一种法兰接头两板导流锌合金垂直单向阀的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种海上石油钻井平台专用阀门，一种法兰接头两板导流锌合金垂直单向阀，包括法兰头阀体、上导流体、空腔套筒、移动阀芯、下导流体以及上下对称布置的锥孔压盖，移动阀芯上有上圆锥筒上的上密封外圆与下圆锥筒上的下密封外圆相等且均与所述的空腔套筒内圆之间为过盈配合，形成密闭的环状空腔，使得移动阀芯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；上导流体上的圆柱阀杆外圆与下导流体平面端的下导流光孔内圆之间为滑动配合，且下导流光孔底端与圆柱阀杆下端面之间有装配间隙，降低了加工精度要求，便于装配。
【专利说明】一种法兰接头两板导流锌合金垂直单向阀
【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法兰接头两板导流锌合金垂直单向阀。
【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阀体外部由法兰接头与系统进出管路相连接，阀体内部无弹簧等任何阻碍零件的，且移动阀芯采用空腔结构使得移动阀芯整体比重介于海水比重与石油比重之间，工作全程无需额外消耗任何能耗的单向阀，采用以下技术:
一种法兰接头两板导流锌合金垂直单向阀，包括法兰头阀体、上导流体、空腔套筒、移动阀芯、下导流体以及上下对称布置的锥孔压盖，所述的法兰头阀体外圆的上下两端有平面法兰，所述的法兰头阀体的内圆通孔上下分别有上台阶孔和下台阶孔，所述的上台阶孔上端以及所述的下台阶孔下端分别都有紧固内螺孔；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，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两板，定位上两板外缘与所述的上台阶孔之间为滑动配合，位于上方所述的锥孔压盖的压盖外螺纹与所述的上台阶孔上端的紧固内螺孔)相结合，锥孔压盖的压盖内端面将所述的定位上两板固定在所述的上台阶孔上；所述的下导流体平面端有下导流光孔内圆与圆柱阀杆外圆之间为滑动配合，所述的下导流光孔底端与圆柱阀杆下端面之间有装配间隙；且所述的下导流体外圆弧面上有定位下两板，定位下两板外缘与所述的下台阶孔之间为滑动配合，位于下方所述的锥孔压盖的压盖外螺纹与所述的下台阶孔下端的紧固内螺孔相结合，锥孔压盖的压盖内端面将所述的定位下两板固定在所述的下台阶孔上，其特征是:所述的移动阀芯的上圆锥筒与上圆锥体之间有三叶上连筋相连接，所述的移动阀芯的下圆锥筒与下圆锥体之间有三叶下连筋相连接，所述的上圆锥筒上的上密封外圆与所述的下圆锥筒上的下密封外圆相等且均与所述的空腔套筒内圆之间为过盈配合，形成密闭的环状空腔；所述的空腔套筒外圆与所述的内圆通孔之间为滑动配合；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，所述的移动阀芯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；所述的定位上两板和所述的定位下两板的单板厚度为7至8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毫米的锌合金硬质耐腐材料，所述的锌合金硬质耐腐材料由如下重量百分比的元素组成:Zn: 43—44、WC:5.4—5.6、N1: 8—9, Cr: 18—19、Mo:8—9、Cu:6—7、Sn:1一2,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
0.18, Mn 少于 0.22、S 少于 0.03、P 少于 0.012。
[0010]作为进一步改进:所述的移动阀芯整体以ZrO 2 (氧化锆)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ZrO2:90.2—90.8 ； MgO:3—4 ； BaC03:3—4 ；综合粘土 3.2 — 3.8。
[0011]作为进一步改进:所述的平面法兰的螺孔安装直径为244至246毫米。
[0012]作为进一步改进:所述的内圆通孔直径为172至174毫米。
[0013]作为进一步改进:所述的上台阶孔和所述的下台阶孔的直径均为177至179毫米。
[0014]作为进一步改进:所述的紧固内螺孔的公称直径为184至186毫米。
[0015]本发明的优点是: 1.移动阀芯上有上圆锥筒上的上密封外圆与下圆锥筒上的下密封外圆相等且均与所述的空腔套筒内圆之间为过盈配合，形成密闭的环状空腔，使得移动阀芯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.上导流体上的圆柱阀杆外圆与下导流体平面端的下导流光孔内圆之间为滑动配合，且下导流光孔底端与圆柱阀杆下端面之间有装配间隙，结合两只锥孔压盖的压盖外螺纹分别与上台阶孔上端的紧固内螺孔以及下台阶孔下端的紧固内螺孔螺旋紧固定位，降低了加工精度要求，便于装配；
3.移动阀芯整体采用氧化锆陶瓷，结合上导流体的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毫米的锌合金硬质耐腐材料，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.本发明的法兰头阀体外部由平面法兰与系统进出管路相连接快捷牢固，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】
[0016]图1是本发明过轴心线的剖面图(正向流通状态)。
[0017]图2是图1中本发明处于反向截止状态。
[0018]图3是图1中的移动阀芯70立体剖面图。
[0019]图4是图1中的移动阀芯70剖面图。
[0020]图5是图1中A-A剖视图。
[0021]图6是图1中B-B剖视图。
[0022]图7是图1中C-C剖视图。
【具体实施方式】
[0023]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，一种法兰接头两板导流锌合金垂直单向阀，包括法兰头阀体50、上导流体30、空腔套筒60、移动阀芯70、下导流体80以及上下对称布置的锥孔压盖40，所述的法兰头阀体50外圆的上下两端有平面法兰55，所述的法兰头阀体50的内圆通孔57上下分别有上台阶孔53和下台阶孔58，所述的上台阶孔53上端以及所述的下台阶孔58下端分别都有紧固内螺孔54 ;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，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两板35，定位上两板35外缘与所述的上台阶孔53之间为滑动配合，位于上方所述的锥孔压盖40的压盖外螺纹45与所述的上台阶孔53上端的紧固内螺孔54相结合，锥孔压盖40的压盖内端面43将所述的定位上两板35固定在所述的上台阶孔53上；所述的下导流体80平面端有下导流光孔89内圆与圆柱阀杆31外圆之间为滑动配合，所述的下导流光孔89底端与圆柱阀杆31下端面之间有装配间隙39 ;且所述的下导流体80外圆弧面上有定位下两板85，定位下两板85外缘与所述的下台阶孔58之间为滑动配合，位于下方所述的锥孔压盖40的压盖外螺纹45与所述的下台阶孔58下端的紧固内螺孔54相结合，锥孔压盖40的压盖内端面43将所述的定位下两板85固定在所述的下台阶孔58上，其特征是:所述的移动阀芯70的上圆锥筒73与上圆锥体72之间有三叶上连筋71相连接，所述的移动阀芯70的下圆锥筒79与下圆锥体78之间有三叶下连筋77相连接，所述的上圆锥筒73上的上密封外圆63与所述的下圆锥筒79上的下密封外圆69相等且均与所述的空腔套筒60内圆之间为过盈配合，形成密闭的环状空腔66 ;所述的空腔套筒60外圆与所述的内圆通孔57之间为滑动配合；所述的上圆锥体72上的阀芯上内圆74与所述的上圆柱体32外圆之间为滑动配合，所述的移动阀芯70上的阀芯中内圆75与所述的下圆锥体78上的阀芯下内圆76尺寸相同且均与所述的圆柱阀杆31外圆之间为滑动配合；所述的定位上两板35和所述的定位下两板85的单板厚度为7至8毫米。
[0024]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毫米的锌合金硬质耐腐材料，所述的锌合金硬质耐腐材料由如下重量百分比的元素组成-.Zn:43-44, WC:5.4—5.6、N1:8—9、Cr:18 —19、Mo:8—9、Cu:6—7、Sn:1-2,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 0.18、Mn 少于 0.22、S 少于 0.03、P 少于 0.012。
[0025]作为进一步改进:所述的移动阀芯70整体以ZrO2 (氧化锆)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ZrO2:90.2—90.8 ； MgO:3—4 ； BaC03:3—4 ；综合粘土:3.2 — 3.8。
[0026]作为进一步改进:所述的平面法兰55的螺孔安装直径为244至246毫米。
[0027]作为进一步改进:所述的内圆通孔57直径为172至174毫米。
[0028]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177至179毫米。
[0029]作为进一步改进:所述的紧固内螺孔54的公称直径为184至186毫米。
[0030]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毫米的锌合金硬质耐腐材料，锌合金硬质耐腐材料由如下重量百分比的元素组成=Zn: 43.5、WC:5.5、N1:8.5、Cr:18.5,Mo:8.5、Cu:6.5、Sn:1.5，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 为 0.06、Si 为 0.17、Mn 为 0.21、S 为 0.02、P 为 0.011。
[0031]3.根据权利要求1 一种法兰接头两板导流锌合金垂直单向阀，其特征是:移动阀芯70整体以ZrO 2 (氧化锆)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ZrO 2:90.5 ； MgO:3.5 ； BaC03:3.5 ；综合粘土:3.5。
[0032]定位上两板35和定位下两板85的单板厚度为7.5毫米，平面法兰55的螺孔安装直径为245毫米，内圆通孔57直径为173毫米，其特征是:上台阶孔53和下台阶孔58的直径均为178毫米，紧固内螺孔54的公称直径为185毫米，流道圆杆34外圆的直径都是28毫米，上圆柱体32外圆与圆柱阀杆31外圆的直径都是108毫米。
[0033]主体组装过程:
1.移动阀芯70与空腔套筒60组装，见图3、图4。[0034]将空腔套筒60加热至200度膨胀，使得空腔套筒60内圆与上密封外圆63以及下密封外圆69之间均为过盈配合，形成密闭的环状空腔66，空腔套筒60外圆与所述的内圆通孔57之间为滑动配合。
[0035]2.整体组装，见图1、图2、图5、图6和图7。
[0036]第一步:将上导流体30的定位上两板35放置在法兰头阀体50的上台阶孔53内，用一个锥孔压盖40的压盖外螺纹45与上台阶孔53侧的紧固内螺孔54螺旋配合固定住上导流体30的定位上两板35。
[0037]第二步:将移动阀芯70套入上导流体30的圆柱阀杆31，使得上圆锥筒73外圆以及下圆锥筒79外圆与法兰头阀体50的内圆通孔57之间为滑动配合；移动阀芯70上的阀芯上内圆74和阀芯中内圆75以及阀芯下内圆76均与圆柱阀杆31外圆之间为滑动配合。
[0038]第三步:将下导流体80的定位下两板85放置在法兰头阀体50的下台阶孔58内，用另一个锥孔压盖40的压盖外螺纹45与下台阶孔58侧的紧固内螺孔54螺旋配合固定住下导流体80的定位下两板85,下导流体80的下导流光孔89内圆与圆柱阀杆31外圆之间滑动配合，下导流光孔89底端与圆柱阀杆31下端面之间有I毫米的装配间隙39。
[0039]第四步:将法兰头阀体50上端的平面法兰55与系统出油管路法兰连接，将法兰头阀体50下端的平面法兰55与系统进油管路法兰连接，组装完毕。
[0040]管路连接:
分别将位于上台阶孔53上端的平面法兰55与系统出油管路平面法兰密闭连接固定，位于下台阶孔58下端的平面法兰55与系统进油管路平面法兰密闭连接固定。
[0041]使用过程，本发明整体垂直放置，带有环状空腔66的移动阀芯70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。
[0042]图1中，来自系统进油管路的原油自下而上流动时，推动移动阀芯70上移，原油经过位于本发明下端的锥孔压盖40的圆锥柱孔44与下导流体80之间流经定位下两板85所处流道，进入到移动阀芯70的下圆锥筒79与下圆锥体78之间有三叶下连筋77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71所处流道，再流经定位上两板35所处流道后，从位于本发明上端的锥孔压盖40的圆锥柱孔44与上导流体30之间流出进入到系统出油管路。
[0043]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，推动移动阀芯70下移，移动阀芯70上的阀芯中内圆75与圆柱阀杆31外圆之间为精密滑动配合，定位下两板85与定位上两板35之间的流道被截止关闭。自上而下的原油从位于本发明上端的锥孔压盖40的圆锥柱孔44与上导流体30之间，进入定位上两板35所处流道，再进入到三叶上连筋71所处流道后被止住，有效阻止逆流避免了意外事故发生，且工作全程无需额外消耗任何能耗就能实现单向阀功效。
[0044](表I)氧化锆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】
1.一种法兰接头两板导流锌合金垂直单向阀，包括法兰头阀体(50)、上导流体(30)、空腔套筒(60)、移动阀芯(70)、下导流体(80)以及上下对称布置的锥孔压盖(40)，所述的法兰头阀体(50)外圆的上下两端有平面法兰(55)，所述的法兰头阀体(50)的内圆通孔(57) 上下分别有上台阶孔(53)和下台阶孔(58)，所述的上台阶孔(53)上端以及所述的下台阶孔(58)下端分别都有紧固内螺孔(54);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)，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两板(35)，定位上两板(35)外缘与所述的上台阶孔(53)之间为滑动配合，位于上方所述的锥孔压盖(40)的压盖外螺纹(45)与所述的上台阶孔(53)上端的紧固内螺孔(54)相结合，锥孔压盖(40)的压盖内端面(43)将所述的定位上两板(35)固定在所述的上台阶孔(53)上；所述的下导流体(80)平面端有下导流光孔(89)内圆与圆柱阀杆(31)外圆之间为滑动配合，所述的下导流光孔(89)底端与圆柱阀杆(31)下端面之间有装配间隙(39);且所述的下导流体(80)外圆弧面上有定位下两板(85)，定位下两板(85)外缘与所述的下台阶孔(58)之间为滑动配合，位于下方所述的锥孔压盖(40)的压盖外螺纹(45)与所述的下台阶孔(58)下端的紧固内螺孔(54)相结合，锥孔压盖(40)的压盖内端面(43)将所述的定位下两板(85)固定在所述的下台阶孔(58)上，其特征是:所述的移动阀芯(70)的上圆锥筒(73)与上圆锥体(72)之间有三叶上连筋(71)相连接，所述的移动阀芯(70)的下圆锥筒(79)与下圆锥体(78)之间有三叶下连筋(77)相连接，所述的上圆锥筒(73)上的上密封外圆(63)与所述的下圆锥筒(79)上的下密封外圆(69)相等且均与所述的空腔套筒(60)内圆之间为过盈配合，形成密闭的环状空腔(66);所述的空腔套筒(60)外圆与所述的内圆通孔(57)之间为滑动配合；所述的上圆锥体(72)上的阀芯上内圆(74)与所述的上圆柱体(32)外圆之间为滑动配合，所述的移动阀芯(70)上的阀芯中内圆(75)与所述的下圆锥体(78)上的阀芯下内圆(76)尺寸相同且均与所述的圆柱阀杆(31)外圆之间为滑动配合；所述的定位上两板(35)和所述的定位下两板(85)的单板厚度为7至8毫米。
2.根据权利要求1所述的一种法兰接头两板导流锌合金垂直单向阀，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毫米的锌合金硬质耐腐材料，所述的锌合金硬质耐腐材料由如下重量百分比的元素组成:Zn:43—44,WC:5.4—5.6,N1:8—9、Cr:18—19、Mo:8—9、Cu:6—7、Sn:1—2，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0.18、Mn少于0.22、S 少于 0.03、P 少于 0.012。
3.根据权利要求1所述的一种法兰接头两板导流锌合金垂直单向阀，其特征是:所述的移动阀芯(70)整体以ZrO 2 (氧化锆)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ZrO 2:90.2—90.8 ；MgO:3 — 4 ；BaC03:3—4 ；综合粘土:3.2 — 3.8。
4.根据权利要求1所述的一种法兰接头两板导流锌合金垂直单向阀，其特征是:所述的平面法兰(55)的螺孔安装直径为244至246毫米。
5.根据权利要求1所述的一种法兰接头两板导流锌合金垂直单向阀，其特征是:所述的内圆通孔(57)直径为172至174毫米。
6.根据权利要求1所述的一种法兰接头两板导流锌合金垂直单向阀，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177至179毫米。
7.根据权利要求1所述的一种法兰接头两板导流锌合金垂直单向阀，其特征是:所述的紧固内螺孔(54)的公称直径为184至186毫米。
【文档编号】F16K15/06GK103883767SQ201410162439
【公开日】2014年6月25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