CN113586006A - 用于节流阀的阀芯组件以及节流阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于节流阀的阀芯组件以及节流阀，该节流阀包括阀套，阀套可移动地套设在阀芯组件的外侧，阀芯组件的侧壁上设置有节流孔，阀套用于打开或封堵节流孔，阀芯组件包括多个可拆卸连接的阀芯单元，至少部分阀芯单元上设置有节流孔。通过本申请提供的技术方案，能够解决现有技术中的节流阀的节流通径不可调的问题。并且，该节流阀具有使用寿命长、成本低、控制精度高以及阀芯组件拆装更换方便的优点。

Description

用于节流阀的阀芯组件以及节流阀

技术领域

本发明涉及节流阀技术领域，具体而言，涉及一种用于节流阀的阀芯组件以及节流阀。

背景技术

目前，节流阀是通过改变阀芯处的过流面积来控制流体流量、使流体在受控制的状态下通过的阀门，作为核心部件被广泛的应用于石油、天然气、化工、水电、液压等领域。尤其是在石油天然气钻井和开采领域中，发挥着巨大的作用。在石油、天然气开采作业中，利用节流阀来控制管网压力及产量，从而实现保护地面输送设备和油气井的目的。在钻井作业中，节流阀作为井控管汇的核心设备用来控制井涌压力，并在控压钻井作业中用于精确调节井口回压，实现控制井底压力的目的。

在现有技术中，由于工况的不同，单一节流通径的节流阀难以满足多种复杂工况的要求。但是，在现有技术中节流阀的节流通径不可调，只能针对不同工况配备不同节流通径的节流阀，增加了作业成本，并难以保证在某一特定工况下的节流精度。并且，频繁拆卸节流阀会导致工序复杂，易损坏管汇、采油树等设备。因此，现有技术中存在节流阀的节流通径不可调的问题。

发明内容

本发明提供一种用于节流阀的阀芯组件以及节流阀，以解决现有技术中的节流阀的节流通径不可调的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于节流阀的阀芯组件，节流阀包括阀套，阀套可移动地套设在阀芯组件的外侧，阀芯组件的侧壁上设置有节流孔，阀套用于打开或封堵节流孔，阀芯组件包括多个可拆卸连接的阀芯单元，至少部分阀芯单元上设置有节流孔。

进一步地，阀芯单元为筒形结构，阀芯单元的两端均设置有连接结构，相邻两个阀芯单元通过连接结构相连接，便于根据使用需求对阀芯单元进行拆装。

进一步地，阀芯单元的一端设置有外螺纹，阀芯单元的另一端设置有内螺纹。采用螺纹结构的方式便于对阀芯单元进行拆装，且相邻两个阀芯单元之间的密封效果较好，从而能够提升阀芯组件的密封性能。

进一步地，阀芯组件具有相对设置的第一端和第二端，在第一端指向第二端的方向上，阀芯单元上的节流孔的孔径逐渐增大，如此能够保证在阀套相对阀芯组件移动时，节流阀的过流面积与开度呈线性变化。

进一步地，节流孔的远离阀芯单元轴线的一端设置有倒角，能够提升节流阀的过流能力。

根据本发明的另一方面，提供了一种节流阀，节流阀包括：壳体，壳体具有阀腔；阀套，可移动地设置在阀腔内；阀座，设置在阀腔内，阀座上设置有阀口；阀芯组件，位于阀腔内，阀芯组件设置在阀座上，阀芯组件与阀口相连通，阀套套设在阀芯组件外侧，阀芯组件为上述提供的阀芯组件。该节流阀具有使用成本低、使用寿命长、节流通径可调、控制精度高、阀芯拆装更换方便、过流面积随开度线性变化等优点。

进一步地，阀套包括相互连接的封堵段和导向段，封堵段套设在阀芯组件的外侧，壳体具有安装孔，安装孔与阀腔相连通，导向段穿设在安装孔内，以保证阀套与阀芯组件的同轴度。

进一步地，节流阀还包括：阀杆，阀杆具有相对设置的连接端和驱动端，阀杆的连接端与阀套连接；电动驱动部，电动驱动部与阀杆的驱动端驱动连接；阀位传感器，阀位传感器用于检测节流阀的阀位状态；行程指示部，行程指示部用于显示节流阀的阀位状态。

进一步地，节流阀还包括辅助驱动部，辅助驱动部与阀杆的驱动端驱动连接。在电动驱动部出现故障的情况下，可利用辅助驱动部驱动阀套移动，以保证节流阀顺利工作。

进一步地，壳体包括阀体和阀盖，阀体具有阀腔，阀盖设置在阀体上，阀盖上设置有避让部，阀杆的驱动端从避让部穿出并与电动驱动部连接。

进一步地，壳体具有入口流道和出口流道，入口流道和出口流道均与阀腔连通，入口流道的流通面积和出口流道的流通面积在远离阀腔的方向上均逐渐增大，如此能够进一步提升节流阀的流通能力，并减小流体对壳体内的部件，尤其是阀芯组件的冲击，从而能够提升阀芯组件及其它部件的使用寿命。

进一步地，节流阀还包括衬里，衬里设置在入口流道和/或出口流道内，利用衬里能够减小入口流道和出口流道的磨损，进而提升节流阀的耐磨性能。

进一步地，节流阀还包括密封件，阀杆与壳体之间、阀套与壳体之间、阀套与阀芯组件之间、阀座与壳体之间均设置有密封件，如此能够提升节流阀的密封性能，形成了完整的密封体系，可应用于有毒工况。

应用本发明的技术方案，该节流阀包括阀套，阀套可移动地套设在阀芯组件的外侧，阀芯组件的侧壁上设置有节流孔，阀套用于打开或封堵节流孔，以实现节流。其中，阀芯组件包括多个可拆卸连接的阀芯单元，至少部分阀芯单元上设置有节流孔，针对不同的工况，只需要对阀芯单元进行更换即可，如此能够解决现有技术中的节流阀的节流通径不可调的问题，并且由于无需频繁拆卸节流阀，还能够简化工序，降低作业成本，保护管汇以及采油树等设备。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明实施例提供的用于节流阀的阀芯组件的结构示意图；

图2示出了图1中的阀芯单元的结构示意图；

图3示出了图1中的阀芯单元的又一结构示意图；

图4示出了根据本发明实施例提供的用于节流阀的阀芯组件的又一结构示意图；

图5示出了根据本发明实施例提供的节流阀的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、阀套；11、封堵段；12、导向段；20、阀芯组件；21、节流孔；22、阀芯单元；23、连接结构；231、外螺纹；232、内螺纹；24、第一端；25、第二端；30、壳体；31、阀腔；32、安装孔；33、阀体；34、阀盖；35、入口流道；36、出口流道；40、阀座；50、阀杆；51、连接端；52、驱动端；60、电动驱动部；70、行程指示部；80、辅助驱动部；90、衬里；100、密封件。

具体实施方式

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实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图4所示，本发明实施例提供了一种用于节流阀的阀芯组件。其中，节流阀包括阀套10，阀套10可移动地套设在阀芯组件的外侧，阀芯组件的侧壁上设置有节流孔21，阀套10用于打开或封堵节流孔21，以实现节流。其中，在阀套10使节流孔21暴露的情况下，即可打开节流孔，在阀套10遮盖住节流孔21的情况下，即可封堵节流孔。在本实施例中，阀芯组件包括多个可拆卸连接的阀芯单元22，至少部分阀芯单元22上设置有节流孔21。具体地，可以在全部阀芯单元22上均设置节流孔21，也可以在部分阀芯单元22上设置节流孔21，在剩余的阀芯单元22上不设置节流孔。

应用本实施例提供的阀芯组件，将阀芯组件设置为多个可拆卸连接的阀芯单元22，在至少部分阀芯单元22上设置节流孔21，针对不同的工况，通过对至少部分阀芯单元22进行更换即可调节节流阀的节流通径，在不拆卸节流阀的情况下使得节流阀能够满足多种复杂工况的要求，无需频繁更换节流阀。并且由于无需频繁拆卸节流阀，能够简化工序，降低作业成本，保护管汇以及采油树等设备。

其中，阀套10可移动地套设在阀芯组件的外侧，包括以下三种结构：第一种为，阀套10沿阀芯组件的轴线方向上下升降。第二种为，阀套10沿阀芯组件的周向转动。第三种为，阀套10在上下升降的同时进行转动。具体地，阀套10的移动方式并不仅限于上述三种方式，只要阀套10可打开或封堵节流孔21即可。在本实施例中，阀套10沿阀芯组件的轴线方向上下升降，选择需要开启的节流孔的数量。

如图2和图3所示，阀芯单元22为筒形结构，阀芯单元22的两端均设置有连接结构23，相邻两个阀芯单元22通过连接结构23相连接。在阀芯单元22的两端均设置连接结构23，便于根据使用需求对阀芯单元22进行拆装。其中，连接结构23包括但不仅限于螺纹结构、卡扣结构。

在本实施例中，阀芯单元22的一端设置有外螺纹231，阀芯单元22的另一端设置有内螺纹232。采用螺纹结构的方式便于对阀芯单元22进行拆装，且相邻两个阀芯单元22之间的密封效果较好，从而能够提升阀芯组件的密封性能。

如图1所示，阀芯组件具有相对设置的第一端24和第二端25，在第一端24指向第二端25的方向上，阀芯单元22上的节流孔21的孔径逐渐增大，如此能够保证在阀套10相对阀芯组件移动时，节流阀的过流面积与开度呈线性变化。在其它实施例中，多个阀芯单元上的节流孔的孔径的排布情况可根据实际情况进行调整，以使节流阀能够满足多种工况需求。例如，各个阀芯单元22上的节流孔21的直径可相同也可不同。阀芯单元22可相互间任意组合。

其中，设置有不同孔径的节流孔的阀芯单元之间可进行任意组合，阀芯单元亦可不设置节流孔；可根据实际工况，通过组装设置有合适节流孔孔径的阀芯单元和没有设置节流孔的阀芯单元，使节流阀节流通径最大程度上切合实际工况，进而采用合适的冲程来提高可调比，提高了节流精度和可控性。同时，避免了节流阀频繁拆卸安装，提高了作业效率，保护了相关设备不受损害，使作业者无需购置多种节流通径的节流阀，降低了作业成本。

为了提升节流阀的过流能力，节流孔21的远离阀芯单元22轴线的一端设置有倒角。在本实施例中，节流孔采用45度倒角设计，有效降低了流体对节流孔的冲蚀磨损。

在本实施例中，节流孔21为圆孔。在其它实施例中，节流孔可设置为三角形孔、矩形孔等多边形孔。

任一阀芯单元可单独快速更换，如某一阀芯单元冲蚀磨损严重，可单独更换此阀芯单元而无需整体更换阀芯组件，提高了阀芯组件的使用寿命，降低了使用成本。

如图5所示，本发明又一实施例提供了一种节流阀，该节流阀包括壳体30、阀套10、阀座40以及阀芯组件20，阀芯组件20为上述提供的阀芯组件。其中，壳体30具有阀腔31，阀套10可移动地设置在阀腔31内，阀座40设置在阀腔31内，阀座40上设置有阀口，阀芯组件20位于阀腔31内，阀芯组件20设置在阀座40上，阀芯组件20与阀口相连通。通过将阀套10套设在阀芯组件20外侧，使阀套10相对阀芯组件20移动，利用阀套10打开或封堵阀芯组件20侧壁上的节流孔21，以实现节流。其中，该节流阀具有使用成本低、使用寿命长、节流通径可调、控制精度高、阀芯拆装更换方便、过流面积随开度线性变化等优点。

如图5所示，阀套10包括相互连接的封堵段11和导向段12，封堵段11套设在阀芯组件20的外侧，利用封堵段11打开或封堵阀芯组件20侧壁上的节流孔21。具体地，壳体30具有安装孔32，安装孔32与阀腔31相连通，导向段12穿设在安装孔32内，在阀套10进行移动时，导向段12可对阀套10进行导向，以保证阀套10与阀芯组件20的同轴度。

其中，阀套10的顶部具有阶梯状结构，在壳体30内设置有阶梯凸台，阀套10的阶梯状结构对应阶梯凸台设置，以对阀套10进行上限位。

在本实施例中，节流阀还包括阀杆50、电动驱动部60、阀位传感器以及行程指示部70，电动驱动部60具有保障自锁功能，反应灵敏。其中，阀杆50具有相对设置的连接端51和驱动端52，阀杆50的连接端51与阀套10连接，电动驱动部60与阀杆50的驱动端52驱动连接，在电动驱动部60的驱动以及阀杆50的传动下，阀套10可在阀腔31内升降，以打开或封堵阀芯组件20侧壁上的节流孔21。具体地，阀位传感器用于检测节流阀的阀位状态，可与控制系统相连，准确提供节流阀阀位，行程指示部70用于显示节流阀的阀位状态，便于现场手动操作。

如图5所示，节流阀还包括辅助驱动部80，辅助驱动部80与阀杆50的驱动端52驱动连接。在电动驱动部60出现故障的情况下，可利用辅助驱动部80驱动阀套10移动，以保证节流阀顺利工作。在本实施例中，辅助驱动部80为手轮，手轮外部设有润滑脂嘴，用来润滑螺纹和轴承。

具体地，壳体30包括阀体33和阀盖34，阀体33具有阀腔31，阀盖34设置在阀体33上。其中，阀盖34上设置有避让部，阀杆50的驱动端52从避让部穿出并与电动驱动部60连接。在本实施例中，阀盖34上设置有通孔，该通孔形成避让部。其中，阀体33和阀盖34通过螺栓连接，拆卸维护简便。

在本实施例中，壳体30具有入口流道35和出口流道36，入口流道35和出口流道36均与阀腔31连通，入口流道35的流通面积和出口流道36的流通面积在远离阀腔31的方向上均逐渐增大，如此能够进一步提升节流阀的流通能力，并减小流体对壳体30内的部件，尤其是阀芯组件20的冲击，从而能够提升阀芯组件20及其它部件的使用寿命。

其中，入口流道35的口部和出口流道36的口部均设置有法兰，如此便于将节流阀与其它部件连接。具体地，入口流道35的口部设置有入口法兰，出口流道36的口部设置有出口法兰。

如图5所示，节流阀还包括衬里90，衬里90设置在入口流道35和/或出口流道36内，利用衬里90能够减小入口流道35和出口流道36的磨损，进而提升节流阀的耐磨性能。在本实施例中，衬里90设置在出口流道36内。在其它实施例中，可将衬里90同时设置在入口流道35和出口流道36内。在本实施例中，衬里由碳化钨材料制成。

在本实施例中，节流阀还包括密封件100，阀杆50与壳体30之间、阀套10与壳体30之间、阀套10与阀芯组件20之间、阀座40与壳体30之间均设置有密封件100，如此能够提升节流阀的密封性能，形成了完整的密封体系，可应用于有毒工况。具体地，阀杆50与壳体30之间的密封件为防爆减压的密封填料，有效防止流体逸散损坏电动驱动部。

其中，阀盖、阀芯组件、阀套、阀座以及阀体同轴设置。具体地，阀套、阀座和阀芯组件均由碳化钨材料制成，提高了节流阀配件的抗腐蚀性，延长了节流阀配件的使用寿命。

当阀杆上升到最大行程时，流体接触所有节流孔，当阀杆下降到最大行程时，流体不接触节流孔；圆形节流孔的直径随着阀门开度的增大而逐渐减小，在节流阀开度较小时增大流道的过流面积，在节流阀开度较大时减小流道的过流面积，使过流面积随阀门开度成线性变化，从而实现压降随阀门开度呈线性变化。

本实施例提供的装置，具有以下有益效果：

(1)模块化的阀芯组件中的阀芯单元可根据实际工况任意组合，使节流阀的节流通径贴合实际工况，提高了对流体流量的调节精度。可变的阀芯组件避免了节流阀频繁拆卸安装，提高了作业效率，保护了相关设备不受损害，并无需购置不同节流通径的节流阀，降低了使用成本。

(2)阀芯单元拆装方便，单一阀芯单元可被更换，延长了阀门的使用寿命。

(3)阀芯单元上圆形节流孔的直径随暴露于流体的先后顺序逐渐减小，使阀门过流面积随开度呈线性变化。节流孔采用45度倒角设计，改善了节流孔附近的受力情况，提高了抗冲蚀性能。

(4)阀套、阀座和模块化阀芯组件均采用碳化钨材料制成，具有较强的抗腐蚀能力。

(5)阀门出口直径逐渐增大的设计和碳化钨衬里设计，可减少流体对阀体的冲蚀。

(6)阀盖与阀体之间、阀杆与阀盖之间、阀套与模块化阀芯组件之间、阀套与阀体之间、阀座与阀体之间的密封相互配合，形成了完整的阀门密封体系，适用于有毒工况。

(7)节流阀安装有备用手轮，当电动驱动部无法正常运转时，可手动开关阀门，手轮配有机械行程指示，便于现场操作；手轮上部设置有阀位传感器，可精确提供阀位信息。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种用于节流阀的阀芯组件，其特征在于，所述节流阀包括阀套(10)，所述阀套(10)可移动地套设在所述阀芯组件的外侧，所述阀芯组件的侧壁上设置有节流孔(21)，所述阀套(10)用于打开或封堵所述节流孔(21)，所述阀芯组件包括多个可拆卸连接的阀芯单元(22)，至少部分所述阀芯单元(22)上设置有所述节流孔(21)。

2.根据权利要求1所述的阀芯组件，其特征在于，所述阀芯单元(22)为筒形结构，所述阀芯单元(22)的两端均设置有连接结构(23)，相邻两个所述阀芯单元(22)通过所述连接结构(23)相连接。

3.根据权利要求2所述的阀芯组件，其特征在于，所述阀芯单元(22)的一端设置有外螺纹(231)，所述阀芯单元(22)的另一端设置有内螺纹(232)。

4.根据权利要求1所述的阀芯组件，其特征在于，所述阀芯组件具有相对设置的第一端(24)和第二端(25)，在所述第一端(24)指向所述第二端(25)的方向上，所述阀芯单元(22)上的节流孔(21)的孔径逐渐增大。

5.根据权利要求1所述的阀芯组件，其特征在于，所述节流孔(21)的远离所述阀芯单元(22)轴线的一端设置有倒角。

6.一种节流阀，其特征在于，所述节流阀包括：

壳体(30)，所述壳体(30)具有阀腔(31)；

阀套(10)，可移动地设置在所述阀腔(31)内；

阀座(40)，设置在所述阀腔(31)内，所述阀座(40)上设置有阀口；

阀芯组件(20)，位于所述阀腔(31)内，所述阀芯组件(20)设置在所述阀座(40)上，所述阀芯组件(20)与所述阀口相连通，所述阀套(10)套设在所述阀芯组件(20)外侧，所述阀芯组件(20)为权利要求1至5中任一项所述的阀芯组件。

7.根据权利要求6所述的节流阀，其特征在于，所述阀套(10)包括相互连接的封堵段(11)和导向段(12)，所述封堵段(11)套设在所述阀芯组件(20)的外侧，所述壳体(30)具有安装孔(32)，所述安装孔(32)与所述阀腔(31)相连通，所述导向段(12)穿设在所述安装孔(32)内。

8.根据权利要求6所述的节流阀，其特征在于，所述节流阀还包括：

阀杆(50)，所述阀杆(50)具有相对设置的连接端(51)和驱动端(52)，所述阀杆(50)的连接端(51)与所述阀套(10)连接；

电动驱动部(60)，所述电动驱动部(60)与所述阀杆(50)的驱动端(52)驱动连接；

阀位传感器，所述阀位传感器用于检测所述节流阀的阀位状态；

行程指示部(70)，所述行程指示部(70)用于显示所述节流阀的阀位状态。

9.根据权利要求8所述的节流阀，其特征在于，所述节流阀还包括辅助驱动部(80)，所述辅助驱动部(80)与所述阀杆(50)的驱动端(52)驱动连接。

10.根据权利要求8所述的节流阀，其特征在于，所述壳体(30)包括阀体(33)和阀盖(34)，所述阀体(33)具有所述阀腔(31)，所述阀盖(34)设置在所述阀体(33)上，所述阀盖(34)上设置有避让部，所述阀杆(50)的驱动端(52)从所述避让部穿出并与所述电动驱动部(60)连接。

11.根据权利要求6所述的节流阀，其特征在于，所述壳体(30)具有入口流道(35)和出口流道(36)，所述入口流道(35)和所述出口流道(36)均与所述阀腔(31)连通，所述入口流道(35)的流通面积和所述出口流道(36)的流通面积在远离所述阀腔(31)的方向上均逐渐增大。

12.根据权利要求11所述的节流阀，其特征在于，所述节流阀还包括衬里(90)，所述衬里(90)设置在所述入口流道(35)和/或所述出口流道(36)内。

13.根据权利要求8所述的节流阀，其特征在于，所述节流阀还包括密封件(100)，所述阀杆(50)与所述壳体(30)之间、所述阀套(10)与所述壳体(30)之间、所述阀套(10)与所述阀芯组件(20)之间、所述阀座(40)与所述壳体(30)之间均设置有所述密封件(100)。

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