CN105757319A - 一种基于仿生原理的水下平衡高压阀门 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于仿生原理的水下平衡高压阀门，主要由阀盖、阀体、阀芯、波纹管、比例电磁铁、控制模块等组成。阀盖阀体起到了保护和支撑的作用,在阀体与阀盖上分别设有进水口、出水口、平衡压力口、电缆接头、注油孔堵头,使阀门与外界联系。在阀腔的内部,安装有比例电磁铁、阀芯、波纹管、密封圈、平衡活塞等,其中在密封圈、波纹管接等保持密封性良好的前提下,平衡活塞与波纹管在阀体内外压强的作用下可以水平伸缩移动,这是基于仿生深海鱼类皮肤能随海底内压力的改变而伸缩的原理。本发明可以提高阀芯的控制精度,减少作用在丝杠上的传动力矩,提高传动机构工作的可靠性。

Description

一种基于仿生原理的水下平衡高压阀门

技术领域

本发明涉及一种阀门，尤其涉及一种基于仿生原理的水下平衡高压阀门。

背景技术

由于陆地和浅水油气勘探程度较高，油气产量已接近峰值，现今的开采油气已转向广阔的深海水域。使用水下生产技术可以避免建造昂贵的海上采油平台，从而节省大量建设投资，且水下生产系统受灾害天气影响较小，可靠性较高。水下生产系统主要包括井口头、采油树、跨接管、管汇等，其中作为基本组成部件之一的水下阀门是系统中最易发生泄漏失效的部位，由于深水作业的高风险及高维护费用，要求水下阀门必须高度可靠，且在设计寿命内免维护。

仿生学是基于模仿生物系统来构造相应的技术系统，或是使人类发明的技术系统具有生物系统类似特征的科学。仿生学就是模仿生物的科学。仿生学与工程技术的结合，形成了仿生工程学学科。仿生学的意义在于将35亿年的生命演化与协同进化过程应用与工程实践，以解决复杂的工程实践问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决井下高压力对电机造成的高负载的问题，基于仿生深海鱼类的皮肤能弹性伸缩的原理而提供一种结构简单、可靠性高和经济实用的基于仿生原理的水下平衡高压阀门。

本发明的目的是这样实现的：包括阀体、与阀体上端固连的阀盖和设置在阀体腔体内的阀芯，在阀盖与阀体形成的空间内设置有控制模块，在阀盖上设置有注油孔和水下电缆接头，注油孔上设置有注油孔堵头，阀体的左端设置有平衡压力口、右端设置有入水口，阀体上还设置有出水口，在阀芯的左端部与阀体之间设置有比例电磁铁，比例电磁铁的线圈供电线与控制模块连接，阀体左端的腔体内安装有平衡活塞和第一波纹管接头，且平衡活塞与第一波纹管接头之间设置有第一波纹管，在阀体右端的腔体内设置有第二波纹管接头，第二波纹管接头与阀芯上设置的轴肩之间设置有第二波纹管。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明首采用仿生深海鱼类的阀门结构使得阀门内外压力相等，可以增加阀门的承压能力，保护阀体内部空腔内的结构；其次可以大幅降低高压阀的操作力矩，使得阀芯在运动过程中只承受摩擦力和液动力，提高了阀芯位置的控制精度。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，本发明包括：平衡活塞1，第一焊接波纹管2，第一波纹管接头3，密封圈4，线圈供电线5，比例电磁铁6，第二波纹管接头7，密封圈8，第二焊接波纹管9，阀芯10，阀座11，阀口紧定圈12，阀体13，阀盖14，水下电缆接头15，控制器电缆16，控制模块17，注油孔堵头18，密封圈19，平衡口紧定圈20，入水口21，出水口22，平衡压力口23。具体的说是在阀体内设置阀芯、比例电磁铁、密封结构、平衡活塞、控制模块、波纹管、波纹管接头，在阀盖上设有注油孔、注油孔堵头以及水下电缆接头，在阀体与外界交换处，设有平衡口、入水口、出水口以及阀座。阀体与阀盖的通过密封圈密闭，并设有水下电缆接头和注油孔。阀体内安装有控制模块，控制模块直接驱动同在阀体内的比例电磁铁，在比例电磁铁的控制下，阀芯可以水平内移动。平衡活塞与波纹管组成的机械结构随着阀体外部的压力变化，可以水平内伸缩，以达到平衡阀体内外压力的作用。在阀口紧定圈的作用下，入水口处设置的阀座，可以支撑阀芯，同时也具有密封阀体的作用。

作为阀门的骨架，阀体起到支撑的作用，在阀体的上方，用阀盖与之相连。在阀盖上，设置有水下电缆接头和注油孔以及注油孔堵头，起到与外部连接的作用。在阀体的中央内部，装有控制模块，通过线圈供电线连接控制模块和比例电磁铁。比例电磁铁、波纹管、阀芯、阀座和平衡活塞被放置在阀体内部的下方。在阀体上开口有入水口、出水口以及平衡压力口。通过阀口紧定圈、阀座、平衡活塞、密封圈来隔绝阀门的内部与外部。阀体与阀盖仿生鱼的身体。平衡活塞和波纹管组成的机械机构可以水平移动，这样的移动机构是仿生深海鱼类皮肤在高压的环境下可以收缩和膨胀的。从阀盖上的注油孔向阀体内注满油后，在阀体内部油的压力与外界变化压力的作用下，平衡活塞和波纹管可以水平伸缩来平衡高压。

本发明的具体工作过程如下：

基于仿生深海鱼类可以平衡体内和体外压差的原理，整体阀门仿生深海鱼类的身体，而在阀体外部高压的作用下，平衡压力口内的平衡活塞与波纹管可以水平移动，使内部液压油的压强和外部水压相等，防止了空腔被压扁，而且使阀芯尾部和首部接触相同的压力，大幅度降低了阀芯的不平衡力。这两个波纹管仿生鱼类的皮肤，内部液压油仿生鱼类的体液，控制模块仿生鱼类的神经中心。

在使用时首先使用密封圈19把阀盖14与阀体13密封好，通过水下电缆接头15把控制器电缆16从阀体内部引出。将液压油从注油孔18进入到阀体，并充满阀体的整个内部空腔。控制模块通过线圈供电线5连接比例电磁铁6控制阀芯的移动，从而控制阀口的开口大小。阀体左侧安装有平衡活塞1和焊接波纹管2通过波纹管接头3国定于阀体13内部，并通过密封圈4进行密封，焊接波纹管9通过波纹管接头7和密封圈8安装于阀体右侧腔室，并通过平衡口紧定圈20将其固定于阀体内部，当阀门工作于高压环境中时外部高压分别从左侧平衡压力口23与右侧进水口21作用于波纹管2和9，波纹管发生收缩，阀体内部压力油受挤压压力升高，达到与外界压力相等时处于平衡状态，使得阀芯10尾部和首部接触相同的压力，大大减轻了阀芯的工作压力，同时阀体内部压力与外界压力相等，防止了阀体空腔被压扁。通过电缆将控制信号从水面传输到控制模块17，由控制模块控制比例电磁铁6的电流强度，驱动阀芯的移动改变阀口的开度，外部水流从进水口21进入阀体从出水口22流入到需要的位置。

本发明公开了一种基于仿生原理的水下平衡高压阀门。本阀门基于仿深海鱼类能够平衡体内和体外压差的原理，主要由阀盖、阀体、阀芯、波纹管、比例电磁铁、控制模块等组成。阀盖阀体起到了保护和支撑的作用，在阀体与阀盖上分别设有进水口、出水口、平衡压力口、电缆接头、注油孔堵头，使阀门与外界联系。在阀腔的内部，安装有比例电磁铁、阀芯、波纹管、密封圈、平衡活塞等，其中在密封圈、波纹管接等保持密封性良好的前提下，平衡活塞与波纹管在阀体内外压强的作用下可以水平伸缩移动，这是基于仿生深海鱼类皮肤能随海底内压力的改变而伸缩的原理。本发明可以提高阀芯的控制精度，减少作用在丝杠上的传动力矩，提高传动机构工作的可靠性。

Claims (1)

1.一种基于仿生原理的水下平衡高压阀门，其特征在于：包括阀体、与阀体上端固连的阀盖和设置在阀体腔体内的阀芯，在阀盖与阀体形成的空间内设置有控制模块，在阀盖上设置有注油孔和水下电缆接头，注油孔上设置有注油孔堵头，阀体的左端设置有平衡压力口、右端设置有入水口，阀体上还设置有出水口，在阀芯的左端部与阀体之间设置有比例电磁铁，比例电磁铁的线圈供电线与控制模块连接，阀体左端的腔体内安装有平衡活塞和第一波纹管接头，且平衡活塞与第一波纹管接头之间设置有第一波纹管，在阀体右端的腔体内设置有第二波纹管接头，第二波纹管接头与阀芯上设置的轴肩之间设置有第二波纹管。