CN105332966A - 液压驱动水压试验高压卸荷阀 - Google Patents

Abstract

一种液压驱动水压试验高压卸荷阀。主要目的在于提供一种对被试井下工具完成压力试验后进行高压卸荷的控制装置。其特征在于：液压驱动水压试验高压卸荷阀主要由水力端和液压驱动端两部分组成。液压驱动端作为驱动部件，主要用来进行卸荷时推动阀芯移动，带动顶杆驱动水压密封阀芯，打开卸荷通道；水力端作为执行部件，主要是对高压水密封腔实现自紧式密封，并在液压端顶杆驱动下开启锥面密封，作为卸荷通道使高压水流通过。该种液压驱动高压卸荷阀设计巧妙，结构紧凑，采用控制液压缸驱动活塞运动，带动顶杆驱动水压密封阀芯，开启高压锥面密封副卸荷通道，可以减轻工人劳动负担，增强安全性和可靠性。

Description

液压驱动水压试验高压卸荷阀

技术领域

本发明涉及一种应用于油田现场，对被试井下工具完成压力试验后进行高压卸荷的控制装置。

背景技术

井下工具是油田生产过程中对油井实施各种措施必需的配套设备，其工作可靠性必须得到保证，下井前需要进行试验和检测，完全达到设计要求才能投入生产。井下工具水压检测系统的主要功能是检测井下工具是否满足工作环境下的密封要求以及在高压环境下的承压能力。目前油田生产使用的井下工具水压检测试验装置采用手动卸荷的还比较多，不仅工作效率低，而且工作人员操作卸荷阀时存在高压突然泄漏的危险。本发明的意义是为高压水压试验提供一套能够进行远程自动控制的卸荷装置，实现安全、高效生产。

发明内容

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供一种液压驱动水压试验高压卸荷阀，该种液压驱动高压卸荷阀设计巧妙，结构紧凑，采用控制液压缸驱动活塞运动，带动顶杆驱动水压密封阀芯，开启高压锥面密封副卸荷通道，可以减轻工人劳动负担，增强安全性和可靠性。

本发明的技术方案是：该种液压驱动水压试验高压卸荷阀，主要由液压驱动端、水力端、第一内六角螺钉和第一弹簧垫圈组成，其独特之处在于：

所述水力端由水力端下盖、阀座、第一O型圈、第一挡圈、阀芯、导套、阀套、第二O型圈、第二挡圈、水力端上盖、第二内六角螺钉、第二弹簧垫圈以及弹簧等组成；

其中，所述水力端内各个组成部件之间的连接关系如下：水力端上盖与阀套的上端面配合接触,水力端下盖与阀套的下端面配合接触，而所述上盖与阀套采用第二内六角螺钉连接在一起，并用第二弹簧垫圈防松；阀套内表面与导套外表面过盈配合，阀芯导向面与导套内表面间隙配合，弹簧一端顶在阀芯内端面上，另一端顶在上端盖的弹簧孔内，阀座安装在阀套内，阀座孔与阀芯工作面紧密接触；导套与阀套之间的密封用第二O型圈加第二挡圈组合方式密封，阀座与阀套之间密封采用第一O型圈加第一挡圈组合方式密封；阀芯工作面与阀座孔之间紧密接触，依靠弹簧的弹力实现锥阀副中阀芯与阀座的自密封；导套安装在水力端阀体内部，起到阀芯运动的导向作用；高压水流通过阀芯导流孔进入到水力端腔体内，压力作用在阀芯内端面上，将阀芯压紧在阀座上，起到良好的密封效果；在阀套上及水力端下盖上分别加工有进、出水口，所述进水口通过高压软管用于和试压装置连接，所述出水口通过软管用于和水箱连接，以实现水的循环利用；

所述液压驱动端由液压驱动端下盖、第三内六角螺钉、第三弹簧垫圈、第三O型圈、第三挡圈、密封圈、导向套、活塞、缸体、液压驱动端上盖、斯特封以及顶杆组成；

其中，所述液压驱动端内各个组成部件之间的连接关系如下：液压驱动端上盖与缸体上端面采用端面配合，缸体下端面与液压驱动端下盖采用端面配合，将三者用第三内六角螺钉连接，并加以第三弹簧垫圈防松；活塞安装在缸体内部，活塞外圆面与缸体内表面间隙配合，并采用密封圈加以密封；第三O型圈加第三挡圈以组合密封的方式进行密封，以便防止液压驱动端下盖与缸体之间发生液压油的泄露；采用活塞头外圆面与液压驱动端上盖内孔间隙配合，同时采用斯特封加以密封；顶杆与活塞头采用螺纹连接，便于更换；导套安装在活塞与缸体之间，起到导向作用；

液压驱动端上、下盖通过第三内六角螺钉与缸体相连，连接第三弹簧垫圈以实现防松；活塞上加工有密封槽，用密封圈实现密封，在液压驱动端下盖应用第三O型圈与第三挡圈组合使用；活塞顶端的密封为移动式动密封；在液压缸的上下盖分别加工出液压油通道，活塞伸出时下盖中间为进油口，上盖的侧面为出油口，活塞返回时进、出液压油方向刚好相反，进出油口均与油箱相连，实现液压油的循环利用；两口均加工出内螺纹，通过软管与外部相连；

通过第一内六角螺钉和第一弹簧垫圈将所述水力端和液压驱动端连接。

本发明具有如下有益效果：本发明所述的液压驱动水压试验高压卸荷阀采用液压驱动，操作方便，能够满足安全加压和卸荷的需要。初始加压时，该阀的阀芯依靠弹簧的预压力保持锥阀处于自密封状态，避免初始加压时发生泄漏。通过增大液压驱动活塞与锥阀工作面的面积比，常规的液压系统压力便可以控制更高的水压系统压力的卸荷，保证对高压阀的有效驱动和控制。通过增加阀芯与阀座材料的硬度差，从而使压力越大，密封性越强，可以实现水压试验时良好的密封效果。液压缸的伸缩都可以通过液压回路换向阀的换向来控制，操作省力简单。设备运移，安装方便快捷，必要时根据工况还可以实现远程控制，安全可靠，效率高。综上所述，本液压驱动水压试验高压卸荷阀结构紧凑，设计巧妙，易于拆装，操作安全、省力，控制方便，能够有效保证试验时操作人员的安全，具有较高的实用价值。

附图说明：

图1是本发明所述的液压驱动远程控制水压试验高压卸荷阀的二维总体结构剖视图。

图2是本发明所述的水力端的部件二维结构剖视图。

图3是本发明所述的水力端的部件结构俯视图。

图4是本发明所述的液压驱动端的部件二维结构剖视图。

图5是本发明所述的液压驱动端的部件结构俯视图。

图6是本发明所述的水力端的阀芯的三维结构示意图主视图。

图7是本发明所述的水力端的阀芯的结构示意图旋转视图。

图8是本发明所述的水力端的阀座的二维结构剖视图。

图9是本发明所述的水力端的阀座的三维结构示意图。

图10是本发明所述的水力端的导套的二维结构剖视图。

图11是本发明所述的水力端的导套的三维结构示意图。

图12是本发明所述的液压驱动端的活塞杆部件二维结构剖视图。

图13是本发明所述的液压驱动端的活塞杆部件三维结构示意图。

图14是本发明所述的水力端上盖三维结构示意图。

图15是本发明所述的水力端的阀套二维结构剖视图。

图中1-液压驱动端，2-水力端，4-第一内六角螺钉，3-第一弹簧垫圈，5-水力端下盖，6-阀座，7-第一O型圈，8-第一挡圈，9-阀芯，10-导套，11-阀套，12-第二O型圈,13-第二挡圈，14-水力端上盖，15-第二内六角螺钉，16-第二弹簧垫圈，17-弹簧，18-液压驱动端下盖，19-第三内六角螺钉，20-第三弹簧垫圈，21-第三O型圈，22-第三挡圈，23-密封圈，24-导向套，25-活塞，26-缸体，27-液压驱动端上盖，28-斯特封，29-顶杆，30-阀芯工作面，31-阀芯内端面，32-阀芯导向面，33-阀芯导流孔,34-阀座孔,35-导套内表面，36-导套外表面，37-顶杆头，38-活塞头，39-弹簧孔，40-水力端上盖下端面，41-阀套上端面，42-阀套下端面，43-活塞外圆面,44-阀套内表面。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示，所发明的液压驱动高压卸荷阀主要由液压驱动端1、水力端2、第一内六角螺钉3和弹簧垫圈4组成，其具体组成结构为：

水力端由水力端下盖5、阀座6、第一O型圈7、第一挡圈8、阀芯9、导套10、阀套11、第二O型圈12、第二挡圈13、水力端上盖14、第二内六角螺钉15、弹簧垫圈16、弹簧17等组成。

水力端各部连接关系为：水力端上盖14与阀套11的上端面41配合接触,水力端下盖5与阀套11的下端面42配合接触，而上盖与阀套采用第二内六角螺钉15连接在一起，并用第二弹簧垫圈16防松。阀套内表面44与导套外表面36过盈配合，阀芯导向面32与导套内表面35间隙配合，弹簧17一端顶在阀芯内端面31上，另一端顶在上端盖14的弹簧孔39内，阀座6安装在阀套11内，阀座孔34与阀芯工作面30紧密接触。导套10与阀套11之间的密封用第二O型圈12加第二挡圈13组合方式密封，阀座6与阀套11之间密封采用第一O型圈7加第一挡圈8组合方式密封。

水力端装配完毕后，依靠弹簧17的弹力使阀芯工作面30与阀座孔34紧密接触，实现锥阀副中阀芯9与阀座6的自密封。同时，选材时，阀芯的材料选用硬度较大的材料，阀座的材料选用硬度较小的塑性金属材料，使二者产生较大的硬度差，这样，加压后，压力越大，二者接触越紧密，密封效果越好。

如图10结合图1、图7、图11所示，导套10安装在水力端阀体内部，起到阀芯运动的导向作用，因此可以将导套内表面35与阀芯导向面32的加工精度提高，从而降低了水力端阀套的加工精度与导套外表面的加工精度，节约了加工成本。

如图7结合图2所示，高压水流通过阀芯导流孔33进入到水力端腔体内，压力作用在阀芯内端面31上，将阀芯9紧紧压在阀座6上，起到良好的密封效果。

在阀套11上及水力端下盖5加工有进出水口，进水口通过高压软管与试压装置连接，出水口通过软管与水箱连接，实现水的循环利用。

液压驱动端由液压驱动端下盖18，第三内六角螺钉19，第三弹簧垫圈20，第三O型圈21，第三挡圈22，密封圈23，导向套24，活塞25，缸体26，液压驱动端上盖27，斯特封28，顶杆29等组成。

液压驱动端各部分连接关系为：液压驱动端上盖27与缸体26上端面采用端面配合，缸体下端面与液压驱动端下盖18采用端面配合，将三者用第三内六角螺钉19连接起来，并加以弹簧垫圈20防松。活塞25安装在缸体26内部，活塞外圆面43与缸体内表面间隙配合，并采用密封圈23加以密封。为防止液压驱动端下盖18与缸体26之间发生液压油的泄露，采用第三O型圈21加第三挡圈22组合密封的方式进行密封。活塞头外圆面38与液压驱动端上盖内孔间隙配合，此处采用斯特封28加以密封，顶杆29与活塞头38采用螺纹连接，便于更换。导套24安装在活塞25与缸体26之间，起到导向作用。

如图12结合图1、图13所示，由于活塞25与顶杆29直径相差较大，考虑到加工不方便，因此将顶杆29一端加工出外螺纹，活塞头38内加工出螺纹孔，二者采用螺纹连接，这样设计既避免了大的应力集中，又方便顶杆头的更换。顶杆头37的直径较小，这是利用了增大液压驱动活塞与阀芯工作面的面积比，通过常规的液压系统压力便可以控制更高的水压系统压力的卸荷，顶杆头受力较小，考虑到结构紧凑，节省材料，因此小直径的顶杆头便可以满足要求。又考虑到顶杆与活塞的整体刚度，所以活塞头38设计直径较大，满足了整体刚度要求。

液压驱动端上下盖通过第三内六角螺钉19与缸体26相连，第三弹簧垫圈20同样是用来防松。活塞25上加工有密封槽，用密封圈23实现密封，在下盖应用第三O型圈21与第三挡圈22组合使用的形式以加强密封效果。活塞顶端的密封为移动式动密封，考虑到此处的密封性能要求较高，应用了斯特封28，以加强密封效果。在液压缸的上下盖分别加工出液压油通道，活塞伸出时下盖中间为进油口，上盖的侧面为出油口，活塞返回时进、出液压油方向刚好相反，进出油口均与油箱相连，实现液压油的循环利用。两口均加工出内螺纹，通过软管与外部相连，这样做连接方便，简单。

装配时，先将水力端2和液压驱动端1两个部件分别装配完毕，再用第一内六角螺钉4和第一弹簧垫圈3将水力端和液压驱动端连接在一起，实现高压卸荷阀的整体组装。

本发明的工作原理是：将所有零件装配完毕，并将高压卸荷阀接入试压系统后，检查无误，开始加压，启动试压泵，向试压装置内注入高压水，此时水进入到水力端2的阀体腔内，阀芯9在弹簧17的弹力及液体压力的作用下，压住阀座6，实现密封。压力达到要求值后，关闭电机-试压泵机组，进行保压，保压结束后，开始卸荷。此时启动电机-液压泵机组，从液压驱动端1的下盖18的进油通道通入压力油，压力油作用于活塞25上，活塞25沿导向套24推动顶杆29向上运动，通过顶杆将阀芯顶开，使阀芯9沿导套10克服弹簧弹力与液体压力向上运动，阀芯9与阀座6之间产生间隙，水通过水力端2的出水口释放掉，实现卸荷。然后将两位四通电磁换向阀通电换向，使液压油反向进入，驱动活塞25返回到原来位置，阀芯9在弹簧力作用下复位，重新与阀座6接触密封，为下次试验做准备。

具体应用时，水力端阀芯与阀座的初始接触依靠弹簧施加预压力，实现自密封。安装在水力端阀体内部的导套，起到阀芯运动的导向作用，导套采用不锈钢材料，将导套内表面与阀芯外表面的加工精度提高，降低了水力端壳体的加工精度与导套外表面的加工精度要求，节约了加工成本，并且能有效降低锈蚀作用。顶杆采用阶梯结构，上端直径较细便于通过卸荷孔驱动锥阀芯，下部直径稍大便于提高刚度，下端加工外螺纹，与液压活塞杆内螺纹配合，便于顶杆头受损后更换。整个装置采用液压驱动，根据工况要求可以实现远程控制，工作时操作方便简单，安全可靠。

Claims (1)

1.一种液压驱动水压试验高压卸荷阀，主要由液压驱动端（1）、水力端（2）、第一内六角螺钉（4）和第一弹簧垫圈（3）组成，其特征在于：

所述水力端由水力端下盖（5）、阀座（6）、第一O型圈（7）、第一挡圈（8）、阀芯（9）、导套（10）、阀套（11）、第二O型圈（12）、第二挡圈（13）、水力端上盖（14）、第二内六角螺钉（15）、第二弹簧垫圈（16）以及弹簧（17）等组成；

其中，所述水力端内各个组成部件之间的连接关系如下：水力端上盖（14）与阀套（11）的上端面（41）配合接触,水力端下盖（5）与阀套（11）的下端面（42）配合接触，而所述上盖与阀套采用第二内六角螺钉（15）连接在一起，并用第二弹簧垫圈（16）防松；阀套内表面（44）与导套外表面（36）过盈配合，阀芯导向面（32）与导套内表面（35）间隙配合，弹簧（17）一端顶在阀芯内端面（31）上，另一端顶在上端盖（14）的弹簧孔（39）内，阀座（6）安装在阀套（11）内，阀座孔（34）与阀芯工作面（30）紧密接触；导套（10）与阀套（11）之间的密封用第二O型圈（12）加第二挡圈（13）组合方式密封，阀座（6）与阀套（11）之间密封采用第一O型圈（7）加第一挡圈8组合方式密封；阀芯工作面（30）与阀座孔（34）之间紧密接触，依靠弹簧（17）的弹力实现锥阀副中阀芯（9）与阀座（6）的自密封；导套（10）安装在水力端阀体内部，起到阀芯运动的导向作用；高压水流通过阀芯导流孔（33）进入到水力端腔体内，压力作用在阀芯内端面（31）上，将阀芯（9）压紧在阀座（6）上，起到良好的密封效果；在阀套（11）上及水力端下盖（5）上分别加工有进、出水口，所述进水口通过高压软管用于和试压装置连接，所述出水口通过软管用于和水箱连接，以实现水的循环利用；

所述液压驱动端由液压驱动端下盖（18）、第三内六角螺钉（19）、第三弹簧垫圈（20）、第三O型圈（21）、第三挡圈（22）、密封圈（23）、导向套（24）、活塞（25）、缸体（26）、液压驱动端上盖（27）、斯特封（28）以及顶杆（29）组成；

其中，所述液压驱动端内各个组成部件之间的连接关系如下：液压驱动端上盖（27）与缸体（26）上端面采用端面配合，缸体下端面与液压驱动端下盖（18）采用端面配合，将三者用第三内六角螺钉（19）连接，并加以第三弹簧垫圈（20）防松；活塞（25）安装在缸体（26）内部，活塞外圆面（43）与缸体内表面间隙配合，并采用密封圈（23）加以密封；第三O型圈（21）加第三挡圈（22）以组合密封的方式进行密封，以便防止液压驱动端下盖（18）与缸体（26）之间发生液压油的泄露；采用活塞头外圆面（38）与液压驱动端上盖内孔间隙配合，同时采用斯特封28加以密封；顶杆（29）与活塞头（38）采用螺纹连接，便于更换；导套（24）安装在活塞（25）与缸体（26）之间，起到导向作用；

液压驱动端上、下盖通过第三内六角螺钉（19）与缸体（26）相连，连接第三弹簧垫圈（20）以实现防松；活塞（25）上加工有密封槽，用密封圈(23)实现密封，在液压驱动端下盖应用第三O型圈(21)与第三挡圈（22）组合使用；活塞（25）顶端的密封为移动式动密封；在液压缸的上下盖分别加工出液压油通道，活塞伸出时下盖中间为进油口，上盖的侧面为出油口，活塞返回时进、出液压油方向刚好相反，进出油口均与油箱相连，实现液压油的循环利用；两口均加工出内螺纹，通过软管与外部相连；

通过第一内六角螺钉（4）和第一弹簧垫圈（3）将所述水力端和液压驱动端连接。