CN111963691A - 一种带纹路膜片小体积高温高压回压阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带纹路膜片小体积高温高压回压阀，包括端盖6、阀体14、堵头2、气室8、气室接口1、波纹膜片11、阀针12、阀针帽10，所述端盖内表面与阀体外表面通过螺纹连接，端盖中心有堵头，阀体中心有气室；所述气室为圆柱形钢制筒体，气室底部焊接有波纹膜片；所述堵头通过气室接口与高压气源连接；所述阀体设有水平流体通道、垂直流体通道，两个通道的交点处有一中心孔，中心孔安装阀针，阀针顶部为螺杆结构，该顶部螺杆穿过波纹膜片中心圆孔，利用阀针帽和密封圈压紧波纹膜片，阀针针尖坐封于中心孔末端的密封垫。本发明能够显著减小回压阀尺寸和重量，同时优化回压阀气室结构，对于高温高压油气藏渗流物理模拟实验具有重要意义。

Description

一种带纹路膜片小体积高温高压回压阀
技术领域
本发明涉及油气田开发领域渗流物理模拟***中设定实验出口压力的回压阀装置，特别是涉及一种带纹路膜片小体积高温高压回压阀。
背景技术
回压阀也叫止回阀或单向阀，是一种自动压力控制装置。其工作原理是：预设回压阀的开启压力，当流体流出端压力高于设定压力时，回压阀自动打开；当流体流出端压力小于设定压力时，回压阀关闭。回压阀的这种工作模式可使流体流出端的压力保持在一定数值，从而有效防止流体虹吸或自流。
回压阀是油气藏开发物理模拟***中设定实验压力的关键部件。常用的回压阀包括两种类型：针形活塞式和膜片式。其主要部件均由阀体、密封胶圈、金属膜片或针形活塞等组成（万志军. 一种精度可调的高温高压回压阀及其调节方法[P].中国专利:202010064893.1, 2020.05.22）。其中膜片式回压阀，一般存在流量过冲或响应时间滞后的问题，精度控制较差（王胜.双隔膜活塞式回压阀[P].中国专利: 201120157159.6,2011.05.17）。而采用多液流通道和高强度材质的针型活塞式回压阀可提供更高精度的压力控制（程红. 一种高精度回压阀[P].中国专利: 201921925209.3, 2020.07.03）。随后出现的利用平膜片推动阀针，并采用梯形结构的密封圈氟胶圈和梯形状腔体的回压阀，这种结构可有效减小活塞阀针与高压筒体端面间的死体积，提高回压阀的压力控制精度（邹振.一种超高压高温实验回压阀[P].中国专利: 201410157897.9, 2014.04.18；Feucht,Dennis D., et al. Back pressure valve drive EGR system. U.S. Patent No. 6,422,217. 23 Jul. 2002）。但是，在应用中发现这种平膜片推动阀针式回压阀（简称：平膜片式回压阀）存在以下问题：
（1）平膜片式回压阀在工作时，要求平膜片发生一定的弹性形变，保证阀针的轴向移动范围，这就要求平膜片必须具有较大的直径（9 cm左右）才能保证能产生一定的弹性形变，从而使得整个回压阀的尺寸较大，重量大，不易搬运，制造成本高。
（2）平膜片式回压阀工作时，平膜片会实时发生弹性形变，频繁的弹性形变，易造成平膜片发生疲劳损伤，导致平膜片使用寿命较短，频繁更换膜片也给操作人员带来了诸多不便。当进样口与气室的压差较大时，平膜片的弹性形变会超过弹性极限，导致下次使用时，气室内的工作压力作用于平膜片时，阀针所受的压力小于正常工作压力，导致阀针不能较好地座封于中心孔末端的密封垫上，造成进样口压力偏小。
（3）传统平膜片式回压阀的平膜片与阀体和气室间通常采用轴向多级密封技术，密封结构复杂。
以上问题限制了传统回压阀的广泛应用，开发出体积小、灵敏高、能承受高温高压条件的回压阀具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带纹路膜片小体积高温高压回压阀，利用纹路膜片的强弹性，显著减小膜片直径以及整个回压阀尺寸和重量，同时优化回压阀气室结构，对于高温高压油气藏渗流物理模拟实验具有重要意义。
为达到以上技术目的，本发明采用如下技术方案。
一种带纹路膜片小体积高温高压回压阀，主要由气室接口、堵头、轴用弹性卡圈、堵头密封圈、端盖、带波纹膜片气室、气室外侧密封圈、阀针帽、阀针和阀体组成。
所述气室接口为气体进入的通道，与高压气源连接。堵头上部加工有轴用卡簧槽，并装有轴用弹性卡圈，目的在于在拆卸端盖时利用卡圈的固定作用可同时将堵头拔出。堵头下端***气室内，其外表面加工有两个沟槽，沟槽中装配两个耐高温高分子密封圈与气室内表面形成堵头密封。端盖上加工有4个径向孔，作为勾扳手孔位，目的在于方便拆卸。端盖内表面与阀体外表面通过螺纹连接。端盖外表面加工有滚花网纹，在端盖拆卸扭矩不大的阶段快速旋转端盖。气室为圆柱形钢制筒体，气室底部焊接有波纹膜片，气室下端外表面加工有两个沟槽，沟槽中装配的两个高温高分子密封圈密封圈，在高温下密封压力能达到100 MPa甚至更高。利用波纹膜片的强弹性，显著减小膜片直径以及整个回压阀尺寸。波纹膜片和气室组成气室总成，从而可以采用易实现的径向密封方式。气室的作用是将高压氮气提供的压力作用于波纹膜片上。波纹膜片下表面环形波纹的凹陷体积可通过3D扫描获得，以精确计算死体积大小，提高实验的精度。阀体为气室外表面提供支撑，是主要承压部位，气室壁外侧与阀体内侧的距离控制在0.2mm以内，这样当气室中注入高压气体时，气室开始会产生弹性变形，随即阀体会给气室外侧面一个整体支撑，防止气室进一步产生不可逆变形。阀体下部与专利201410157897.9（邹振. 一种超高压高温实验回压阀[P] ）一致，水平流体通道和垂直流体通道的交点处有一中心孔，所述中心孔向上延伸至气室中，向下通过垂直流体通道连接出样管线。中心孔中安装有阀针，阀针的顶部采用螺杆结构，阀针穿过波纹膜片利用阀针帽将其顶部的密封圈紧压在波纹膜片上，并与波纹膜片密封。阀针针尖坐封于中心孔末端的密封垫上，回压阀的进样口和出样口加工有螺纹结构，使连接阀体的部件易于更换。
优选地，波纹膜片的直径不大于5 cm，优选3cm。
本发明工作原理如下：实验开始前，先采用高压气体设定气室内的压力值，此时，阀针在向下作用力的作用下与中心孔末端的密封垫接触，阀关闭。实施渗流物理模拟实验时，出口端的流体通过回压阀的水平流体通道与波纹膜片之间的垂直通道到达波纹膜片下部的纹路间隙中，此时纹路间隙内的压力逐渐增加。气室外侧的密封圈会防止流体从气室侧面向上逸散，当该压力增加到大于波纹膜片上部气室内压力时，波纹膜片带动阀针向上运动，阀针针尖离开中心孔末端的密封垫，阀打开，出口端流体通过垂直通道流出，直至该压力等于或小于气室压力时停止。
与现有的技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）设计了带纹路的波纹膜片，利用波纹膜片的强弹性，显著减小膜片直径以及整个回压阀尺寸，减小了回压阀质量，提高了使用灵活性和降低了制造成本。
（2）纹路膜片的强弹性能有效确保膜片不易变形，更换频率低。
（3）将波纹膜片和气室焊接，组成气室总成，使得常规高温高压膜片回压阀的轴向多级密封变为易实现的径向密封，简化了密封结构。
（4）相对于常规膜片回压阀阀体上部和下部通过螺杆连接，本发明中采用端盖与阀体通过螺纹旋拧连接，拆装更简便。
附图说明
图1为一种带纹路膜片小体积高温高压回压阀的结构示意图。
图中1-气室接口；2-堵头；3-轴用弹性卡圈；4、9-密封圈；5-勾扳手孔；6-端盖；7-滚花网纹；8-气室；10-阀针帽；11-波纹膜片；12-阀针；13-进样口；14阀体；15-出样口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
参看图1。
一种带纹路膜片小体积高温高压回压阀，包括端盖6、阀体14、堵头2、轴用弹性卡圈3、气室8、气室接口1、波纹膜片11、进样口13、出样口15、阀针12、阀针帽10，所述端盖6内表面与阀体14外表面通过螺纹连接，端盖中心有堵头2，阀体中心有气室8；所述堵头上端外表面设置轴用卡簧槽，卡簧槽装有轴用弹性卡圈3，堵头利用该卡圈固定在端盖中心，堵头下端外表面设置两个沟槽，沟槽中装有密封圈4与气室内表面形成密封；所述气室为圆柱形钢制筒体，气室底部焊接有波纹膜片11，气室下端外表面设置两个沟槽，沟槽中装有密封圈9与阀体内表面形成密封；堵头通过气室接口1与高压气源连接，该接口与气室连通；所述阀体设有水平流体通道、垂直流体通道，分别连通进样口13、出样口15，两个通道的交点处有一中心孔，所述中心孔向上延伸至气室，向下通过垂直流体通道连接出样口管线，中心孔安装阀针12，阀针顶部为螺杆结构，该顶部螺杆穿过波纹膜片中心圆孔，利用阀针帽10和密封圈压紧波纹膜片（阀针帽和波纹膜片之间设有密封圈），实现与波纹膜片的密封，阀针针尖坐封于中心孔末端的密封垫上。
所述端盖加工有四个径向孔，作为勾扳手孔5方便拆卸端盖。
所述端盖外表面加工有滚花网纹7，用于手动快速旋转端盖。
所述波纹膜片下表面环形波纹的凹陷体积通过3D扫描获得，以精确计算死体积大小。
所述阀体为气室提供支撑，气室外侧与阀体内侧的距离控制在0.2 mm以内，防止高压下气室产生不可逆变形。

Claims (5)

1.一种带纹路膜片小体积高温高压回压阀，包括端盖（6）、阀体（14）、堵头（2）、轴用弹性卡圈（3）、气室（8）、气室接口（1）、波纹膜片（11）、进样口（13）、出样口（15）、阀针（12）、阀针帽（10），其特征在于，所述端盖（6）内表面与阀体（14）外表面通过螺纹连接，端盖中心有堵头（2），阀体中心有气室（8）；所述堵头上端外表面设置轴用卡簧槽，卡簧槽装有轴用弹性卡圈（3），堵头利用该卡圈固定在端盖中心，堵头下端外表面设置沟槽，沟槽中装有密封圈与气室内表面形成密封；所述气室为圆柱形钢制筒体，气室底部焊接有波纹膜片（11），气室下端外表面设置沟槽，沟槽中装有密封圈与阀体内表面形成密封；堵头通过气室接口（1）与高压气源连接，该接口与气室连通；所述阀体设有水平流体通道、垂直流体通道，分别连通进样口（13）、出样口（15），两个通道的交点处有一中心孔，所述中心孔向上延伸至气室，向下通过垂直流体通道连接出样口管线，中心孔安装阀针（12），阀针顶部为螺杆结构，该顶部螺杆穿过波纹膜片中心圆孔，利用阀针帽（10）和密封圈压紧波纹膜片，实现与波纹膜片的密封，阀针针尖坐封于中心孔末端的密封垫上。
2.如权利要求1所述的一种带纹路膜片小体积高温高压回压阀，其特征在于，所述端盖加工有四个径向孔，作为勾扳手孔，方便拆卸端盖。
3.如权利要求1所述的一种带纹路膜片小体积高温高压回压阀，其特征在于，所述端盖外表面加工有滚花网纹，用于手动旋转端盖。
4.如权利要求1所述的一种带纹路膜片小体积高温高压回压阀，其特征在于，所述波纹膜片下表面环形波纹的凹陷体积通过3D扫描获得，以计算死体积大小。
5.如权利要求1所述的一种带纹路膜片小体积高温高压回压阀，其特征在于，所述阀体为气室提供支撑，气室外侧与阀体内侧的距离控制在0.2 mm以内，防止高压下气室产生不可逆变形。
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