垫圈13、O型密封圈14、推力轴承15和紧定螺钉18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15，用轴承罩壳5和O型密封圈 14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18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11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12固定在一起；透明护罩9套在滚珠丝杠副11的上端，用均布的螺钉垫圈13固定在手轮8的轮毂上面。透明护罩9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11上端轴端挡圈配合，显示阀门的开关情况。滚珠丝杠副11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固定着一只轴端挡圈，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16与阀杆19的上端联接后，可以将手轮8上的转动力矩，过滚珠丝杠副11和阀杆19转变成闸板21上下运动的驱动力。

图6中，为了防止无自锁能力的滚珠丝杠副11自动旋转开阀，同时防止闸板21 执偏影响阀座22左右两侧内密封圈23和外密封圈24的密封性能；本实用新型在转动轴套7下部凸起的坎肩圆周边上，钻有一个盲孔；在与盲孔对应的轴承罩壳5的一侧螺纹孔中，安装和焊牢一个可人为操控的锁定机构6。当锁定机构6中的插销与转动轴套7坎肩上的盲孔对接锁定后，既能防止手轮8和滚珠丝杠副11自转，又能使闸板 21在闭阀后留有浮动的间隙。

本实用新型的锁定机构6，由弹性插销601、固定套管602、压缩弹簧603、开槽螺帽604、拉环605和紧定螺钉606组合而成。固定套管602为一节较细的钢管，钢管的两端加工有外螺纹，一端与轴承罩壳5一侧的螺纹孔联接并焊接固定，另一端与开槽螺帽604联接并用紧定螺钉606固定；在固定套管602的中心孔内，装有弹性插销601和压缩弹簧603；弹性插销601粗的一端向内，细的一端贯穿于压缩弹簧603 和开槽螺帽604的中心孔后，再用拉环605扣住细的一端径向小孔，形成一个整体的小部件。开槽螺帽604的外围可加工成六棱柱或滚花的圆柱体，以便于装配；其向内的一端加工有带退刀槽的螺纹孔，用与固定套管602联接；在螺纹孔的圆周壁上钻有一个径向的小螺纹孔，用于安装紧定螺钉606；其向外的一端加工有一个小通孔，以便让弹性插销601细的一端穿过，并挡住压缩弹簧603；在小通孔外端面的中心线上，加工有一深一浅的十字槽，用与拉环605配合使用。将弹性插销601和拉环605旋转九十度置于深槽内时，会自动寻找盲孔锁定；将弹性插销601和拉环605拉出旋转九十度置于浅槽内定位时，就会允许手轮8和滚珠丝杠副11正常操作。

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，特别是其中的个别零部件或组合密封件17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 (7)

1.一种滚珠丝杠驱动的超高压防砂型无尾杆明杆平板阀，由手轮转动部件、阀盖部件和阀体、阀杆、闸板、阀座、防砂板、导向板零件，以及配套的密封件和联接件组合而成；其特征是：在阀盖部件和阀杆零件的上方装有手轮转动部件，在手轮转动部件内装有与阀杆联接的滚珠丝杠副，在手轮转动部件的一侧，附加一个允许或禁止手轮和丝杠螺母转动的锁定机构；在阀体的上端、阀盖部件的中心孔与阀杆的接触处，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；在阀体的圆柱形阀腔内，在阀座的下方，对称地装有一对填满闸板两侧阀腔、带弹性橡胶圈的防砂板。

2.根据权利要求1所述的滚珠丝杠驱动的超高压防砂型无尾杆明杆平板阀，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所述的滚珠丝杠驱动的超高压防砂型无尾杆明杆平板阀，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所述的滚珠丝杠驱动的超高压防砂型无尾杆明杆平板阀，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所述的滚珠丝杠驱动的超高压防砂型无尾杆明杆平板阀，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所述的滚珠丝杠驱动的超高压防砂型无尾杆明杆平板阀，其特征是：锁定机构，由弹性插销、固定套管、压缩弹簧、开槽螺帽、拉环和紧定螺钉组合而成；固定套管为一节较细的钢管，钢管的两端加工有外螺纹；在固定套管的中心孔内，装有弹性插销和压缩弹簧；弹性插销粗的一端向内，细的一端贯穿于压缩弹簧和开槽螺帽的中心孔后，再用拉环扣住细的一端径向小孔，形成一个整体的小部件。

7.根据权利要求6所述的滚珠丝杠驱动的超高压防砂型无尾杆明杆平板阀，其特征是：开槽螺帽的外围可加工成六棱柱或滚花的圆柱体，其向内的一端加工有带退刀槽的螺纹孔，在螺纹孔的圆周壁上钻有一个径向的小螺纹孔，其向外的一端加工有一个小通孔，在小通孔外端面的中心线上，加工有一深一浅的十字槽。

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