一种笼套式节流阀

技术领域

本发明属于石油或天然气钻井设备技术领域，尤其涉及一种用于高压或者是超高压环境中的笼套式节流阀。

背景技术

节流阀作为高压油气井采油气必要的控制设备，主要起调节流体流量、压力及流动方向的作用，以确保系统安全、稳定工作。高压油气井中介质含有腐蚀成份和杂质，尤其是深海油田，其腐蚀性和压力均远超于现有设计标准。

现有技术中所使用的节流阀，长期以来大都是沿用结构极其简单的针形阀。例如中国发明专利200710191928.2所公开的一种可遥控的超高压海水截止阀，它包括阀体，阀体内有阀杆，其特点是阀体为十字形，其内有竖向通孔，其上端和下端分别有进油口和进水口，阀体上段内有油腔，阀体中心处的那段竖向通孔为锥形，锥形段内有锥形阀芯，该锥形阀芯的锥度与竖向通孔的锥形段锥度相等，锥形阀芯与阀体下端间有弹簧及水腔，油腔内有活塞，该活塞与阀杆上端相连。

这种结构的节流阀其密封面和节流面是合二为一的，靠阀芯及阀座上的锥形面来执行。在高压高速油气流的冲刷腐蚀作用下，在很短的时间内就被损坏而不能继续使用，必须重新更换新阀才能继续进行生产；同时新井中各种污物杂质多、压力高、流量大，在换新阀的过程中也容易造成对环境污染。

因此，如何提高现有截止阀的可靠度，提高其节流截止性能，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种笼套式节流阀，能够有效提高节流阀的可靠度，降低生产成本，降低环境污染。为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种笼套式节流阀，包括相互配合的阀体和阀盖，其中阀体和阀盖配合形成有容纳腔，容纳腔包括位于阀体内的第一区域和位于阀盖内的第二区域；阀体上还设置有进入通道和排出通道，且进入通道和排出通道均与容纳腔贯通；在第一区域内还设置有第一套筒和阀座组件，其中第一套筒沿周向设置有一个以上的第一节流孔，且节流孔与进入通道相对应；所述阀座组件与排出通道相对应，包括相互套接的第二套筒和阀座；阀座一部分套接在第二套筒内，另一部分沿阀盖方向延伸至第二套筒外形成延伸部，延伸部设置有一个以上的第二节流孔；还包括阀芯组件，所述阀芯组件包括相互连接的阀杆和第一阀芯，第一阀芯下端还连接有第二阀芯；且第二阀芯下端与第二套筒上端相对应；在外力驱动下，阀芯组件能够沿着第一套筒和/或阀座往复移动。

进一步地，还包括第一密封组件，所述第一密封组件包括第一密封座和设置第一密封座上的第一密封单元，第一密封座包括第一密封座主体和第一台阶部，其中第一密封座主体位于第二区域，第一台阶部延伸至第一区域。

进一步地，还包括第二密封组件，所述第二密封组件包括设置在第二套筒和第二阀芯之间的第二密封单元。

进一步地，所述延伸部设置的一个以上第二节流孔的孔径从下至上孔径逐渐增大。

进一步地，所述进入通道、和/或排出通道、和/或容纳腔内设置有合金层。

本申请一种笼套式节流阀，包括相互配合的阀体和阀盖，阀体整体大致成方正的六面体结构，其中两个相互垂直的面设置有进口连接法兰和出口连接法兰；在进口连接法兰的一侧的阀体内部设置有进入通道，出口连接法兰的一侧的阀体内部设置有排出通道，在于出口法兰对应的一侧设置有阀盖，阀盖通过螺栓结构与阀体连接；其中阀体和阀盖配合形成有容纳腔，容纳腔包括位于阀体内的第一区域和位于阀盖内的第二区域。进入通道和排出通道均与容纳腔位于阀体内的第一区域贯通；其中高压流体经进入通道进入后到达第一区域，在从第一区域流经至排出通道排出。

在本申请中，第一区域内还设置有第一套筒和阀座组件，其中第一套筒沿周向设置有一个以上的第一节流孔，且节流孔与进入通道相对应；第一套筒套接在阀体内，可选择通过螺纹连接固定；还可选择将第一套筒设置为分体式结构，即包括第一套管和第一固定块；阀体内的第一区域呈阶梯式的内孔结构，其中第一套管活动套接于内孔壁，然后在其上面通过第一固定块对其轴向方向固定；如此更加便于组装；同时采用分体式结构，可对第一套管和第一固定块选择不同材质进行制造，例如第一套管因承担流体冲刷损耗较大可选择硬度较高和耐磨性较好的材质，而第一固定块仅仅用于固定第一套管，可选择硬度较低和耐磨性较差的材质；如此让本申请结构整体成本更低。在第一套管上设置有多个节流孔，节流孔与阀芯组件的配合，让本申请阀结构达到节流效果。在具体使用中，节流孔可选择不同形状，例如选择圆孔、三角形孔、半圆孔、长条孔等，其中沿阀芯组件移动的方向设置多个长条形孔所达到的节流效果更好，尤其是多个长条形孔错开布置，效果最佳。

本申请中，在第一区域靠近排出通道的一侧设置有阀座组件，阀座组件包括相互套接的第二套筒和阀座；第二套筒和阀座均呈管套式结构，其中阀座外壁设置有第二台阶，第二套筒内壁设置有第三台阶，第二套筒的外壁设置有连接螺纹，在装配中通过第三台阶与第二台阶配合，第二套筒外壁与阀体内孔连接，如此达到固定阀座的效果；本申请中采用台阶式轴向限位装配阀座，提高安装效率，并且也可对第二套筒和阀座选择不同材质来降低成本。阀座的上端沿阀盖方向延伸至第二套筒外形成延伸部，在延伸部上设置有一个以上的第二节流孔，其中第二节流孔形状和数量可选择与第一节流孔相同，也可选择不同。

还包括阀芯组件，利用阀芯组件与前述结构的配合来达到节流和截止的效果。所述阀芯组件包括相互连接的阀杆和第一阀芯，具体地，阀杆呈杆状结构，在阀杆的下端设置有连接头，通过连接头与第一阀芯连接；第一阀芯的下端设置有第一环形圆套，第一环形圆套往复移动于第一套筒和第二套筒之间，以达到本申请阀节流的效果；以及当环形圆套与第二套筒上端抵接时，达到本申请截止的效果；为了进一步提高本申请可靠性及节流或截止的稳定性，在第一阀芯的第一环形圆套内侧还设置有第二阀芯，其中第二阀芯也为管套结构，通过在第一环形圆套侧壁设置锁紧螺钉将其固定在第一环形圆套内，在阀杆的带动下，第二阀芯跟随第一阀芯进行上下移动拟进行达到节流和截止的效果；通过采用两个阀芯的组合结构，同样可以对不同阀芯选择不同的材质进行加工成型，以此进一步降低本申请笼套式节流阀的成本。

此外，本申请适用于高压或超高压环境中，为了进一步提高密封效果，对各部分配合度要求较高，尤其是阀芯与阀座的配合，本申请中将阀座组件设置成第二管套与阀座相配合的结构，以及将阀芯组件设置成第一阀芯和第二阀芯相配合的结构；如此在装配中仅需要对阀座延伸部的外壁以及对第二阀芯的内壁进行精加工，在同等配合精度的要求下，极大的降低了加工成本。在使用时，通过手动或其他外力的驱动，带动阀杆上下移动，进而带动第一阀芯和第二阀芯上下移动，以此让第一管套和阀座之间形成连通和断开，达到本申请阀结构节流或截止的效果。

本申请产生的有益效果为，首先通过第一管套上设置的第一节流孔实现节流效果，其次再通过阀座上的设置的第二节流孔实现节流效果；以此更能精准的控制节流，以及控制流体压力；其次本申请中利用阀芯与阀座组件的抵接，即通过手动或其他外力驱动第二阀芯与第二管套之间抵接，以此达到截止的效果，尤其是将第二阀芯设置于第一节流孔内侧，即本申请结构是针对进行节流后的流体进行截止，其截止效果更好。再次，本申请采用第一管套和第一固定块组合结构，以及采用第二管套和阀座组合结构，以及采用第一阀芯与第二阀芯组合结构，不仅仅降低了部件的装配成本，也同时降低材料成本，以及降低零部件的加工成本，进而降低了本申请整个笼套式节流阀的成本。

附图说明

图1为本发明笼套式节流阀第一视角示意图；

图2为本发明阀体和阀盖组合后第一视角示意图；

图3为本发明阀芯组件第一视角示意图；

图4为本发明第一套筒第一视角示意图；

图5为本发明第二套筒第一视角示意图；

图6为本发明阀座第一视角示意图；

图7为本发明阀芯与阀座组合第一视角示意图；

图8为图7中A处放大示意图；

图9为图7中A处其他实施方案示意图；

图10位本发明第一密封座第一视角示意图。

附图标记：

100阀体、110第一区域、120进入通道、130排出通道、200阀盖、210第二区域、310容纳腔、320第一套筒、321第一节流孔、330第二套筒、340阀座、341延伸部、342第二节流孔、350第一密封座、351内孔、352第一台阶部、361第一弹性块、400阀芯组件、410阀杆、420第一阀芯、430第二阀芯。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。其中本发明中“外”是指远离旋转总成110的一侧，“内”是指靠近旋转总成110的一侧。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参考附图1至附图10，一种笼套式节流阀，包括相互配合的阀体100和阀盖200，其中阀体100和阀盖200配合形成有容纳腔310，容纳腔310包括位于阀体100内的第一区域110和位于阀盖200内的第二区域210；阀体100上还设置有进入通道120和排出通道130，且进入通道120和排出通道130均与容纳腔310贯通；在第一区域110内还设置有第一套筒320和阀座340组件，其中第一套筒320沿周向设置有一个以上的第一节流孔321，且节流孔与进入通道120相对应；所述阀座340组件与排出通道130相对应，包括相互套接的第二套筒330和阀座340；阀座340一部分套接在第二套筒330内，另一部分沿阀盖200方向延伸至第二套筒330外形成延伸部341，延伸部341设置有一个以上的第二节流孔342；还包括阀芯组件400，所述阀芯组件400包括相互连接的阀杆410和第一阀芯420，第一阀芯420下端还连接有第二阀芯430；且第二阀芯430下端与第二套筒330上端相对应；在外力驱动下，阀芯组件400能够沿着第一套筒320和/或阀座340往复移动。

本实施例中一种笼套式节流阀，参考图1、图2，包括相互配合的阀体100和阀盖200，阀体100整体大致成方正的六面体结构，其中两个相互垂直的面设置有进口连接法兰和出口连接法兰；在进口连接法兰的一侧的阀体100内部设置有进入通道120，出口连接法兰的一侧的阀体100内部设置有排出通道130，在于出口法兰对应的一侧设置有阀盖200，阀盖200通过螺栓结构与阀体100连接；其中阀体100和阀盖200配合形成有容纳腔310，容纳腔310包括位于阀体100内的第一区域110和位于阀盖200内的第二区域210。进入通道120和排出通道130均与容纳腔310位于阀体100内的第一区域110贯通；其中高压流体经进入通道120进入后到达第一区域110，在从第一区域110流经至排出通道130排出。

在本申请中，参考图1至图4，第一区域110内还设置有第一套筒320和阀座340组件，其中第一套筒320沿周向设置有一个以上的第一节流孔321，且节流孔与进入通道120相对应；第一套筒320套接在阀体100内，可选择通过螺纹连接固定；还可选择将第一套筒320设置为分体式结构，即包括第一套管和第一固定块；阀体100内的第一区域110呈阶梯式的内孔351结构，其中第一套管活动套接于内孔351壁，然后在其上面通过第一固定块对其轴向方向固定；如此更加便于组装；同时采用分体式结构，可对第一套管和第一固定块选择不同材质进行制造，例如第一套管因承担流体冲刷损耗较大可选择硬度较高和耐磨性较好的材质，而第一固定块仅仅用于固定第一套管，可选择硬度较低和耐磨性较差的材质；如此让本申请结构整体成本更低。在第一套管上设置有多个节流孔，节流孔与阀芯组件400的配合，让本申请阀结构达到节流效果。在具体使用中，节流孔可选择不同形状，例如选择圆孔、三角形孔、半圆孔、长条孔等，其中沿阀芯组件400移动的方向设置多个长条形孔所达到的节流效果更好，尤其是多个长条形孔错开布置，效果最佳。

本申请中，参考图1、图5、图6、图7，在第一区域110靠近排出通道130的一侧设置有阀座340组件，阀座340组件包括相互套接的第二套筒330和阀座340；第二套筒330和阀座340均呈管套式结构，其中阀座340外壁设置有第二台阶，第二套筒330内壁设置有第三台阶，第二套筒330的外壁设置有连接螺纹，在装配中通过第三台阶与第二台阶配合，第二套筒330外壁与阀体100内孔351连接，如此达到固定阀座340的效果；本申请中采用台阶式轴向限位装配阀座340，提高安装效率，并且也可对第二套筒330和阀座340选择不同材质来降低成本。阀座340的上端沿阀盖200方向延伸至第二套筒330外形成延伸部341，在延伸部341上设置有一个以上的第二节流孔342，其中第二节流孔342形状和数量可选择与第一节流孔321相同，也可选择不同。

还包括阀芯组件400，参考图1、图3，利用阀芯组件400与前述结构的配合来达到节流和截止的效果。所述阀芯组件400包括相互连接的阀杆410和第一阀芯420，具体地，阀杆410呈杆状结构，在阀杆410的下端设置有连接头，通过连接头与第一阀芯420连接；第一阀芯420的下端设置有第一环形圆套，第一环形圆套往复移动于第一套筒320和第二套筒330之间，以达到本申请阀节流的效果；以及当环形圆套与第二套筒330上端抵接时，达到本申请截止的效果；为了进一步提高本申请可靠性及节流或截止的稳定性，在第一阀芯420的第一环形圆套内侧还设置有第二阀芯430，其中第二阀芯430也为管套结构，通过在第一环形圆套侧壁设置锁紧螺钉将其固定在第一环形圆套内，在阀杆410的带动下，第二阀芯430跟随第一阀芯420进行上下移动拟进行达到节流和截止的效果；通过采用两个阀芯的组合结构，同样可以对不同阀芯选择不同的材质进行加工成型，以此进一步降低本申请笼套式节流阀的成本。

此外，本申请适用于高压或超高压环境中，为了进一步提高密封效果，对各部分配合度要求较高，尤其是阀芯与阀座340的配合，本申请中将阀座340组件设置成第二管套与阀座340相配合的结构，以及将阀芯组件400设置成第一阀芯420和第二阀芯430相配合的结构；如此在装配中仅需要对阀座340延伸部341的外壁以及对第二阀芯430的内壁进行精加工，在同等配合精度的要求下，极大的降低了加工成本。在使用时，通过手动或其他外力的驱动，带动阀杆410上下移动，进而带动第一阀芯420和第二阀芯430上下移动，以此让第一管套和阀座340之间形成连通和断开，达到本申请阀结构节流或截止的效果。

采用本申请结构，首先通过第一管套上设置的第一节流孔321实现节流效果，其次再通过阀座340上的设置的第二节流孔342实现节流效果；以此更能精准的控制节流，以及控制流体压力；其次本申请中利用阀芯与阀座340组件的抵接，即通过手动或其他外力驱动第二阀芯430与第二管套之间抵接，以此达到截止的效果，尤其是将第二阀芯430设置于第一节流孔321内侧，即本申请结构是针对进行节流后的流体进行截止，其截止效果更好。再次，本申请采用第一管套和第一固定块组合结构，以及采用第二管套和阀座340组合结构，以及采用第一阀芯420与第二阀芯430组合结构，不仅仅降低了部件的装配成本，也同时降低材料成本，以及降低零部件的加工成本，进而降低了本申请整个笼套式节流阀的成本。

进一步地，在本申请的其他实施例中，参考图1、图10，还包括第一密封组件，所述第一密封组件包括第一密封座350和设置第一密封座350上的第一密封单元，第一密封座350包括第一密封座350主体和第一台阶部352，其中第一密封座350主体位于第二区域210，第一台阶部352延伸至第一区域110。为了进一步提高本申请密封效果，让其能够更好的适用于高压或超高压环境中，本申请结构在容纳腔310内设置有第一密封组件，第一密封组件具有内孔351，通过内孔351套接在阀杆410外侧，以及第一密封组件外壁抵接在阀盖200和阀体100内侧。其包括第一密封座350，第一密封座350呈回转体结构，其上部外形与容纳腔310的第二区域210相匹配，形成第一密封座350主体，第一密封座350主体的下端设置有第一台阶部352，其台阶面与阀体100上表面对应，且第一台阶部352呈中空的圆柱形凸起，延伸至阀体100内腔中，即延伸至第一区域110。第一密封座350上还设置有第一密封单元，其中第一密封单元包括设置在台阶面处的波形密封结构，以及设置在凸起外部的密封垫结构，通过波形密封结构和密封垫结构来提高本申请阀体100与阀盖200之间的密封效果；第一密封单元还包括设置在内孔351壁的上密封套和下密封套，其中上密封套和下密封套组合提高对阀杆410来回运动中的密封。

进一步地，在本申请的其他实施例中，参考图1、图7至图9，还包括第二密封组件，所述第二密封组件包括设置在第二套筒330和第二阀芯430之间的第二密封单元。为了进一步提高本申请笼套式节流阀的截止效果，还可设置第二密封组件，具体在第二套筒330和第二阀芯430之间设置有第二密封单元，在本申请中第二密封单元可以选择独立结构，作为密封元件，如图8所示，在第二阀芯430下端镶嵌有第一弹性块361，当阀芯下行中，通过外力让第一弹性块361产生形变，以此增加第二阀芯430与第二套筒330之间的端面密封，提高截止效果。或者第二密封单元还可选择为第二阀芯430与第二套筒330所形成的组合结构，如图9所示，在第二阀芯430下端形成有凸起，第二套筒330上端形成有凹槽，通过凸起与凹槽的配合，以此增加第二阀芯430与第二套筒330之间的端面密封，提高截止效果。在其他实施例中，还可选择上述两种的结合，例如，可选择在第二阀芯430下端形成的凸起结构中嵌入第二弹性块，利用第二弹性块在凹槽内的形变，其截止效果更好。

进一步地，在本申请的其他实施例中，所述延伸部341设置的一个以上第二节流孔342的孔径从下至上孔径逐渐增大。如图6所示，为了进一步更准确的控制节流流量，本申请中的多个第二节流孔342采取不同孔径排列，即沿着靠近阀盖200的方向，节流孔的孔径逐渐增大。

进一步地，在本申请的其他实施例中，所述进入通道120、和/或排出通道130、和/或容纳腔310内设置有合金层。其中合金层可选择涂渡的方式，或者选择镶嵌的方式设置在阀体100和阀盖200内，通过增加合金层，提高了本申请结构的耐磨性和抗压强度。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。