本发明涉及安全阀技术领域，具体涉及一种阀座闸板剪切组合机构及包括该剪切组合机构的剪切式安全阀。
背景技术
应用于工况极其恶劣的采油树，在井喷状态下，需要能够及时剪断钢缆，快速关闭井眼，以避免发生安全事故。而现有技术中的剪切式安全阀所用的阀座结构，剪切效果差，且基本是一次性产品，剪断操作一次后，阀座与闸板将失效，必须更换，不仅增加了人员的工作强度，也增加了成本，还有可能会发生安全事故。
技术实现要素：
有鉴于此，为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的之一是提供一种能够快速剪切钢缆的阀座闸板剪切组合机构，且该剪切组合机构能够实现多次剪切操作，使用寿命长。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种阀座闸板剪切组合机构，包括相互配合的闸板和阀座，所述闸板靠近所述阀座的一侧设置有闸板嵌入式刀套，所述阀座靠近所述闸板的一侧设置有与所述闸板嵌入式刀套相互配合的阀座嵌入式刀套；所述闸板嵌入式刀套包括与所述阀座嵌入式刀套相互配合的第一剪切刃口、靠近所述阀座的第一剪切滑动面、位于所述第一剪切刃口远离所述第一剪切滑动面一侧的第一钢缆预警区和钢缆回收区；所述阀座嵌入式刀套包括与所述第一剪切刃口相配合的第二剪切刃口、与所述第一剪切滑动面相互配合的第二剪切滑动面、位于所述第二剪切刃口远离所述闸板一侧的第二钢缆预警区。通过设置相互配合的闸板嵌入式刀套和阀座嵌入式刀套，能够快速切断钢缆。
优选地，所述阀座包括前端阀座和后端阀座，所述阀座嵌入式刀套设置在所述前端阀座上，所述后端阀座靠近所述闸板的一侧设置有嵌入套。在使用时，前端阀座位于后端阀座的下方，钢缆剪断口靠近前端阀座的位置。嵌入套与闸板嵌入式刀套远离所述前端阀座的一侧相配合，嵌入套没有剪切的功能，只与闸板配合密封。
更加优选地，所述后端阀座的内孔径比所述前端阀座的内孔径宽0.25-0.5个钢缆的直径。后端阀座的内孔径比前端阀座的内孔径宽，使得钢缆被闸板嵌入式刀套和阀座嵌入式刀套配合剪断的情况下能够将上端的钢缆及时脱离闸板，以及时关闭阀门。
优选地，所述第一剪切滑动面和第二剪切滑动面的表面粗糙度为0.1-0.2。较低的表面粗糙度能够使得第一剪切滑动面和第二剪切滑动面更好地配合，剪切更加快速。
优选地，所诉第一剪切刃口和第二剪切刃口为相互配合的直角切口。直角切口的设置能够更加快速地剪断钢缆。
优选地，所述第一钢缆预紧区和第二钢缆预紧区与所述阀座中心线的夹角为30-60°，即第一剪切刃口的顶部高于第一钢缆预紧区的底部，同理，第二剪切刃口的顶部高于第二钢缆预紧区的底部。这样设置一方面能够更加迅速切断钢缆，另一方面能够使剪切口上方的钢缆能够及时脱离闸板。在阀门水平放置的时候，阀座中心线为水平方向，此时第一钢缆预紧区和第二钢缆预紧区与水平面的夹角为30-60°；在阀门安装后，阀座中心线为竖直方向，此时第一钢缆预紧区和第二钢缆预紧区与竖直面的夹角为30-60°。在一些实施例中，该夹角优选为45°。
优选地，所述钢缆回收区为斜坡，所述斜坡的最高点和最低点之间的垂直距离为0.5-1个钢缆的直径。通过设置具有一定坡度的钢缆回收区，使得钢缆能够及时脱离闸板。
更加优选地，所述钢缆回收区与所述阀座中心线的夹角为5-15°。在阀门水平放置的时候，阀座中心线为水平方向，此时钢缆回收区与水平面的夹角为5-15°；在阀门安装后，阀座中心线为竖直方向，此时钢缆回收区与竖直面的夹角为5-15°。在一些实施例中，该夹角优选为10°。
本发明还提供了一种剪切式安全阀，包括阀体、阀座、闸板、阀盖和阀杆以及如上所述的阀座闸板剪切组合机构，所述阀盖上设有杆密封组件和填料压盖，所述阀杆可绕自身轴向转动地设置在所述阀盖中，所述阀杆的下端与所述闸板螺纹连接，所述阀盖与所述阀体之间设置有中腔密封环，所述阀座与所述阀体之间设置有密封件。其中，所述密封件包括设置在所述阀座靠近所述阀体一侧上的外圈密封圈和内圈密封圈。在剪切式安全阀中设置有如上所述的阀座闸板剪切组合机构，使得阀门在紧急状况下能够迅速切断钢缆，及时关闭阀门，并能够进行多次的切断操作，使用寿命长。
相较于现有技术，采用了如上技术方案的本发明的有益之处在于：本发明的阀座闸板剪切组合机构具有以下优点：
1.本发明的阀座闸板剪切组合机构在突发状况下能够快速对钢缆进行剪切操作，尤其适用于钢缆直径小于13mm的情况；
2.本发明的阀座闸板剪切组合机构能够多次进行剪切操作，最大程度延长阀座与闸板的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明优选实施例的剪切式安全阀的剖视图；
图2为本发明优选实施例的阀座闸板剪切组合机构的示意图；
图3为本发明优选实施例的阀座闸板剪切组合机构中闸板嵌入式刀套与阀座嵌入刀套相互配合的示意图；
附图中：阀体-1，闸板-2，闸板嵌入式刀套-21，第一剪切滑动面-22，第一剪切刃口-23，第一钢缆预紧区-24，钢缆回收区-25，外圈密封件-3，内圈密封件-4，前端阀座-5，阀座嵌入刀套-51，第二钢缆预紧区-52，第二剪切滑动面-53，第二剪切刃口-54，倒密封凸起-6，中腔密封环-7，阀盖-8，阀杆-9，杆密封组件-10，填料压盖-11，后端阀座-12，嵌入套-121，螺母-13，螺柱-14。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
请参阅图1-3，本实施例的一种剪切式安全阀，包括阀体1、阀座、闸板2、阀盖8和阀杆9以及设置在阀座和闸板2之间的阀座闸板剪切组合机构，阀盖8上设有杆密封组件10和填料压盖11，阀杆9可绕自身轴向转动地设置在阀盖8中，阀杆9的下端与闸板2螺纹连接，阀杆9靠近闸板2的一端还设置有倒密封凸起6，阀盖8与阀体1之间设置有中腔密封环7，阀座与阀体1之间设置有密封件，本实施例中的密封件包括设置在阀座靠近阀体1一侧上的外圈密封圈3和内圈密封圈4，通过螺母13和螺柱14将阀盖8固定安装在阀体1上。在剪切式安全阀中设置有如下的阀座闸板剪切组合机构，使得阀门在紧急状况下能够迅速切断钢缆，及时关闭阀门，并能够进行多次的切断操作，使用寿命长。
本实施例的阀座闸板剪切组合机构，包括设置在闸板2靠近阀座的一侧上的闸板嵌入式刀套21以及设置在阀座靠近闸板2的一侧的与闸板嵌入式刀套21相互配合的阀座嵌入式刀套51。通过设置相互配合的闸板嵌入式刀套21和阀座嵌入式刀套51，能够快速切断钢缆，及时关闭阀门，避免发生安全事故。
如图2-3所示，闸板嵌入式刀套21包括与阀座嵌入式刀套51相互配合的第一剪切刃口23、靠近阀座一侧的第一剪切滑动面22、位于第一剪切刃口23远离第一剪切滑动面22一侧的第一钢缆预警区24和钢缆回收区25。
如图2-3所示，阀座嵌入式刀套51包括与第一剪切刃口23相配合的第二剪切刃口54、与第一剪切滑动面22相互配合的第二剪切滑动面53、位于第二剪切刃口54远离闸板2一侧的第二钢缆预警区52。
如图1-2所示，本实施例中的阀座包括前端阀座5和后端阀座12，在使用时，前端阀座5位于后端阀座12的下方，钢缆剪断口位于靠近前端阀座5的位置。阀座嵌入式刀套51设置在前端阀座5上，后端阀座12靠近闸板2的一侧设置有嵌入套121，嵌入套121与闸板嵌入式刀套21远离前端阀座5的一侧相配合，嵌入套121没有剪切的功能，只与闸板2配合密封。本实施例中的闸板嵌入式刀套21、阀座嵌入式刀套51和嵌入套121通过热套工艺或挤压工艺分别固定在闸板2、前端阀座5和后端阀座12上。
为了保证钢缆被闸板嵌入式刀套21和阀座嵌入式刀套51配合剪断的情况下能够将上端的钢缆及时脱离闸板2，以及时关闭阀门，后端阀座12的内孔径大于前端阀座5的内孔径宽，本实施例中的后端阀座12的内孔径比前端阀座5的内孔径宽0.25-0.5个钢缆的直径。
为了能够更加快速地切断钢缆，本实施例中第一剪切滑动面22和第二剪切滑动面53的表面粗糙度为0.1-0.2，且第一剪切刃口23和第二剪切刃口54为相互配合的直角切口。较低的表面粗糙度能够使得第一剪切滑动面22和第二剪切滑动面53更好地配合，剪切更加快速；直角切口的设置同样能够更加快速地剪断钢缆。
如图2-3所示，第一钢缆预紧区24和第二钢缆预紧区52与阀座中心线的夹角为30-60°，本实施例中该夹角优选为45°。第一钢缆预紧区24和第二钢缆预紧区52为坡面，即第一剪切刃口23的顶部高于第一钢缆预紧区24的底部，同理，第二剪切刃口54的顶部高于第二钢缆预紧区52的底部。这样设置一方面能够更加迅速切断钢缆，另一方面能够使剪切口上方的钢缆能够及时脱离闸板2。在阀门水平放置的时候，阀座中心线为水平方向，此时第一钢缆预紧区24和第二钢缆预紧区52与水平面的夹角为45°；在阀门安装后，阀座中心线为竖直方向，此时第一钢缆预紧区24和第二钢缆预紧区52与竖直面的夹角为45°。
如图3所示，钢缆回收区25为斜坡，该斜坡靠近第一钢缆预警区24的一端为最高点，斜坡靠近后端阀座12的一端为最低点，斜坡的最高点和最低点之间的垂直距离相差0.5-1个钢缆的直径，此时钢缆回收区25与阀座中心线的夹角为5-15°左右。在阀门水平放置的时候，阀座中心线为水平方向，此时钢缆回收区25与水平面的夹角为5-15°；在阀门安装后，阀座中心线为竖直方向，此时钢缆回收区25与竖直面的夹角为5-15°。本实施例中该夹角优选为10°。通过设置具有一定坡度的钢缆回收区25，使得钢缆能够及时脱离闸板。
如使用的钢缆的直径为6.75mm，则后端阀座12的内孔径比前端阀座5的内孔径宽1.6875mm-3.375mm；第一钢缆预紧区24和第二钢缆预紧区52与阀座中心线的夹角为45°左右；钢缆回收区25的最高点和最低点之间的垂直距离相差3.375mm-6.75mm；钢缆回收区25与阀座中心线的夹角为10°左右。
以下简述本实施例的剪切式安全阀在剪切钢缆时的工作过程：
如附图1所示，本实施例的剪切式安全阀为液动或气动驱动、单阀座单向操作安全阀。其中阀杆9穿过阀盖8，阀杆9的上端与驱动器连接，阀杆9的下端与闸板2通过螺纹连接。通过液动或气动器操作来开关阀门，实现闸板2与前端阀座5之间的快速相对剪切运动。
在紧急情况下需要剪切钢缆时，阀杆9带动闸板2向上运动。第二剪切滑动面53和第一剪切滑动面22紧密接触且第一剪切滑动面22相对于第二剪切滑动面53做滑动运动。闸板2快速达到某一位置时，第二剪切刃口54和第一剪切刃口23分别与待剪切钢缆接触，根据动量定理，闸板2的短时动量转换为剪切能量。开始剪切钢缆，第二剪切刃口54和第一剪切刃口23与钢缆接触点可视为瞬时固定点。此时，在第二钢缆预紧区52和第一钢缆预紧区24的共同作用下，两区域间的钢缆被瞬时拉紧，以便于固定钢缆剪切角度，减少所需能量，迅速切断钢缆。在钢缆回收区25的作用下，钢缆只会有一个剪断口。且由于第一钢缆预紧区24和钢缆回收区25都存在一定的坡度、后端阀座12的内孔径大于前端阀座5的内孔径，能够保证在闸板2到达关闭阀门位置前，下游钢缆会及时脱离闸板通道，保证阀门安全及时关断。
本发明的阀座闸板剪切组合机构在突发状况下能够快速对钢缆进行剪切操作，尤其适用于钢缆直径小于13mm的情况；且能够多次进行剪切操作，最大程度延长阀座与闸板的使用寿命。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。