一种垂直焊接头铜合金五板导流单向阀的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种海上石油钻井平台专用阀门，一种垂直焊接头铜合金五板导流单向阀，包括焊接头阀体、上导流体、下导流体、上半阀芯以及下半阀芯，上半阀芯和下半阀芯之间的外筒外螺纹与外筒内螺纹密闭相配合，以及下内筒外圆与上内筒内圆密闭相配合，形成了密闭的环状空腔，采用空腔结构使得上半阀芯和下半阀芯组合体的整体比重介于海水比重与石油比重之间，能随着介质流动方向而移动，工作全程无需额外消耗任何能耗的单向阀；上导流体的阀杆内螺孔与下导流体的阀杆外螺柱与所述螺旋紧固连接，结构紧凑；焊接头阀体外部由外螺接头与系统进出管路相连接处的环形焊缝牢固可靠，焊接头阀体内部无弹簧等可能产生较大阻力损失的中间物体。
【专利说明】一种垂直焊接头铜合金五板导流单向阀
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种海上石油钻井平台专用阀门，尤其涉及无弹簧等任何阻碍零件的一种垂直焊接头铜合金五板导流单向阀。
【背景技术】
[0002]继1920年委内瑞拉在马拉开波湖利用木制平台钻井，发现了一个大油田后，1922年前苏联在里海巴库油田附近用栈桥进行海上钻探成功。1936年以后，美国又在墨西哥湾的海上开始钻第一口深井，1938年建成世界上最早的海洋油田。20世纪40?60年代，随着焊接技术和钢铁工业的发展，相继出现了钢质固定平台、坐底式平台、自升式平台等钻井装置，使海上油气开采扩大到30米水深的海域。1950年，出现了移动式海洋钻井装置，大大提高了钻井效率。1951年，沙特阿拉伯发现了世界上最大的海上油田。20世纪60年代后，随着电子计算机技术和造船、机械工业的发展，建成各种大型复杂的海上钻井、采集、储输设施，促进了海上油气开采的迅速发展。目前世界上有近千座海上石油钻井平台，遍及世界各大洋。墨西哥湾是世界上钻井最活跃的近海区域，目前作业的就有19000多口井，随之而来的海上油井事故也频频发生。
[0003]众所周知，海上石油钻井平台系统每次维修的费用都是惊人的，海水自身含有各种腐蚀性混合物,海上石油钻井平台在使用过程中，原油中含有各种腐蚀性混合物,油田在开采过程中，一般油井产液中都含水以及其他腐蚀性介质，原油中的水，随着原油在加热过程汽化，增加了管路的气相负荷，造成常减压装置操作波动，严重时会造成冲塔事故。原油中的MgC12和CaC12可以水解产生具有腐蚀性的HCl，HCl溶于水中形成盐酸，具有很强的腐蚀作用，造成输送管路系统的腐蚀。原油从油井采出后经输油管道向外输送，任何一次油路维修或更换以及管道堵塞后的清堵花费较高，且长时间影响油井生产。
[0004]海上石油钻井平台系统中的任何零部件都要能经得起海水腐蚀，海上石油钻井平台系统管路中必不可少都要用到单向阀来完成整个输送过程，目前使用的单向阀，像:钢球式，阀门式和重力式，存在的主要缺点是:内部由于设置有弹簧致使产生较大的阻力损失。特别是在激流管路中使用，阻尼弹簧一旦不能承受激流冲击发生偏压或失灵，就有可能导致不可预见的事故发生。
[0005]无论是海上油井还是陆上油井，众所周知的游梁式抽油装置的突出特征是间隙性做功，因此与之配套管路上是单向阀的灵敏度和使用寿命一直来成为该装置的瓶颈技术。
[0006]早先的国际专利申请PCT/AU02/00861中，描述了一种单向阀，其传送正压，以防止回流。在这种阀装置中，提供了一滑动柱塞，其与偏压翼片/膜片(web)相连，并且该柱塞的移动使该翼片伸展或收缩。该翼片构成一可变容积腔室的一部分，以保持正压。这种阀以及用于医学领域中的大多数其他单向阀的一个缺点在于，该阀通常包括在打开位置和关闭位置之间滑动的滑动柱塞。该滑动柱塞通常被偏压回关闭位置，导致泄漏。
[0007]我国专利申请号:90108376.3单向阀以及申请号:91102122.1低控制压力的顺序液控单向阀等都存在全程要克服复位弹簧阻力。自吸泵等所配套使用的单向阀也都存在全程要克服重力阻力，导致额外增加能耗。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是提供一种焊接头阀体外部由外螺接头与系统进出管路相连接处的环形焊缝牢固可靠，阀体内部无弹簧等任何阻碍零件的，特别适合在粘液或激流管路中使用；彻底避免了因阻尼弹簧不能承受激流冲击发生偏压或失灵所导致的意外故障；且上半阀芯和下半阀芯组合体之间形成环状空腔结构，使得整体比重介于海水比重与石油比重之间，能随着介质流动方向而移动，工作全程无需额外消耗任何能耗的单向阀。采用以下技术:
一种垂直焊接头铜合金五板导流单向阀，包括焊接头阀体、上导流体、下导流体、上半阀芯以及下半阀芯，所述的焊接头阀体外圆的上下两端有阀体焊接坡口，所述的焊接头阀体的内圆通孔上下分别有上台阶孔和下台阶孔；所述的上导流体平面端固定连接着上圆柱体，上圆柱体下方过渡缩小连接有流道圆杆，流道圆杆过渡放大连接有圆柱阀杆，圆柱阀杆下端面有阀杆内螺孔，且所述的上圆柱体外圆尺寸与所述的圆柱阀杆外圆尺寸相同；所述的上导流体外圆弧面上有定位上五板，定位上五板外缘与所述的上台阶孔间隙配合；所述的下导流体平面端有阀杆外螺柱与所述的阀杆内螺孔螺旋紧固连接，所述的下导流体外圆弧面上有定位下五板，定位下五板外缘与所述的下台阶孔间隙配合，作为改进:所述的上半阀芯的上圆锥筒与上圆锥体之间有三叶上连筋相连接，所述的上圆锥筒外缘连接有外筒内螺纹，所述的上圆锥筒内缘连接有上内筒内圆，所述的上圆锥体上的阀芯上内圆与所述的上圆柱体外圆之间为滑动配合；所述的下半阀芯的下圆锥筒与下圆锥体之间有三叶下连筋相连接，所述的下圆锥筒外缘连接有外筒外螺纹与所述的外筒内螺纹密闭相配合，所述的下圆锥筒内缘连接有下内筒外圆与所述的上内筒内圆密闭相配合；所述的下内筒内圆上的阀芯中内圆与所述的下圆锥体上的阀芯下内圆尺寸相同且均与所述的圆柱阀杆外圆之间为滑动配合；所述的上半阀芯外圆与所述的下半阀芯外圆相等且均与所述的内圆通孔之间为滑动配合；所述的定位上五板以及所述的定位下五板的单叶厚度为5至6毫米。
[0009]作为进一步改进:所述的上圆柱体外表面和所述的圆柱阀杆外表面均有一层厚度为0.4至0.6毫米的铜合金硬质耐腐材料，所述的铜合金硬质耐腐材料由如下重量百分比的元素组成:Cu:43—45、N1:5—7、Cr: 12—14、Mo:7—9、Zn:20—22、Sn:3—5，余量为 Fe及不可避免的杂质；所述杂质的重量百分比含量为:C少于0.07、Si少于0.23、Mn少于
0.28, S 少于 0.013、P 少于 0.018。
[0010]作为进一步改进:所述的上半阀芯和所述的下半阀芯均为氮化硅陶瓷，以Si3N4(氮化硅)为基料，配以矿化剂Mg0(氧化镁)、BaC03 (碳酸钡)及结合粘土组成，并且其各组分的重量百分比含量为Si3N4:93— 94 ; MgO: 1.6—1.8 ； BaC03:2.2—2.4；综合粘土:
2.3—2.4。
[0011]作为进一步改进:所述的外筒内螺纹62和外筒外螺纹72的公称直径都为180至182毫米。
[0012]作为进一步改进:所述的上内筒63内圆和所述的下内筒73外圆的公称直径都为125至127毫米。
[0013]作为进一步改进:所述的阀体焊接坡口 55的外圆公称直径为225至227毫米。[0014]作为进一步改进:所述的内圆通孔57直径为190至192毫米。
[0015]作为进一步改进:所述的上台阶孔53和所述的下台阶孔58的直径均为205至207毫米。
[0016]本发明的优点是:
1.上半阀芯和下半阀芯之间的外筒外螺纹与外筒内螺纹密闭相配合，以及下内筒外圆与上内筒内圆密闭相配合，形成了密闭的环状空腔，采用空腔结构使得上半阀芯和下半阀芯组合体的整体比重介于海水比重与石油比重之间，能随着介质流动方向而移动，工作全程无需额外消耗任何能耗的单向阀；
2.上导流体的阀杆内螺孔与下导流体的阀杆外螺柱(89)与所述螺旋紧固连接，结构紧凑；
3.上半阀芯和下半阀芯组合体的整体采用氮化硅陶瓷，结合上圆柱体以及圆柱阀杆外表面均有一层厚度为0.4至0.6毫米的铜合金硬质耐腐材料，能经得起海水腐蚀，具有良好的耐磨性、耐高温、耐腐蚀以及抗冲击性强，确保每年系统设备大检修之前能正常运行；
4.本发明焊接头阀体外部由外螺接头与系统进出管路相连接处的环形焊缝牢固可靠，焊接头阀体内部无弹簧等可能产生较大阻力损失的中间物体，特别适合在粘液或激流管路中使用；彻底避免了因阻尼弹簧不能承受激流冲击发生偏压或失灵所导致的意外故障，在很大程度上延长了使用寿命，直接效益和间接效益都很客观。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本发明过轴心线的剖面图正向流通状态。
[0018]图2是图1中本发明处于反向截止状态。
[0019]图3是图1中上半阀芯60和下半阀芯70组合体的立体剖面图。
[0020]图4是图1中上半阀芯60和下半阀芯70组合体的剖面图。
[0021]图5是图1中A— A剖视图。
[0022]图6是图1中B— B剖视图。
[0023]图7是图1中C一C剖视图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图，用实施例对本发明作进一步说明:
图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7中，一种垂直焊接头铜合金五板导流单向阀，包括焊接头阀体50、上导流体30、下导流体80、上半阀芯60以及下半阀芯70，所述的焊接头阀体50外圆的上下两端有阀体焊接坡口 55，所述的焊接头阀体50的内圆通孔57上下分别有上台阶孔53和下台阶孔58 ;所述的上导流体30平面端固定连接着上圆柱体32，上圆柱体32下方过渡缩小连接有流道圆杆34，流道圆杆34过渡放大连接有圆柱阀杆31，圆柱阀杆31下端面有阀杆内螺孔39，且所述的上圆柱体32外圆尺寸与所述的圆柱阀杆31外圆尺寸相同；所述的上导流体30外圆弧面上有定位上五板35，定位上五板35外缘与所述的上台阶孔53间隙配合；所述的下导流体80平面端有阀杆外螺柱89与所述的阀杆内螺孔39螺旋紧固连接，所述的下导流体80外圆弧面上有定位下五板85，定位下五板85外缘与所述的下台阶孔58间隙配合，作为改进:所述的上半阀芯60的上圆锥筒69与上圆锥体68之间有三叶上连筋61相连接，所述的上圆锥筒69外缘连接有外筒内螺纹62，所述的上圆锥筒69内缘连接有上内筒63内圆，所述的上圆锥体68上的阀芯上内圆64与所述的上圆柱体32外圆之间为滑动配合；所述的下半阀芯70的下圆锥筒79与下圆锥体78之间有三叶下连筋71相连接，所述的下圆锥筒79外缘连接有外筒外螺纹72与所述的外筒内螺纹62密闭相配合，所述的下圆锥筒79内缘连接有下内筒73外圆与所述的上内筒63内圆密闭相配合；所述的下内筒73内圆上的阀芯中内圆75与所述的下圆锥体78上的阀芯下内圆74尺寸相同且均与所述的圆柱阀杆31外圆之间为滑动配合；所述的上半阀芯60外圆与所述的下半阀芯70外圆相等且均与所述的内圆通孔57之间为滑动配合；所述的定位上五板35以及所述的定位下五板85的单叶厚度为5至6毫米。
[0025]作为进一步改进:所述的上圆柱体32外表面和所述的圆柱阀杆31外表面均有一层厚度为0.4至0.6毫米的铜合金硬质耐腐材料，所述的铜合金硬质耐腐材料由如下重量百分比的元素组成:Cu: 43— 45、N1: 5— 7、Cr: 12— 14、Mo: 7— 9、Zn: 20— 22、Sn: 3— 5，余量为Fe及不可避免的杂质；所述杂质的重量百分比含量为:C少于0.07、Si少于0.23、Mn少于 0.28、S 少于 0.013、P 少于 0.018。
[0026]作为进一步改进:所述的上半阀芯60和所述的下半阀芯70均为氮化硅陶瓷，以Si3N4 (氮化硅)为基料，配以矿化剂MgO(氧化镁)、BaC03 (碳酸钡)及结合粘土组成，并且其各组分的重量百分比含量为Si3N4: 93—94 ； MgO: 1.6—1.8 ； BaC03: 2.2—2.4 ；综合粘土:2.3 — 2.4。
[0027]作为进一步改进:所述的外筒内螺纹62和外筒外螺纹72的公称直径都为180至182毫米。
[0028]作为进一步改进:所述的上内筒63内圆和所述的下内筒73外圆的公称直径都为125至127毫米。
[0029]作为进一步改进:所述的阀体焊接坡口 55的外圆公称直径为225至227毫米。
[0030]作为进一步改进:所述的内圆通孔57直径为190至192毫米。
[0031]作为进一步改进:所述的上台阶孔53和所述的下台阶孔58的直径均为205至207毫米。
[0032]实施例中:
上圆柱体32外表面和圆柱阀杆31外表面均有一层厚度为0.5毫米的铜合金硬质耐腐材料，铜合金硬质耐腐材料由如下重量百分比的元素组成:Cu:44、N1:6> Cr: 13、Mo:8、Zn:21、Sn:4,余量为Fe及不可避免的杂质；所述杂质的重量百分比含量为:C少于0.07、Si少于 0.23、Mn 少于 0.28、S 少于 0.013、P 少于 0.018 ;
上半阀芯60和下半阀芯70均为氮化硅陶瓷，以Si3N4 (氮化硅)为基料，配以矿化剂Mg0(氧化镁)、BaC03碳酸钡及结合粘土组成，并且其各组分的重量百分比含量为Si3N4:93.5 ； MgO: 1.7 ； BaC03: 2.25 ；综合粘土:2.35 ;定位上五板35以及定位下五板85的单叶厚度为5.5毫米。
[0033]外筒内螺纹62和外筒外螺纹72的公称直径都为181毫米，上内筒63内圆和下内筒73外圆的公称直径都为126毫米，阀体焊接坡口 55的外圆公称直径为226毫米，内圆通孔57直径为191毫米，上台阶孔53和下台阶孔58的直径均为206毫米。
[0034]流道圆杆34外圆的直径是34毫米，上圆柱体32外圆与圆柱阀杆31外圆的直径都是110毫米。
[0035]主体组装过程:
1.下半阀芯70与上半阀芯60组装。
[0036]外筒内螺纹62和外筒外螺纹72上均涂上环氧树脂密封胶，上内筒63内圆和下内筒73外圆的配合表面上均涂上环氧树脂密封胶。
[0037]将上半阀芯60的的上内筒63内圆与下半阀芯70的下内筒73外圆对准，再将上半阀芯60的的外筒内螺纹62与下半阀芯70的外筒外螺纹72旋转配合，形成了密闭的环状空腔66。
[0038]2.整体组装。
[0039]第一步:将上导流体30的定位上五板35放置在焊接头阀体50的上台阶孔53内，再将已经组装成一体的下半阀芯70与上半阀芯60中的阀芯上内圆64和阀芯中内圆75以及阀芯下内圆74依次滑动配合套入圆柱阀杆31。
[0040]第二步:将下导流体80的定位下五板85放置在焊接头阀体50的下台阶孔58内，旋转下导流体80驱使阀杆外螺柱89与阀杆内螺孔39旋转连接，使得定位下五板85和定位上五板35分别被固定在下台阶孔58和上台阶孔53上。
[0041]管路连接:
将焊接头阀体50外圆的上下两端有阀体焊接坡口 55分别与系统进油管路42和系统出油管路41相对接，分别形成牢固的进油环形焊缝46和出油环形焊缝44。
[0042]使用过程:
本发明整体垂直放置，带有环状空腔66的上半阀芯60和下半阀芯70组合体的整体比重为每I毫米立方的重量为I克。本发明静态时处于截止关闭状态。
[0043]图1中，来自系统进油管路的原油自下而上流动时，推动上半阀芯60和下半阀芯70组合体上移，原油流经定位下五板85所处流道，进入到下半阀芯70的下圆锥筒79与下圆锥体78之间有三叶下连筋71所处流道，再流经流道圆杆34外圆与阀芯中内圆75之间的通道，进入到三叶上连筋61所处流道，再流经定位上五板35所处流道后，流出进入到系统出油管路。
[0044]图2中，来自系统出油管路的原油因意外情况自上而下逆流时，推动上半阀芯60和下半阀芯70组合体下移，阀芯中内圆75与圆柱阀杆31外圆精密滑动配合，定位下五板85与定位上五板35之间的流道被截止关闭。自上而下的原油穿越定位上五板35所处流道，再进入到三叶上连筋61所处流道后被截止住，有效阻止逆流避免了意外事故发生，且工作全程无需再额外消耗任何能耗就能实现单向阀功效。
[0045](表I)氮化硅陶瓷阀芯与常规不锈钢材料阀芯的耐腐蚀磨损实验数据对比
【权利要求】
1.一种垂直焊接头铜合金五板导流单向阀，包括焊接头阀体(50)、上导流体(30)、下导流体(80)、上半阀芯(60)以及下半阀芯(70)，所述的焊接头阀体(50)外圆的上下两端有阀体焊接坡口( 55 )，所述的焊接头阀体(50 )的内圆通孔(57 )上下分别有上台阶孔(53 )和下台阶孔(58);所述的上导流体(30)平面端固定连接着上圆柱体(32)，上圆柱体(32)下方过渡缩小连接有流道圆杆(34)，流道圆杆(34)过渡放大连接有圆柱阀杆(31 )，圆柱阀杆(31)下端面有阀杆内螺孔(39)，且所述的上圆柱体(32)外圆尺寸与所述的圆柱阀杆(31)外圆尺寸相同；所述的上导流体(30)外圆弧面上有定位上五板(35)，定位上五板(35)外缘与所述的上台阶孔(53)之间为滑动配合；所述的下导流体(80)平面端有阀杆外螺柱(89)与所述的阀杆内螺孔(39)螺旋紧固连接，所述的下导流体(80)外圆弧面上有定位下五板(85)，定位下五板(85)外缘与所述的下台阶孔(58)之间为滑动配合，其特征是:所述的上半阀芯(60)的上圆锥筒(69)与上圆锥体(68)之间有三叶上连筋(61)相连接，所述的上圆锥筒(69)外缘连接有外筒内螺纹(62)，所述的上圆锥筒(69)内缘连接有上内筒(63)内圆，所述的上圆锥体(68)上的阀芯上内圆(64)与所述的上圆柱体(32)外圆之间为滑动配合；所述的下半阀芯(70)的下圆锥筒(79)与下圆锥体(78)之间有三叶下连筋(71)相连接，所述的下圆锥筒(79)外缘连接有外筒外螺纹(72)与所述的外筒内螺纹(62)密闭相配合，所述的下圆锥筒(79)内缘连接有下内筒(73)外圆与所述的上内筒(63)内圆密闭相配合；所述的下内筒(73)内圆上的阀芯中内圆(75)与所述的下圆锥体(78)上的阀芯下内圆(74)尺寸相同且均与所述的圆柱阀杆(31)外圆之间为滑动配合；所述的上半阀芯(60)外圆与所述的下半阀芯(70)外圆相等且均与所述的内圆通孔(57)之间为滑动配合；所述的定位上五板(35)以及所述的定位下五板(85)的单叶厚度为5至6毫米。
2.根据权利要求1所述的一种垂直焊接头铜合金五板导流单向阀，其特征是:所述的上圆柱体(32)外表面和所述的圆柱阀杆(31)外表面均有一层厚度为0.4至0.6毫米的铜合金硬质耐腐材料，所述的铜合金硬质耐腐材料由如下重量百分比的元素组成:Cu:43—45、N1: 5—7、Cr: 12—14、Mo: 7—9、Zn: 20—22、Sn: 3— 5，余量为 Fe 及不可避免的杂质；所述杂质的重量百分比含量为=C少于0.07、Si少于0.23、Mn少于0.28、S少于0.013、P少于0.018。
3.根据权利要求1所述的一种垂直焊接头铜合金五板导流单向阀，其特征是:所述的上半阀芯(60)和所述的下半阀芯(70)均为氮化硅陶瓷，以Si3N4 (氮化硅)为基料，配以矿化剂Mg0(氧化镁)、BaC03 (碳酸钡)及结合粘土组成，并且其各组分的重量百分比含量为 Si3N4:93—94 ; MgO: 1.6—1.8 ； BaC03: 2.2—2.4 ；综合粘土:2.3—2.4。
4.根据权利要求1所述的一种垂直焊接头铜合金五板导流单向阀，其特征是:所述的外筒内螺纹(62)和外筒外螺纹(72)的公称直径都为180至182毫米。
5.根据权利要求1所述的一种垂直焊接头铜合金五板导流单向阀，其特征是:所述的上内筒(63)内圆和所述的下内筒(73)外圆的公称直径都为125至127毫米。
6.根据权利要求1所述的一种垂直焊接头铜合金五板导流单向阀，其特征是:所述的阀体焊接坡口(55)的外圆公称直径为225至227毫米。
7.根据权利要求1所述的一种垂直焊接头铜合金五板导流单向阀，其特征是:所述的内圆通孔(57)直径为190至192毫米。
8.根据权利要求1所述的一种垂直焊接头铜合金五板导流单向阀，其特征是:所述的上台阶 孔(53)和所述的下台阶孔(58)的直径均为205至207毫米。
【文档编号】F16K3/314GK103899801SQ201410162438
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年4月22日 优先权日:2014年4月22日
【发明者】张筱秋 申请人:张筱秋