[发明专利]用于流体端应用的阀座和阀组件

说明书

本发明题为“用于流体端应用的阀座和阀组件”。在一个方面，本文描述了阀座，所述阀座的结构和设计解决了阀座在流体端中进行安装和操作期间遇到的退化应力。在一些实施方案中，用于流体端的阀座包括用于插入所述流体端的流体通道中的第一节段以及从所述第一节段纵向延伸的第二节段，所述第二节段的外径大于所述第一节段的外径。所述第二节段还包括截头圆锥形阀配合表面，其中所述第二节段被包围在环中，从而将压缩应力条件赋予所述第二节段。

技术领域

本发明涉及用于流体端应用的阀座和阀组件，并且具体涉及包括烧结硬质碳化物部件的阀座。

背景技术

阀和相关的阀组件在高压泵的流体端中起着关键作用，所述高压泵在多个气缸中包含正排量活塞。由于阀体和阀座之间的高压和周期性冲击，阀的操作环境通常很严峻。这些严峻的操作条件会导致阀组件的过早出现故障和/或泄漏。此外，通过流体端并且接触阀组件的流体可包括来自水力压裂操作的高水平颗粒物质。在水力压裂中，在来自井的水压被释放之后，使用颗粒浆料来维持地质构造中的裂缝开口。在一些实施方案中，由于氧化铝相对于二氧化硅颗粒或砂具有较高的压缩强度，因此在浆料中使用氧化铝颗粒。颗粒浆料可对阀和阀座的接触表面产生显著的磨损。另外，浆料颗粒可陷入阀密封循环中，从而导致阀组件的性能进一步下降。

鉴于这些问题，已经用各种坚硬和耐磨的材料(包括硬质碳化物)来制成阀座。虽然碳化物阀座表现出高硬度和耐磨性，但是由于因安装和拆卸力、应用负载以及与流体端的压力配合在碳化物中引起的应力，碳化物阀座可能会偶尔发生灾难性故障。

发明内容

在一个方面，本文描述了阀座，所述阀座的结构和设计解决了阀座在流体端中进行安装和操作期间遇到的退化应力。在一些实施方案中，用于流体端的阀座包括用于插入流体端的流体通道中的第一节段以及从第一节段纵向延伸的第二节段，第二节段的外径大于第一节段的外径。第二节段还包括截头圆锥形阀配合表面，其中第二节段被包围在环中，从而将压缩应力条件赋予第二节段。在一些实施方案中，第二节段至少部分地由烧结硬质碳化物形成。

在另一个方面，阀座包括用于插入流体端的流体通道中的第一节段以及从第一节段纵向延伸的第二节段，第二节段的外径大于第一节段的外径。第二节段还包括截头圆锥形阀配合表面，其包括表面粗糙度(R_a)为1-15μm的烧结硬质碳化物。在一些实施方案中，阀配合表面的烧结硬质碳化物被设置为联接到金属或合金体的镶嵌环。在其他实施方案中，第二节段由烧结硬质碳化物形成。

在另一个方面，提供了用于流体端的阀组件。阀组件包括与阀座往复接触的阀，阀座包括用于插入流体端的流体通道中的第一节段以及从第一节段纵向延伸的第二节段。第二节段的外径大于第一节段的外径，并且包括截头圆锥形阀配合表面。第二节段还被包围在环中，该环将压缩应力条件赋予第二节段。在一些实施方案中，第二节段任选地被包围在环中，并且阀配合表面包括表面粗糙度(R_a)为1-15μm的烧结硬质碳化物。在其他实施方案中，第二节段的截头圆锥形阀配合表面被设置为联接到金属或合金体的烧结硬质碳化物镶嵌件，其中烧结硬质碳化物的表面粗糙度(R_a)为1-15μm。

在另一个方面，描述了流体端。流体端包括吸入流体通道和排出流体通道。阀组件定位在吸入流体通道和排出流体通道中的至少一者中，阀组件包括与阀座往复接触的阀。阀座包括用于插入吸入流体通道或排出流体通道中的第一节段以及从第一节段纵向延伸的第二节段。第二节段的外径大于第一节段的外径，并且包括截头圆锥形阀配合表面。第二节段被包围在环中，该环将压缩应力条件赋予第二节段。在一些实施方案中，第二节段任选地被包围在环中，并且阀配合表面包括表面粗糙度(R_a)为1-15μm的烧结硬质碳化物。在其他实施方案中，第二节段的截头圆锥形阀配合表面被设置为联接到金属或合金体的烧结硬质碳化物镶嵌件，其中烧结硬质碳化物的表面粗糙度(R_a)为1-15μm。

这些和其他实施方案在以下具体实施方式中进一步描述。

附图说明