阀组件的制作方法
【专利摘要】一种阀组件，其具有阀座、阀体和密封件。阀体具有外周表面，所述外周表面由上平表面、下平表面、和布置在上平表面和下平表面之间的凹槽所限定。密封件联接到阀体的外周表面。阀体和密封件能够运动与阀座接合，以形成密封。
【专利说明】
阀组件
技术领域
[0001 ]本公开的实施例整体上涉及一种阀组件。【背景技术】
[0002]多联往复栗通常应用在石油和天然气工业中。在通常称作“破裂”的操作中，栗用于在高压下将流体栗送到钻入地面中的一个或者多个井孔中，以便在井孔周围的石油和/ 或天然气储层中产生断裂。栗包括动力端和流体端。动力端设有电动机，所述电动机为曲轴提供动力，所述曲轴使得连接杆和连接到连接杆的柱塞在流体端内往复运动，以便栗送流体通过流体端的流体孔。柱塞在流体端内的往复运动将流体从流体孔的抽吸端栗送到流体孔的排放端。
[0003]抽吸阀和排放阀布置在流体端内，以便打开和关闭从流体孔的抽吸端到排放端的流体流。因为栗送通过流体孔的流体是磨蚀性的、腐蚀性的、和/或在高压和高流率条件下被栗送(这导致在阀部件上产生磨损)，所以必须频繁更换抽吸阀和排放阀。在操作期间重复打开和闭合抽吸阀和排放阀还使得阀部件快速磨损。
[0004]因此，对新型以及改进的阀组件具有持续的需求。
【发明内容】
[0005]根据一个实施例，阀组件包括阀座、阀体和密封件。阀体具有外周表面，所述外周表面由上平表面、下平表面、以及布置在上平表面和下平表面之间的凹槽限定。密封件联接到阀体的外周表面。阀体和密封件可移动成与阀座相接合。【附图说明】
[0006]参照实施例(该实施例中的一些示出在附图中)，可以通过对上文简要概括的本公开的实施例进行更加特别地描述来使得能够详细地理解本公开的上述特征。然而，应当指出的是，附图仅仅示出了本公开的典型实施例，并且因此不能被认为限制了本公开的范围， 因为本公开可以容许其它等效的实施例。
[0007]图1示出了根据一个实施例的流体端的剖视图；
[0008]图2示出了根据一个实施例的阀体和密封件；
[0009]图3A示出了根据一个实施例的阀体和密封件的剖视图；
[0010]图3B示出了根据一个实施例的阀体和密封件的一部分的放大剖视图；
[0011]图4示出了根据一个实施例的定位在阀座上的阀体和密封件；
[0012]图5示出了根据一个实施例的阀体、密封件和阀座的剖视图；
[0013]图6A至图6C示出了根据一个实施例的阀体、密封件和阀座的一部分的放大剖视图；
[0014]应当理解的是，任何实施例的任何特征均可以与任何其它实施例的任何特征组合，而不再进一步详述。【具体实施方式】
[0015]本文描述的实施例整体上涉及一种阀组件，该阀组件在多联栗的流体端内使用。 在2013年3月15日提交的美国专利申请公报N0.2013/0263932中描述了能够与本文公开的实施例一起使用的多联栗和流体端的示例，所述美国专利申请公报的内容整体上通过援引并入本文。尽管阀组件的实施例在本文中被描述为流体端的部件，但是阀组件的实施例能够与其它类型的设备一起使用。
[0016]图1示出了根据一个实施例的流体端100的剖视图。流体端100包括本体10，所述本体10具有布置成通过本体10的流体孔15。流体孔15具有:抽吸端11，来自流体源(未示出)的流体通过所述抽吸端11被栗送到本体10中；和排放端12,流体通过所述排放端12被栗送离开本体10。
[0017] 抽吸阀组件20布置在本体10内并且控制从抽吸端11进入到流体孔15中的流体流。 抽吸阀组件20包括阀体21、密封件22、阀座23和偏压构件25(诸如弹簧)。抽吸阀组件20被偏压构件25偏压到闭合位置中，以便防止流体流动穿过抽吸阀组件20。具体地，阀体21和/或密封件22被移动成与阀座23接触，以便形成停止流体流的密封。当抽吸阀组件20下方的加压流体将一个力(其大于偏压构件25的力)施加到阀体21和/或密封件22的底侧时，抽吸阀组件20可移动到打开位置中，以便允许流体流入到流体孔15中。具体地，阀体21和/或密封件22被移动成与阀座23脱离接触，以便移除密封并且允许流体流动。[〇〇18]排放阀组件30布置在本体10中并且控制通过排放端12离开流体孔15的流体流。排放阀组件30可以包括阀体31、密封件32、阀座33和偏压构件35 (诸如弹簧)。排放阀组件30被偏压构件35偏压到闭合位置中，以便防止流体流动穿过排放阀组件30。具体地，阀体31和/ 或密封件32被移动成与阀座33接触，以形成停止流体流的密封。当排放阀组件30下方的加压流体将一个力(其大于偏压构件35的力)施加在阀体31和/或密封件32的底侧时，排放阀组件30能够被移动到打开位置中，以便允许流体流出流体孔15。具体地，阀体31和/或密封件32被移动成与阀座33脱离接触，以便移除密封并且允许流体流动。
[0019] 柱塞40通过动力端(未示出)在本体10内连续往复运动，以便通过抽吸端11将流体栗送到流体孔15中、并且通过排放端12将流体栗送出流体孔15。当柱塞40从本体10向外运动时，抽吸阀组件20移动到打开位置中，以便将流体抽吸到流体孔15中，同时排放阀组件30 保持闭合。当柱塞40向内移动到本体10中时，排放阀组件30移动到打开位置中，以便将流体排出流体孔15,同时抽吸阀组件20保持闭合。以这种方式，流体被持续栗送到流体端100中并被栗送出流体端100。
[0020] 图2示出了根据一个实施例的阀组件200。阀组件200可以以与上述抽吸阀组件20 和/或排放阀组件30类似的方式操作。阀组件200包括阀体210和密封件220,所述密封件220 周向地布置在阀体210周围。尽管在图2中没有示出，但是阀组件200可以包括阀座和偏压构件，诸如上述抽吸阀组件20和/或排放阀组件30的阀座23、33和偏压构件25、35。
[0021]阀体210由铸造成整块的材料形成。阀体210可以由一种或者多种材料(包括金属材料)形成。尽管阀体210示出为单个整块材料，但是阀体210可以由联接在一起的多个部件形成。可以通过铸造、锻造和/或机械加工形成阀体210。阀体210的上部分支撑密封件220， 所述密封件220构造成如在下文进一步描述的那样与阀座形成密封。
[0022]阀体210的下部分具有三条支腿构件212。每条支腿构件212均具有略微成圆形的锥形上表面214和略微成锥形的圆形下表面216。每条支腿构件212均具有叶片状横截面，所述叶片状横截面最小化了拖曳并且改善了流动穿过阀体210的流体动力学。例如，当阀体 210在流体端中(流体以高流率流动通过所述流体端)用作抽吸和/或排放阀时，阀体210的改善的流体动力性能可以降低流体端内的空化。阀体210的下部分可以具有一个、两个、三个、四个或者更多个支腿构件212。[〇〇23] 密封件220可以由结合(bonded)到阀体210的一种或者多种材料形成。例如，密封件220可以由结合到阀体210的聚氨酯材料形成。密封件220可以以除了结合之外的其它方式固定到阀体210。密封件220可以具有介于大约85邵氏A硬度和大约95邵氏A硬度之间的硬度。
[0024]整个密封件220可以模制成单件。替代地，至少密封件220的外表面可以模制成形， 而内表面被机械加工成形，以便辅助改善密封件220的内表面到阀体210的结合。替代地，密封件220可以机械加工成形。[〇〇25]图3A示出了根据一个实施例的阀体210和密封件220的剖视图。图3B示出了根据一个实施例的阀体210和密封件220的一部分的放大剖视图。阀体210的上部分具有外表面，所述外表面由布置在上平表面231和下平表面232之间的凹槽230来限定。[〇〇26]凹槽230布置在阀体210的外周周围。上平表面231可以是基本平坦的并且可以在阀体210的上平表面231和顶表面233之间的交叉部处形成大体直角。下平表面232可以为大体平坦的并且可以在阀体210的下平表面232和底表面234之间的交叉部处形成非直角(例如钝角)。[〇〇27] 上平表面231与下平表面232不共面。阀体210的围绕上平表面231的外径小于阀体 210的围绕下平表面232的外径。替代地，阀体210的围绕上平表面231的外径可以大于阀体 210的围绕下平表面232的外径。替代地，阀体210的围绕上平表面231的外径可以等于阀体 210的围绕下平表面232的外径，使得上和下平表面231、232共面。[〇〇28] 如图3B所示，上平表面231和凹槽230之间的过渡处的表面具有半径R1。半径R1可以介于大约0.03英寸至大约0.19英寸之间。下平表面232和凹槽230之间的过渡处的表面具有半径R2。半径R2可以介于大约0.03英寸至大约0.19英寸之间。凹槽230具有半径R3。半径 R3可以介于大约0.09英寸至大约0.38英寸之间。凹槽230可以具有恒定的半径和/或凹槽 230的基部可以具有平坦表面。[〇〇29]阀体210具有弯曲表面235,所述弯曲表面235在阀体210的底表面234和中间部分 236之间的过渡段处形成于阀体210的下侧上。小平坦表面237可以定位在底表面234和弯曲表面235之间。弯曲表面235可以具有恒定的半径，这有助于减小作用在阀体210的下侧上的应力和/或将负荷分布在阀体210的下侧上，由此延长了阀体210的操作寿命。弯曲表面235 具有半径R4,所述半径R4可以介于大约0.38英寸至大约2英寸之间。阀体210可以包括:上肩部211，所述上肩部211具有向内成锥形的表面;和/或顶部按钮213,所述顶部按钮213能够被接合，用于安装/移除诸如在流体端中的阀体210。
[0030] 密封件220具有内表面221，所述内表面221与阀体210的凹槽230、上平表面231和下平表面232接触。密封件220的内表面221可以模制和/或机械加工成对应于阀体210的凹槽230、上平表面231、和下平表面232。密封件220的顶表面222是基本平坦的并且基本垂直于阀体210的上平表面231。密封件220的顶表面222可以与阀体210的顶表面233共面。替代地，密封件220的顶表面222可以延伸到阀体210的顶表面233上方或者定位在所述顶表面 233的下方，使得各表面非共面。[〇〇31] 密封件220的顶表面222可以具有大约0.25英寸的长度。凹槽230的深度可以大于密封件220的顶表面222的长度。凹槽230的深度可以有助于提高密封件220到阀体210的结合。[〇〇32] 密封件220的外表面具有由上表面223和下表面224限定的逐渐增大的曲率。上表面223与顶表面222相交并且其曲率可以小于下表面224的曲率。下表面224与密封件220的内表面221相交并且定位成毗邻阀体210的底表面234。密封件220的下表面224可以相对于阀体210的底表面234形成非直角(例如钝角)。[〇〇33] 密封件220的下表面224和阀体210的底表面234每个均限定密封表面。密封件220 的下表面224是基本弯曲的并且其表面面积小于阀体210的底表面234的表面面积。阀体210 的底表面234是基本平坦的并且其表面面积大于密封件220的下表面224的表面面积。密封件220的下表面224和阀体210的底表面234可以不是平行的和/或共面的。[〇〇34]图4示出了根据一个实施例的定位在阀座240上的阀体210和密封件220。阀组件 200可以包括阀体210、密封件220和阀座240。阀体210和密封件220能够被移动成与阀座240 接合(诸如通过图1中示出的偏压构件25、35)，以形成密封。阀座240可以包括任何类型的支撑构件，阀体210和密封件220可以移动成抵靠接触所述支撑构件，以形成密封。阀座240可以由金属和/或复合材料形成。[〇〇35]图5示出了根据一个实施例的阀体210、密封件220和阀座240的剖视图。阀座240具有上表面241，密封件220和阀体210密封在所述上表面241上。具体地，密封件220的下表面 224与阀座240的上表面241接触并形成密封。另外，阀体210的底表面234与阀座的上表面 241接触并形成密封，如在下文参照图6A至6C进一步描述的那样。[〇〇36]图6A示出了根据一个实施例的阀体210、密封件220和阀座240的一部分的放大剖视图。阀组件200处于打开位置中，在所述打开位置中，流体流(由参考箭头F1表示)能够流动通过阀座240的上表面241与密封件220的下表面224以及阀体210的底表面234之间的敞开空间。加压流体可以将力施加在阀体210和/或密封件220的下侧，以便使得阀体210和密封件220抵抗闭合力(由参考箭头F2表示)而移动离开阀座240,以允许流体流穿过阀体210 和密封件220。闭合力(由参考箭头F2表示)可以例如是如图1所示的偏压构件25、35施加到阀体210的顶表面233的偏压力。[〇〇37]图6B示出了处于闭合位置中的阀组件200。当阀组件200处于闭合位置中时，密封件220的下表面224接触阀座240的上表面241，以便形成密封，所述密封防止流体流(由参考箭头F1表示)穿过密封件220。施加到阀体210的顶表面233的闭合力(由参考箭头F2表示)将阀体210和密封件220移动成与阀座240接触。
[0038]图6C也示出了处于闭合位置中的阀组件200。除了密封件220的下表面224接触阀座240的上表面241之外，阀体210的底表面234也接触阀座240的上表面241，以便形成密封， 所述密封防止流体流(由参考箭头F1表示)穿过阀体210和密封件220。施加到阀体210的顶表面233的闭合力(由参考箭头F2表示)将阀体210和密封件220移动成与阀座240接触。阀体 210的底表面234的表面面积被最大化，以便增加底表面234和阀座240的上表面之间的接触面积，这降低了阀座240上的应力并且由此延长了阀座240的操作寿命。[〇〇39] 参照图6B和6C，当阀组件200被移动到闭合位置中时，密封件200的下表面224在阀体210的底表面234之前接触阀座240的上表面241。在密封件220的下表面224和阀座240的上表面241之间形成的密封可以是低压密封。在阀体210的底表面234和阀座240的上表面 241之间形成的密封可以是高压密封(诸如金属对金属的密封)，高压密封能够密封的压力比低压密封大。
[0040]当阀体210的底表面234被移动成与阀座240的上表面241接触时，密封件220的一部分可以相对于阀体210略微向上移动(使得密封件220的顶表面222的至少一部分升高到阀体210的顶表面233上方)和/或径向向外移动(如图6所示)，以便补偿密封件220的压缩。 因为密封件220的体积相对于阀体210自由地向上和/或径向向外移动，因此施加到阀座240 上的压缩力被最小化，这由此能够延长密封件220的操作寿命。另外，因为密封件220的体积自由移动，所以密封件220和阀体210之间的分离被最小化，这由此降低了使密封件220的一部分产生应力破坏或者折断的可能性。[〇〇41]除了上述实施例之外，在不背离本发明的基本范围的情况下可以构思本发明的其它和另外的实施例，并且本发明的范围由以下权利要求所确定。
【主权项】
1.一种阀组件，其包括:阀座；阀体，所述阀体具有外周表面，所述外周表面由上平表面、下平表面、和布置在所述上 平表面和所述下平表面之间的凹槽所限定;和密封件，所述密封件联接到所述阀体的外周表面，其中，所述阀体和所述密封件能够运 动成与所述阀座接合。2.根据权利要求1所述的阀组件，其中，所述上平表面是平坦的并且垂直于所述阀体的 顶表面。3.根据权利要求2所述的阀组件，其中，所述下平表面是平坦的并且不垂直于所述阀体 的底表面。4.根据权利要求3所述的阀组件，其中，所述阀体的所述顶表面和所述底表面是平坦 的。5.根据权利要求4所述的阀组件，其中，所述密封件的内表面对应于并且接触所述上平 表面、所述下平表面和所述凹槽。6.根据权利要求5所述的阀组件，其中，所述密封件的顶表面与所述阀体的所述顶表面共面。7.根据权利要求6所述的阀组件，其中，所述密封件的外周表面具有逐渐增大的曲率。8.根据权利要求7所述的阀组件，其中，所述密封件的所述外周表面由上表面和下表面 限定，其中，所述上表面的曲率小于所述下表面的曲率。9.根据权利要求8所述的阀组件，其中，所述密封件的所述上表面与所述密封件的所述 顶表面相交，并且其中，所述密封件的所述下表面与所述密封件的所述内表面相交并且定 位成毗邻所述阀体的所述底表面。10.根据权利要求9所述的阀组件，其中，所述密封件的下表面和所述阀体的底表面能 够运动成与所述阀座接合，其中，所述密封件的下表面能够运动成在所述阀体的底表面之 前与所述阀座接合。11.根据权利要求1所述的阀组件，其中，所述阀体由整块材料形成并且包括一个或者 多个支腿构件，每个支腿构件具有叶片状的横截面。12.根据权利要求1所述的阀组件，其中，所述阀体具有形成在所述阀体的下侧上的弯 曲表面，其中，所述弯曲表面具有恒定的半径。
【文档编号】F16K11/20GK106090328SQ201610263943
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年4月26日 公开号201610263943.2, CN 106090328 A, CN 106090328A, CN 201610263943, CN-A-106090328, CN106090328 A, CN106090328A, CN201610263943, CN201610263943.2
【发明人】M·C·迪尔
【申请人】美国法朗姆能源公司