[发明专利]阀、阀组件及其应用

说明书

本发明题为“阀、阀组件及其应用”。本文描述了阀和阀组件，该阀和阀组件采用架构，该架构可减轻降解磨损机制，从而延长组件的寿命。在一个方面，阀包括头部，该头部包括圆周表面和阀座配合表面。腿部构件从头部延伸，其中腿部构件中的一个或多个腿部构件的厚度沿远离头部的方向渐缩，以引起头部周围的层流流体流动。该阀还可包括联接到头部的圆周表面的密封件。在一些实施方案中，密封件的外部表面表现出一曲率半径，从而保持阀周围的层流流体流动。另外，在一些实施方案中，密封件可与阀座配合表面的一部分重叠。

技术领域

本发明涉及阀和阀组件，并且具体地讲，涉及用于流体端应用的阀和阀组件。

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，该高压泵在多个气缸中包含正排量活塞。由于阀主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可引起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。另外，一种或多种酸和/或其他腐蚀性物质可存在于流体/颗粒混合物中。在水力压裂中，在来自井的水压被释放之后，采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，因此在浆料中采用氧化铝颗粒。颗粒浆料可在阀和阀座的接触表面上赋予显著的磨损。另外，浆料颗粒可陷入阀密封循环中，从而导致阀组件的进一步性能退化。

发明内容

鉴于这些缺点，本文描述了阀和阀组件，该阀和阀组件采用架构，该架构可减轻降解磨损机制，从而延长组件的寿命。在一个方面，阀包括头部，该头部包括圆周表面和阀座配合表面。腿部构件从头部延伸，其中腿部构件中的一个或多个腿部构件的厚度沿远离头部的方向渐缩，以引起头部周围的层流流体流动。阀还可包括联接到头部的圆周表面的密封件。在一些实施方案中，密封件的外部表面表现出一曲率半径，从而保持阀周围的层流流体流动。另外，在一些实施方案中，密封件可与阀座配合表面的一部分重叠。

在另一方面，阀包括头部，该头部包括圆周表面和阀座配合表面。密封件联接到圆周表面，其中密封件与阀座配合表面形成在密封件上建立主座接触区的角度。主座接触区可具有靠近密封件的外圆周表面的位置。如本文进一步所述，当阀与阀座配合时，压缩应力可被集中在主座接触区处。在一些实施方案中，密封件与阀座配合表面的一部分重叠。

在另一方面，本文中描述了阀组件。在一些实施方案中，阀组件包括阀座和与阀座往复接触的阀，该阀包括头部，该头部包括圆周表面和阀配合表面。腿部构件从头部延伸，其中腿部构件中的一个或多个腿部构件的厚度沿远离头部的方向渐缩，以引起头部周围的层流流体流动。阀还可包括联接到头部的圆周表面的密封件。在一些实施方案中，密封件的外部表面表现出一曲率半径，从而保持阀周围的层流流体流动。在一些实施方案中，密封件还可与阀座配合面的一部分重叠。另外，密封件可与阀座配合表面形成在密封件上建立主座接触区的角度。在一些实施方案中，主座接触区靠近密封件的外圆周表面定位。当与阀座配合时，密封件上的主接触区可表现出压缩应力的集中。

在一些实施方案中，阀座可包括主体，该主体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，该第二节段包括耐磨镶嵌件定位在其中的凹陷部。耐磨镶嵌件用作阀配合表面。在一些实施方案中，耐磨镶嵌件表现出压缩应力条件。此外，阀座的第一节段和第二节段可具有相同外径或不同外径。例如，第二节段的外径可大于第一节段的外径。在其他实施方案中，阀座可由单个合金组合物形成，从而避免了耐磨镶嵌件。

在另外的方面，本文还描述了控制流体流动的方法。在一些实施方案中，控制流体流动的方法包括提供阀组件，该阀组件包括阀座以及与阀座往复接触的阀。阀包括头部，该头部包括圆周表面和阀座配合表面。腿部构件从头部延伸，其中腿部构件中的一个或多个腿部构件的厚度沿远离头部的方向渐缩。阀移动脱离阀座以使流体流过组件，其中一个或多个锥形腿部构件引起头部周围的层流流体流动。阀随后与阀座配合以阻止流体流过阀。在一些实施方案中，密封件联接到头部的圆周表面。密封件可具有一曲率半径，从而保持阀周围的层流流体流动。