单流阀间隙过小堵塞问题的研究

孙晓欧++张庆

目前采油井井口掺水单流阀阀芯为圆柱体结构，它与阀罩之间的配合间隙较小，易氧化，容易被杂物卡死在阀罩中，从而起不到单流作用，造成掺水倒灌回流现象。单流阀如图1 所示。

1. 初始形式分析

掺水单流阀是为了防止掺水倒灌回流的装置，但是金属阀罩与阀杆容易氧化且间隙狭小，易被异物卡住，会造成掺水倒灌回流的现象，从而起不到控制掺水单流的作用。现常常将单一的阀杆改短用弹珠填充，利用物体表面不规则原理增大间隙，但是弹珠的数量是解决这个问题的瓶颈。

为了分析这一问题，需要采用因果链分析的方法，如图2所示。

因此，可以通过改变金属阀杆、阀罩长时间存在于油、水混合物中氧化的因果链来解决掺水阀间隙过小堵塞的问题；也可以通过增大间隙使异物顺利通过。

2.最终理想解与资源分析

2.1 最终理想解

根据设计要求得出系统的最终目标是使单流阀水流通畅，其最终理想解是阀杆与阀罩“自己”不氧化，但是铁制阀杆与阀罩在油水混合物中自然氧化，因此需采用改变材质来实现等。根据以上分析提出解决方案如下：

方案1：加入特殊药物降低油水混合物对金属材质氧化程度，从而减缓阀杆与阀罩之间的间隙变化。

方案2：用钢制的材质制成阀杆与阀罩，减慢阀杆与阀罩的氧化程度，从而减缓阀杆与阀罩之间的间隙变化。

方案3：增加管线壁的厚度，使其减缓异物堵塞程度，使水流畅通。

方案4：减少原阀杆的长度，用弹珠代替一段阀杆，增加水流动的空间。

方案5：采用高强度、耐热、耐压、耐腐蚀的特殊材质替代铁质、钢质材料制成阀杆、阀罩，从根本上解决氧化问题，解决阀杆与阀罩之间的间隙变化。

2.2 资源分析

以单流阀为研究对象，分析其过去与将来，得出系统的九屏图如图3所示。

（1）可利用物质资源：抗氧化材质。

（2）可利用能量资源：高强度；耐热；耐压；耐腐蚀。

（3）可利用信息资源：塑料物质能够有效地抗氧化。

（4）可利用空间资源：利用弹簧具有弹性及占用空间小的特性，对于油水混合物具有较大的流动的空间。

（5）可利用时间资源：当材质使用一段时间后，拆卸清理。

（6）可利用功能资源：对材质本身使用化学处理，使材质本身具有抗氧化功能。

（7）可利用结构资源：将原阀体丝堵改为阀杆穿过可调控的调控阀，从单一功能的单流阀变为可调控的控制阀。

提出技术方案：

方案6：利用以上资源研究出一款抗氧化、可调控、非单一功能的阀体。

改变过滤器的进水方式，圆口改为割缝式。

3.技术矛盾与物理矛盾

3.1 技术矛盾

原问题技术矛盾是因为材质在油、水混合物中易氧化，应该更换材质防止氧化，但是制造成本会增加。

得出改善参数：防止材质氧化；过滤器恶化的参数：成本。将问题模型标准化为对应的39个通用工程参数，改善的参数31号为内部有害因素，恶化的参数23号为物质损耗，查找矛盾矩阵表可得其解决方案模型01：分离法：10.预先作用法；34：自生自弃法。提出技术方案有：

方案7： 应用01分离法a，将阀罩与阀杆分离成与两个相互独立部分，达到增大间隙作用。

方案8： 应用01分离法b，将单一阀杆分成阀杆与钢球两个部分，达到增大间隙作用。

方案9： 应用10预先作用法b，将阀杆与阀球中加入弹簧，当压力上升时弹簧受力伸缩，达到增大间隙作用。

方案10： 应用34自生自弃法b，拆卸下来的单流阀如氧化不严重，清理后可重新投入使用，达到重新发挥作用。

3.2 物理矛盾

把技术矛盾转化为物理矛盾是为了使材质不氧化，应该更换为不氧化材质；为了降低成本，又不应该更换材质；所以材质应该更换又不应该更换。

提出技术方案11：将与氧化物质接触表面喷涂一层抗氧化物质，其余部位不做抗氧化处理，从而解决物理矛盾材质更换与不更换。

4. 物场分析

定义油水混合物为S1，阀杆、阀罩为S2，F1为化学场，S1和S2之间的作用为有害作用，建立的物场模型如图5所示。定义异物为S3，阀杆、阀罩为S2，F2为机械场，S2和S3之间的作用为有害作用，建立的物场模型如图6所示。

方案12：根据有害完整的物场模型方法3-1加入新的物质，在阀杆与阀罩与油水混合物接触面加入抗氧化表层（S4）。

方案13：根据有害完整的物场模型方法3-1加入新的物质，在阀杆与阀罩与油水混合物接触面加上滤网（S5）。

方案14：根据不完整的物场模型方法2-1减少阀杆长度用弹簧和钢珠代替减少的阀杆长度（S6），利用弹簧有间隙的特性，从而来增大阀杆与阀罩之间的间隙。

方案15：首先减少阀杆长度用弹簧和钢珠来代替减少后阀杆的长度，利用弹簧有间隙的特性，从而增大阀杆与阀罩之间的间隙；再将所有与氧化物接触的部位表面都喷涂薄薄的一层抗氧化物质，从而解决材质氧化的问题。

5. 方案分析

综上所述，剔除重复和无效方案后，将有效方案分析，分析结果如表1所示。

参照上述所有方案，方案12中首先减少阀杆长度用弹簧和钢珠来代替减少后阀杆的长度，利用弹簧有间隙的特性，从而增大阀杆与阀罩之间的间隙；再有将所有与氧化物接触的部位表面都喷涂薄薄的一层抗氧化物质从而解决材质氧化的问题，设计的实物模型如图10所示。综合比较以上方案，方案8、10及12可以形成专利预案。

参考文献

[1] 曹俊强.TRIZ理论基础教程与创新实例[M]哈尔滨：黑龙江科学技术出版社2013.

作者简介：孙晓欧，1969.9，高级工程师，哈尔滨人，黑龙江省科学技术情报研究院副院长。