CN101324180A - 一种水下液压换向阀 - Google Patents

Abstract

一种水下液压换向阀，主要用于石油深水钻井井控装置。包括液压先导阀和液控主阀两部分：先导阀阀体固定在主阀座上部。在先导阀阀体的上部固定有电磁控制模块。先导阀阀体上有三条油路，它们的通断由固定在三条油路交汇处的电磁控制模块控制。先导阀阀体内有活塞。活塞连接有活塞杆，活塞杆另一端固定有圆柱状阀芯。主阀座上有导向油口、供给油口、排泄油口和功能油口。在主阀座内固定有阀罩。阀芯位于阀罩腔内。效果是：导向油口、供给油口、以及功能油口均在主阀座一侧，便于各油路集成设计，模块化安装；该阀大部分材料由耐海水不锈钢制成，耐腐蚀性好，工作可靠，寿命长，适用于深水井控装置。

Description

一种水下液压换向阀

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井控装置用阀，概括说是一种控制水下液压控制系统主功能回路通断的液控阀。

背景技术

由于世界石油资源紧缺，特别是陆上石油资源越来越少，各国将眼光纷纷投向海洋。但是由于国内海洋钻采装备制造业发展缓慢，随着工作水深的日益增加，国内各企业现有的设备越来越满足不了海上开发的需要了。而且海洋钻采的各种设备大多依赖进口，成本高，同时受到技术上的诸多限制。

目前，国内市场上的各种阀件主要用于陆地，而能够应用于水下的，特别是能用用于大洋深处恶劣环境的石油钻采井控装置上使用的阀件基本处于空白。

发明内容

本发明的目的是：提供一种水下液压换向阀，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，为深水钻井井控装置提供一种液控阀件。

本发明采用的技术方案是：一种水下液压换向阀，包括液压先导阀和液控主阀两部分：液压先导阀主要由先导阀阀体、丝堵、电磁控制模块、活塞、活塞杆、弹簧支撑板、压缩弹簧、主阀座、压板、上密封板、阀芯、阀罩和下密封板组成。

先导阀阀体通过螺纹固定在主阀座上部。在先导阀阀1的上部有固定电磁控制模块的安装腔。安装腔内固定有电磁控制模块。固定电磁控制模块的安装腔连通有三条油路：一条油路是连通主阀体上的导向油口的供给油路，一条油路连通先导阀阀体内的活塞腔上部，第三条油路连通向先导阀阀体外。这三条油路的通断由固定在三条油路交汇处的电磁控制模块控制。先导阀阀体下部外壁上有一个圆周槽，圆周槽的横截面可以是V型，也可以是矩形或圆弧形。圆周槽内有一个横向小孔，横向小孔连通先导阀阀体内的供给油路。在圆周槽上下两侧分别有密封圈，密封圈在先导阀阀体与主阀座之间，防止导向油口中的液压油泄露出阀体外。圆周槽与主阀座上的导向油口相对。

先导阀阀体有圆柱形活塞腔，活塞腔下部有圆柱形弹簧腔。活塞腔内有活塞。活塞圆柱面上有密封圈，能防止活塞腔内的液压油进入弹簧腔。活塞下端螺纹连接有活塞杆，活塞杆另一端固定有圆柱状阀芯。在活塞与阀芯之间从上至下依次套装在活塞杆上有弹簧支撑板、压缩弹簧、压板以及上密封板。上密封板与活塞杆之间装有密封圈，上密封板与主阀座之间有密封圈，密封圈的作用是防止主油路中的液压油泄漏进入弹簧腔。

主阀座为圆柱形，主阀座上有导向油口、供给油口、排泄油口和功能油口。在主阀座内固定有一个阀罩。阀芯位于阀罩腔内。在主阀座内腔底部并在阀罩的下部有环形的下密封板。

所述的阀罩的上下均匀分布有两周圆孔，阀罩的外壁和内壁上中间分别有一道凸起的台阶，每个台阶上均有密封圈，分别与主阀座内腔壁和阀芯接触，并将阀罩上下的两周圆孔隔离开。阀罩的上圈孔与主阀座供给油口连通；阀罩的下圈孔与主阀座排泄油口连通。阀罩内腔通过下密封板的中心孔与主阀座的功能油口连通。

先导阀阀体与主阀座螺纹旋紧后，先导阀阀体压紧压板，压板推动上密封板、阀罩和下密封板与主阀座的腔底压紧并密封。

为了限定活塞与弹簧支撑板之间距离，在活塞杆的外壁上有一个环形台阶。

所述的活塞杆另一端固定圆柱状阀芯，固定方式是通过螺母固定的，即活塞杆端部有梯形外螺纹，通过梯形螺母将圆柱状阀芯固定，不仅可以调定弹簧的预紧力，采用梯形螺纹能自锁。

为了使液控主阀内阀芯与阀罩之间密封，在阀芯与阀罩之间有一道密封圈。

为了保障阀罩与主阀座之间的滑动密封，在阀罩与主阀座内腔壁之间有一道密封圈。

所述的下密封板与主阀座内腔壁之间有密封圈。

本发明的有益效果：本发明水下液压换向阀结构紧凑，导向油口、供给油口、以及功能油口均在主阀座一侧，便于各油路集成设计，模块化安装；该阀核心部分是一个座阀，采用金属与非金属平面密封技术，耐磨性好，寿命长，密封可靠，可利用高压小流量先导阀控制高压大流量流体；该阀大部分材料由耐海水不锈钢制成，耐腐蚀性好，工作可靠，寿命长，适用于深水井控装置。而且通过更改主阀座各个油口口径及阀芯外形尺寸可以产生各种口径、各种状态的液控阀，便于产品系列化，满足各种场合要求。

附图说明

图1是本发明水下液压换向阀结构剖面示意图。为本发明总体结构示意图。

图2是主阀座8示意图，

图3是水下液压换向阀内部机芯结构示意图，即控制活塞4到座阀阀芯11的连接关系示意图。

图中，1.先导阀阀体，2.丝堵，3.电磁控制模块，4.活塞，5.活塞杆，6.弹簧支撑板，7.压缩弹簧，8.主阀座，9.压板，10.上密封板，11.阀芯，12.阀罩，13.螺母，14.下密封板，15.导向油口，16.供给油口，17.排泄油口，18.功能油口，19.圆周槽。

具体实施方式

实施例1：参阅图1。水下液压换向阀分为两部分，即液压先导阀和液控主阀。先导阀阀体1由高强度耐海水不锈钢制成。液压先导阀是两位三通阀；液控主阀是座阀。该液控阀由先导阀阀体1、丝堵2、电磁控制模块3、活塞4、活塞杆5、弹簧支撑板6、压缩弹簧7、主阀座8、压板9、上密封板10、阀芯11、阀罩12、固定螺母13和下密封板14组成。

先导阀阀体1上有三个腔室，依次是电磁控制模块安装腔、活塞腔以及弹簧腔。三腔同轴，位于先导阀阀体1的中心线上。电磁控制模块安装腔通过一条油道与活塞腔连通在一起，活塞腔与弹簧腔则直接连通，一起镗钻加工完成。

先导阀阀体1通过螺纹固定在主阀座8上部。螺纹旋合时先涂螺纹胶，能起到密封并防松的作用。在先导阀阀体1的上部有固定电磁控制模块3的安装腔。安装腔固定有电磁控制模块3。固定电磁控制模块3的安装腔连通有三条油路：一条油路是连通主阀体8上的导向油口15的供给油路，一条油路连通先导阀阀体1内的活塞腔上部，第三条油路连通向先导阀阀体1外。这三条油路的通断由固定在三条油路交汇处的电磁控制模块3控制。先导阀阀体1下部外壁上有一个圆周槽19，圆周槽的横截面是V型。圆周槽19内有一个横向小孔，横向小孔连通先导阀阀体1内的供给油路。在圆周槽19上下两侧分别有一个圆周凹槽，每个圆周凹槽内有一道耐油密封圈，密封圈在先导阀阀体1与主阀座8之间，防止导向油口15中的液压油泄露出阀体外。圆周槽19与主阀座8上的导向油口15相对。

先导阀阀体1有圆柱形活塞腔，活塞腔下部有圆柱形弹簧腔。活塞腔内有活塞4。活塞4圆柱面上有两道密封圈，能防止活塞腔内的液压油进入弹簧腔。参阅图3。活塞4下端螺纹连接有活塞杆5，活塞杆5下端采用梯形螺纹和螺母固定有一个圆柱状阀芯11。在活塞4与阀芯11之间从上至下依次套装有弹簧支撑板6、压缩弹簧7、压板9以及上密封板10，四者套装在活塞杆5上。上密封板10与活塞杆5之间装有密封圈，上密封板10与主阀座8之间有密封圈，密封圈的作用是防止主油路中的液压油泄漏进入弹簧腔。

参阅图2。主阀座8为圆柱形，主阀座8上有导向油口15、供给油口16、排泄油口17和功能油口18。参阅图1。在主阀座8内固定有一个阀罩12。阀芯11位于阀罩12腔内。阀芯11与阀罩12之间有一道密封圈。在阀罩12与主阀座8内腔壁之间有一道密封圈。在主阀座8内腔底部并在阀罩12的下部有环形的下密封板14。

阀罩12的上下均匀分布有两周圆孔，圆孔的数量各位四个。阀罩12的外壁和内壁上中间分别有一道凸起的台阶，每个台阶上均有密封圈，分别与主阀座8内腔壁和阀芯11接触，并将阀罩12上下的两周圆孔隔离开。阀罩12的上圈孔与主阀座8供给油口16连通；阀罩12的下圈孔与主阀座8排泄油口17连通。阀罩12内腔通过下密封板14的中心孔与主阀座8的功能油口18连通。阀罩12与阀芯11采用高镍不锈钢材料制成。

先导阀阀体1与主阀座8螺纹旋紧后，先导阀阀体1压紧压板9，压板9推动上密封板10、阀罩12和下密封板14与主阀座8的腔底压紧并密封。上密封板10和下密封板14采用聚四氟乙烯材料制成。

上密封板10和阀芯11在弹簧力作用下紧密贴合，上密封板10采用聚四氟乙烯材料，阀芯11采用高镍不锈钢材料，两种材料一软一硬，且两者均是平面接触，接触面积大，所以在做开启关闭动作时，磨损小，寿命长，密封可靠。

主阀座8上的导向油口15、供给油口16和功能油口18均布置在一侧，便于各油路集成设计，模块化安装。排泄油口17位于主阀座8另一侧。这样布局既可以直接将液压液排出阀体外，还可以在几个并排分布的液控阀排泄油口侧装上集流管汇，将排出的液压液集中收集，统一处理。

该水下液压换向阀的工作过程如下：参阅图1。将水下液压换向阀安装在深水钻井井控装置阀堆上并将其导向油口15、供给油口16和功能油口18与阀堆上的油路集成块接通，再将电磁控制模块3安装在液压先导阀阀体1上。电磁控制模块3断电时，活塞腔通向海水。阀芯11在弹簧7的作用下紧贴上密封板10，供给油口16被断开，功能油口18与排泄油口17连通，通向海水，液控阀闭合；当电磁控制模块3通电时，导向油口15中的液压油进入活塞腔，液压力克服弹簧7的预压紧力、摩擦副的摩擦阻力及海水压力，将活塞4与阀芯11压下，阀芯11紧贴下密封板14，供给油口16与功能油口18连通，排泄油口17被阻断。高压油液进入执行元件，最终完成各种动作。

Claims (7)

1、一种水下液压换向阀，包括液压先导阀和液控主阀两部分：其特征是：液压先导阀主要由先导阀阀体(1)、丝堵(2)、电磁控制模块(3)、活塞(4)、活塞杆(5)、弹簧支撑板(6)、压缩弹簧(7)、主阀座(8)、压板(9)、上密封板(10)、阀芯(11)、阀罩(12)、固定螺母(13)和下密封板(14)组成，

先导阀阀体(1)通过螺纹固定在主阀座(8)上部，在先导阀阀体(1)的上部有固定电磁控制模块(3)的安装腔，安装腔固定有电磁控制模块(3)，固定电磁控制模块(3)的安装腔连通有三条油路：一条油路是连通主阀体(8)上的导向油口(15)的供给油路，一条油路连通先导阀阀体(1)内的活塞腔上部，第三条油路连通向先导阀阀体(1)外，这三条油路的通断由固定在三条油路交汇处的电磁控制模块(3)控制，先导阀阀体(1)下部外壁上有一个圆周槽(19)，圆周槽(19)内有一个横向小孔，横向小孔连通先导阀阀体(1)内的供给油路，在圆周槽(19)上下两侧分别有密封圈，密封圈在先导阀阀体(1)与主阀座(8)之间，圆周槽(19)与主阀座(8)上的导向油口(15)相对；

先导阀阀体(1)有圆柱形活塞腔，活塞腔下部有圆柱形弹簧腔，活塞腔内有活塞(4)，活塞(4)圆柱面上有密封圈，能防止活塞腔内的液压油进入弹簧腔，活塞(4)下端螺纹连接有活塞杆(5)，活塞杆(5)另一端固定有圆柱状阀芯(11)，在活塞(4)与阀芯(11)之间从上至下依次套装有弹簧支撑板(6)、压缩弹簧(7)、压板(9)以及上密封板(10)，上密封板(10)与活塞杆(5)之间装有密封圈，上密封板(10)与主阀座(8)之间有密封圈；

主阀座(8)为圆柱形，主阀座(8)上有导向油口(15)、供给油口(16)、排泄油口(17)和功能油口(18)，在主阀座(8)内固定有一个阀罩(12)，阀芯(11)位于阀罩(12)腔内，在主阀座(8)内腔底部并在阀罩(12)的下部有环形的下密封板(14)；

所述的阀罩(12)的上下均匀分布有两周圆孔，阀罩(12)的外壁和内壁上中间分别有一道凸起的台阶，每个台阶上均有密封圈，分别与主阀座(8)内腔壁和阀芯(11)接触，并将阀罩(12)上下的两周圆孔隔离开，阀罩(12)的上圈孔与主阀座(8)供给油口(16)连通；阀罩(12)的下圈孔与主阀座(8)排泄油口(17)连通，阀罩(12)内腔通过下密封板(14)的中心孔与主阀座(8)的功能油口(18)连通；

先导阀阀体(1)与主阀座(8)螺纹旋紧后，先导阀阀体(1)压紧压板(9)，压板(9)推动上密封板(10)、阀罩(12)和下密封板(14)与主阀座8的腔底压紧并密封。

2、根据权利要求1所述的水下液压换向阀，其特征是：在活塞杆(5)的外壁上有一个环形台阶。

3、根据权利要求1所述的水下液压换向阀，其特征是：所述的活塞杆(5)另一端固定圆柱状阀芯(11)，固定方式是通过螺母(13)固定的，即活塞杆(5)端的外螺纹是梯形螺纹。

4、根据权利要求1或2或3所述的水下液压换向阀，其特征是：在阀芯(11)与阀罩(12)之间有一道密封圈。

5、根据权利要求1或2或3所述的水下液压换向阀，其特征是：在阀罩(12)与主阀座(8)内腔壁之间有一道密封圈。

6、根据权利要求1或2或3所述的水下液压换向阀，其特征是：所述的下密封板(14)与主阀座(8)内腔壁之间有密封圈。

7、根据权利要求1或2或3所述的水下液压换向阀，其特征是：上密封板(10)采用聚四氟乙烯材料，阀芯(11)采用高镍不锈钢材料制成。

Images