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[摘 要]本文阐述了单向阀应用环境、改进前两种单向阀结构及失效的机理。结合改进前两种单向阀的优缺点，对单向阀的进行了改进设计，通过产品现场使用情况，说明改进措施有效。
[关键词]单向阀；阀体；阀芯；漏压；液压式传感器组合
中图分类号：TH483 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）32-0000-01
1 引言
液压式传感器组合是打卡式传感器组合，这种载荷传感器主要优点为载荷测试精度高，載荷传感器经久耐用；测试时，不需要卸载，对抽油杆无冲击损害，移动式测试方便快捷。所以该类传感器组合目前应用较普遍，液压传感器的单向阀漏压问题，一直是困扰现场使用的难题。目前使用的单向阀结构，设计上采用的是刚性线密封，该方案密封方式对零件的材料类型、加工方法、硬度、表面粗糙度要求严格，钢球的圆度与硬度也影响单向阀的密封性能，所以单向阀的改进设计非常必要。
2 单向阀应用环境
针对目前公司量产的产品，按照最大载荷在120kN情况下，传感器内部压力最大为86MPa。顶头完全顶起通常需要50次左右，实际测试时传感器不需要完全顶起，假设每次测试需要打压30次，每天测试30口井次，三个月内实际使用天数为50天，一台产品按三个月使用有效期计算，那么单向阀工作次数：
N=30×30×50=45000次
所以三个月内单向阀需要开关4.5万次，每天就有可能开关900次，该单向阀使用环境属于超高压、超高频率。
3 单向阀失效机理分析
液压式传感器组合单向阀从密封部位结构分类，公司使用过锥阀和球阀两种。分别分析其失效机理，锥阀的结构示意图见图1。
锥阀中阀体和阀芯材料都为4Cr13不锈钢，热处理硬度28～32HRC；阀体和阀芯接触的密封面光度要求为0.4。阀体和阀芯是一种典型的线密封结构。由于系统内压很高，线密封处会产生较大的接触应力，导致阀体密封线处变形，使阀体和阀芯在密封线处的形状趋于一致，有利于提高密封性能。但是，零件变形过大后将破坏密封结构，较大的接触应力会在阀芯锥面上压出印痕，不利于密封甚至导致密封失效。
球阀的结构示意图见图2，其中钢球选用GB/T308-2002中的标准钢球，硬度为61～66HRC，大小为φ8；阀体材料为4Cr13不锈钢，热处理硬度60～64HRC；球托材料为QBe2铍青铜；阀体密封面光度要求为0.8。
目前使用的球阀主要存在三大问题：1）钢球圆度无法检测，质量无法控制，外购厂家不同质量相差甚远，容易发生批次性漏压问题；2）钢球和阀体硬度均较高，一旦钢球发生变形，必然导致单向阀失效；3）目前的单向阀结构上阀体和球托设计间隙较小，零件变形极易引起零件干涉而使单向阀失效。
锥阀结构相对球阀较复杂，加工精度要求较高，导向性较好、密封可靠、噪声小的特点。球阀结构相对简单，加工精度要求较低，主要使用于小流量场合，但是其密封导向性较差、噪声大。通过大量产品的使用情况，无论锥阀还是球阀，设计上均存在一定的不足，需要进行设计改进。
4 单向阀改进设计
结合锥阀和球阀的优缺点，改进后的单向阀采用O形圈密封方式，该单向阀包括阀体、挡圈、密封圈和阀芯等零件，结构示意图见图3。
改进后的单向阀阀体和阀芯材料都和硬度没有特殊要求，两者都为普通不锈钢，热处理为调质处理。设计的关键是通过O形密封与锥形密封面接触产生变形密封住，阀体上设计为锥面有很好的导向作用，阀芯上安装O形密封圈的位置为倒角槽，保证O形密封圈即使脱离了阀芯也能很快的进入密封槽里。阀体和阀芯密封面光度要求都不高，不需要研磨，光度为0.8就能满足要求。
改进后的单向阀几百套产品在不同油田不同井况连续使用6个月，未出现漏压现象。通过维修人员和客户跟踪使用效果，说明改进后的单向阀效果明显，措施有效。
改进后的单向阀具有加工精度要求较低、结构简单可靠、导向性较好、密封可靠、噪声小、长期稳定性好、使用寿命长等特点。
5 结束语
从改进后的单向阀几百套产品在不同油田连续使用6个月，未发现漏压现象，说明改进后的单向阀效果明显，措施有效，同时也得到客户的认可和好评。并且改进后的单向阀节约了生产成本，缩短了生产周期，提高了使用寿命。
参考资料
[1] 李贤燊·《液压传动与控制》·重庆大学出版社[J]·1992.12（56-57）.
[2] 杨黎明.机械零件设计手册[M].国防工業出版社.
[关键词]单向阀；阀体；阀芯；漏压；液压式传感器组合
中图分类号：TH483 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）32-0000-01
1 引言
液压式传感器组合是打卡式传感器组合，这种载荷传感器主要优点为载荷测试精度高，載荷传感器经久耐用；测试时，不需要卸载，对抽油杆无冲击损害，移动式测试方便快捷。所以该类传感器组合目前应用较普遍，液压传感器的单向阀漏压问题，一直是困扰现场使用的难题。目前使用的单向阀结构，设计上采用的是刚性线密封，该方案密封方式对零件的材料类型、加工方法、硬度、表面粗糙度要求严格，钢球的圆度与硬度也影响单向阀的密封性能，所以单向阀的改进设计非常必要。
2 单向阀应用环境
针对目前公司量产的产品，按照最大载荷在120kN情况下，传感器内部压力最大为86MPa。顶头完全顶起通常需要50次左右，实际测试时传感器不需要完全顶起，假设每次测试需要打压30次，每天测试30口井次，三个月内实际使用天数为50天，一台产品按三个月使用有效期计算，那么单向阀工作次数：
N=30×30×50=45000次
所以三个月内单向阀需要开关4.5万次，每天就有可能开关900次，该单向阀使用环境属于超高压、超高频率。
3 单向阀失效机理分析
液压式传感器组合单向阀从密封部位结构分类，公司使用过锥阀和球阀两种。分别分析其失效机理，锥阀的结构示意图见图1。
锥阀中阀体和阀芯材料都为4Cr13不锈钢，热处理硬度28～32HRC；阀体和阀芯接触的密封面光度要求为0.4。阀体和阀芯是一种典型的线密封结构。由于系统内压很高，线密封处会产生较大的接触应力，导致阀体密封线处变形，使阀体和阀芯在密封线处的形状趋于一致，有利于提高密封性能。但是，零件变形过大后将破坏密封结构，较大的接触应力会在阀芯锥面上压出印痕，不利于密封甚至导致密封失效。
球阀的结构示意图见图2，其中钢球选用GB/T308-2002中的标准钢球，硬度为61～66HRC，大小为φ8；阀体材料为4Cr13不锈钢，热处理硬度60～64HRC；球托材料为QBe2铍青铜；阀体密封面光度要求为0.8。
目前使用的球阀主要存在三大问题：1）钢球圆度无法检测，质量无法控制，外购厂家不同质量相差甚远，容易发生批次性漏压问题；2）钢球和阀体硬度均较高，一旦钢球发生变形，必然导致单向阀失效；3）目前的单向阀结构上阀体和球托设计间隙较小，零件变形极易引起零件干涉而使单向阀失效。
锥阀结构相对球阀较复杂，加工精度要求较高，导向性较好、密封可靠、噪声小的特点。球阀结构相对简单，加工精度要求较低，主要使用于小流量场合，但是其密封导向性较差、噪声大。通过大量产品的使用情况，无论锥阀还是球阀，设计上均存在一定的不足，需要进行设计改进。
4 单向阀改进设计
结合锥阀和球阀的优缺点，改进后的单向阀采用O形圈密封方式，该单向阀包括阀体、挡圈、密封圈和阀芯等零件，结构示意图见图3。
改进后的单向阀阀体和阀芯材料都和硬度没有特殊要求，两者都为普通不锈钢，热处理为调质处理。设计的关键是通过O形密封与锥形密封面接触产生变形密封住，阀体上设计为锥面有很好的导向作用，阀芯上安装O形密封圈的位置为倒角槽，保证O形密封圈即使脱离了阀芯也能很快的进入密封槽里。阀体和阀芯密封面光度要求都不高，不需要研磨，光度为0.8就能满足要求。
改进后的单向阀几百套产品在不同油田不同井况连续使用6个月，未出现漏压现象。通过维修人员和客户跟踪使用效果，说明改进后的单向阀效果明显，措施有效。
改进后的单向阀具有加工精度要求较低、结构简单可靠、导向性较好、密封可靠、噪声小、长期稳定性好、使用寿命长等特点。
5 结束语
从改进后的单向阀几百套产品在不同油田连续使用6个月，未发现漏压现象，说明改进后的单向阀效果明显，措施有效，同时也得到客户的认可和好评。并且改进后的单向阀节约了生产成本，缩短了生产周期，提高了使用寿命。
参考资料
[1] 李贤燊·《液压传动与控制》·重庆大学出版社[J]·1992.12（56-57）.
[2] 杨黎明.机械零件设计手册[M].国防工業出版社.