技术领域
[0001] 本
发明属于水下阀
门技术领域，特别是涉及一种海底采油树用水下平板闸阀。
背景技术
[0002] 油气资源开发从陆地转向进入20世纪80年代后，水下关键设备如海底丛式井口，干式、湿式采油树，多井管汇，海底计量装置等得到开发，水下
增压、水下油气处理等创新技术逐步进入现场试验和工业化应用阶段，水下遥控作业
机器人作业水深达4 000m,水下油气田开发模式日益丰富，应用水深、水下油气田回接距离的记录快速刷新。从水深几米到数千米、从海上大型油气田到边际油气田，从北海、墨西哥湾到巴西乃至我国南海东部海域都有许多成功的案例。当前应用水下生产系统开发的油气田水深记录为墨西哥湾Peidido项目，最大水深2943m；同时应用全水下生产系统开发油气田并通过143km的海底多相输送管道直接回接到陆上终端已在挪威斯诺黑气田成为现实。水下生产系统正在成为经济高效地开发深水油气田和海上边际油气田的重要技术手段之一。
[0003] 油气资源开发从陆地转向海洋。前海转向深海已成必然趋势，海洋石油工程装备成为高端装备制造业重点之一。水下闸阀应用于水下采输井口及水下采油树。与传统陆用闸阀不同
海水的环境特殊，如海水的
腐蚀以及伴随海水深度的增加而产生的环境压
力，对深海闸阀的承压性能、耐腐性能、
密封性能、动作性能、使用寿命以及维护周期等都有较高的要求。
[0004] 深海闸阀应具有以下特点：(1)深海闸阀工作在海水环境中，工作水深从几百米到几千米，不仅要承受内部油气介质压力，还要承受外界海水压力。
[0005] (2)深海闸阀直接暴露在海水中，阀本体材料、密封元件等不仅要耐H2S腐蚀，还要耐海水腐蚀，此外还需要考虑
点蚀、缝隙腐蚀和电偶腐蚀等；
[0006] (3)对于深海水下生产技术来说，只能通过远程操作或者ROV对深海闸阀进行控制，因此深海闸阀必须集成驱动装置；
[0007] (4)就深海闸阀可靠性和安全性而言，在闸阀设计时需要引入故障安全原则，即当水下闸阀出现故障时，能够维持安全状态或向安全状态转移。
[0008] 为此本发明设计一种可ROV驱动带有平衡补偿装置，密封性能好，具有闸板导向功能、启闭补偿功能；同时对闸板与
阀座硬化处理提高了耐腐强度、抗腐蚀性能强，延长了使用寿命，当水下闸阀出现故障时，能够维持安全状态或向安全状态转移的水下平板闸阀。
发明内容
[0009] 本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种密封性能好，具有闸板导向功能、启闭补偿功能；同时对闸板与阀座硬化处理提高了耐腐强度、抗腐蚀性能强，延长了使用寿命的海底采油树用水下平板闸阀。
[0010] 本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
[0011] 一种海底采油树用水下平板闸阀，包括
阀体，安装在阀体上的阀盖，所述阀体和阀盖之间设有第一密封结构；阀盖的上端安装有
支架，阀体的流道中部安装有阀座，所述阀座和阀体之间设有第二密封结构；阀座的中间设有可纵向移动的闸板；所述闸板通过嵌套结构连接阀杆，所述阀杆的上端部伸出阀盖，在阀盖与阀杆之间设有第三密封结构；在所述的支架内安装有垫环和阀杆
螺母，所述阀杆螺母与支架、垫环之间设有
支撑轴承，所述阀杆伸出阀盖穿过垫环与阀杆螺母
螺纹连接；所述阀杆螺母的上端通过销连接驱动套，所述驱动套的上端部通过销连接上阀杆，所述的上阀杆连接阀位指示机构；所述上阀杆通过支撑轴承连接ROV
接口；所述ROV结构安装在阀体固定架上；其特征在于：所述阀座上安装有提供初始比压的预压碟簧；所述阀体内设有向上游方向延伸的泄压通道，在阀体阀腔内通道上安装有向上游释放压力的单向
泄压阀；所述阀座的中间对称
位置可拆式安装有闸板导向机构。
[0012] 本发明还可以采用如下技术措施：
[0013] 还包括压力平衡装置，所述压力平衡装置通过油管与支架内腔连通。
[0014] 所述压力平衡装置包括缸体、缸盖、
活塞以及设置在活塞和缸盖之间的圆柱
弹簧，所述阀盖通过
紧固件安装在缸体的上端部，所述缸体和缸盖之间设有
密封圈；所述缸盖的上端部连接有与环境介质连通的上接头；所述活塞的下方缸体内充满液压油介质；在缸体的下端部设有下接头，所述下接头通过油管与支架内腔连通。
[0015] 所述闸板导向机构包括两个呈镜像对称结构相同的导向板，所述导向板包括导向板本体，所述导向板本体上设有与阀座配装的中心孔，所述中心孔的中心位于导向板本体中部靠上的位置，所述阀座上部导向板的导向行程小于阀座下部导向板的导向行程；在导向板本体的两侧向同一方向设有折边；两个呈镜像对称的导向板围合成一个导向与阀板移动方向一致的导向空间；在导向空间内所述闸板与导向板内侧面本体
接触形成密封，并且在阀杆的带动下闸板沿导向空间内上下移动，实现开启或关闭状态。
[0016] 所述第一密封结构包括主密封和次密封，所述主密封为金属八
角密封垫环，其中所述阀盖的下表面设有主密封安装槽，所述主密封安装槽内设有与金属八角密封垫环配合的内斜面，所述主密封安装槽的直径小于金属八角密封垫环的外径，使得金属八角密封垫环的上部分嵌装在主密封安装槽，所述金属八角密封垫环的下部与阀体上度楔形密封面配合；所述次密封采用氢化丁腈
橡胶0型密封圈，所述阀体的上表面设有次密封安装槽，上述的氢化丁腈橡胶0型密封圈嵌装在次密封安装槽内；在阀盖上设有密封检测通道，所述密封检测通道由阀盖的外壁延伸至主密封和次密封之间；在阀盖上安装密封堵。
[0017] 所述第二密封结构采用双重密封结构，即在阀座的外端面上设有两道密封槽，所述密封槽内均安装有唇形密封圈，两个唇形密封圈背向设置。
[0018] 所述第三密封结构采用三重组合密封结构，分别为第一重密封结构、第二重密封结构和第三重密封结构；所述阀杆和阀盖上设有配合的锥形密封面，两个锥形密封面接触形成第一重密封结构，在第一重密封结构的上方所述阀杆上设有填料密封槽，所述填料密封槽内安装有填料密封组；形成第二重密封结构；所述填料密封组的上部安装隔环，所述隔环的上端面插装在密封压盖下端面的隔环安装槽内，所述密封压盖通过紧固件固定安装在阀盖上；所述隔环与阀杆、隔环与阀盖之间分别设有唇式密封圈，形成第三重密封结构。
[0019] 所述填料密封组为PTFE、PEEK和ELGILOY组成的唇式密封结构或者C型环、PTFE、ELGILOY唇式密封组件组合的复合密封结构。
[0020] 所述闸板和
密封座的外表面
喷涂有
碳化钨层。
[0021] 所述阀体、阀座、阀盖的内表面与介质接触部位均堆焊有UNS N06625堆焊层厚度2.5mm～3mm。
[0022] 本发明采用上述技术方案具有以下优点：
[0023] 1、本次深海闸阀设计采用平行式单闸板，闸板与阀座间设置有可拆卸导向板，可有效降低阀体导向带加工繁琐工序，可实现在线更换与维护，防止闸板在纵向移动过程中产生位移偏差，保证产品密封性能。与常规平板闸阀阀体加工“导向带”比较，此可拆卸导向板结构可以避免阀体加工导向带的难度且可拆卸导向板便于拆装更换可进行在线维护，同时也避免了阀体加工导向带的繁琐工序，降低加工成本，方便在线拆装与维护，解决了常规平板闸阀结构如阀体内腔需做特殊耐腐或硬化处理带导向带结构无法实现的问题。
[0024] 2、本发明闸板、阀座等关键
密封件均采用WC表面喷涂技术硬化处理，保证了涂层和基体的结合强度及硬度，可有效提高产品使用寿命及密封性能。
[0025] 3、水下闸阀在深水条件下除了承受截止内外压外，还承受静水压力，为了防止截止外漏或者海水进入阀体，在阀体和阀盖之间的第一密封结构采用金属圈密封+O形圈主次密封结构形式；其中金属密封圈作为主密封防止截止外头，O型密封作为次密封用于防止海水金属阀体，进而提高了水下闸阀的密封性能。
[0026] 4、阀杆处是介质泄露的重要通道，为了防止在阀杆出
泄漏，在阀杆密封处采用三重密封结构；有效提高了水下闸阀的密封性能。
[0027] 5、本发明可ROV驱动连接，为了减少启动
扭矩，降低对扭矩输入的源的要求，降低对上部
操作系统承压的要求，确保测试及使用寿命，设有与支架内腔连通压力平衡装置，该装置在水下闸阀启闭时具有驱动补偿平衡功能，压力平衡装置不仅可以使直行程启闭阀门上部操作系统内外压力得到平衡起到保护设备的目的，还可以通过压力平衡原理使产品启闭扭矩降低。通过平衡缸内部弹性元件预紧功能使阀门在非启闭状态下操作系统内部充压防止外部海水进入造成腐蚀损害。
[0028] 6、所有关键零件及结构借助
有限元分析进行优化，与介质接触部位堆焊UNS N06625
[0029] 堆焊层厚度2.5mm～3mm；提高防腐能力。
[0030] 综上所述，本发明具有密封性能好，具有闸板导向功能、启闭补偿功能；同时对闸板与阀座硬化处理提高了耐腐强度、抗腐蚀性能强，使用寿命长等优点。
附图说明
[0031] 图1是本发明的结构示意图；
[0032] 图2是图1中A-A剖视图；
[0033] 图3是图2中B-B剖视图；
[0034] 图4是图3中I部放大图；
[0035] 图5是图3中II部放大图；
[0036] 图6是图3中III部放大图；
[0037] 图7是闸板导向机构结构示意图；
[0038] 图8是导向板结构示意图；
[0039] 图9是压力平衡装置结构示意图；
[0040] 图10是图9中C-C剖视图；
[0041] 图11是图3中IV局部放大图。
[0042] 图中：1、阀体；1-1、泄压通道；1-2、单向泄压阀；2、阀盖；3、第一密封结构；3-1、主密封；3-10、主密封安装槽；3-2、次密封；3-20、次密封安装槽；3-3、密封检测通道；3-4、密封堵；4、支架；5、阀座；6、第二密封结构；6-1、密封槽；6-2、唇形密封圈；7、闸板；8、阀杆；9-1、第一重密封结构；9-10、锥形密封面；9-2、第二重密封结构；9-20、填料密封组；9-3、第三重密封结构；9-30、唇式密封圈；9-4、隔环；10、垫环；11、阀杆螺母；12、支撑轴承；13、驱动套；14、上阀杆；15、阀位指示机构；16、固定架；17、蝶簧；18、闸板导向机构；18-1、导向板；18-
10、导向板本体；18-11、中心孔；18-2、折边；19、压力平衡装置；19-1、缸体；19-2、缸盖；19-
3、活塞；19-4、圆柱弹簧；19-5、密封圈；19-6、上接头；19-7、下接头；20、油管。
具体实施方式
[0043] 为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下
实施例，并配合附图详细说明如下：
[0044] 请参阅图1至图3，一种海底采油树用水下平板闸阀，包括阀体1，安装在阀体上的阀盖2，所述阀体和阀盖之间设有第一密封结构3；阀盖的上端安装有支架4，阀体的流道中部安装有阀座5，所述阀座和阀体之间设有第二密封结构6；阀座的中间设有可纵向移动的闸板7；所述闸板通过嵌套结构连接阀杆8，所述阀杆的上端部伸出阀盖，在阀盖与阀杆之间设有第三密封结构；在所述的支架内安装有垫环10和阀杆螺母11，所述阀杆螺母与支架、垫环之间设有支撑轴承12，所述阀杆伸出阀盖穿过垫环与阀杆螺母
螺纹连接；所述阀杆螺母11的上端通过销连接驱动套13，所述驱动套的上端部通过销连接上阀杆14，所述的上阀杆连接阀位指示机构15；所述上阀杆14通过支撑轴承连接ROV接口15；所述ROV结构安装在阀体固定架16上；所述阀座上安装有提供初始比压的预压碟簧17，工作过程中的密封比压由介质压力和蝶簧17共同提供，阀杆的受力仅为闸板7与阀座5表面的
摩擦力。在产生初始密封比压方面，单闸板产生初始密封比压所需的阀杆力为零，因此此类闸阀开启轻巧、灵活；
另外，闸板7可根据压力的变化浮动，从而避免了闸板被卡死的可能性；所述阀体内设有向上游方向延伸的泄压通道1-1，在阀体阀腔内通道上安装有向上游释放压力的单向泄压阀
1-2，请参阅图11，当闸阀处于关闭状态时，腔体内形成
密闭空间，当内腔压力急剧上升时可通过单向泄压阀将压力释放至上游端不仅起到泄压保护功能，同时也可以起到保护下游装置和操作者的作用；为了保证闸板按照预设的轨迹上下移动，在所述阀座的中间对称位置可拆式安装有闸板导向机构18。
[0045] 本发明还可以采用如下技术措施：
[0046] 优选的，请参阅图9和图10，还包括压力平衡装置19，所述压力平衡装置通过油管与支架4内腔连通。所述压力平衡装置19包括缸体19-1、缸盖19-2、活塞19-3以及设置在活塞和缸盖之间的圆柱弹簧19-4，所述阀盖19-2通过紧固件安装在缸体19-1的上端部，所述缸体19-1和缸盖19-2之间设有密封圈19-5；所述缸盖的上端部连接有与环境介质连通的上接头19-6；所述活塞的下方缸体内充满液压油介质；在缸体19-1的下端部设有下接头19-7，所述下接头通过油管20与支架4内腔连通。压力平衡装置不仅可以使直行程启闭阀门上部操作系统内外压力得到平衡起到保护设备的目的，还可以通过压力平衡原理使产品启闭扭矩降低，降低对扭矩输入的源的要求，降低对上部操作系统承压的要求，确保闸阀测试及使用寿命；通过缸体内部的弹性元件预紧功能使阀门在非启闭状态下操作系统内部充压防止外部海水进入造成腐蚀损害。
[0047] 优选的，请参阅图7和图8，所述闸板导向机构18包括两个呈镜像对称结构相同的导向板18-1，所述导向板包括导向板本体18-10，所述导向板本体上设有与阀座配装的中心孔18-11，所述中心孔的中心位于导向板本体中部靠上的位置，所述阀座上部导向板的导向行程小于阀座下部导向板的导向行程；在导向板本体的两侧向同一方向设有折边18-2；两个呈镜像对称的导向板围合成一个导向与阀板移动方向一致的导向空间；在导向空间所述闸板与导向板内侧面本体接触形成密封，并且在阀杆的带动下闸板沿导向空间内上下移动，实现开启或关闭状态。可有效降低阀体导向带加工繁琐工序，可实现在线更换与维护，防止闸板在纵向移动过程中产生位移偏差，保证产品密封性能。
[0048] 优选的，请参阅图4，所述第一密封结构3包括主密封3-1和次密封3-2，所述主密封为金属八角密封垫环，其中所述阀盖的下表面设有主密封安装槽3-10，所述主密封安装槽内设有与金属八角密封垫环配合的内斜面，所述主密封安装槽的直径小于金属八角密封垫环的外径，使得金属八角密封垫环的上部分嵌装在主密封安装槽3-10，主密封安装槽和密封垫环内外斜面接触，并压紧而形成密封；密封垫环与主密封安装槽斜面的角度一般为23°；所述金属八角密封垫环的下部与阀体上度楔形密封面配合；采用上述主密封结构当介质压力升高时，推动金属八角密封垫环靠紧阀体，压力越高压紧力越大，密封效果越好；具有耐高压、密封可靠等特点，特别适用于压力和
温度有
波动的工况。所述次密封采用氢化丁腈橡胶0型密封圈，所述阀体的上表面设有次密封安装槽3-20，上述的氢化丁腈橡胶0型密封圈嵌装在次密封安装槽内；次密封用于防止海水金属阀体，进而提高了水下闸阀的密封性能。优选的，为了便于检查主密封和次密封的密封性能，在阀盖上设有密封检测通道3-3，所述密封检测通道由阀盖的外壁延伸至主密封3-1和次密封3-2之间；在阀盖上安装密封堵
3-4。
[0049] 优选的，请参阅图5，所述阀座和阀体之间设有第二密封结构6采用双重密封结构，即在阀座的外端面上设有两道密封槽6-1，所述密封槽内均安装有唇形密封圈6-2，两个唇形密封圈背向设置。采用上述双重密封结构，密封性能随着压力的升高而升高，实现“自密封”效果。另外，其可以减小摩擦，使用寿命较长，较常规橡胶类O形圈密封，此结构阀座能适用于更苛刻的环境下。进出口两端采用相同阀座结构，从而在保证开启轻巧、灵活的
基础上实现了双向密封的功能，具有很好的密封性和可靠性。两个唇形密封圈背向设置，当流道来压时第一唇形密封圈将受压撑开起到密封作用与密封面配合形成阀前密封保证密封性能。当一端阀座密封受损介质压力来到中腔时，第二唇形密封圈将受压撑开起到密封作用与密封面配合形成预紧比压形成阀后密封，确保密封性能。故此阀座结构可有效形成双重密封，针对特殊有毒、易燃、易爆等介质有相当好牢靠的密封效果。
[0050] 优选的，请参阅图6，所述第三密封结构9采用三重组合密封结构，分别为第一重密封结构9-1、第二重密封结构9-2和第三重密封结构9-3；所述阀杆8和阀盖2上设有配合的锥形密封面9-10，两个锥形密封面接触形成第一重密封结构9-1，锥形密封面光洁度达Ra0.2以上通过
提升阀杆预紧可形成有效的“硬碰硬”密封；在第一重密封结构的上方所述阀杆上设有填料密封槽，所述填料密封槽内安装有填料密封组9-20；形成第二重密封结构，阀杆8与阀盖2之间设置有高压密封填料组保证在第一重密封失效依然能够形成有效密封；该填料组为特殊多重设计，能够实现多级密封；所述填料密封组的上部安装隔环，所述隔环的上端面插装在密封压盖下端面的隔环安装槽内，所述密封压盖通过紧固件固定安装在阀盖上；所述隔环9-4与阀杆、隔环与阀盖之间分别设有唇式密封圈9-30，形成第三重密封结构；在阀门生产中，常温工况下，关系到成本因素，由于“O”型圈的大量应用，因此，在国内阀门使用唇式密封圈较少。但是，在特殊工况下，比如：低泄漏、超低温或者特殊介质的情况下，橡胶类“O”形圈就不能满足要求，因此，就必须选用唇式密封圈密封进行代替方可满足使用要求。唇式密封圈的优点在于它可以像“O”圈一样实现“自密封”，即其密封性能随着压力的升高而升高。另外，其可以减小摩擦，使用寿命较长，能适用于更苛刻的环境下。
[0051] 优选的，所述填料密封组由材质为PTFE、PEEK和ELGILOY组成而成唇式密封结构或者C型环、PTFE、ELGILOY唇式密封组件组合的复合密封结构。
[0052] 优选的，为了保证涂层和基体的结合强度及硬度，可有效提高产品使用寿命及密封性能；所述闸板和密封座的外表面喷涂有碳化钨层。
[0053] 优选的，为了进一步提高闸阀关键部件的抗腐蚀性能，所述阀体、阀座、阀盖的内表面与介质接触部位均堆焊有UNS N06625堆焊层厚度2.5mm～3mm。
[0054] 综上所述，本发明根据海底闸阀的特殊要求和技术要点，确定从简单到复杂，从重点研究到应用研究，先客服技术问题后工艺问题的总体研究思路，来完成本次水下闸阀的创新设计。本发明具有密封性能好，具有闸板导向功能、启闭补偿功能；同时对闸板与阀座硬化处理提高了耐腐强度、抗腐蚀性能强，使用寿命长等优点。
[0055] 以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单
修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
