平行闸板阀结构对比与扭矩研究.docx

          平行闸板阀结构对比与扭矩研究                    摘要:平行闸板阀是该井控设备（压井节流管汇）的关键部件，通过其开关可控制钻井液的流向实现管汇的功能本文对平行闸板阀两种常用结构从用途、结构特点和使用方法进行对比，并且进行降低扭矩分析关键词:平行闸板阀；结构特点；方便；扭矩1用途压井节流管汇是实施平衡钻井新工艺必不可少的井控设备在钻井过程中，当泥浆经过钻杆向下循环的正常方法不能使用时，通过该设备可直接向井筒中泵入泥浆，达到控制油气井压力的目的在发生井涌和溢流的初期，可用于控制井涌和溢流采用此设备还可实施平衡压力钻井新工艺，可防止油层污染，提高钻井速度该设备通过和防喷器连通,能够有效地控制井喷平行闸板阀是该设备的关键部件，通过其开关可控制钻井液的流向实现管汇的功能其在井控设备中应用非常广泛波簧外圆密封式和端面密封式两种结构平行闸板阀的用途是相同2结构特点2.1波簧外圆密封式结构此结构平行闸板阀主要由阀体、闸板、阀座、阀盖、阀杆、阀杆螺母、波簧、轴承、导杆、阀杆密封及O型圈等部分组成该平行闸板阀具有以下特点：（1）采用平衡杆结构，阀中装有两个负荷能力强的推力球轴承，承受开启、关闭闸板的负荷，因而开启力矩小，比楔式闸阀操作轻便。

2）闸板与阀座之间采用浮动钢密封，阀座与阀体间依靠阀座外圆上的O型圈实现密封3）阀座后端面装有波簧，依靠其压缩使阀座贴紧闸板实现密封此结构进口和出口都密封，可防止钻井液进入阀门内腔，避免造成对阀座与闸板密封面的损伤4）阀杆与阀杆螺母连接为梯形螺纹连接；阀杆与闸板连接为梯形槽连接阀杆与闸板一起做上下直线移动实现阀门开关下部带有导杆5）阀杆与导杆的上下移动从外部可观察到，从而知道阀门的开关，即为明杆结构6）拆卸较烦琐，需使用专用闸板拆装工具才能拆卸，而且更换阀座及其密封件时需将整套闸板阀从管汇拆下后才能更换2.2端面密封式结构此结构平行闸板阀主要由阀体、阀盖、阀杆、阀杆接头、阀杆销、闸板、阀座、阀体衬套、阀杆密封及阀座密封环等部分组成该平行闸板阀具有以下特点：（1）采用暗杆式结构，占用空间小阀中装有两个负荷能力强的推力滚针轴承，承受开启、关闭闸板的负荷2）闸板与阀座之间采用浮动钢密封，阀座与阀体衬套、阀体衬套与阀体间依靠端面上的密封环实现密封3）阀座后端面无波簧，依靠密封环的压缩量实现初始密封进口端来压后，将闸板推向出口端，实现出口端密封4）阀杆与闸板连接为梯形螺纹连接阀杆只做旋转运动，带动闸板做上下直线移动实现阀门开关。

5）阀杆只做旋转运动，从外部观察不到，即为暗杆结构6）拆卸较方便，而且更换阀座及其密封件时不需将整套闸板阀从管汇拆下就能更换维修时，只需打开阀盖便可维修、更换内部阀件，而不需要任何专用工具7）带压扭矩小在工作压力状态下，阀门开关轻便3使用方法3.1波簧外圆密封式结构顺时针旋转手轮，通过手轮与阀杆螺母间的六方连接带动阀杆螺母旋转，阀杆螺母带动阀杆向上移动（阀杆螺母与阀杆间为梯形螺纹连接），从而带动闸板向上移动（阀杆与闸板间为梯形槽连接），直至闸板顶住阀盖，实现这个阀门完全关闭逆时针旋转手轮，阀杆带动闸板向下移动，实现这个阀门完全开启3.2端面密封式结构顺时针旋转手轮，通过手轮与阀杆接头间的六方连接带动阀杆接头旋转，阀杆接头带动阀杆旋转（阀杆接头与阀杆间为圆柱销连接），从而带动闸板向上移动（阀杆与闸板间为梯形螺纹连接），直至闸板顶住阀盖，实现这个阀门完全关闭逆时针旋转手轮，阀杆带动闸板向下移动，实现这个阀门完全开启4扭矩分析下面从两种阀门结构特点上分析其扭矩，从而找出降低扭矩的办法先进行受力分析两种阀门受力情况相同，分析如下：从主通道入口端施压，最大至工作压力P，产生垂直闸板方向的作用力PS（S为主通道截面积，即πD2/4，D为主通径），将闸板推向出口端一侧。

要实现阀门关闭或打开，即闸板上下移动，要克服因作用力PS产生的摩擦力（闸板与阀座之间），从而在手轮上产生扭矩同时手论旋转，带动阀杆旋转（端面密封式结构）或上下移动（波簧外圆密封式结构），与阀杆接触的阀杆密封也会产生摩擦力另外阀杆接头与轴承护套之间有摩擦力在手论上施加上述摩擦力之和而产生的扭矩值的人力才能关闭或打开阀门，所以降低该扭矩值尤为重要从受力分析可知要想降低扭矩，需从降低上述几处摩擦力着手，下面分别进行分析4.1波簧外圆密封式结构（1）闸板与阀座之间的摩擦力作用力PS为固定值，因P为工作压力，S为只与公称通径有关的面积值，二者为工作要求的固定值，不可改变，所以不必从此作用力处考虑降扭矩影响闸板与阀座之间的摩擦力的另一因素为二者之间的间隙，即钢对钢间隙钢对钢间隙大，摩擦力小，但过大则影响密封，甚至封不住；钢对钢间隙小，摩擦力大通过调整阀座上的波簧压缩量提供一定的预紧力来控制钢对钢间隙，达到减小摩擦力大的效果2）阀杆与阀杆密封之间的摩擦力阀杆上下移动，从而与阀杆密封产生摩擦力阀杆密封为橡胶件，用于密封腔体内的压力，减小其，会减小其与阀杆之间的摩擦力，但过小会影响密封因而控制阀杆密封的压缩量，在满足密封的前提下会减小阀杆与阀杆密封之间的摩擦力。

3）阀杆接头与轴承护套之间的摩擦力阀杆接头与轴承护套之间有一个O型圈，起防尘作用可通过加大阀杆接头与轴承护套之间的间隙达到减下摩擦力的效果，同时保证密封槽的内径值不变以致满足防尘作用另外，将阀杆的梯形螺纹大径较标准值小0.2~0.5mm，也可降低开关扭矩值4.2端面密封式结构（1）闸板与阀座之间的摩擦力此处对应波簧外圆密封式结构的区别是阀座上无波簧作用力PS与波簧外圆密封式结构相同影响闸板与阀座之间的摩擦力的另一因素为二者之间的间隙，一是钢对钢间隙，二是密封件间隙钢对钢间隙大，摩擦力小，但过大则影响密封，甚至封不住；钢对钢间隙小，摩擦力大所以我们尽量采取较大的钢对钢间隙，通过增大密封件的压缩量（即减小密封件间隙）达到满足密封要求同时可通过调整阀座上的波簧压缩量来控制钢对钢间隙，达到减小摩擦力大的效果2）阀杆与阀杆密封之间的摩擦力阀杆旋转，从而与阀杆密封产生摩擦力降低扭矩措施与波簧外圆密封式结构相同3）阀杆接头与轴承护套之间的摩擦力与波簧外圆密封式结构相同另外，将阀杆的梯形螺纹大径较标准值小0.2~0.5mm，也可降低开关扭矩值为达到降低扭矩的目的，我们还要注意对这两种手动闸板阀的正确操作与维护，尤其注意轴承定期注油润滑和阀杆与腔体内的注脂润滑。

结论从上述结构特点可知端面密封式平行闸板阀较之波簧外圆密封式更具优势，较使用，因而现在被广泛采用并从两种阀门结构特点上分析其扭矩，从而找出降低扭矩的办法参考文献[1]APISpec6A井口装置与采油树设备规范[Z].美国石油学会，2010.[2]房汝洲.实用阀门设计手册[M].北京：中国知识出版社，2006.[3]机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2008.  -全文完-。