[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，该第二节段包括截头圆锥形阀配合表面，其中第二节段被包围在将压缩应力条件赋予第二节段的环中。

相关申请资料

本申请是2018年1月19日提交的美国专利申请序列号15/875,758的部分继续申请，该申请全文以引用方式并入本文。

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。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。

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，该第二节段包括截头圆锥形阀配合表面，其中第二节段被包围在将压缩应力条件赋予第二节段的环中。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。在一些实施方案中，第二节段的外径大于第一节段的外径。在其他实施方案中，第一节段和第二节段的外径相等或基本上相等。

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，第二节段包括具有表面粗糙度(R_a)为1-15μm的烧结硬质碳化物的截头圆锥形阀配合表面。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主体的镶嵌环。在其他实施方案中，第二节段由烧结硬质碳化物形成。第二节段的外径可大于第一节段的外径。或者，第一节段和第二节段的外径相等或基本上相等。

在另一个方面，用于流体端的阀座包括主体，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。第二节段包括凹陷部，烧结硬质碳化物镶嵌件定位在该凹陷部中，其中烧结硬质碳化物镶嵌件包括阀配合表面并且表现出压缩应力条件。