一种旋塞阀的改进方法及结构与流程

本发明涉及一种旋塞阀的改进方法及结构，属于球阀结构技术领域。

背景技术：

旋塞阀作为一种钻具内防喷球阀已经广泛应用在国内外的钻井和修井施工作业中，用于隔断或者连通钻柱水流通道中的液体。在正常钻进过程中打开旋塞阀钻井液进入钻柱，接单根时关闭旋塞阀可以避免钻井液溅在井台上，既避免了钻井液的浪费，又满足了环保要求；当井下发生井涌、井喷等事故时及时关闭旋塞阀可以防止可燃气体或者液体溢出井口，造成人员伤亡和财产损失，但是现有市场上常用的旋塞阀受结构限制，往往会带来新的安全隐患，如现有旋塞阀的阀体内孔中的槽产生的应力集中断裂情况，操作键为组合结构，上、下球座结构不统一，零件多，结构复杂，拆装不方便，耗时费力，试压不稳定。因此，现有技术还存在不足，有待于进一步完善。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种旋塞阀的改进方法及结构，以最大限度的减少零件数量，最大限度的减少零件材料消耗，并在提高旋塞阀强度安全的前提下最大限度的降低加工难度，且能够实现一定压力下的带压开和带压关，从而提高旋塞阀的可靠性、安全性和克服现有技术还存在的不足。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的一种旋塞阀的改进方法，该方法是采用在阀体的操作孔的孔口处设置限位凸台，同时在操作键上设置弧形限位槽，通过限位凸台与操作键上弧形限位槽的旋转配合使操作键只能在90度范围内旋转，同时操作键底部通过一字形凸键与阀芯上的键槽连接，共同来实现旋塞阀开和关功能；另外在操作键底部设置限位环以避免水流通道内水压将操作键从操作孔顶出；操作键底部通过一字形凸键与阀芯上的键槽连接，以实现简化旋塞阀结构，提高旋塞阀可靠性的目的。

前述改进方法中，将所述阀芯上、下两端的上球座和下球座设计成结构相同的标准球座，简化加工程序并使上、下球座可互换使用；在阀芯的键槽中央增设小孔，以方便打压试验时快速排气，提高打压效率。

前述改进方法中，在阀体对应孔上设有密封圈槽，装入双挡圈结构的o形圈，操作键的结构更简单，对应密封圈处为光滑圆柱面，在相同的内四方或者内六方旋钮孔尺寸的时候可以做到圆柱直径最小，即操作键强度最好，同时在阀体上开的孔也能够开得最小，因此提高了阀体的强度，有效保证了阀体可靠性。当然本结构也可轻易实现变型，将操作孔与操作键处设置在操作孔上的密封圈槽设计放置在操作键上，对应的阀体孔处是光滑内孔，也是本操作键处结构的变型。

前述改进方法中，将位于所述标准球座顶部的备帽与阀体螺纹连接，实现标准球座与阀芯压紧的调节和定位；以简化旋塞阀结构。

按上述改进方法构成的本发明的一种旋塞阀的改进结构，包括阀体，阀体一侧设有操作键；操作键与阀体内的球芯配合连接；球芯上、下两端分别安装有球座；球芯上方的球座顶部设有备帽；备帽与球座以及球座与阀体之间设有弹簧；备帽顶部设有孔用弹性挡圈。

前述旋塞阀的改进结构中，所述阀体为管状结构；阀体设有球座限位环、用于安装备帽的内螺纹和用于安装孔用弹性挡圈的挡圈槽；阀体一侧设有操作孔，操作孔的孔口处设有限位凸台，操作孔的下部设有用于安装双挡圈结构密封圈的操作孔密封槽。

前述旋塞阀的改进结构中，所述操作键为圆柱结构；操作键顶端中央设有旋扭孔，操作键的旋扭孔口部为内四方或者内六方，所述操作键旋扭孔孔底设有螺纹盲孔；操作键顶端边缘设有弧形限位槽，所述操作键上的弧形限位槽与阀体一侧的操作孔口处的限位凸台旋转配合，使操作键只能在90度范围内旋转，同时操作键底部通过一字形凸键与阀芯上的键槽连接，共同来实现旋塞阀结构的开和关功能；所述限位凸台的数量和操作键的弧形限位槽数量为1～3个；操作键底端设有一字形凸键，在操作键一字形凸键上方的圆柱外圆设有限位环；限位环顶面设有油槽，限位环顶面油槽上设有软金属密封垫。

前述旋塞阀的改进结构中，所述球芯上设有光滑通孔，光滑通孔的中轴线与阀体的中轴线重合；球芯上设有平行于光滑通孔中轴线的操作平面，操作平面上设有垂直于光滑通孔中轴线的键槽；所述键槽与操作键底端的一字形凸键配合连接；所述键槽中心设有小孔。

前述旋塞阀的改进结构中，所述球芯上、下两端的球座结构相同均为凸字形圆管结构；球座的大头端管口与球芯的球体配合面为内凹球面，球座的小头管端外径上设有球座密封槽，球座密封槽内设有双挡圈结构密封圈，球座的大头端面为全平整面，在拆卸操作键时，不会干涉遮挡；操作键的操作孔底部设计有一个螺纹盲孔，此孔在组装操作键时可以用工装轻松拉动到位，提高了组装效率。

前述旋塞阀的改进结构中，所述备帽为圆管结构；备帽外圆设有外螺纹，外螺纹与阀体内的内螺纹配合连接；备帽顶部管口处设有一组用于拧紧备帽的旋拧槽；弹簧为波纹弹簧或一组均布的圆柱弹簧。

前述旋塞阀的改进结构中，阀体的水流通道、球芯及其上、下两端的球座的水流通道、以及备帽和阀体内孔组成的水流通道均为光滑的相同直径的通径。

由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，本发明的旋塞阀操作键为整体结构，同时取消了现有结构中的上、下拼环、支撑套、十字节和操作键套，零件数量较少，结构更简单；由于无需在阀体内加工用于安装上、下拼环和操作键套的深环槽，提高了阀体强度，本发明的旋塞阀有效解决了由于井下恶略工况造成旋塞阀应力集中问题，可避免旋塞阀在井下发生断裂的风险。现有旋塞阀中的上、下球座结构不同，不能互换。本发明统一了上、下球座结构，上、下球座可以完全互换，实现零件的标准化；由于零件数量的减少，使得球芯组件总高度缩短，利于密封的设置和阀体精加工密封面的加工控制，大大降低了加工难度。同时也有利于密封和组织生产及批量生产。球芯上增加的小孔，以及整体结构，有利于旋塞阀上、下两端和阀体密封打压试验时，快速排气，节约打压时间，提高效率，同时容易实现高压和低压密封。本发明中储油槽设计在操作键限位环上而不是设计在金属密封垫一侧端面上，方便了组装，可避免软金属密封垫方向装反。本发明中阀体操作孔、球座和备帽下端均采用了双挡圈+o形圈的密封结构，方便了组装，可避免挡圈方向装反，又同时具有双向高压密封和导向支撑的性能。双波簧结构，有利于旋塞阀上下两端密封打压试验时，高压和低压密封，提高了打压合格率。可以根据现场需要，只需改变阀体轻松实现一组弹簧的结构，比如可以减掉上、下两端的球座外圆台阶上一个弹簧实现常规结构，同样有利于批量生产时减少生产备货。此外，在本发明的改进结构中水流通道没有沟槽，即球芯及其上、下两端的球座的水流通道、以及备帽和阀体内孔组成的水流通道均为光滑的相同直径的通径，没有沟槽，不会造成紊流，冲蚀工件内孔，因此本发明的结构不仅安全可靠，而且大大提高了整个旋塞阀的使用寿命。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的a－a剖视图；

图3是阀体的结构示意图；

图4是操作键的结构示意图；

图5是阀芯的结构示意图；

图6是球座的结构示意图；

图7是备帽的结构示意图；

图8是现有技术的结构示意图；

图9是图8的b－b剖视图。

附图中的标记为：1-阀体、1.1-球座限位环、1.2-内螺纹、1.3-挡圈槽、1.4-操作孔、1.5-限位凸台、1.6-密封槽、2-操作键、2.1-旋扭孔、2.2-弧形限位槽、2.3-一字形凸键、2.4-油槽、2.5-限位环、2.6-软金属密封垫、2.7-螺纹盲孔、3-球芯、3.1-光滑通孔、3.2-操作平面、3.3-键槽、3.4-小孔、4-球座、4.1-内凹球面、4.2-球座密封槽、4.3-双挡圈结构密封圈、4.4-光滑内孔、4.5-全平整面、5-备帽、5.1-外螺纹、5.2-旋拧槽、6-弹簧、7-孔用弹性挡圈、8-操作键套、9-十字节、10-上拼环、11-下拼环、12-支撑套、13-上球座、14-下球座。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明的一种旋塞阀的改进方法，如图1和图2所示，该方法是采用在阀体的操作孔的孔口处设置限位凸台，同时在操作键上设置弧形限位槽，通过阀体上操作孔口的限位凸台与操作键上弧形限位槽的旋转配合使操作键只能在90度范围内旋转，同时操作键底部通过一字形凸键与阀芯上的键槽连接，共同来实现本旋塞阀结构的开和关功能；阀体上操作孔口处的限位凸台的数量和操作键的限位槽数量均为1～3个；另外在操作键底部设置限位环以避免水流通道内水压将操作键从操作孔顶出；操作键底部通过一字形凸键与阀芯上的键槽连接，以实现简化旋塞阀结构，提高旋塞阀可靠性的目的。将所述阀芯上、下两端的上球座和下球座设计成结构相同的标准球座，简化加工程序并使上、下球座可互换使用；在阀芯的键槽中央增设小孔，以方便打压试验时快速排气，提高打压效率。将位于所述标准球座顶部的备帽与阀体螺纹连接，实现标准球座与阀芯压紧的调节和定位；以简化旋塞阀结构。

按上述改进方法构成的本发明的一种旋塞阀的改进结构，如图1和图2所示，该改进结构包括阀体1，阀体1一侧设有操作键2；操作键2与阀体1内的球芯3配合连接；球芯3上、下两端分别安装有球座4；球芯3上方的球座4顶部设有备帽5；备帽5与球座4以及球座4与阀体1之间设有弹簧6；备帽5顶部设有孔用弹性挡圈7。

如图3所示：阀体1为管状结构；阀体1设有球座限位环1.1、用于安装备帽5的内螺纹1.2和用于安装孔用弹性挡圈7的挡圈槽1.3；阀体1一侧设有操作孔1.4，操作孔1.4的孔口处设有限位凸台1.5，操作孔1.4的下部设有用于安装双挡圈结构密封圈的操作孔密封槽1.6。

如图4所示：操作键2为圆柱结构；操作键2顶端中央设有旋扭孔2.1，旋扭孔2.1口部为内四方或内六方，旋扭孔2.1孔底设有螺纹盲孔2.7；操作键2顶端边缘设有弧形限位槽2.2，所述弧形限位槽2.2与阀体1一侧的操作孔1.4孔口处的限位凸台1.5旋转配合；操作键2底端设有一字形凸键2.3，一字形凸键2.3上方的圆柱外圆设有限位环2.5；限位环2.5顶面设有油槽2.4，限位环2.5顶面油槽2.4上设有软金属密封垫2.6，操作键2与阀体1间的密封圈结构是在阀体对应孔上设有密封圈槽1.6，装入双挡圈结构的o形圈，对应操作键2的密封部位为光滑圆柱面。

如图5所示：球芯3上设有光滑通孔3.1，光滑通孔3.1的中轴线与阀体1的中轴线重合；球芯3上设有平行于光滑通孔3.1中轴线的操作平面3.2，操作平面3.2上设有垂直于光滑通孔3.1中轴线的键槽3.3；键槽3.3与一字形凸键2.3配合连接；键槽3.3中心设有小孔3.4。

如图6所示：球芯3上、下两端的球座4结构相同均为凸字形圆管结构；球座4的大头端管口与球芯3的球体配合面为内凹球面4.1，球座4的小头管端外径上设有球座密封槽4.2，球座密封槽4.2内设有双挡圈结构密封圈4.3。

如图7所示：备帽5为圆管结构；备帽5外圆设有外螺纹5.1，外螺纹5.1与阀体1内的内螺纹1.1配合连接；备帽5顶部管口处设有一组用于拧紧备帽5的旋拧槽5.2。

弹簧6为波纹弹簧或一组均布的圆柱弹簧。

制作时，将阀体1的水流通道、球芯3及其上、下两端的球座4的水流通道、以及备帽5和阀体1内孔组成的水流通道均制作为光滑的相同直径的通径。

本发明的阀体1、球芯3、球座4和备帽5内孔组成的通径水流通道都是光滑的，没有沟槽，不会造成紊流，冲蚀工件内孔。因此本结构安全可靠，提高了使用寿命。

对本发明的进一步说明如下：

本发明是对现有旋塞阀的改进，现有旋塞阀如图8和图9所示，包括操作键套8、十字节9、上拼环10、下拼环11、支撑套12、上球座13、下球座14等零件，零件数量较多，由于构成现有旋塞阀的零件较多，因此在阀体上也设有相应的安装槽，有些槽较深。这些深槽影响了阀体的强度。同时在这些深槽处易产生应力集中，现有旋塞阀存在井下发生断裂的风险，可靠性低。因此需要改进。

本例的旋塞阀的改进结构可作为标准化可靠旋塞阀产品，如图1和图2所示，该改进结构包括阀体1，阀体1一侧设有操作键2；操作键2与阀体1内的球芯3配合连接；球芯3上、下两端分别安装有球座4；球芯3上方的球座4顶部设有备帽5；备帽5与球座4以及球座4与阀体1之间设有弹簧6；备帽5顶部与阀体1间设有孔用弹性挡圈7，孔用弹性挡圈7的挡圈槽1.3设在阀体1上。阀体1的操作孔1.4内和球座4上均设有密封槽1.6，密封槽1.6内设有双挡圈结构密封圈4.3，在保证强度和加工可行的前提下，操作键2上不设密封槽，而是设置在阀体1的操作键2孔处，从而操作键2可以做到直径最小，同时阀体1上开的操作孔1.4也可以做到最小，有效提高了阀体1的强度。阀体1为管状结构；阀体1设有球座限位环1.1、用于安装备帽5的内螺纹1.2和用于安装孔用弹性挡圈7的挡圈槽1.3；操作孔1.4的下部设有用于安装双挡圈结构密封圈4.3的密封槽1.6。阀体1内孔中的内螺纹1.2与备帽5的外螺纹5.1连接，实现球座4与球芯3压紧的调节，特别适合于旋塞阀下井使用一段时间后，球芯3和球座4磨损后组合高度变短的场合的调节；以简化旋塞阀结构，同时提高了球芯3组件的重复使用次数。阀体1一侧设有操作孔1.4，操作孔1.4的孔口处设有限位凸台1.5，同时在操作键2上设置弧形限位槽2.2，通过限位凸台1.5与弧形限位槽2.2的旋转配合使操作键2只能在90度以内范围旋转，同时操作键2底部通过一字形凸键2.3与阀芯3上的键槽3.3连接，共同来实现旋塞阀开和关功能，限位凸台1.5的数量和操作键2的弧形限位槽2.2数量可以为1个、2个或者3个；另外在操作键2底部设有限位环2.5，限位环2.5上装有软金属密封垫2.6，软金属密封垫2.6由具有密封和自润滑作用的软金属材料制成，以避免水流通道内水压将操作键2从操作孔1.4中顶出，同时起到密封的作用，在带压开关操作时还可以降低旋转扭矩；操作键2底部通过一字形凸键2.3与球芯3上的键槽3.3连接，以实现简化旋塞阀结构，提高旋塞阀可靠性的目的。操作键2为圆柱结构；操作键2顶端中央设有旋扭孔2.1，旋扭孔2.1可以是内六方孔，也可以是内四方孔；操作键2顶端边缘设有弧形限位槽2.2，前述的限位凸台1.5位于弧形限位槽2.2内；操作键2底端设有一字形凸键2.3，一字形凸键2.3上方的圆柱外圆设有限位环2.5；限位环2.5顶面设有油槽2.4。球芯3为球体结构，球芯3上设有粗糙度不小于3.2的光滑通孔3.1，光滑通孔3.1的中轴线与阀体1的中轴线重合；球芯3上设有平行于光滑通孔3.1中轴线的操作平面3.2，操作平面3.2上设有垂直于光滑通孔3.1中轴线的键槽3.3；键槽3.3与一字形凸键2.3配合连接；键槽3.3中心设有小孔3.4。球芯3上、下两端的球座4结构相同均为凸字形圆管结构；球座4的圆管内孔为粗糙度不小于3.2的光滑内孔4.4，球座4的大头端管口与球芯3的球体配合面是内凹球面4.1。备帽5为圆管结构，圆管的内孔为粗糙度不小于3.2的光滑内孔；备帽5外圆设有外螺纹5.1，外螺纹5.1与阀体1内的内螺纹1.2配合连接；备帽5顶部管口处设有一组用于拧紧备帽5的旋拧槽5.2。上、下两端的球座4外圆台阶上分别安装有弹簧6，弹簧6为波纹弹簧或一组均布的圆柱弹簧。

结构附图，由图3可见，阀体1的操作孔1.4孔口处设有限位凸台1.5；由图4可见操作键2上设有弧形限位槽2.2；通过限位凸台1.5与弧形限位槽2.2的旋转配合使操作键2只能在90度范围内旋转，同时操作键2底部通过一字形凸键2.3与球芯3上的键槽3.3连接，共同来实现旋塞阀开和关功能，限位凸台1.5的数量和操作键2的弧形限位槽2.2数量可以为1个、2个或者3个；另外在操作键2底部设有限位环2.4以避免水流通道内水压将操作键2从操作孔1.4顶出；操作键2底部通过一字形凸键2.3与球芯3上的键槽3.3连接，以实现简化旋塞阀结构，提高旋塞阀可靠性的目的。将球芯3上、下两端不同结构的上球座13和下球座14进行标准化设计成统一结构的球座4，实现上、下球座的可互换，并简化加工程序。将位于球座4上方的备帽5与阀体1螺纹连接，实现球座4与球芯3压紧的调节；以简化旋塞阀结构。

本例的旋塞阀的改进结构如图1、图2和图3所示，针对操作键2与阀体1间的密封圈结构，本例的方案优选的是在阀体1对应操作孔1.4上设有密封圈槽1.6，装入4.3双挡圈结构密封圈，这样的好处是：1、避免双挡圈装反；2、挡圈不用切槽开口即可装入，不会在安装操作键时被剪切；3、操作键2的结构更简单，对应密封面处为光滑圆柱面，在旋钮孔2.1内相同的内四方或者内六方尺寸的时候可以做到圆柱直径最小，即操作键强度最好，同时在阀体上开的孔也能够开得最小，因此提高了阀体的强度，有效保证了阀体可靠性。当然本结构也可轻易实现变型，将操作孔与操作键处设置在操作孔上的密封圈槽设计放置在操作键上，对应的阀体孔处是光滑内孔，也是本操作键处结构的变型。本例的旋塞阀的改进结构，如图1和图2所示，主要由阀体1、操作键2、球芯3、球座4、备帽5、弹簧6、孔用弹性挡圈7及双挡圈结构密封件8等构成。如图3所示阀体1上的操作孔1.4为带有台阶的密封孔，且在操作孔1.4孔口外有一个限位凸台1.5，限位凸台1.5与操作键2上的弧形限位槽2.2旋转配合，用以限制操作键只能在90°范围内旋转，与操作键2底部的一字形凸键2.3与球芯3上的键槽3.3连接配合，共同操作用以开、关密封的球芯3；如图4所示操作键2顶端心部设有内六方或内四方的旋扭孔2.1，用于通过六方或四方扳手旋拧操作键2。旋扭孔2.1孔底设有螺纹盲孔2.7；组装操作键2时可以通过工装连接螺纹盲孔2.7轻松拉动操作键2到位，提高了组装效率。操作键2上的设有限位环2.5避免水流通道内受压时，操作键2从操作孔1.4顶出，操作键2底端的一字形凸键2.3嵌入球芯3的键槽3.3内，实现操作键2与球芯3两者的旋转联动。如图5所示球芯3设有光滑通孔3.1，旋塞阀打开状态光滑通孔3.1的中轴线与阀体1的中轴线重合；旋塞阀关闭状态光滑通孔3.1的中轴线与阀体1的中轴线垂直。弹簧6安装在球座4外部的台阶上，以避免井下沉积泥浆等腐蚀性液体浸泡弹簧，从而延长弹簧的使用寿命。弹簧最好采用波簧；也可以沿球座4外部台阶圆周布置一圈圆柱弹簧。备帽5的外螺纹5.1与阀体1内的内螺纹1.2配合，可以调节弹簧的压缩量，特别适用使用过后球芯组件总高度减短的维修情况，备帽5上端的一组键槽3.3用于旋拧备帽5操作键2上限位环2.5顶面设有1～2圈圆弧状的油槽2.4，油槽2.4底部为圆弧底，油槽2.4上端与软金属密封垫2.6配合。油槽2.4既可以储油润滑，也可以杜绝密封垫装反后不密封的情况，特别对于带压开关操作时大大降低了摩擦阻力。本例中阀体1、操作键2、球座4、备帽5上均设有密封槽1.6，密封槽1.6内设有密封圈，这些密封圈均采用双挡圈+o形圈的密封结构，即方便组装，也可避免单向密封结构方向装反不密封的情况，同时具有双向高压密封和导向支撑的性能。

本例的旋塞阀可以用于高压的带双操作键的旋塞阀和钻杆旋塞阀、顶驱旋塞阀、全开式安全阀或油管旋塞阀。