节流阀阀瓣与阀杆连接结构改进

长江新城市

　　分析了节流阀阀瓣涂层剥落或破碎的原因，论述了阀瓣与阀杆采用浮动连接结构的特点，计算验证了新结构的可靠性。


1、概述
　　节流阀是油田钻井过程中井控的重要装置。由于节流阀进出口压力差较大，介质在阀瓣和阀座之间高速流动，使阀瓣喷涂的硬质合金层剥落或破碎，影响阀门的使用寿命。本文介绍一种阀瓣与阀杆浮动连接方式，消除了深层剥落的缺陷。


2、工作原理
　　节流阀( 图1) 通过手轮旋转带动阀杆上下移动，调节阀座与阀瓣之间的环形面积，实现油井流量和压力的控制。为减小介质对阀瓣和阀座的冲刷，阀瓣一般选用硬质材料，并作出顶尖角为14° ～18°的流线型圆锥体( 图2) 。


3、结构分析
　　为了降低成本和提高可加工性，阀瓣与阀杆连接普遍采用整体式或钎焊式。
　　整体式阀杆与阀瓣连接是在铁基材料制做的阀杆端部加工阀瓣，在阀瓣表面喷涂Ni 60 硬质合金粉末( 图3) 。整体式的优点是铁基材料容易加工，力学性能均一，稳定。缺点是喷焊Ni60 涂层不能太厚，一般不超过3mm。焊层太厚，或者焊接及焊后的热处理控制不好容易导致涂层分离或剥落，露出基体，导致阀杆基体受冲刷，刻度调节失效。另外阀杆属于长杆状零件，在焊接，冷却过程中会出现弯曲，扭转等现象，认为虽经校正后还是会在装配时偏磨阀座，使设计参数与实际参数差别较大。

图1 节流阀

　　钎焊式阀杆与阀瓣连接是将铁基阀杆与YG8制做的阀瓣通过钎焊的方式连接在一起。钎焊式的优点是YG8 材料余量大，使用寿命长。缺点是钎焊需要用氧乙炔火焰加热，用铜做粘合剂。由于粉末冶金材料存在原始裂纹，在交变载荷作用下使裂纹扩张，外力作用是阀瓣挤裂材料原因，以及焊接时温度的骤升骤降等原因都会使YG8 阀瓣因使用过程中的震动或冲击等因素造成YG8 阀瓣开裂，破碎，断裂，堵塞节流孔，引起生产事故。

图2 杆体与锥体连接结构

图3 阀瓣表面等离子弧喷焊

4、结语
　　节流阀阀杆与阀瓣的浮动连接方式能够避免焊接造成的零件变形或涂层脱落等问题，不需要做焊接检测，不受天气、设备和焊工技能等的影响，仅仅通过机加工和简单的装配即可以完成，而且能够更好的保证产品的质量和延长阀门使用寿命。阀杆与阀瓣浮动连接的节流阀在油田试用一年，效果良好，未出现阀瓣损坏和失效的故障。