用于175MPa超高压的平板闸阀密封结构

技术领域

本发明属于石油钻井设备技术领域，包括用于深井石油钻采设备，尤其涉及一种用于175MPa超高压的平板闸阀密封结构。

背景技术

平板闸阀作为APISpec6A《井口装置和采油树设备规范》中重要的设备之一，主要应用于采油或采气等工作压力高[14～140MPa(2,000～20,000ps i)]、环境恶劣的工况下，安装于各类采油(气)树、井口装置、管汇和套管头等结构中，是用于控制或调节油气流通的关键设备，其关系到能否及时并完全切断井底压力。一旦发生泄漏，将会带来重大的安全隐患和经济损失。

平板闸阀的技术指标主要从承压性能、密封性能、操作性能和使用寿命等几个方面进行衡量。随着钻井需求的提升，钻井深度越来越高，从井下传出的介质压力也越来越大；例如在部分深海油田，或者在部分井深为万米左右的深井油田，对钻探设备或者是钻采设备，包括平板闸阀等要求设计压力达到超高压(175MPa或175MPa以上)。

现有技术中国实用新型专利CN202122204028.5一种滚珠丝杠驱动的超高压防砂型无尾杆明杆平板阀，其公开了一种平板阀密封结构，从该专利说明书可以看出，阀座端面抵接在阀腔侧壁，为应对超高压工况，阀座配套安装的内密封圈和外密封圈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。这种结构在井内压力70MPa-140MPa中能够适用，但随着井内压力的增加，阀座端面所设置的两层密封结构仍然阻挡不了井内高压介质沿着阀座与阀腔的贴合处渗入到阀腔内，如此造成阀门开关不灵活，甚至是不能开关效果，失去了阀门功能，以此会给油田的生产带来巨大的损失。

为了避免这一现象，还可选择在阀座端面设置三层密封结构，但这种方式又降低了阀门整体结构的稳定性，因此，在井内压力高达175MPa或更高时，如何提高阀门的密封效果，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用于175MPa超高压的平板闸阀密封结构密封机构，解决了现有平板阀在应用于超高压环境中密封效果差的问题。为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种用于175MPa超高压的平板闸阀密封结构，包括阀体，阀体内设置有相互交叉的第一通孔和第二通孔；还包括阀芯组件，所述阀芯组件包括阀板，以及在阀板两侧对称设置的阀座，阀板位于第二通孔内并沿第二通孔滑动设置；所述阀座呈圆套状，包括相对设置有的第一侧和第二侧，其中第一侧靠近阀体，第二侧靠近阀板；还包括第三侧，第三侧位于阀座径向方向的外侧；其中，第一侧设置有第一密封装置，第三侧设置有第三密封装置。

进一步地，所述第一密封装置包括第一密封槽和第二密封槽，第一密封槽内设置有挡砂圈和橡胶圈；第二密封槽内设置有波形弹簧和橡胶圈。

进一步地，所述第三密封装置包括第三密封槽和第四密封槽，所述第三密封槽和第四密封槽内均设置有波形弹簧和橡胶圈。

进一步地，所述阀座的第二侧设置有倒角部。

更进一步地，所述阀座与阀板的接触面积与阀座截面积比例为0.69-0.76。

更进一步地，所述阀座与阀板接触距离与阀座半径比例为0.21-0.27。

进一步地，所述阀座与阀体形成有第一台阶。

进一步地，所述阀座内设置有安装槽。

进一步地，所述阀板还设置有密封层。

本申请产生的有益效果为：通过在阀座上设置第一密封装置和第三密封装置，提高闸阀的密封效果，避免介质进入阀腔内，进而提升阀门开关的灵活性，提高密封效果。

附图说明

图1为本发明第一视角示意图；

图2为图1中A处放大示意图；

图3为本申请阀体第一视角示意图；

图4为本申请阀座第一视角示意图；

图5为图4中B处放大示意图。

附图标记：

100阀体、101第一通孔、102第二通孔、110阀芯组件、111阀板、112密封层、120阀腔、200阀座、201安装槽、210第一侧、211第一密封槽、212第二密封槽、220第二侧、221倒角部、230第三侧、231第三密封槽、232第四密封槽、310阀盖、320尾盖。

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。

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；另本申请中所描述的超高压，若没有特别说明，均指压力大于或等于175MPa；本申请发明名称中“用于175MPa超高压的平板闸阀密封结构”不能限定为仅仅是指用于175MPa的平板闸阀密封结构，应理解为用于175MPa或大于175MPa的平板闸阀密封结构。

参考附图1至附图5，一种用于175MPa超高压的平板闸阀密封结构，包括阀体100，阀体100内设置有相互交叉的第一通孔101和第二通孔102；还包括阀芯组件110，所述阀芯组件110包括阀板111，以及在阀板111两侧对称设置的阀座200，阀板111位于第二通孔102内并沿第二通孔102滑动设置；所述阀座200呈圆套状，包括相对设置有的第一侧210和第二侧220，其中第一侧210靠近阀体100，第二侧220靠近阀板111；还包括第三侧230，第三侧230位于阀座200径向方向的外侧；其中，第一侧210设置有第一密封装置，第三侧230设置有第三密封装置。

本申请在具体实施中，其中阀体100整体成圆柱状，采用一体铸造而成，阀体100内设置有相互交叉的第一通孔101和第二通孔102，如附图所示，其中第一通孔101用于井内介质流动，第二通孔102可供阀板111的移动。还包括阀芯组件110，其中阀芯组件110包括阀板111，以及在阀板111两侧对称设置的阀座200，阀座200套接在第一通孔101内，活动的设置在阀板111两侧；阀板111位于第二通孔102内并沿第二通孔102滑动设置，阀板111上设置有阀孔，当阀板111上的阀孔与第一通孔101错开，即阀板111挡住第一通孔101时，平板闸阀处于关闭状态；当阀孔与第一通孔101贯通，此时平板闸阀处于连通状态；以此实现平板闸阀关闭或连通的效果。

在本申请中，所述阀座200呈圆套状，如附图所示，其可选择管套状结构，其安装时轴线与第一通孔101的轴线相重合；当其安装在阀体100内后，沿着轴线方向靠近阀体100的一端为第一侧210，第一侧210的端面与阀体100抵接，靠近阀板111的一侧为第二侧220，第二侧220的端面与阀板111抵接，其中第一侧210设置有第一密封装置，例如可选择密封垫或其他现有密封结构设置在第一侧210，防止井内高压介质通过第一侧210阀座200与阀体100的贴合端面渗入。阀座200的外表面，即阀座200沿径向方向的最外侧可称为阀座200的第三侧230，阀座200在第三侧230也与阀体100抵接，如附图1、图2、图5所示，在阀座200第三侧230还设置有第三密封装置，第三密封装置也可选择密封垫或其他现有密封结构，通过在第三侧230设置密封结构，能够进一步防止井内高压介质沿着阀座200与阀体100的贴合面渗入到阀腔120内，以此提高阀板111的密封效果。

在本申请中，阀座200与阀体100采用配合式组装，其间隙如果太大，虽然能够增加装配的便捷性，但同时也增加了高压介质渗透的可能性；同时其间隙也不能太小，虽然能够高压介质渗透，但又增加了装配的难度。在本申请中通过采用台阶式组配结构，即在阀体100内设置有阶梯孔，然后配合设置套状结构的阀座200，同时在阀座200的第一侧210和第三侧230均设置密封装置，以此提高闸阀的密封效果，避免介质进入阀腔120内，进而提升阀门开关的灵活性，相对现有技术能够显著提高密封效果，也能提升平板闸阀的使用寿命。

在实际使用中，阀体100采用分体式结构，即分为左阀体和右阀体，左阀体和右阀体通过阀盖和尾盖连接组合后形成一个整体，即可实现阀体内可选择台阶式内腔结构，用于配合安装阀座200，相对现有技术，采用这种结构降低了高压介质的渗透率，进一步提高密封效果。

进一步地，在本申请的其他实施例中，所述第一密封装置包括第一密封槽211和第二密封槽212，第一密封槽211内设置有挡砂圈和橡胶圈；第二密封槽212内设置有波形弹簧和橡胶圈。为了进一步提升平板闸阀的密封效果，还可选择多重密封结构，例如在第一侧210出选择两重密封，如附图所示，第一密封装置包括依次设置的第一密封槽211和第二密封槽212，通过设置两重密封结构，也能进一步防止高压介质的渗透，尤其是能够降低超高压介质渗透的可能性。此外，第一密封槽211靠近阀座200的内侧，可选择在第一密封槽211内设置挡砂圈和橡胶圈，第二密封槽212靠近阀座200的外侧，可选择在第二密封槽212内设置波形弹簧和橡胶圈。在具体实施中，首先在两个密封槽内设置橡胶圈能够提升密封效果，其中橡胶圈可替换为现有技术中径向截面呈长方形、四边倒角的高分子材料圈。其次在第一密封槽211内设置挡砂圈，通过挡砂圈能够挡住井内高压介质中的砂石或其他固体介质，尤其是在使用中通过设置挡砂圈随着挡住的固体介质越多，就越能防止固体介质进一步渗入至第二密封槽212处或第三侧230处，以此进一步提升密封效果。在本申请中还可选择在第二密封槽212内设置波形弹簧，其中波形弹簧可选择市售产品，通过将其设置在第二密封槽212内，不仅能够增加第二密封槽212处橡胶圈与阀体100的贴合度，以此提高密封效果，还能够通过波形弹簧让阀座200与阀板111贴合更加紧密，以此能够进一步提高密封效果；相对于传统的V型的金属弹簧圈，本申请结构更能适用于超高压密封环境。

进一步地，在本申请的其他实施例中，所述第三密封装置包括第三密封槽231和第四密封槽232，所述第三密封槽231和第四密封槽232内均设置有波形弹簧和橡胶圈。在本申请中，可选择在第一侧210和第三侧230通过单独设置或组合设置多重密封结构，以此达到最佳的密封效果。如附图所示，第三密封装置包括依次设置的第三密封槽231和第四密封槽232，通过设置两重密封结构，也能进一步防止高压介质的渗透，尤其是能够降低超高压介质渗透的可能性。此外，第三密封槽231和第四密封槽232内均设置有波形弹簧和橡胶圈，通过在两个密封槽内设置橡胶圈能够提升密封效果，其次在两个密封槽增加波形弹簧，能进一步增加阀座200第三侧230与阀体100配合的紧密度，以此能够进一步提高密封效果。

在本申请的其他实施例中，可选择在阀板111两侧的阀座200都设置上述密封结构，也可选择在平板闸阀的介质进口端设置相应的密封结构，具体可根据介质压力大小和密封要求而定。

进一步地，在本申请的其他实施例中，所述阀座200的第二侧220设置有倒角部221。如附图所示，在本申请中，沿阀座200轴线方向，靠近阀体100的一端为阀座200的第二侧220，通过在其端头设置倒角部221，不仅可以便于在阀板111移动过程中能够起到导向效果；同时还能通过设置倒角，减少阀座200与阀板111的接触面积，进一步提升阀座200与阀板111之间的密封比压，进而提高密封效果。

其中密封比压可通过井内高压介质在流动中对阀座200的推力与阀座200与阀板111的接触面积进行计算，密封比压越高，其密封效果也就越好。更进一步地，在本申请的其他实施例中，所述阀座200与阀板111的接触面积与阀座200截面积比例为0.69-0.76；如附图所示，其中阀座200与阀板111的接触面积为S，阀座200截面积为πR

进一步地，在本申请的其他实施例中，所述阀座200与阀体100形成有第一台阶。如附图所示，沿着井内介质流动的方形，在平板闸阀的进口端，阀座200与阀体100形成有第一台阶，以此可降低高压介质通过阀座200渗入阀腔120的可能性，进而提高密封效果。

进一步的，在前述所有实施例中，还可选择在橡胶圈出涂抹密封脂，还能进一步提高密封效果，并且密封脂在使用时还有润滑效果，也能提高本申请结构的使用寿命。

进一步地，在本申请的其他实施例中，所述阀座200内设置有安装槽201。其中安装槽201位于阀座200中部，沿第一通孔101方向呈环形设置，通过设置安装槽201，能更便捷的安装阀座200，尤其是在第一侧210和第三侧230均设置有密封装置的结构中，通过安装槽201能够更好的将阀座200固定到预定位置，提高安装效率，也能提高阀座200在装配中的稳定性。

进一步地，在本申请的其他实施例中，所述阀板111还设置有密封层112。如图所示，在本申请中，阀板111的两侧均设置有密封层112，其中密封层112可选择压力形变合金，当阀板111处于密封状态时，在闸阀的进口端通过密封层112的形变可提升阀座200第二侧220的密封性，进而提高闸阀的密封效果；密封层112在实际应用中还可以被设置成耐磨层，以此提升闸板的使用寿命。

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。