CN103307293B - 液控换向阀 - Google Patents

Abstract

本发明是一种液控换向阀，包括阀体和阀芯；阀体内有：控制液通路、至少两组工作液通路；阀芯位于阀体的轴孔内，阀芯头部装有阀堵，阀堵和控制液通路形成施压液腔；弹性驱动机构，连接在阀堵和阀盘之间；有中心孔的阀盘，在中心孔周边设有换向导通孔，阀盘套设在工作液通路和控制液通路间的阀芯上；储能复位机构，注入控制液时储能，泄压控制液时释能从而推动阀芯上行；及换向机构，多次注入控制液，使控制液通路和不同的工作液通路连通，控制液泄压时阀芯上行复位。本发明在应用尤其是应用在液力加压式取心钻具中时控制液作为工作液输出，无需单独的控制液，节省能源；控制液通路和工作液通路之间无需绝对密封，工艺要求低；控制液通路无需回油通路，结构简单。

Description

液控换向阀

技术领域

本发明涉及一种换向阀，尤其是一种液控换向阀。

背景技术

现有的液压换向阀是利用控制液压力推动阀芯来改变流体流动方向的方向控制阀。常规的结构是包括阀体和阀芯，阀体上设有轴孔，控制液通路和工作液通路，控制液通路和工作液通路是两个独立的通路，控制液通路包括控制液入口、控制液通路和一个储液腔，阀芯位于阀体的轴孔内，阀芯头部伸出在储液腔内，和储液腔形成密封液腔。工作液通路包括阀体上径向设置的多个工作液入口和工作液出口，多个工作液入口和工作液出口均与阀体的轴孔连通，注入控制液时，推动阀芯产生轴向移动，阀芯上设有多个堵头，随着阀芯的移动堵头就会封堵相应的工作液进出口，从而实现不同通路的连通。阀芯两端设有弹性件，靠弹性件的合力来保证阀芯的缓慢运动以保证阀芯所处位置的精确。

但在一些领域，控制液通路和工作液通路分开的这种多回路结构使装置结构变得复杂，不便于使用。如在石油、地质取心钻探工程中的压卡式取心，既要进行正常钻进循环，又要给内管提供向下的力使岩心爪收缩割心。现在有一种液力加压式绳索取心钻具，其球悬挂液力加压机构的活塞芯端部密封，并在其端部设有侧开孔，活塞芯端部密封是为了在进入冲洗液时推动活塞芯下行，从而使活塞芯的侧开孔进入活塞套内而在活塞芯端部形成密封堵水加压空间的，而活塞芯的侧开孔则是为了引导冲洗液进入活塞芯内进行正常钻进循环的。该种结构需要一个换向阀配合使用，换向阀的不同的液体出口中一组为活塞芯提供向下的力，另一组要与活塞芯的侧开孔连通从而进行正常钻进循环。若使用上述液压换向阀，则存在以下问题：

1、还需要引入控制液部分，这就会使装置复杂化，且耗费能源；

2、控制液和工作液要有良好隔离，控制液液腔必须密封，对工艺要求高；

3、控制液需要设立回液通道，结构复杂。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种简化结构、节省能源且对工艺要求低的液控换向阀。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

一种液控换向阀，包括阀体和阀芯；阀体内有：控制液通路、至少两组工作液通路；阀芯位于所述阀体的轴孔内，阀芯头部装有一阀堵，所述阀堵和控制液通路形成施压液腔；所述阀体内还包括：

一弹性驱动机构，所述弹性驱动机构连接在所述阀堵和阀盘之间，用以在注入控制液时推动所述阀盘下行；

一具有中心孔的阀盘，在所述中心孔周边设有换向导通孔，阀盘套设在工作液通路和控制液通路之间的阀芯上；

一储能复位机构，在注入控制液时储能，泄压控制液时释能从而推动所述阀芯上行；以及

一换向机构，多次注入控制液，所述换向机构使所述控制液通路和不同的工作液通路连通，在控制液泄压时阀芯上行复位。

作为一种优选方案，所述换向机构为：包括安装在所述阀体内、套装在所述阀芯外的阀套，所述阀盘和阀套之间装有第一套棘齿机构，所述阀盘和阀芯之间装有第二套棘齿机构；

注入控制液时，阀盘和阀套通过第一套棘齿机构咬合，驱动所述阀盘正向旋转，从而使所述控制液通路和工作液通路接通；控制液泄压时，阀盘和阀芯通过第二套棘齿机构咬合，驱动所述阀芯上行复位。

作为一种优选方案，所述阀盘的底部环绕所述中心孔设有一圈轴向向下的环形棘齿，阀套为其内周面上设有一圈轴向向上环形棘齿的棘齿套，所述阀盘和棘齿套的棘齿形成第一套棘齿机构；所述阀芯为在其外周面上设有一圈轴向向上环形棘齿的棘齿轴，所述阀盘的棘齿和所述棘齿轴的棘齿形成所述第二套棘齿机构；所述棘齿套和所述阀体周向、轴向定位连接，所述棘齿轴相对于棘齿套周向定位、轴向滑动连接；其中所述阀盘、棘齿轴和棘齿套三者的棘齿均是楔形齿，且三者的楔形角相等、楔形面相互耦合，棘齿轴和棘齿套的棘齿斜面在同侧。

作为一种优选方案，所述棘齿轴和棘齿套通过轴向花键和花键槽嵌套连接。

优选的，所述棘齿轴的棘齿形成在所述棘齿轴的键端部，所述棘齿套的棘齿形成在所述棘齿套的键端部。

优选的，所述棘齿套和阀体之间通过设在棘齿套上唇部的十字凸块和阀体端口的凹槽定位连接。

作为一种优选方案，所述储能复位机构为棘齿套内的复位弹簧，所述复位弹簧套设在所述棘齿轴上，其一端与棘齿轴固定，另一端连接封堵部件。

作为一种优选方案，所述弹性驱动机构包括弹簧压板和压簧，所述弹簧压板和压簧在所述阀堵和阀盘之间的阀芯上依次安装。

优选的，所述控制液通路包括大口径的进液口、小口径进液通道和大口径储液腔，所述阀盘位于储液腔内。

所述阀体可包括阀堵接头和阀座两个独立部分，所述控制液通路和阀盘在所述阀堵接头内，工作液通路在所述阀座内，阀堵接头和阀座可拆卸连接。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明在应用中尤其是应用在液力加压式取心钻具中具有以下优点：

1、控制液作为工作液输出，无需单独的控制液，节省能源；

2、控制液通路和工作液通路之间无需绝对密封，对工艺要求低；

3、控制液通路无需回油通路，结构简单。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

图1是本发明液控换向阀的外部结构图；

图2是图1的剖视图；

图3是阀堵接头的结构示意图；

图4是阀座的结构示意图；

图5是棘齿套的结构示意图；

图6是棘齿轴的结构示意图；

图7是阀盘的结构示意图；

图8是阀盘和棘齿轴、棘齿套相互咬合实现阀盘旋转的过程图。

图中：

阀堵接头—1 阀座—2

阀堵接头：进液口—10 进液通道---11 储液腔—12 薄螺母—60 阀堵—61弹簧压板—62 压簧—63；

阀盘—7 阀盘：换向导通孔—70 棘齿—71 中心孔—72；

阀座：中心孔—20 工作液通路—21；

棘齿轴—30 棘齿套—31 棘齿套上的轴向花键槽—302 棘齿轴的棘齿—303 棘齿套的棘齿—304 棘齿套的左侧棘齿--31a棘齿套的右侧棘齿--31b 复位弹簧—80 调节压板—81 棘齿套上唇部的十字凸块—4 阀体端口的凹槽--5

具体实施方式

本发明是一种液控换向阀，包括阀体和阀芯；阀体内有：控制液通路、至少两组工作液通路；阀芯位于所述阀体的轴孔内，阀芯头部装有一阀堵，所述阀堵和控制液通路形成施压液腔；所述阀体内还包括：

一弹性驱动机构，所述弹性驱动机构连接在所述阀堵和阀盘之间，用以在注入控制液时推动所述阀盘下行；

一具有中心孔的阀盘，在所述中心孔周边设有换向导通孔，阀盘套设在工作液通路和控制液通路之间的阀芯上；

一储能复位机构，在注入控制液时储能，泄压控制液时释能从而推动所述阀芯上行；以及

一换向机构，多次注入控制液，所述换向机构使所述控制液通路和不同的工作液通路连通，在控制液泄压时阀芯上行复位。

本装置的原理是：控制液作为工作液输出，因此本发明液控换向阀是一种输出工作液的阀体，多次注入控制液，所述液控换向阀换向使控制液通路和不同的工作液通路连通，而向不同的部件输出控制液。本发明的液控换向阀应用在液力加压取心钻具中时，冲洗液既可以作为控制液驱动所述液控换向阀换向，并且冲洗液作为工作液输出给相应的部件，比如液力加压式取心钻具的正常钻进循环通路和球悬挂式液力加压机构的密封堵水加压空间从而进行正常循环钻进和为球悬挂式液力加压机构加压。本液控换向阀的优点是：

1、控制液作为工作液输出，无需单独的控制液，节省能源；

2、控制液通路和工作液通路之间无需绝对密封，对工艺要求低；

3、控制液通路无需回油通路，结构简单。

上述1、2点在其应用到液力加压取心钻具中时无需控制液通路，液控换向阀的控制液进口连接钻杆，出口直接对应相应的部件即可，无需其他部件，从而使液力加压式取心钻具结构简单。

下面以一个具体实施例对本发明进行说明。

如图1和图2所示，液控换向阀包括阀堵接头1和阀座2两部分，此两部分螺纹连接，所述阀堵接头1通过螺纹连接于阀座2上端部。分体结构便于拆卸和安装。也可以是一体的。

如图3所示，阀堵接头1内有一条具有大口径的进液口10、小口径进液通道11和大口径储液腔12组成的控制液通路，所述阀盘7位于储液腔12内。对于液力加压式取心钻具，每次泵开所需冲洗液量大，为了顺畅供给，应保证泵量，但为了形成一定的压力并和阀芯的阀堵形成密闭的施压液腔，进液通道需应该小一些，在阀芯下行工作通路连通后，阀芯应处于一个压力平衡且较小的状态，因此在进液通道下面再配置一个口径较大的储液腔。故形成上述结构。

如图6所示，棘齿轴30上部有一凸台，薄螺母60通过螺纹与棘齿轴30连接，阀堵61与弹簧压板62通过所述薄螺母压紧于所述棘齿轴30凸台上部，压簧63套设在弹簧压板62和阀盘7之间的棘齿轴30上，压簧可使阀盘7稳定下行和上行，以实现阀盘7的平稳转动并有利于保持阀盘7平衡。

如图4所示，所述阀座2是一个带有轴向均布六工作液通路21的中空圆筒，棘齿轴30在阀座2的中心孔20内，头部装有一阀堵，在没有注入控制液时，棘齿轴30的头部位于阀堵接头1的进液通道11内，阀堵和所述进液通道形成施压液腔。所述阀座2可依据该液控换向阀连接的机构设计各通道流向。

如图2所示，棘齿套31被约束在阀座2中心孔20中，和阀座2之间通过设在棘齿套31上唇部的十字凸块4和阀体端口的凹槽5定位连接，参见图4和图5。

参照图2、图5和图6，棘齿轴30通过其下部的轴向花键301与所述棘齿套31上的轴向花键槽302相互嵌套约束使棘齿轴30只能轴向滑动不能周向旋转。

如图2所示，在所述储液腔12底部有一阀盘7。如图7所示，阀盘7上有一中心孔72，在所述阀盘的底部环绕所述中心孔72设有一圈轴向向下的环形棘齿，在所述中心孔72周边均布3个换向导通孔70的结构，所述阀盘中心孔72穿接于棘齿轴30上，位于所述棘齿轴30棘齿面上部。在阀座2与阀盘7之间有一个密封垫，压簧63的另一个作用在于：当冲洗液循环时，压簧63将存储的能量主要用于阀盘7与阀座2之间的密封。

再参照图5和图6，在所述棘齿轴的键端部形成棘齿轴的棘齿，在所述棘齿套的键端部形成棘齿套的棘齿，数量均是6个，棘齿轴和棘齿套上的棘齿分别为303和304。阀盘7和棘齿轴30、棘齿套31的棘齿楔形角相等、楔形面相互耦合，棘齿轴30和棘齿套31的棘齿楔形齿的斜面在同侧。

所述阀盘7的棘齿为连续棘齿，故每个齿对应60度的角度。棘齿轴30或棘齿套31的键宽度各为阀盘7棘齿的一半，总长和阀盘7的棘齿总长相当。阀盘7的棘齿的斜面长度也是棘齿轴30和棘齿套31的斜面长度的2倍。

再参照图2，棘齿套31内有一复位弹簧80，所述复位弹簧80套设在所述棘齿轴30上，其一端与所述棘齿轴30固定，另一端通过调节压板81限制固定于阀座2中心。所述复位弹簧是储能复位机构。

参照图8，,是以阀盘的一个棘齿为例的阀盘的一个棘齿和棘齿套、棘齿轴的棘齿相互咬合实现阀盘旋转的过程：

1、未注入控制液，阀盘7的棘齿71斜面的尖端在棘齿套的左侧棘齿31a斜面的尖端处。

2、注入控制液，棘齿轴30下行，阀盘7下行，阀盘7的棘齿71和棘齿套的左侧棘齿31a咬合，并随着阀盘7的不断下行沿着棘齿套的左侧棘齿31a斜面下行，当阀盘7的棘齿71尖端走过棘齿套左侧棘齿31a斜面的一半时，此时阀盘7转过30度，阀盘7的换向导通孔70和1#、2#、3#工作液通路入口连通，液体的流动使阀盘7受力平衡，阀盘7不再转动。

3、控制液泄压，棘齿轴30在复位弹簧的作用下上行。其顶端越过棘齿套31的顶端和阀盘7的棘齿咬合，此时棘齿轴的棘齿的尖端位于阀盘7棘齿71斜面的尖端处，推着阀盘7继续按照上述2中相同的方向旋转30度，阀堵再次进入阀堵接头的进液通道内，液控换向阀关闭。自此，阀盘7旋转60度。此时阀盘7的棘齿越到下棘齿套的右侧棘齿31b上重复1-3步，连通下一组阀座2孔，即4#、5#和6#工作液通路21入口进而实现换向。

通过上述介绍可知，本发明就是当棘齿轴30下行时阀盘7和棘齿套31通过第一套棘齿机构咬合，第一套棘齿机构使阀盘7旋转一个角度从而使阀盘7的换向导通孔70和至少一个工作液通路21入口连通，当棘齿轴30上行时阀盘7和棘齿轴30通过第二套棘齿机构咬合，第二套棘齿机构使阀盘7再次旋转一个角度从而使棘齿轴30上行复位。

对于液力加压式取心钻具，控制液的注入和泄压可以通过泵的开和关实现，泵开，注入冲洗液，泵关，冲洗液泄压，从而通过控制泵的开关控制换向和形成封闭蹩压空间，解决了投球的问题。

换向导通孔、阀盘7棘齿、棘齿轴30棘齿和棘齿套31棘齿的数量以及设置根据情况具体设定。

上面实施例中介绍了一种具体的换向机构，事实上能实现注入控制液时，阀盘和阀套通过第一套棘齿机构咬合从而驱动所述阀盘正向旋转，控制液泄压时，阀盘和阀芯通过第二套棘齿机构咬合从而驱动阀盘再次正向旋转的任何形式的换向机构均在本发明的保护范围内。

本发明各图所示的实施例中阀盘7均是圆盘，还可以是扇形盘等。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种液控换向阀，包括阀体和阀芯；阀体内有：控制液通路、至少两组工作液通路；阀芯位于所述阀体的轴孔内，阀芯头部装有一阀堵，所述阀堵和控制液通路形成施压液腔；其特征在于：所述阀体内还包括：

一弹性驱动机构，所述弹性驱动机构连接在所述阀堵和阀盘之间，用以在注入控制液时推动所述阀盘下行；

一具有中心孔的阀盘，在所述中心孔周边设有换向导通孔，阀盘套设在工作液通路和控制液通路之间的阀芯上；

一储能复位机构，在注入控制液时储能，泄压控制液时释能从而推动所述阀芯上行；以及

一换向机构，多次注入控制液，所述换向机构使所述控制液通路和不同的工作液通路连通，在控制液泄压时阀芯上行复位；

所述换向机构为：包括安装在所述阀体内、套装在所述阀芯外的阀套，所述阀盘和阀套之间装有第一套棘齿机构，所述阀盘和阀芯之间装有第二套棘齿机构；

注入控制液时，阀盘和阀套通过第一套棘齿机构咬合，驱动所述阀盘正向旋转，从而使所述控制液通路和工作液通路接通；控制液泄压时，阀盘和阀芯通过第二套棘齿机构咬合，驱动所述阀芯上行复位。

2.根据权利要求1所述的液控换向阀，其特征在于：所述阀盘的底部环绕所述中心孔设有一圈轴向向下的环形棘齿，阀套为其内周面上设有一圈轴向向上环形棘齿的棘齿套，所述阀盘和棘齿套的棘齿形成第一套棘齿机构；所述阀芯为在其外周面上设有一圈轴向向上环形棘齿的棘齿轴，所述阀盘的棘齿和所述棘齿轴的棘齿形成所述第二套棘齿机构；所述棘齿套和所述阀体周向、轴向定位连接，所述棘齿轴相对于棘齿套周向定位、轴向滑动连接；其中所述阀盘、棘齿轴和棘齿套三者的棘齿均是楔形齿，且三者的楔形角相等、楔形面相互耦合，棘齿轴和棘齿套的棘齿斜面在同侧。

3.根据权利要求2所述的液控换向阀，其特征在于：所述棘齿轴和棘齿套通过轴向花键和花键槽嵌套连接。

4.根据权利要求3所述的液控换向阀，其特征在于：所述棘齿轴的棘齿形成在所述棘齿轴的键端部，所述棘齿套的棘齿形成在所述棘齿套的键端部。

5.根据权利要求2所述的液控换向阀，其特征在于：所述棘齿套和阀体之间通过设在棘齿套上唇部的十字凸块和阀体端口的凹槽定位连接。

6.根据权利要求2所述的液控换向阀，其特征在于：所述储能复位机构为棘齿套内的复位弹簧，所述复位弹簧套设在所述棘齿轴上，其一端与棘齿轴固定，另一端连接封堵部件。

7.根据权利要求1所述的液控换向阀，其特征在于：所述弹性驱动机构包括弹簧压板和压簧，所述弹簧压板和压簧在所述阀堵和阀盘之间的阀芯上依次安装。

8.根据权利要求1所述的液控换向阀，其特征在于：所述控制液通路包括大口径的进液口、小口径进液通道和大口径储液腔，所述阀盘位于储液腔内。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的液控换向阀，其特征在于：所述阀体包括阀堵接头和阀座两个独立部分，所述控制液通路和阀盘在所述阀堵接头内，工作液通路在所述阀座内，阀堵接头和阀座可拆卸连接。