平板阀和节流阀培训教材

API 6A 井口和采油树设备规范节流阀及平板阀
培训教材
苏州道森压力控制有限公司技术部
2008年5月
1、节流阀
节流阀的功能是在实施油气井压力控制技术时，借助它的开启和关闭维持一定的套压，将井底压力变化稳定在一定窄小的范围内。

节流阀是节流管汇核心部件，节流阀的节流元件。

其结构有多种，它们的原理都是利用改变流体通孔大小，从而达到节流的目的。

即液体经由狭小通道时，形成较大的局部阻力，使流阻加大而造成回压。

通孔越小，回压越大；通孔越大，回压越小。

节流阀的控制各有不同，有固定式和可调式。

可调式可以用气压遥控或液压遥控，也可手动调试。

1）固定式节流器：
图7-2 固定式节流器
这种固定式节流器的流量是固定不变的，可根据需要更换不同尺寸的节流嘴而得到不同的排量，见图7-2。

固定式节流器与可调节流阀配合使用，通常先使用可调节流阀，当井涌量大时才用固定式节流器配合。

2）可调节流阀
该阀通过手轮或液压调节阀芯与阀座的相对位置，来改变液流截面积的大小以达到节流目的。

（1）液动节流阀
该阀可以遥控。

其阀芯为筒形，为整体硬质合金；阀座内圈镶硬质合金；阀盖与介质接触端堆焊有硬质合金，使之具有良好的耐磨性和抗腐蚀性。

在阀的出口通道上嵌有尼龙的耐磨衬套，以保护阀体不受磨损，见图7-3。

图7-3 液动节流阀
阀盖的尾部是液缸及活塞，靠液压油推动活塞带动阀杆，再带动阀芯前后推进，使阀芯与阀座
之间的流道面积改变达到节流目的。

为使操作控制台的人员能知道节流阀的开启度，故在阀盖的液缸外端装有阀位变送器。

该阀具有如下特点：
a、它具有较好的抗腐蚀性，耐冲刷性能；
b、筒形阀芯和阀座内圈为硬质合金，且能颠倒使用，增长了使用寿命；
c、较大的阀体腔和筒形阀体结构，较之通常的针形节流阀，它具有较大的流量；采用侧进正出的流向，其筒形阀板周围的导筒减少了节流时的振动，减少了噪声；
d、阀位变送器能借助气压讯号，将节流阀阀芯的实际开关位置输送到控制台上显示出来；
e、操作者通过控制台能远程控制节流阀的开关；
f、筒形节流阀只作节流用，不能作为截止阀。

（2）手动节流阀
手动节流阀即用手动操纵机构代替了液缸及活塞，通过手轮转动带动阀芯左右移动改变阀芯与阀座间的相对位置，改变过流面积大小达到节流，结构见图7-4。

与液动节流阀相比，不能遥控及不知阀的开关程度。

图6-4手动节流阀
图7-4 手动节流阀
2、平板阀
平板阀由阀体，阀盖，阀杆，阀板、阀座，尾杆，手轮及密封圈等组成，见图7-5。

平板阀是指关闭件（闸板）沿介质通道中心线的垂直方向运动的阀门。

平板阀在管道中担负着开启和截断管道介质并控制高压介质按照人为的需要流向指定地方的任务。

钻采工艺要求阀门具有操作轻便、密封可靠、通道圆整、流阻小、寿命长、结构简单紧凑、制造工艺性好，成本低等特点。

阀除能较好的满足这些要求外，还可满足介质双向流动，并在全开或全关状态时，关闭件受介质的冲蚀作用小。

因此，在高压下能保证可靠的工作。

由于它具有上述优点，因而得到广泛的应用。

1）平板阀的原理及特点
平板阀是一个沿顺流方向金属阀板对金属阀座密封的两通阀，由手轮（或液缸）操纵。

它是通过润滑导向板由阀腔得到润滑的阀门。

该阀的阀板两密封面平形，阀板与阀座之间采用浮动密封，
即阀板与阀座在压力作用下均能作微小的轴向位移。

若波形弹簧产生足够的预压力就可将前阀座后移，使进口端阀座和阀板的前部紧密贴和造成密封，介质压力作用到进口端阀座的后方，又促成了它们之间的密封。

此时，介质被阀板阻隔在阀体的前端、阀腔内不会承受压力，此种情况把它叫作阀前密封或进口端密封，见图7-6；若波形弹簧不能产生足够的预压力，或者阀座采用矩形密封圈时，前阀座不能后移与阀板贴合，当介质压力来时，介质压力推动阀板后移，使阀板的后平面与后阀座密封，这种情况叫作阀后密封或出口端密封，此时介质通过前阀座与阀板间的间隙进入阀腔，见图7-7。

图7-5 平板阀
平板阀的阀腔内要注满密封润滑脂，使阀板与阀座间有一层薄薄的密封润滑脂膜，协助密封，且减轻操作力矩。

由于在开关过程中，油膜易被介质冲走一部分，故在使用一段时间后，要定时向阀腔补注密封润滑脂。

该阀的阀杆密封处或尾杆密封处设计有二次密封装置，其作用主要是加注密封润滑用。

图7-6 进口端密封图7-7 出口端密封平板阀有的设有回座密封（又叫倒密封），在阀杆密封失效后，即可进行带压换盘根。

在阀盖的下方阀杆通过设有一个45°斜面与阀盖45°斜面吻合造成金属对金属密封。

若当阀处于压力管线
上，而阀杆盘根漏失，用二次密封仍不能解决时，则需采用回座密封。

其步骤是：（1）用手轮全关阀板；
（2）卸松轴承套3～4圈，顺时针转动手轮，使阀杆与阀盖45°斜面吻合达到密封后。

观察回座密封已起作用后（即漏失处不再往外渗液）；
（3）卸掉手轮、轴承套，阀杆螺母和轴承等；
（4）松掉盘根压帽、换密封盘根；
（5）重新装入新密封盘根。

（6）装上手轮，轴承套，阀杆螺母和轴承，装上固定螺钉等，更换阀杆密封盘根完成。

回座密封是平板阀的一大优点。

在高压下作业时，操作时应特别小心；明杆带尾杆的平板阀应在尾座上加一螺柱顶住尾杆，以免阀杆与阀盖45°斜面吻合面离开。

2）平板阀的分类
（1）暗杆平板阀
该阀的阀杆螺母在阀体内与介质直接接触，开关阀板时旋转阀杆来实现。

有显示机构的，其开关状态明显；无显示机构的，开关状态不明显。

该阀的高度总保持不变，安装空间小，适合于大口径或安装空间有限制的环境。

（2）明杆平板阀
该阀的阀杆螺母在轴承套支架上，开关阀板时，用旋转阀杆螺母来实现阀杆带动阀板的升降实现阀开关。

故阀开关明显。

a、明杆带尾杆的平板阀
该阀在阀体的尾部加一尾座，其中有一尾杆与阀板的尾部相接。

尾杆的作用是使阀在开关的全过程中阀腔的容积保持不变，可采用进、出口端密封。

b、明杆不带尾杆的平板阀
此阀阀体同暗杆阀阀体一样。

由于在开关过程中阀杆要上升或下降，故阀腔的容积要改变。

楔型阀、暗杆平板阀、明杆带尾杆及明杆不带尾杆的平板阀外形上的区别见图7—8。

图7—8 闸阀外形识别
综上所述，平板阀是一种截止阀，只能处于全开或全关的位置，决不能处于半开半关位置，关
到位后要回转１/４～１/２圈，使板阀处于浮动状态。

注意；决不能把平板阀当作节流阀使用。

3、阀门的密封
阀门的密封是阀门性能的最重要指标之一，对高压抗硫闸阀愈显突出。

闸阀的密封是一个比较复杂且与使用条件和工作环境紧密相关的问题，它受着多种因素的综合影响。

现就结构、材质等几方面与密封密切相关的因素，给以充分的讨论。

井口用阀门大多数采用接触密封，即依靠两接合面紧密贴合，并在密封面形成具有阻止或限制介质通过的能力。

1）阀座与闸板间密封
阀座与闸板密封承受高压介质作用，单位面积上受力大，工作条件恶劣，在具有腐蚀性的介质中工作必须给予可靠密封，杜绝内漏。

根据介质静压力与介质密封力的不同关系，阀座与闸板间的密封可分为以下三种形式：
（1）自动密封
这种形式的密封是在介质进口端闸板与阀座密封面之间具有间隙，而密封性由介质压力作用于介质出口端来加以保证。

因此，只有在介质静压力大于密封力的情况下才有可能采用这种密封形式。

（2）单面强制密封
这种形式的密封在介质进口端闸板与阀座密封面之间是不密封的。

因此，不存在比压或仅有比密封比压小的比压；在介质出口一端闸板与阀座密封是由阀杆轴向力来强制地加以保证的。

当没有介质时，密封面上的比压力不得小于密封比压。

这是在介质静压力小于密封力时所必须采用的强制密封的一种，也是通常采用的一种。

（3）双面强制密封
这种形式的密封无论在介质的进口端或出口端，闸板与阀座都是密封的。

密封性是由阀杆轴向力来强制地加以保证。

当没有介质时，密封面之间的正压力不得小于介质静压力与密封力之和。

设计中只有在遇到特殊情况时才采用。

根据产生密封比压方式的不同，阀座与闸板之间的密封又可以分以下几形式：
（1）借助于非弹性变形的两个金属件的密封—带非弹性的金属对金属型
刚性楔式闸阀就是采用这种密形式。

它是通过旋转手轮，带动闸板移动，关闭时使闸板和阀座密封面形成一定的密封比压来实现密封的。

这种结构要求零件有很高的制造精度，闸阀零件发生擦伤和破坏的可能性较大。

由于接触面比压大（这对于造成可靠的密封是必须的），它将产生相当大的阻碍闸板运动的摩擦力和粘附力，加剧磨损。

（2）借助于弹性变形的两个金属零件的密封—带弹性变形的金属对金属密封型
楔式闸阀中的弹性闸板或弹性阀座就是这种密封型。

这种结构具有微小的变形补偿作用，以保证密封面的紧密贴合。

在高温高压下可长期保持密封。

制造相对简单，闸板、阀座密封面擦伤破坏倾向减小，具有较高的抗磨性。

借助于填料、密封脂和高粘度润滑材料密封闸阀可提高密封性能，降低加工精度。

（3）借助于金属表面对弹性材料的密封—金属对弹性元件的密封型
这种结构能保阀在允许的压力范围内实现可靠的密封。

低压时可借助于弹性材料的过盈量来保
证密封。

高强度耐磨弹性材料可以减小摩擦力，也可使密封副加工精度相对降低。

但这种结构受弹性材料的限制。

象美国有些公司只用来生产35MPa 以下的闸阀。

（4）采用密封脂和高粘度润滑材料的两个金属表面密封
这种结构的闸阀具有良好的液气密封性能，它使阀板密封面工作时擦伤和破坏倾向最小。

因有密封脂在密封面间形成极薄的油膜，使得操作轻便。

平板阀就采用这种结构密封。

平板阀密封是压力自紧式浮动密封，依结构不同又可：为进口端密封和出口端密封。

图7-9、图7-10为进、出口端示意图。

2）进口端密封（阀前密封）
进口端密封的平板阀是在进口端阀座后面加有一组预压弹簧（波形或蝶形弹簧），有时在设计中为了使用上的方便，往往在出口端阀座
后面加有一组相同的弹簧（图7-11）。

装
配后，阀座在弹簧力的作用下对闸板有
一初始压力。

在阀关闭后，进口端阀座
在介质压力作用下，对阀板产生一个作
用力N ，此力是介质压力作用在阀座后
端面的面积差产生的，如图7-11所示。

假设密封油脂形成的油膜在阀座密封面
上是完整的，再把弹簧力F 也计入，则
N=0.785（D 2F −D 2MN ）P （Mpa ）
则进口端阀座在介质压力作用下，
对闸板产生的压力应该是
N=0.785（D 2F −D 2MN ）P+F （Mpa ）
N 力在进口端阀座密封面上所产生的密封比压是比较小的—比楔式闸阀计算中的必须密封比压小得多。

实践证明：在平板阀结构中，这种进口端密封是能够达到的，这主要靠零件的加工质量和借助于密封脂来实现。

7-9进口端密封示意图图 7-10出口端密封示意图
图7—11 进口端预压弹簧
进口端密封可使阀在全开或全关状态时，泄掉阀腔内的介质压力，从而使现场维修保养和补充阀腔内的密封脂比较方便，特别是在高压条件下工作的阀。

3）出口端密封（阀后密封）
当阀关闭后，阀板在介质压力作用下被推向出口端阀座，使阀板密封面和出口端阀座密封面紧密贴合，从而达到密封。

而介质可通过进口端阀座与阀板间的缝隙进入阀腔（见图7-10）。

出口端密封的平板阀阀座形状较简单，阀体内腔孔深度较浅，易于加工。

此种密封形式虽密封严密，但由于阀板关闭时仍有高压液体留在阀腔内，因此，使阀的连接螺钉、密封圈、阀杆等零件常经受着高压液体压力的作用，对零件的强度要求较高。

此外，出口端密封也难以实现阀在工作状态下的添加密封脂和现场维修。

采用压力自紧式浮动密封，阀杆工作条件较好，阀在开、关过程中阀杆承受阀板的提升力。

这个提升力主要是在工作介质压力作用下，阀板与阀座密封面间的摩擦力。

故与楔式阀相比。

阀杆的受力情况得到改善，阀的开启力矩较小。

此外，平板闸阀因阀腔中充满了性能优良的密封脂，在金属密封面间弥补或填平了由于机加工带来的微小间隙。

密封脂既具有相当的密封能力，又可对密封面进行润滑，因而使平板阀开关轻便、密封可靠寿命长。

平板阀的明杆、暗杆、尾杆结构与进口端出口端密封形式，一般有以下组配关系：明杆带尾杆式的平板阀可采用进口端密封或出口端密封形式；
明杆不带尾杆的平板阀不适合采用出口端密封，其原因如下；
△距离时（L
△若明杆不带尾杆同时又采用出口端密封的平板阀，在关闭时，当离关闭终点L
△距离为阀座密封面宽度），在阀腔内容易产生高于管道内介质压力的高压，因为当关闭时离终点L
时，进出口端的阀座均与阀板密封面形成密封，此时腔内已呈封闭状态。

然而此时腔内已呈封闭状△的距离，则阀腔内要增加一个体积增量，从理论上讲其值如下（图7-12）态。

阀杆还要继续下行L
V=0．785d2·L
△
式中：V—阀杆在阀腔封闭状态下继续下行引起的体积增量；
d—阀杆密封面直径；
L
△—在阀腔封闭状态下，阀杆继续下行至关闭终点的距离。

图7-12 明杆不带尾杆关闭示意图图7-13 机械式密封
众所周知，液体可视为不可压缩的，因此上述这一体积增量必然引起阀腔内产生过高压力，这对使用上将形成操作困难，更重要的是它会使阀体及阀盖超载，是不安全的。

因此，明杆不带平衡杆的平板阀适宜于出口端密封形式。

4）阀杆填料处密封
阀杆密封是动密封性质，它要求填料产生足够大的径向力，以产生所要求的比压来达到密封。

同时还要求有尽可能小的摩擦系数、自润滑性和良好的耐磨性。

该处密封性能的好坏，直接影响阀的使用寿命和操作者的安全。

阀杆填料处多用盘根密封。

按作用形式又可分为：
（1）机械式密封
这种密封型式如图7-13所示。

它适用于压力不太高的场合。

其作用原理是完全依靠阀帽的机械压力使填料产生一径向力，从而形成密封所需要的比压来达到密封。

这种结构对填料施加的力与介质压力成倍递增，对于高压阀要保证密封显然是困难的。

同时在使用中，常因各种原因，填料易发生松弛，密封比压减小，造成密封失效，容易引起外漏。

（2）半机械式密封：
半机械式密封结构如（图7-14）所示：
我国原生产的楔式阀就采用了这种结构，其作用原理是
主要靠阀帽施加的机械密封力密封，同随介质时也借助于介
质压力产生的自密封，自密封性随介质压力的升降而增减。

压力愈高，在材料的允许限度内，密封性能愈好。

图7-14 半机械式密封结构平板阀是一种截止阀，只能处于全开或全关的位置，决不能处于半开半关位置。

更不能作节流阀用。