CN101324179B - 一种水下电液控制阀 - Google Patents

Abstract

一种水下电液控制阀，应用于深水钻井施工用的井控装置上。电磁阀由电磁部分和油压端组成。在外壳内部有弹簧套和铁芯套，弹簧套外壁以及铁芯套外壁与外壳内壁之间有密封圈。圆柱形铁芯下部有一个顶杆。电磁线圈产生磁力时，铁芯和顶杆运动。在压盖的中心孔内固定有油压端。顶杆在阀体中心孔上部。在阀体中心孔下部有球形阀。效果是：能用于控制高压小流量液体，适于深水恶劣环境下工作。满足了快速响应性的要求，同时还可以在高压导向液系统中正常工作。有铁芯与顶杆润滑功能。结构简单、紧凑、密封性能可靠、响应速度快。

Description

一种水下电液控制阀

技术领域

本发明涉及石油钻采机械技术领域，特别涉及一种深水钻井施工用的井控装置电磁阀，概括说是一种控制先导液通断的电磁阀。

背景技术

目前的电磁阀大致可以分为两种，一种是由滑阀阀芯及与控制该滑阀阀芯运动的电磁铁部构成。如中国专利公告号为CN1644913(专利号：200410092753.6)，提供的电磁阀。这种电磁阀可以控制多个流道的通断，完成比较复杂的控制目标，但是由于滑阀结构复杂，加工精度难以保证，经常出现内泄露或者失稳。第二种是由电磁铁线圈直接控制一个球阀阀芯运动。如中国专利公告号为CN1643283(专利号：03806366.2)，第二种电磁阀结构紧凑，动作快，泄露也较少，但是由于电磁线圈直接控制球阀阀芯，而且阀芯体积很小，可以控制的压力较低，不能满足高压系统使用。现有的电磁阀一般应用于地面工作环境，不能应用于水下。能用于水下的电磁阀还基本是空白，特别是深水高压恶劣环境下石油钻采井控装置上使用的电磁阀。在这种环境下应用的电磁阀对阀的耐压性、耐蚀性、快速响应性以及稳定性要求都很高。

发明内容

本发明的目的是：提供一种水下电液控制阀，实现深水高压恶劣环境下的石油钻采井控装置安全稳定地工作，克服现有电磁阀耐压性、耐蚀性、快速响应性及稳定性上的不足。

本发明采用的技术方案是：水下电液控制阀由电磁部分和油压端组成。上半部分为电磁部分，下半部分为油压端。

电磁部分主要由电缆插头、接线板、外壳、弹簧套、电磁线圈、压缩弹簧、铁芯、铁芯套、丝堵、压盖、螺钉、固定螺钉、顶杆和油压端组成。电缆插头的一端在外壳内，电缆插头的另一端在外壳外，在电缆插头与外壳之间有密封圈，能阻止海水进入外壳内。在外壳内部有弹簧套和铁芯套，弹簧套外壁以及铁芯套外壁与外壳内壁之间有密封圈，密封圈的作用是防止海水进入电磁阀。弹簧套和铁芯套相对，在外壳与弹簧套和铁芯套之间有一个环形空间，环形空间内有电磁线圈。弹簧套有斜孔，导线能通过斜孔与电磁线圈连接。在弹簧套下部中心孔内有压缩弹簧。在铁芯套中心通孔内有圆柱形铁芯。圆柱形铁芯下部有一个顶杆。当电磁线圈产生磁力时，铁芯和顶杆向上运动，压缩弹簧储存能量；当电磁线圈消除磁力时，铁芯和顶杆在压缩弹簧的推动下向下运动。在外壳的下端固定有压盖。压盖为两层凸台形，上层台阶面与铁芯套贴合，下层台阶面与外壳的台阶面有间隙，通过不断上紧压盖上的螺钉，能推动铁芯套不断向内移动，外壳内的其他部件的也随之移动。随着压盖的不断压入，电缆插头与外壳之间的密封圈也不断被压紧，从而起到密封电磁阀，防止海水进入的作用。在压盖的中心孔内固定有油压端。

油压端主要由阀体、上阀座、阀罩、阀芯、下阀座、过滤筛和阻尼孔螺塞组成。阀体中心孔内有环形台，顶杆在阀体中心孔环形台的上部，顶杆的端部穿过环形台中心孔抵在球形阀芯上部。在阀体中心孔环形台的下部有阀罩、阀芯、上阀座、下阀座和两个O形密封圈。上阀座与下阀座之间有阀罩。阀罩内有一个球形阀芯。阀罩上有横向孔C1和横向孔C2。球形阀芯上下运动能打开横向孔C1同时关闭横向孔C2或打开横向孔C2同时关闭横向孔C1。在阀体的外壁上有孔，孔连通横向孔C1和横向孔C2。在下阀座的下部有过滤筛和阻尼孔螺塞，阻尼孔螺塞固定在阀体中心孔下端，将过滤筛、下阀座、阀罩17和上阀座固定在阀体中心孔内。

为了使液压油能进入弹簧腔和铁芯腔，润滑铁芯和顶杆，在阀体中部有横孔V，顶杆和铁芯有中心孔，横孔V与顶杆中心孔、铁芯中心孔连通。

为了给电磁线圈所在环空内注入绝缘油液，在铁芯套下端有孔，孔内有丝堵，丝堵将孔堵死。通过这孔能为电磁线圈所在环空内注入绝缘油液，还能起到增强传热效果，能防止电磁阀壳体被外界高压压溃。

阀芯通过油压端阀体内的顶杆与电磁阀铁芯相抵接。电磁阀铁芯用高密度高磁感材料制成，在电磁线圈作用下产生很大电磁力，可以抵抗导向液较高的压力，而球形提升阀阀芯质量很轻，只要电磁阀铁芯动作，就能很快开启关闭特定油路。这种“电磁阀铁芯+球形提升阀”的结构综合了两者的优点，不仅满足了快速响应性的要求，同时还可以在高压导向液系统中正常工作

本发明的有益效果：本发明一种水下电液控制阀，能用于控制高压小流量液体，适于深水恶劣环境下工作。“电磁阀铁芯+球形提升阀”的结构不仅满足了快速响应性的要求，同时还可以在高压导向液系统中正常工作。从活塞腔内排出的液压油能通过铁芯与顶杆中间通道，进入弹簧腔和铁芯腔，起到润滑作用。壳体等采用的材料均为高强度耐蚀不锈钢，使用寿命长。通过更改油压端阻尼孔螺塞的参数可以产生使电磁阀控制的油压多样化，便于产品系列化，满足各种场合要求。另外，还具有结构简单、紧凑、密封性能可靠、响应速度快等优点。

附图说明

图1是水下电液控制阀剖面示意图。

图2是水下电液控制阀油压端14剖面示意图。

图3是油压端14局部放大图。

图4是与本发明配合使用的SPM阀先导阀的阀体。

图中，1-电缆插头，2-接线板，3-外壳。4-弹簧套，5-电磁线圈，6-压缩弹簧，7-铁芯，8-铁芯套，9-丝堵，10-压盖，11-螺钉，12-固定螺钉，13-顶杆，14-油压端，15-阀体，16-上阀座，17-阀罩，18-阀芯，19-下阀座，20-过滤筛，21-阻尼孔螺塞。

具体实施方式：

实施例1：

参阅图1。水下电液控制阀由电磁部分和油压端14组成。上半部分为电磁部分，下半部分为油压端14。

电磁部分主要由电缆插头1、接线板2、外壳3、弹簧套4、电磁线圈5、压缩弹簧6、铁芯7、铁芯套8、丝堵9、压盖10、螺钉11、固定螺钉12、顶杆13和油压端14组成。

电缆插头1的一端在圆柱形外壳3内，电缆插头1的另一端在外壳3外，在电缆插头1与外壳3之间的圆柱形接触面和接触平面上分别由一道密封圈，密封圈在能阻止海水进入外壳3内。电缆插头1内有一块接线板2，接线板2上装有一些功放电路。接线板2上的若干根电线分别连通电缆插头1的接线柱和电磁线圈5。

在外壳3内部有一个弹簧套4和一个铁芯套8，弹簧套4外壁以及铁芯套8外壁与外壳3内壁之间分别有两道密封圈，密封圈的作用是防止海水进入电磁阀。弹簧套4和铁芯套8相对，在弹簧套4和铁芯套8的相对平面上有一道密封圈。这种弹簧套4与铁芯套8的分体式结构便于线圈的安装。

在外壳3与弹簧套4和铁芯套8之间有一个环形空间，环形空间内有一个电磁线圈5。弹簧套4有一个斜孔，导线通过斜孔与电磁线圈5连接。在弹簧套4下部中心孔内有一个螺旋压缩弹簧6，螺旋压缩弹簧6推动铁芯7下行。在铁芯套8中心通孔内有圆柱形铁芯7。圆柱形铁芯7下部有一个顶杆13。当电磁线圈5产生磁力时，铁芯7和顶杆13向上运动，压缩弹簧6储存能量；当电磁线圈5消除磁力时，铁芯7和顶杆13在压缩弹簧6的推动下向下运动。

在外壳3的下端固定有压盖10。压盖10为两层凸台形，上层台阶面与铁芯套8贴合，下层台阶面与外壳3的台阶面有一定距离的间隙，通过不断上紧压盖10上的六个沉头螺钉11，能推动铁芯套8不断向内移动，外壳3内的其他部件的也随之移动。随着压盖10的不断压入，电缆插头1与外壳3之间的密封圈也不断被压紧，从而起到密封电磁阀，防止海水进入的作用。

在铁芯套8下端有两个小孔，小孔内有丝堵9，丝堵9将孔堵死。通过这孔能为电磁线圈5所在环空内注入绝缘油液，还能起到增强传热效果，能防止电磁阀壳体被外界高压压渍。

在压盖10的中心孔内固定有油压端14，采用沉头螺栓12将油压端14的阀体15法兰固定压盖10上。

参阅图2。油压端14主要由阀体15、上阀座16、阀罩17、阀芯18、下阀座19、过滤筛20和阻尼孔螺塞21组成。

阀体15中心孔内有环形台，顶杆13在阀体15中心孔内环形台的上部，顶杆13的端部穿过环形台中心孔抵在球形阀芯18上。在阀体15中心孔环形台的下部有阀罩17、阀芯18、上阀座16、下阀座19和两个O形密封圈。上阀座16与下阀座19之间有阀罩17。阀罩17内有一个球形阀芯18。阀罩17上有横向孔C、横向孔C1和横向孔C2。球形阀芯18上下运动能打开横向孔C1同时关闭横向孔C2或打开横向孔C2同时关闭横向孔C1。在阀体15的外壁上有横向孔C，孔C连通横向孔C1和横向孔C2。在下阀座19的下部有过滤筛20和阻尼孔螺塞21，阻尼孔螺塞21固定在阀体15中心孔下端，将过滤筛20、下阀座19、阀罩17和上阀座16固定在阀体15中心孔内。

在阀体15中部有横孔V，顶杆13和铁芯7有中心孔，横孔V与顶杆13中心孔、铁芯7中心孔连通。

油压端14外圈有四道密封圈，可以防止海水进入电磁阀同时防止不同油腔导通产生内泄露。

水下电液控制阀工作过程如下：参阅图4。将该电磁阀安装在深水钻井井控装置中的SPM阀上，电磁阀油压端14插入SPM阀先导阀的阀体中。电磁阀供给油路P与SPM阀导向油路24接通，工作油路C通过SPM阀内的一条油路23与先导阀活塞腔25相连，排泄油路V通过SPM阀先导阀上的卸荷油路22连通海水。电磁线圈5不得电时，电磁阀铁芯7在压缩弹簧6弹力、自身重力和导向液压力的作用下，将提升阀阀芯18下压，提升阀阀罩17的油路C1封死，油路C2打开，供给油路P内的液压液不能进入工作油路C，而活塞腔25内的液体则可经由油路C2进入排泄油路V，最终排入海中。电磁线圈5得电时，电磁阀铁芯7在压缩弹簧6弹力、自身重力、导向液压力和电磁力的作用下，将提升阀阀芯18顶起，提升阀阀罩17的油路C2封死，油路C1打开，供给油路P内的液压液经由油路C1进入活塞腔25，最终推动活塞打开SPM阀主阀。

Claims (4)

1.一种水下电液控制阀，由电磁部分和油压端(14)组成，上半部分为电磁部分，下半部分为油压端(14)，其特征是：

电磁部分主要由电缆插头(1)、接线板(2)、外壳(3)、弹簧套(4)、电磁线圈(5)、压缩弹簧(6)、铁芯(7)、铁芯套(8)、丝堵(9)、压盖(10)、螺钉(11)、固定螺钉(12)和顶杆(13)组成，电缆插头(1)的一端在外壳(3)内，电缆插头(1)的另一端在外壳(3)外，在电缆插头(1)与外壳(3)之间有密封圈，在外壳(3)内部有弹簧套(4)和铁芯套(8)，弹簧套(4)外壁以及铁芯套(8)外壁与外壳(3)内壁之间有密封圈，弹簧套(4)和铁芯套(8)相对，在外壳(3)与弹簧套(4)和铁芯套(8)之间有一个环形空间，环形空间内有电磁线圈(5)，弹簧套(4)有斜孔，导线能通过斜孔与电磁线圈(5)连接，在弹簧套(4)下部中心孔内有压缩弹簧(6)，在铁芯套(8)中心通孔内有圆柱形的所述铁芯(7)，铁芯(7)下部有一个所述顶杆(13)，在外壳(3)的下端固定有压盖(10)，压盖(10)为两层凸台形，上层台阶面与铁芯套(8)贴合，下层台阶面与外壳(3)的台阶面有间隙，在压盖(10)的中心孔内固定有油压端(14)；

油压端(14)主要由阀体(15)、上阀座(16)、阀罩(17)、球形阀芯(18)、下阀座(19)、过滤筛(20)和阻尼孔螺塞(21)组成，阀体(15)中心孔内有环形台，顶杆(13)在阀体(15)中心孔环形台的上部，顶杆(13)的端部穿过环形台中心孔抵在球形阀芯(18)上部，在阀体(15)中心孔环形台的下部有阀罩(17)、球形阀芯(18)、上阀座(16)、下阀座(19)和两个O形密封圈，上阀座(16)与下阀座(19)之间有阀罩(17)，阀罩(17)内有一个所述的球形阀芯(18)，阀罩(17)上有横向孔C1和横向孔C2，球形阀芯(18)上下运动能打开横向孔C1同时关闭横向孔C2或打开横向孔C2同时关闭横向孔C1，在阀体(15)的外壁上有孔，孔连通横向孔C1和横向孔C2，在下阀座(19)的下部有过滤筛(20)和阻尼孔螺塞(21)，阻尼孔螺塞(21)固定在阀体(15)中心孔下端，将过滤筛(20)、下阀座(19)、阀罩(17)和上阀座(16)固定在阀体(15)中心孔内。

2.根据权利要求1所述的水下电液控制阀，其特征是：在阀体(15)中部有横孔V，顶杆(13)和铁芯(7)有中心孔，横孔V与顶杆(13)中心孔、铁芯(7)中心孔连通。

3.根据权利要求1或2所述的水下电液控制阀，其特征是：在铁芯套(8)下端有孔，孔内有丝堵(9)，丝堵(9)将孔堵死。

4.根据权利要求1或2所述的水下电液控制阀，其特征是：球形阀芯(18)通过油压端(14)阀体(15)内的顶杆(13)与铁芯(7)相抵接，铁芯(7)采用高磁感材料制成。

Images