CN103104216B - 一种气压自平衡单流阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含气井井液捞取机排液用气压自平衡单流阀，结构为：阀板上有多个阀销，阀销上端安装有密封环并置于阀槽内，阀板运动时，阀销可以随之在阀槽内上下运动，阀板被密封压簧紧压在阀座之上，阀座上有通孔，阀座上通孔的总面积与阀销孔的总面积相等。不排液时，阀板受力等于密封压簧施加的压力。排液时，当阀板所受向上的推力超过其所受到的向下压力，单流阀打开，井液通过单流阀由井下排出到地面。本发明结构简单，可以实现气体密封，避免了排液时因密封压簧压力过大而导致排液钢丝绳所受拉力过大的问题，特别适合油井、煤井、煤层气井等井下作业，保障安全。

Description

一种气压自平衡单流阀

技术领域

本发明涉及地下井液捞取机排液用的一种液体单流阀，特别适用于油井抽捞油、煤井抽排水、煤层气井排水采气等场合，用来控制液流的单向流动并起到对井下气体的密封作用。

背景技术

目前在油井、煤井、煤层气井等含气井井液的采排过程中，都需要既能单向导流又可防止气体泄漏的阀门。常用单流阀的密封弹簧刚度较小，仅需较小的液体压力即可推开密封弹簧，使单流阀打开，实现液体单向流动。在含气井抽捞液体过程中，由于井下气体压力的作用，单流阀极易被气体顶开导致气体泄漏，造成危害。为有效地防止井下气体的泄漏，尤其是保证在井下出现大量高压气体时的安全，需要较大幅度增加密封弹簧的刚度，保证足够的安全裕度，但这又导致需要更大的液体压力才能打开单流阀，增大了排液难度，同时影响系统使用寿命。

发明内容

本发明目的在于提供一种气压自平衡单流阀，主要应用于地下油井、煤井、煤层气井等含气井井液捞取系统中，能实现单向导流，同时实现井下气体的有效密封，提高系统使用寿命，并在抽捞液体过程中保持捞桶的稳定平衡，实现安全生产。

本发明提供的气压自平衡单流阀，其特征在于，它包括挡簧柱、阀槽、阀销、阀板、过液管、密封环、导液孔、密封片和密封压簧，圆挡环，以及同轴设置的上过绳管、出液管、阀体、阀座、活塞头和下过绳管；

活塞头的上部为圆筒状，底部开有通孔作为过液管，底部中心位置设有下过绳管；活塞头的圆筒状部分的下部外围套有密封环；活塞头的圆筒状部分的上部与阀座的底部密封连接，阀座为顶部封闭的圆筒，阀座顶部中心开有通孔，该通孔周围开有导液孔；

阀体为圆筒状，上部的筒壁上开有一圈通孔作为阀槽，阀槽内腔的横截面积总和与导液孔内腔的横截面积总和相等，阀体的下部与阀座的上部密封连接；阀销穿过阀槽活动安装在阀体内，使阀销能够上下移动且不能脱出阀体；阀体上部内壁的底部设有一圈挡环；

阀销的底部和导液孔的顶端之间放置有阀板，阀板与导液孔的顶端之间设置有起密封作用的密封片；

出液管的一端固定安装在阀体的中空部分，出液管的底部与挡环固定连接；出液管与阀体之间的空隙即为阀体内部空腔；

上过绳管穿过出液管，密封压簧套在上过绳管外，上过绳管外壁上设有挡簧柱，且位于密封压簧的上方，使密封压簧压在阀板上。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.该单流阀采用机械自动工作方式，借助液体压力以及气体压力的作用，应用范围广泛、不需要额外动力。

2.该单流阀采用阀槽和阀销配合的活塞式结构，使阀的开启和关闭更加平稳，并辅之以密封片，使其具体良好的密封性。

3.该单流阀阀板和导流孔之间采用密封片密封，开启方便，在保证密封的前提下提高了阀的响应速度。

4.该单流阀通过阀板上下的压力差作用在阀体上，开启、关闭阀口，独特的自平衡设计保证了含气环境下的单流阀单向导通及气体密封作用，特别适用于井下气体压力高的场合，使阀体具有更好的工作性能，提高系统使用寿命。

附图说明

图1是本发明所述的气压自平衡单流阀的机械结构示意图。

图2是本发明所述的气压自平衡单流阀的正视图。

图3是阀座的结构示意图。

图4是阀体的结构示意图。

图5是当阀板被顶开时液体的流动过程。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1、2所示，本发明实例提供的气压自平衡单流阀包括挡簧柱3、阀槽4、阀销5、阀板7、活塞头过液管10、密封环11、导液孔13、密封片14和密封压簧15，圆挡环16，以及同轴设置的上过绳管1、出液管2、阀体6、阀座12、活塞头8和下过绳管9。

活塞头8的上部为圆筒状，底部为锥体状，底部开有蜂窝状圆孔作为过液管10，供液体进入，底部的中心位置设有下过绳管9。

活塞头8的圆筒状部分的下部外围套有密封环11。活塞头8的圆筒状部分的上部与阀座12的底部密封连接。如图3所示，阀座12为顶部封闭的圆筒，阀座12顶部中心开有用于上过绳管通过的通孔，通孔周围开有呈环状的一圈圆孔作为导液孔13，供液体进入。

如图4所示，阀体6为圆筒状，其上部的内径小于下部的内径，上部的筒壁上开有一圈通孔作为阀槽4，阀槽4内腔的横截面积总和与导液孔13内腔的横截面积总和相等，阀体6的下部与阀座12的上部密封连接。阀销5穿过阀槽4活动安装在阀体6内，使阀销5可以上下移动，并且可以通过在阀销5下部设置的卡销或其它的凸起使阀销不能脱出阀体6。阀体6上部内壁的底部设有一圈挡环16。

阀销的底部5和导液孔13的顶端之间放置有阀板7，阀板7与导液孔13的顶端之间设置有起密封作用的密封片14。

出液管2的一端固定安装在阀体6的中空部分，出液管2的底部与挡环16固定连接。出液管2与阀体6之间的空隙即为阀体6内部空腔。

上过绳管1穿过出液管2，密封压簧15套在上过绳管1外，上过绳管1外壁上设有挡簧柱3，且位于密封压簧15的上方，使密封压簧15压在阀板7上。

绳子穿过上过绳管1和下过绳管9。

上述气压自平衡单流阀的工作过程：

活塞头8浸没入井下液体后，在压力作用下，液体通过活塞头8上的过液管10进入活塞头8上部空腔，到达导液孔13处，在阀体6内外压力差作用下，顶开压在阀板7上的密封压簧15，使阀板7打开，如图5所示，液体穿过呈环状排列的阀销5之间的空隙，进入到出液管2内部，并逐渐增多，使出液管2内液位逐渐上升，达到一定高度后，钢丝绳拉动活塞头8上升，在出液管2内液体重力以及密封压簧15的共同作用下，管内液体挤压阀板7，使阀板7落下，顶在导液孔13上，密封片14完成对导液孔13的密封。单流阀整体离开井下液体，在捞液桶内壁逐渐上升，此过程中，单流阀下方受到来自外部空间的气体压力作用，通过导液孔13作用在阀板7的下方，单流阀上方受到同样外部空间的气体压力作用，通过阀槽4作用在阀销5顶端，阀销5与阀板7组成刚体，传递了两个作用力，存在于单流阀外围上下空间的气体压强大小相等，阀体6上端压力作用面积与下端压力作用面积相等，两作用力方向相反，大小相等，共同作用在阀板7上，相互抵消。阀板7在液体自重和密封压簧15的作用下，保持闭合，起到密封作用，气体不会泄漏到出液管2内部，杜绝了安全隐患，使设备可以稳定运行。

所述活塞头8、阀体7、阀槽4和阀销5的形状设计和布置可以用其他的方式实现，只要能实现上述功能即可。所述导液孔13和阀槽4的数量及分布均可以改变，只要符合导液孔13内腔截面积总和与阀槽4内腔截面积总和相等，有少量误差亦可。本实例中，密封片可以采用橡胶材料，其它部件采用金属做成，但只要能满足功能要求的其他材料均可以用于本发明。

总之，本发明所描述的带有压力自平衡装置的单流阀结构简单，相对无气压自平衡的单流阀，不排液时密封压簧仅需提供很小的压力就可以实现气体密封，避免了排液时因密封压簧压力过大而导致排液钢丝绳所受拉力过大的问题，特别适合含气煤矿、油田等井下作业，保障安全。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (2)

1.一种气压自平衡单流阀，其特征在于，它包括挡簧柱（3）、阀槽（4）、阀销（5）、阀板（7）、过液管（10）、密封环（11）、导液孔（13）、密封片（14）和密封压簧（15），圆挡环（16），以及同轴设置的上过绳管（1）、出液管（2）、阀体（6）、阀座（12）、活塞头（8）和下过绳管（9）；

活塞头（8）的上部为圆筒状，底部开有通孔作为过液管（10），底部中心位置设有下过绳管（9）；活塞头（8）的圆筒状部分的下部外围套有密封环（11）；活塞头（8）的圆筒状部分的上部与阀座（12）的底部密封连接，阀座（12）为圆筒，阀座（12）顶部中心开有通孔，该通孔周围开有导液孔（13），阀座（12）顶部其余位置密封；

阀体（6）为圆筒状，上部的筒壁上开有一圈通孔作为阀槽（4），阀槽（4）内腔的横截面积总和与导液孔（13）内腔的横截面积总和相等，阀体（6）的下部与阀座（12）的上部密封连接；阀销（5）穿过阀槽（4）活动安装在阀体（6）内，使阀销能够上下移动且不能脱出阀体（6）；阀体（6）上部内壁的底部设有一圈挡环（16）；

阀销的底部（5）和导液孔（13）的顶端之间放置有阀板（7），阀板（7）与导液孔（13）的顶端之间设置有起密封作用的密封片（14）；

出液管（2）的一端固定安装在阀体（6）的中空部分，出液管（2）的底部与挡环（16）固定连接；出液管（2）与阀体（6）之间的空隙即为阀体（6）内部空腔；

上过绳管（1）穿过出液管（2），密封压簧（15）套在上过绳管（1）外，上过绳管（1）外壁上设有挡簧柱（3），且位于密封压簧（15）的上方，使密封压簧（15）压在阀板（7）上。

2.根据权利要求1所述的气压自平衡单流阀，其特征在于，活塞头（8）底部为锥体状，过液管（10）呈蜂窝状布置。

Images