CN102937121B - 压力设定阀和工程设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种压力设定阀和工程设备。压力设定阀包括：阀体，包括进口、出口、溢流口和控制口；阀芯，活动地设置在阀体内，进口或出口的压力油作用在阀芯的第一端以产生第一作用力；弹性元件，与阀芯连接，弹性元件向阀芯提供第二作用力；压力传递元件，与控制口连接，将压力设定阀的外部压力通过控制口传递给阀芯并产生第三作用力；第二作用力、第三作用力的方向与第一作用力的方向相反；当第一作用力的大小小于第二作用力和第三作用力的合力的大小时，进口与出口连通；当第一作用力与合力的差大于预定值时，出口与溢流口连通。本发明利用压力传递元件向控制口提供可随着外部水压的变化而变化的控制压力，能随水压的变化而动态地响应。

Description

压力设定阀和工程设备

技术领域

本发明涉及液压领域，更具体地，涉及一种压力设定阀和工程设备。

背景技术

用于水下施工的工程设备（例如钻机等）包括位于地表的主机、以及位于水或泥浆中的工作装置，其中，工作装置包括压力设定阀。

由于水压（指由水或泥浆等产生的压力）的存在，压力设定阀外压的压力大于其内部的压力，密封难度较大。目前采用的方法之一是向压力设定阀的内部注入压力油以平衡外部的水压。这样，注入的压力油的压力作用到压力设定阀，使其压力接近水压，并使其能跟随水压的变化动态响应，从而大幅降低了密封的难度，使密封的可靠性得到了保证。

请参考图1和图2，现有技术中的压力设定阀包括：阀体10、阀芯20、弹性元件30和先导溢流阀90。其中，阀体10包括进口11、出口12、溢流口13和泄漏口57。阀芯20活动地设置在阀体10内，进口11或出口12的压力油通过主油腔21作用在阀芯20的第一端以产生第一作用力。弹性元件30与阀芯20连接，弹性元件30向阀芯20提供第二作用力，第二作用力的方向与第一作用力的方向相反。

当第一作用力小于第二作用力时，阀芯20向左运动，进口11与出口12连通。当第一作用力与第二作用力的差大于预定值时，出口12与溢流口13连通。其中，弹性元件30设置在阀芯20的腔体16内，腔体16与主油腔21连通，其内的最大压力由先导溢流阀90设定。当出口12的压力足够大，足以克服先导溢流阀90的设定压力后，压力油经先导溢流阀90泄压，以保证出口12的压力在设定的范围内。

但是，由于现有技术中的压力设定阀，其阀芯控制力采用弹性元件、或弹性元件与液压先导力结合，因此，其压力需预先设定，且不能跟随水压的变化动态响应。另外，由于压力设定阀处于水下，而主机置于地表，压力设定阀的泄漏油需通过长管道接至主机。因此，深度越深，泄漏油的油柱越高，其产生的压强越大，这就会造成先导溢流阀90的溢流腔91的压力受到泄漏油压力的影响，继而对整个压力设定阀的设定值产生影响。

发明内容

本发明旨在提供一种压力设定阀和工程设备，以解决现有技术的压力需预先设定，且不能跟随水压的变化动态响应的问题。

为解决上述技术问题，根据本发明的第一个方面，提供了一种压力设定阀，包括：阀体，包括进口、出口、溢流口和控制口；阀芯，阀芯活动地设置在阀体内，进口或出口的压力油作用在阀芯的第一端以产生第一作用力；弹性元件，弹性元件与阀芯连接，弹性元件向阀芯提供第二作用力；压力传递元件，压力传递元件与控制口连接，压力传递元件将压力设定阀的外部压力通过控制口传递给阀芯并产生第三作用力；第二作用力、第三作用力的方向与第一作用力的方向相反；当第一作用力的大小小于第二作用力和第三作用力的合力的大小时，进口与出口连通；当第一作用力与合力的差大于预定值时，出口与溢流口连通。

进一步地，阀芯包括实心的主体部及位于主体部一端的收容部，收容部内设置有主油腔，收容部包括从主体部向外延伸并与阀体的内表面相互接触的环形侧壁，环形侧壁上开设有进油道和出油道，主油腔与出口连通，阀芯可相对阀体运动而使得进油道与进口连通或者使得出油道与溢流口连通。

进一步地，阀体还包括与阀芯的收容部共同围设以形成主油腔的第一盖板以及位于与第一盖板相对的另一端的第二盖板，出口开设于第一盖板上，阀芯的主体部与第二盖板之间形成控制腔，弹性元件设置在控制腔内，控制腔与控制口连通。

进一步地，收容部的外径大于主体部的外径，且环形侧壁通过倾斜的过渡部与主体部连接，过渡部上设置有阻尼孔，阀体包括向阀芯的方向突出的第一密封环，主体部的外表面与第一密封环接触，过渡部与第一密封环之间形成阻尼腔，阻尼孔将主油腔与阻尼腔连通。

进一步地，阀体还包括用于收集来自进口和控制口泄漏的压力油的泄漏腔，泄漏腔由阀芯的主体部与阀体共同围设形成，泄漏腔设置在控制腔与阻尼腔之间。

进一步地，阀体包括相互套设的第一阀套和第二阀套，第一阀套和第二阀套的轴向截面分别呈“U”形且第一阀套和第二阀套的封闭端相对地设置，阀芯套设在第二阀套内。

进一步地，阀体的轴向截面呈“U”形，阀体的开口端设置有盖板，出口开设在盖板上。

进一步地，压力传递元件是油缸或设置有压力传递膜的容器。

根据本发明的第二个方面，提供了一种工程设备，包括位于地表的主机、以及位于水或泥浆中的工作装置，工作装置包括压力设定阀，该压力设定阀是上述的压力设定阀。

进一步地，工程设备还包括与压力设定阀的控制口连接的控制油路和/或与压力设定阀的压力传递元件连接的补油油路。

本发明利用压力传递元件40向控制口提供可随着外部水压的变化而变化的控制压力，因此，其压力不需要像现有技术那样预先设定，并能随水压的变化而动态地响应。另外，本发明中的压力设定阀的出口的压力低于进口的压力，同时也低于设定的压力，因此具有减压的效果。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示意性示出了现有技术中的压力设定阀的结构示意图；

图2示意性示出了图1中的压力设定阀的液压原理图；

图3示意性示出了本发明中的第一实施例的压力设定阀的结构示意图；

图4示意性示出了本发明中的第二实施例的压力设定阀的结构示意图；以及

图5示意性示出了本发明中的压力设定阀的液压原理图。

图中附图标记：10、阀体；11、进口；12、出口；13、溢流口；14、控制口；15、第一密封环；16、腔体；20、阀芯；21、主油腔；22、进油道；23、出油道；24、过渡部；25、阻尼孔；26、阻尼腔；30、弹性元件；40、压力传递元件；50、控制腔；51、泄漏腔；52、第一阀套；53、第二阀套；54、盖板；55、盖板；56、盖板；57、泄漏口；60、压力设定阀；70、控制油路；80、补油油路；90、先导溢流阀；91、溢流腔。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

作为本发明的第一方面，提供了一种压力设定阀，特别地，该压力设定阀可用于工程设备的置于水下的工作装置）。如图3至图5所示，该压力设定阀包括：阀体10，包括进口11、出口12、溢流口13和控制口14；阀芯20，阀芯20活动地设置在阀体10内，进口11或出口12的压力油作用在阀芯20的第一端以产生第一作用力；弹性元件30，弹性元件30与阀芯20连接，弹性元件30向阀芯20提供第二作用力；压力传递元件40，压力传递元件40与控制口14连接，压力传递元件40将压力设定阀的外部压力通过控制口14传递给阀芯20并产生第三作用力；第二作用力、第三作用力的方向与第一作用力的方向相反；当第一作用力的大小小于第二作用力和第三作用力的合力的大小时，进口11与出口12连通；当第一作用力与合力的差大于预定值时，出口12与溢流口13连通。

当进口11处于全开状态时，压力油由进口11流入主油腔21作用到阀芯20的第一端，向阀芯20提供向右的第一作用力；弹性元件30始终向阀芯20提供向左的第二作用力；此外，用于采集外部的水压（可指由水、泥浆或及其它可能对上述工作装置内部产生污染的介质产生的压力）的压力传递元件40通过控制口14传递给阀芯20，例如，可以通过控制腔50直接作用在阀芯20的第二端，当然也可以以其它形式向阀芯20提供一个第三作用力，只要该第三作用力的方向与第一作用力的方向相反即可。这样，当第一作用力小于第二作用力与第三作用力的合力时，压力油直接由时进口11流入，并由出口12流出，此时，进口11处于打开的状态。当第一作用力大于上述合力时，随着第一作用力的逐渐增大，阀芯20逐渐向右运动，并使进口11逐渐关闭。此时，出口12的压力油向阀芯20提供第一作用力，当第一作用力足够大时，阀芯20运动到将溢流口13打开的状态，此时，出口12的压力油经过溢流口13溢流。

在此过程中，来自控制口的压力可随着外部水压的变化而变化（例如，可以随着压力设定阀在水或泥浆中的深度的变化而变化），因此，其压力不需要像现有技术那样预先设定，并能随水压的变化而动态地响应。另外，本发明中的压力设定阀的出口12的压力低于进口11的压力，同时也低于设定的压力，因此具有减压的效果。

优选地，弹性元件30是弹簧。优选地，弹性元件30可采用弹簧力较小的弹簧，进一步地，弹性元件30的弹簧力越小，则设定的压力与水压越接近，从而实现了压力的设定与水压动态平衡。

优选地，阀芯20包括阀芯20包括实心的主体部及位于主体部一端的收容部，收容部内设置有主油腔21，收容部包括从主体部向外延伸并与阀体10的内表面相互接触的环形侧壁，环形侧壁上开设有进油道22和出油道23，主油腔21与出口12连通，阀芯20可相对阀体10运动而使得进油道22与进口11连通或者使得出油道23与溢流口13连通。这样，当阀芯20向右运动时，进油道22也逐渐向右运动，从而使进口11逐渐关闭。反之，当阀芯20由右方逐渐向左运动时，进油道22也逐渐向左运动，在此过程中，进口11逐渐打开。同样地，在阀芯20向右运动的过程中，出油道23也逐渐向右运动，从而使溢流口13逐渐打开，反之，则将溢流口13逐渐关闭。

优选地，阀体10还包括与阀芯20的收容部共同围设以形成主油腔21的第一盖板54以及位于与第一盖板54相对的另一端的第二盖板55，出口12开设于第一盖板54上，阀芯20的主体部与第二盖板55之间形成控制腔50，弹性元件30设置在控制腔50内，控制腔50与控制口14连通。这样，来自控制口14的压力油进入控制腔50，并作用到阀芯20的右端。

优选地，收容部的外径大于主体部的外径，且环形侧壁通过倾斜的过渡部24与主体部连接，过渡部24上设置有阻尼孔25，阀体10包括向阀芯20的方向突出的第一密封环15，主体部的外表面与第一密封环15接触，过渡部24与第一密封环15之间形成阻尼腔26，阻尼孔25将主油腔21与阻尼腔26连通。这样，在阀芯20的向右运动时，阻尼腔26内的油液经过阻尼孔25进入主油腔21，以阻碍阀芯20的运动，从而可抑制阀芯20在调节过程中可能发生的抖动问题，提高了由出口12输出的压力的稳定性。反之，当阀芯20向左运动时，主油腔21内的油液经过阻尼孔25进入阻尼腔26内，此时，阻尼腔26也阻碍阀芯20运动，从而可抵制阀芯20在调节过程中可能发生的抖动问题，提高了由出口12输出的压力的稳定性。

优选地，阀体10还包括用于收集来自进口11和控制口14泄漏的压力油的泄漏腔51，泄漏腔51由阀芯20的主体部与阀体10共同围设形成，泄漏腔51设置在控制腔50与阻尼腔26之间。由于泄漏腔51设置在控制腔50和阻尼腔26之间，因此，当进口11或阻尼腔26内的油液、或控制腔50内的油液发生了泄漏后，泄漏的油液进入泄漏腔51内，并通过泄漏口57流出。通过泄漏腔51可实现进口11或泄漏腔51与控制腔50之间的隔离，以防止串油的问题。

优选地，阀芯20的第二部具有相同的直径，且泄漏腔51设置在阀芯20的第二部所对应的位置处。由于第二部的直径不发生变化，因此，泄漏腔51内的油液不会向阀芯20施加轴阀芯20的轴向的作用力。当然，阀芯20也可以采用其它的结构，只要保证泄漏腔51内的油液在阀芯20的轴向产生的合力为零即可。这样，由于泄漏腔51内的压力油不会使阀芯20在其轴向产生附加的作用力，因此，不会因为工作深度的加大造成泄露油油柱高度的增加而导对本发明中的压力设定阀的设定压力产生影响。

优选地，请参考图3所示的实施例，阀体10包括相互套设的第一阀套52和第二阀套53，第一阀套52和第二阀套53的轴向截面分别呈“U”形且第一阀套52和第二阀套53的封闭端相对地设置，阀芯20套设在第二阀套53内，第一阀套52的靠近阀芯20的进口11的一端设置有盖板54，出口12设置在盖板54上，第二阀套53的远离进口11的一端设置有盖板55。这样，阀芯20设置在第一阀套52与第二阀套53相互扣合后所形成的腔体内。

优选地，请参考图4所示的实施例，阀体10的轴向截面呈“U”形，阀体10的开口端设置有盖板56，出口12开设在盖板56上。盖板56通过螺钉与阀体10的该另一端连接。这种结构形式的阀体10具有结构简单、加工方便的特点。

优选地，压力传递元件40是油缸或设置有压力传递膜的容器。当然，压力传递元件40也可以采用其它方式，只要能够采集并传递外部的水压即可。优选地，压力传递元件40实现的是等压传递（当然，也可是减压或增压等），即将水压的大小等值地传递给控制腔50。

作为本发明的第二方面，提供了一种工程设备，包括位于地表的主机、以及位于水或泥浆中的工作装置，工作装置包括压力设定阀60，该压力设定阀60是上述的压力设定阀。优选地，该工程设备是钻机或地下连续墙设备。

优选地，请参考图5，工程设备还包括与压力设定阀60的控制口14连接的控制油路70和/或与压力设定阀60的压力传递元件40连接的补油油路80。通过控制油路70可以从地面上由操作人员手动控制或自动控制控制腔50的压力，从而控制出口12的输出压力。另外，当压力传递元件40的油液发生泄漏后，还可以通过补油油路80向压力传递元件40补油，以使其正常工作，提高了系统的可维护性。优选地，在控制油路70和/或补油油路80上设置有控制阀。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种压力设定阀，其特征在于，包括： 

阀体(10)，包括进口(11)、出口(12)、溢流口(13)和控制口(14)； 

阀芯(20)，所述阀芯(20)活动地设置在所述阀体(10)内，所述进口(11)或所述出口(12)的压力油作用在所述阀芯(20)的第一端以产生第一作用力； 

弹性元件(30)，所述弹性元件(30)与所述阀芯(20)连接，所述弹性元件(30)向所述阀芯(20)提供第二作用力； 

压力传递元件(40)，所述压力传递元件(40)与所述控制口(14)连接，所述压力传递元件(40)将所述压力设定阀的外部压力通过所述控制口(14)传递给所述阀芯(20)并产生第三作用力； 

所述第二作用力、所述第三作用力的方向与所述第一作用力的方向相反；当所述第一作用力的大小小于所述第二作用力和第三作用力的合力的大小时，所述进口(11)与所述出口(12)连通；当所述第一作用力与所述合力的差大于预定值时，所述出口(12)与所述溢流口(13)连通； 

其中，所述阀芯(20)包括实心的主体部及位于所述主体部一端的收容部，所述收容部内设置有主油腔(21)，所述收容部包括从所述主体部向外延伸并与所述阀体(10)的内表面相互接触的环形侧壁，所述环形侧壁上开设有进油道(22)和出油道(23)，所述主油腔(21)与所述出口(12)连通，所述阀芯(20)可相对所述阀体(10)运动而使得所述进油道(22)与所述进口(11)连通或者使得所述出油道(23)与所述溢流口(13)连通。 

2.根据权利要求1所述的压力设定阀，其特征在于，所述阀体(10)还包括与所述阀芯(20)的所述收容部共同围设以形成所述主油腔(21)的第一盖板(54)以及位于与所述第一盖板(54)相对的另一端的第二盖板(55)，所述出口(12)开设于所述第一盖板(54)上，所述阀芯(20)的主体部与所述第二盖板(55)之间形成控制腔(50)，所述弹性元件(30)设置在所述控制腔(50)内，所述控制腔(50)与所述控制口(14)连通。 

3.根据权利要求2所述的压力设定阀，其特征在于，所述收容部的外径大于所述主体部的外径，且所述环形侧壁通过倾斜的过渡部(24)与所述主体部连接，所述过渡部(24)上设置有阻尼孔(25)，所述阀体(10)包括向所述阀芯(20)的方向突出的第一密封环(15)，所述主体部的外表面与所述第一密封环(15)接触，所述过渡部(24)与所述第一密封环(15)之间形成阻尼腔(26)，所述阻尼孔(25)将所述主油腔(21)与所述阻尼腔(26)连通。 

4.根据权利要求3所述的压力设定阀，其特征在于，所述阀体(10)还包括用于收集来自所述进口(11)和所述控制口(14)泄漏的压力油的泄漏腔(51)，所述泄漏腔(51)由所述阀芯(20)的主体部与所述阀体(10)共同围设形成，所述泄漏腔(51)设置在所述控制腔(50)与所述阻尼腔(26)之间。 

5.根据权利要求1至4中任一项所述的压力设定阀，其特征在于，所述阀体(10)包括相互套设的第一阀套(52)和第二阀套(53)，所述第一阀套(52)和所述第二阀套(53)的轴向截面分别呈“U”形且所述第一阀套(52)和所述第二阀套(53)的封闭端相对地设置，所述阀芯(20)套设在所述第二阀套(53)内。 

6.根据权利要求1所述的压力设定阀，其特征在于，所述阀体(10)的轴向截面呈“U”形，所述阀体(10)的开口端设置有盖板(56)，所述出口(12)开设在所述盖板(56)上。 

7.根据权利要求1至4中任一项所述的压力设定阀，其特征在于，所述压力传递元件(40)是油缸或设置有压力传递膜的容器。 

8.一种工程设备，包括位于地表的主机、以及位于水或泥浆中的工作装置，所述工作装置包括压力设定阀(60)，其特征在于，所述压力设定阀(60)是权利要求1至7中任一项所述的压力设定阀。 

9.根据权利要求8所述的工程设备，其特征在于，所述工程设备还包括与所述压力设定阀(60)的控制口(14)连接的控制油路(70)和/或与所述压力设定阀(60)的压力传递元件(40)连接的补油油路(80)。