單流閥間隙過小堵塞問題的研究

孫曉歐++張慶

目前采油井井口摻水單流閥閥芯為圓柱體結(jié)構(gòu)，它與閥罩之間的配合間隙較小，易氧化，容易被雜物卡死在閥罩中，從而起不到單流作用，造成摻水倒灌回流現(xiàn)象。單流閥如圖1 所示。

1. 初始形式分析

摻水單流閥是為了防止摻水倒灌回流的裝置，但是金屬閥罩與閥桿容易氧化且間隙狹小，易被異物卡住，會造成摻水倒灌回流的現(xiàn)象，從而起不到控制摻水單流的作用。現(xiàn)常常將單一的閥桿改短用彈珠填充，利用物體表面不規(guī)則原理增大間隙，但是彈珠的數(shù)量是解決這個(gè)問題的瓶頸。

為了分析這一問題，需要采用因果鏈分析的方法，如圖2所示。

因此，可以通過改變金屬閥桿、閥罩長時(shí)間存在于油、水混合物中氧化的因果鏈來解決摻水閥間隙過小堵塞的問題；也可以通過增大間隙使異物順利通過。

2.最終理想解與資源分析

2.1 最終理想解

根據(jù)設(shè)計(jì)要求得出系統(tǒng)的最終目標(biāo)是使單流閥水流通暢，其最終理想解是閥桿與閥罩“自己”不氧化，但是鐵制閥桿與閥罩在油水混合物中自然氧化，因此需采用改變材質(zhì)來實(shí)現(xiàn)等。根據(jù)以上分析提出解決方案如下：

方案1：加入特殊藥物降低油水混合物對金屬材質(zhì)氧化程度，從而減緩閥桿與閥罩之間的間隙變化。

方案2：用鋼制的材質(zhì)制成閥桿與閥罩，減慢閥桿與閥罩的氧化程度，從而減緩閥桿與閥罩之間的間隙變化。

方案3：增加管線壁的厚度，使其減緩異物堵塞程度，使水流暢通。

方案4：減少原閥桿的長度，用彈珠代替一段閥桿，增加水流動(dòng)的空間。

方案5：采用高強(qiáng)度、耐熱、耐壓、耐腐蝕的特殊材質(zhì)替代鐵質(zhì)、鋼質(zhì)材料制成閥桿、閥罩，從根本上解決氧化問題，解決閥桿與閥罩之間的間隙變化。

2.2 資源分析

以單流閥為研究對象，分析其過去與將來，得出系統(tǒng)的九屏圖如圖3所示。

（1）可利用物質(zhì)資源：抗氧化材質(zhì)。

（2）可利用能量資源：高強(qiáng)度；耐熱；耐壓；耐腐蝕。

（3）可利用信息資源：塑料物質(zhì)能夠有效地抗氧化。

（4）可利用空間資源：利用彈簧具有彈性及占用空間小的特性，對于油水混合物具有較大的流動(dòng)的空間。

（5）可利用時(shí)間資源：當(dāng)材質(zhì)使用一段時(shí)間后，拆卸清理。

（6）可利用功能資源：對材質(zhì)本身使用化學(xué)處理，使材質(zhì)本身具有抗氧化功能。

（7）可利用結(jié)構(gòu)資源：將原閥體絲堵改為閥桿穿過可調(diào)控的調(diào)控閥，從單一功能的單流閥變?yōu)榭烧{(diào)控的控制閥。

提出技術(shù)方案：

方案6：利用以上資源研究出一款抗氧化、可調(diào)控、非單一功能的閥體。

改變過濾器的進(jìn)水方式，圓口改為割縫式。

3.技術(shù)矛盾與物理矛盾

3.1 技術(shù)矛盾

原問題技術(shù)矛盾是因?yàn)椴馁|(zhì)在油、水混合物中易氧化，應(yīng)該更換材質(zhì)防止氧化，但是制造成本會增加。

得出改善參數(shù)：防止材質(zhì)氧化；過濾器惡化的參數(shù)：成本。將問題模型標(biāo)準(zhǔn)化為對應(yīng)的39個(gè)通用工程參數(shù)，改善的參數(shù)31號為內(nèi)部有害因素，惡化的參數(shù)23號為物質(zhì)損耗，查找矛盾矩陣表可得其解決方案模型01：分離法：10.預(yù)先作用法；34：自生自棄法。提出技術(shù)方案有：

方案7： 應(yīng)用01分離法a，將閥罩與閥桿分離成與兩個(gè)相互獨(dú)立部分，達(dá)到增大間隙作用。

方案8： 應(yīng)用01分離法b，將單一閥桿分成閥桿與鋼球兩個(gè)部分，達(dá)到增大間隙作用。

方案9： 應(yīng)用10預(yù)先作用法b，將閥桿與閥球中加入彈簧，當(dāng)壓力上升時(shí)彈簧受力伸縮，達(dá)到增大間隙作用。

方案10： 應(yīng)用34自生自棄法b，拆卸下來的單流閥如氧化不嚴(yán)重，清理后可重新投入使用，達(dá)到重新發(fā)揮作用。

3.2 物理矛盾

把技術(shù)矛盾轉(zhuǎn)化為物理矛盾是為了使材質(zhì)不氧化，應(yīng)該更換為不氧化材質(zhì)；為了降低成本，又不應(yīng)該更換材質(zhì)；所以材質(zhì)應(yīng)該更換又不應(yīng)該更換。

提出技術(shù)方案11：將與氧化物質(zhì)接觸表面噴涂一層抗氧化物質(zhì)，其余部位不做抗氧化處理，從而解決物理矛盾材質(zhì)更換與不更換。

4. 物場分析

定義油水混合物為S1，閥桿、閥罩為S2，F(xiàn)1為化學(xué)場，S1和S2之間的作用為有害作用，建立的物場模型如圖5所示。定義異物為S3，閥桿、閥罩為S2，F(xiàn)2為機(jī)械場，S2和S3之間的作用為有害作用，建立的物場模型如圖6所示。

方案12：根據(jù)有害完整的物場模型方法3-1加入新的物質(zhì)，在閥桿與閥罩與油水混合物接觸面加入抗氧化表層（S4）。

方案13：根據(jù)有害完整的物場模型方法3-1加入新的物質(zhì)，在閥桿與閥罩與油水混合物接觸面加上濾網(wǎng)（S5）。

方案14：根據(jù)不完整的物場模型方法2-1減少閥桿長度用彈簧和鋼珠代替減少的閥桿長度（S6），利用彈簧有間隙的特性，從而來增大閥桿與閥罩之間的間隙。

方案15：首先減少閥桿長度用彈簧和鋼珠來代替減少后閥桿的長度，利用彈簧有間隙的特性，從而增大閥桿與閥罩之間的間隙；再將所有與氧化物接觸的部位表面都噴涂薄薄的一層抗氧化物質(zhì)，從而解決材質(zhì)氧化的問題。

5. 方案分析

綜上所述，剔除重復(fù)和無效方案后，將有效方案分析，分析結(jié)果如表1所示。

參照上述所有方案，方案12中首先減少閥桿長度用彈簧和鋼珠來代替減少后閥桿的長度，利用彈簧有間隙的特性，從而增大閥桿與閥罩之間的間隙；再有將所有與氧化物接觸的部位表面都噴涂薄薄的一層抗氧化物質(zhì)從而解決材質(zhì)氧化的問題，設(shè)計(jì)的實(shí)物模型如圖10所示。綜合比較以上方案，方案8、10及12可以形成專利預(yù)案。

參考文獻(xiàn)

[1] 曹俊強(qiáng).TRIZ理論基礎(chǔ)教程與創(chuàng)新實(shí)例[M]哈爾濱：黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社2013.

作者簡介：孫曉歐，1969.9，高級工程師，哈爾濱人，黑龍江省科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究院副院長。