防倒流双芯一体式阀门设计

赵玉亮

摘要：文章设计了一种双芯一体式阀门，该阀门可用于油田的油水井井口、计量间及各管网流程上。在结构上并排设置两个阀腔，并借助套有弹簧的下左阀杆，可确保随着管道内流体压力的方向不同而改变开关的方向，实现井液正常流动与井液倒流均可控。阀座的设计，可有效代替阀芯损伤，且更换方便。从而改进了现有阀门内通道狭窄、流量受限，无法阻止井液倒流，更换零部件工序繁琐成本高等问题。

Abstract： This articlescrap designed a valve which has two spool. It can use in oil well wellhead， flowmeters and pipe network's flow. We design two valve chamber side by side in structure. With the help of lower left stem which has a spring outside， it can ensure that the direction of the switch is changed with the direction of the fluid pressure in the pipeline， this realizes the normal flow of well fluid and the control of well liquid backflow. The design of the valve seat can effectively replace the damage of the spool， it also make the replacement easily. Thus， we improve the existing valve in many aspect such as the narrow inner passage， the limited flow， the preventing of the back flow and the high cost of replacing parts.

关键词：阀门；双芯；防倒流

Key words： valve；twin-core；backflow-proof

中图分类号：U641.3+3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）24-0104-02

0 引言

阀门广泛应用于石油、化工、冶金、电力、纺织、轻工、机械制造、建筑和国防军工等国民经济各部门，已成为各种流体装置中不可缺少的控制设备。阀门的品种规格很多，分别起着不同的作用，如开、关、调节、安全保护、节能和疏水等，是一种量大面广的产品。阀门的主要失效[1-12]模式为卡滞[13]、泄漏和振动，应当进行深入研究，找出提高可靠性的方法。

针对现有油田的油水井井口、计量间及各管网流程上阀门内通道狭窄、流量受限，无法阻止井液倒流，更换零部件工序繁琐、成本高等问题，文章主要研究如何改進阀腔内通道，增大流量；防止油液产生倒流现象；设计阀芯形状，增强阀芯强度[14]；实现阀内零件损坏后灵活更换，降低维修成本；设计阀芯保护措施，减少阀芯划伤；提高现场的作业效率和可靠性。

文章创新设计了一种双芯一体式阀门，解决了目前现场使用的阀门存在的以下问题：①因为阀门设置了上、下两个阀芯，导致内通道变窄、流量受限；②没有设计井液防倒流机构，所以无法阻止井液倒流；③底部球阀因长期开关易断裂；④只能实现上部闸板阀组件现场更换零部件的目标，而底部球阀组件若损坏，还需更换整个阀门；⑤阀门的阀芯在使用过程中，因管道内的焊渣及硬性杂质的存在会被划伤，而维修更换阀芯，一方面成本很高，另一方面更换操作也很繁琐。

1 结构设计

1.1 总体结构设计

阀体的主体为方形，阀体上设置左、右两个圆柱状阀腔，两个阀腔并排设置且二者之间设置连通通孔，每个阀腔的底部设置密封座，每个阀腔中装有启闭通道的阀芯组件。

1.2 右阀腔结构设计

右阀盖与右阀腔密封螺纹连接，右阀盖与右阀杆密封螺纹连接，右阀杆的末端固定右阀芯，右阀芯坐在右阀腔底部的密封座上时二者之间构成密封副。

1.3 左阀腔结构设计

与右阀盖不同的是，左阀杆分为上下两段，上左阀杆为螺杆，与左阀盖的中心螺孔连接，下左阀杆为光杆，其上端插入到左阀盖的螺孔中，其下端固定连接左阀芯，左阀芯坐在左阀腔底部的密封座上时二者之间构成密封副，下左阀杆外面还套有弹簧。弹簧受到左阀芯传递的向上压力而被压缩时，左阀腔通道打开，旋转上左阀杆推动下左阀杆连带左阀芯坐在左阀腔的密封座上时，或弹簧受到向下的作用力时，左阀腔通道关闭。

1.4 压套及阀座结构设计

在每个阀腔内部设置压套及阀座，压套为圆环状，其外径与所在阀腔的内径相应，其内径大于等于相应阀芯的外径，其外壁沿周向均布若干通孔；阀座的上端面与压套的下端面密封接合，阀座的上口设置密封斜面，相应阀芯坐在该阀座的上口上时，该密封斜面与阀芯侧面相互贴合构成密封副，阀座的下部与所在阀腔的密封座之间构成密封副，阀座的中心设置通孔。

2 主要参数计算

2.1 最小通径的计算

4 创新点与项目特色

文章设计的防倒流双芯一体式阀门可有效防止井液倒流，阀芯也可得到有效保护，一旦损坏无需改变原工艺流程在现场即可实现零件更换，填补了目前只能部分更换零部件的空白，在设计上更加完善，功能上更加强大。创新点主要体现在以下几个方面。

①左阀杆由上、下两段组成，下左阀杆外套有弹簧，可确保下左阀杆在使用过程中，可随着管道内流体压力的方向不同而产生相应的上下方向的运动，从而带动左阀芯打开或关闭左阀腔通道，达到井液正常流动与井液倒流均可控的目的。

②阀座的设计，可有效避免阀芯在使用过程中遭受损伤，改为由阀座代为受损，而阀座的成本较阀芯降低很多，更换用时少，操作也简便很多，所以本设计的阀门在实际生产中更加实用。

③更换阀座时，若左阀座损坏则完全关闭右阀腔，若右阀座损坏则完全关闭左阀腔，二者配合达到了现场施工方便的目的。

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