CN106761504A - 单弹簧可复位安全阀 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种单弹簧可复位安全阀，包括壳体，壳体下部底边法兰为泥浆入口，下部右侧法兰为泥浆出口；在壳体的上部水平设置有油缸总成，在壳体的下部竖直设置有泥缸总成及检测油缸总成，泥缸总成的下端连通泥浆入口，泥缸总成的中部连通泥浆出口；检测油缸总成的缸体壁通过连通管与储油腔连通，储油腔与油缸总成的上活塞右端外侧的油腔、泥缸总成的下活塞上部外端的腔室连通。本发明的装置，适应性强、结构较简单、维修及调整方便。

Description

单弹簧可复位安全阀
技术领域
本发明属于石油钻井设备技术领域，涉及一种单弹簧可复位安全阀。
背景技术
目前钻井泵的安全阀主要有剪切式安全阀与弹簧复位式安全阀两种结构，其中弹簧复位式安全阀的工作原理为：在泥浆入口处高压泥浆作用于活塞下端面、然后通过安全阀上部的连杆与曲柄等零部件将压力传递给两个载荷弹簧，高压泥浆作用在活塞上力与载荷弹簧作用在曲柄上的力相平衡，安全阀处于正常工作(非放喷)状态。当泥浆压力升高到一定值时，这种曲柄滑块机构的平衡状态就会因载荷弹簧的受力压缩而被破坏，导致活塞上移泥浆出入口连通而实现放喷。
由于安全阀的两个载荷弹簧外露以及其本身的结构特点，对运输、安装及工况的适应性较差，很容易因载荷弹簧的损伤而严重影响安全阀的放喷精度(提前或滞后放喷)，甚至在无明显损坏的情况下或载荷弹簧所受的微小影响下，就可能导致泥浆放喷压力的巨大波动，给泥浆泵的正常连续工作造成很大的影响；其次，安全阀结构较为复杂，包含零部件较多且对安装精度要求较高；另外，活塞密封圈与泥浆直接接触很容易损坏，内部维修时需要将全部零部件拆除，对维修的技术水平要求也很高。
发明内容
本发明的目的是提供一种单弹簧可复位安全阀，解决了现有技术结构设置不合理，适应性较差，容易损坏，维修不方便的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种单弹簧可复位安全阀，包括壳体，壳体下部底边法兰为泥浆入口，下部右侧法兰为泥浆出口；在壳体的上部水平设置有油缸总成，在壳体的下部竖直设置有泥缸总成及检测油缸总成，泥缸总成的下端连通泥浆入口，泥缸总成的中部连通泥浆出口；检测油缸总成的缸体壁通过连通管与储油腔连通，储油腔与油缸总成的上活塞右端外侧的油腔、泥缸总成的下活塞上部外端的腔室连通。
本发明的单弹簧可复位安全阀，其特征还在于：
所述的油缸总成中上活塞的活塞杆前端与连杆一铰接，连杆一另一端与连杆二铰接，连杆二另一端通过销轴二与壳体铰接，销轴二与连杆二之间设置有两件扭簧，两件扭簧对称设置在连杆二的前端套筒两边；在连杆一前端双接耳与连杆二的后端单接耳铰接点下方设置有两个定位螺钉，定位螺钉下端套装在壳体的调节螺孔中；
销轴二与上活塞的轴线相互垂直且在同一平面内。
所述的泥缸总成包括下缸套和下活塞，下缸套侧壁开有多个侧壁窗口；下活塞为哑铃形状，两端大头外壁分别设置有两道密封圈二；下缸套套装在壳体下部的泥浆入口中，侧壁窗口与泥浆出口连通，下缸套与壳体的接触面设置有两道密封圈一，下活塞套装在下缸套中。
所述的检测油缸总成的结构是，包括缸套，缸套在外圆面上开有两个环向和一个竖向的油道，全部油道相互连通，在缸套竖向的油道两端分别开有通向缸套内部的两个进油孔，缸套通过缸套密封圈、法兰盖密封圈、法兰盖及其螺钉安装固定于壳体的直筒中；
在缸套内腔中安装有活塞总成，包括位于下方的活塞，活塞上表面连接有活塞杆，活塞将缸套内腔分为上下两个腔，且该上下两个腔分别与储油腔连通；在活塞杆外周套装有测压弹簧且测压弹簧处于受压状态，在活塞杆的轴心螺孔套装有调整螺杆，该调整螺杆外端设置有紧固螺母。
所述的连杆一的结构为两个铰接点均为双接耳。
所述的连杆二的结构是，一个铰接点为单接耳，另一个铰接点为长直筒形状。
本发明的有益效果是，与现有双弹簧复位安全阀相比，适应性强、结构较简单、维修及调整方便，采用一个刚度较小的载荷弹簧且处于完全封闭的状态，检测精度及灵敏性较高且调整方便，基本不会受到外界工况及运输条件的影响；其次安全阀壳体经铸造一次加工成型大大减少了中间的装配环节，因此安全阀的整体装配精度较高且泥浆或液压油基本不会泄露；另外，该安全阀的压力检测装置处于洁净的液压油环境下与泥浆放喷结构部分完全隔离，使其工作状态不易受到周边工况的影响，因而也就间接的提高了压力检测的准确性及使用寿命。由于压力检测部分与放喷部分完全隔离，维修时就不必将全部零部件拆除，进而降低了后期维护的复杂性。
附图说明
图1是本发明装置的装配剖视示意图；
图2是本发明装置中的壳体1外形示意图；
图3是本发明装置中的壳体1剖视示意图；
图4是本发明装置中的下缸套2的结构示意图；
图5是本发明装置中的下活塞3的结构示意图；
图6是本发明装置中的检测油缸总成12的爆炸结构示意图；
图7是本发明装置中的活塞杆37的剖视结构示意图；
图8是本发明装置中的调整螺杆38的结构示意图；
图9是本发明装置中的定位螺钉10的结构示意图；
图10是本发明装置中的连杆一6的结构示意图；
图11是本发明装置中的连杆二7的结构示意图；
图12是本发明装置在正常工作状态的示意图；
图13是本发明装置在放喷状态(剖视)示意图。
图中，1.壳体，2.下缸套，3.下活塞，4.上活塞，5.销轴一，6.连杆一，7.连杆二，8.扭簧，9.销轴二，10.定位螺钉，11.压力标牌，12.检测油缸总成，13.连通管，14.储油腔；21.密封圈一，22.密封圈二，23.侧壁窗口；31.缸套，32.缸套密封圈，33.法兰盖密封圈，34.法兰盖，35.螺钉，36.活塞密封圈，37.活塞杆，38.调整螺杆，39.紧固螺母，40.测压弹簧，41.活塞杆密封圈，42.油道，43.进油孔一，44.进油孔二；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
以下描述过程中的上下左右均以所对应的附图而论，实际安装位置以此类推。
参照图1、图2、图3，本发明的结构是，包括作为安装主体的壳体1，壳体1下部底边法兰为泥浆入口，下部右侧法兰为泥浆出口；在壳体1的上部水平设置有油缸总成，在壳体1的下部竖直设置有泥缸总成(泥缸总成内腔的介质为泥浆)及检测油缸总成12，泥缸总成的下端连通泥浆入口，泥缸总成的中部(开口)连通泥浆出口；检测油缸总成12的缸体壁通过连通管13与储油腔14连通，储油腔14与油缸总成的上活塞4右端外侧的油腔、泥缸总成的下活塞3上部外端的腔室连通；
油缸总成中上活塞4的活塞杆前端通过销轴一5与连杆一6铰接，连杆一6另一端与连杆二7铰接，连杆二7另一端通过销轴二9与壳体1铰接，销轴二9与连杆二7之间设置有两件扭簧8，两件扭簧8对称设置在连杆二7的前端套筒两边；在连杆一6前端双接耳与连杆二7的后端单接耳铰接点下方设置有两个定位螺钉10，定位螺钉10下端套装在壳体1的调节螺孔中，定位螺钉10上端用于限定连杆一6前端双接耳与连杆二7的后端单接耳铰接点的下移距离；
销轴二9与上活塞4的轴线相互垂直且在同一平面内，因此这种连杆、活塞及销轴的连接方式就构成了一种曲柄滑块机构，实现连杆二7的转动带动上活塞4在自己的缸套内做直线运动；两个定位螺钉10安装在连杆一6与连杆二7所形成铰链的正下方，以限制连杆二7的向下转动且尽量使上述所形成的曲柄滑块机构处于平衡状态；扭簧8安装在销轴二9的两边，对连杆二7施加顺时针方向的力矩，以防止安全阀在非放喷状态下，因钻井泵压力波动或外界振动的影响，而意外打破曲柄滑块的平衡状态导致误放喷；
参照图4、图5，泥缸总成包括下缸套2和下活塞3，下缸套2侧壁开有多个侧壁窗口23，下缸套2外壁两端分别设置有密封圈一21；下活塞3为哑铃形状，两端大头外壁分别设置有两道密封圈二22；下缸套2套装在壳体1下部的泥浆入口中，侧壁窗口23与泥浆出口连通，下缸套2与壳体1的接触面设置有两道密封圈一21，通过上下两道密封圈一21实现密封；下活塞3套装在下缸套2中，下活塞3可在下缸套2内滑动，通过密封圈二22与下缸套2实现密封；
当泥浆压力处于正常范围时，下活塞3将泥浆入口与泥浆出口隔开(下缸套2内设有下活塞3不向下脱落的限位装置)；当泥浆压力超过设定值时，下活塞3将会向上运动且超过下缸套2的侧壁窗口23时，壳体1的泥浆出口与泥浆入口连通而实现放喷；
参照图6、图7、图8，检测油缸总成12的结构是，包括缸套31，缸套31在外圆面上开有两个环向和一个竖向的油道42，全部油道42相互连通，在缸套安装时无需周向定位的情况下就可以使缸套上的油道42与壳体1上的连通管13连通，在缸套31竖向的油道42两端分别开有通向缸套内部的两个进油孔(即进油孔一43和进油孔二44)，使缸套内孔与壳体1中的储油腔14连通，缸套31通过缸套密封圈32、法兰盖密封圈33、法兰盖34及其螺钉35安装固定于壳体1的直筒中；
在缸套31内腔中安装有活塞总成，包括位于下方的活塞，活塞上表面连接有活塞杆37，活塞将缸套31内腔分为上下两个腔，活塞及活塞杆37一起可在缸套31内滑动，且该上下两个腔分别与储油腔14连通；在活塞杆37外周套装有测压弹簧40且测压弹簧40处于受压状态，在活塞杆37的轴心螺孔套装有调整螺杆38，该调整螺杆38外端设置有紧固螺母39，拧转调整螺杆38用于调节调整螺杆38露出活塞杆37的长度，调整螺杆38露出活塞杆37的长度确定后用紧固螺母39对调整螺杆38进行锁紧。
参照图2，检测油缸总成12外壳上竖直设置有压力标牌11，压力标牌11上指示的压力值对应检测油缸总成12中调整螺杆38露出活塞杆37的长度。
参照图9，定位螺钉10的一端为大头，另一端为直杆。
参照图10，连杆一6的结构为两个铰接点均为双接耳。
参照图11，连杆二7的结构是，一个铰接点为单接耳，另一个铰接点为长直筒形状。
本发明的工作原理是，
1)参照图12，正常工作时，将壳体1下部泥浆入口处的法兰与泥浆泵排出五通相连，将泥浆出口处的法兰与放喷管线相连，储油腔14及检测油缸总成12中充满液压油；泥浆压力通过泥浆入口将压力传递给下活塞3，由于下活塞3上下端面积相同，因此下活塞3将相同的压力传递给壳体1储油腔14中的液压油；同时液压油将压力传递给上活塞4及检测油缸总成12活塞杆37的上下两个端面上。检测油缸总成12中的活塞杆37上下两个端面及上活塞4的右端面均受到相同的压力作用。当外力波动较小时，在扭簧8及调整螺钉10的作用下及检测油缸总成12中液压油的压力不足以克服测压弹簧40所设定的预压力的情况下，使得连杆、销轴及活塞所形成的曲柄滑块机构处于平衡状态；
2)参照图13，当钻井泵工作压力达到设定的放喷压力时，由于检测油缸总成12中活塞杆37上下两个端面油压相同，而两端面的面积不同，因此活塞杆37将受到液压油向上的推力作用向上运动，检测油缸总成12中测压弹簧40被进一步压缩直到活塞杆37受力平衡，活塞杆37上移时带动调整螺杆38一起向上运动，当泥浆达到设定压力时活塞杆37上移至连杆一6与连杆二7之间铰链接的位置且对该铰链施加向上的推力(能够克服扭簧对曲柄施加的扭矩)致使曲柄滑块机构的平衡状态被打破，此时上活塞4在壳体储油腔14高压油的作用下，上活塞4会迅速向左运动，使得储油腔14的压力迅速降低，同时下活塞3在高压泥浆的作用下也迅速向上运动，当下活塞3下端面高出泥缸总成的侧壁窗口23时，泥浆出口与泥浆入口连通达到放喷的目的；
3)放喷后可手动对曲柄滑块机构进行复位(由于扭簧8对连杆二7顺时针方向的力矩及下活塞3因自身重力向下移动使储油腔14形成近似负压的作用下，该曲柄滑块机构也可以自行复位)。由于检测油缸总成12中测压弹簧40受压缩及储油腔14中液压油压力的降低，检测油缸总成12中的活塞杆37也可自行复位到初始位置，见图1和图12。
本发明放喷压力的设定方法是：根据设计计算及产品出厂前的试验将不同放喷压力下检测油缸总成12中活塞杆37的移动距离(此距离就是上述调整螺杆38刚好能够打破曲柄滑块机构平衡状态的距离)所对应的压力值，通过距离换算在压力标牌11上做出相应的压力标识。使用时就可以通过对照压力标牌11上的压力值，调整检测油缸总成12中调整螺杆38露出活塞杆37的长度(调整好后通过紧固螺母39对其锁紧)，实现当泥浆压力达到压力标牌11上的设定值时放喷的目的，见图13。
由于该安全阀的压力检测部分与泥浆完全隔离且处于完全封闭的液压油环境中，因此避免了大部分零部件过早的被泥浆腐蚀及泥浆中杂质卡阻的问题，同时该安全阀仅使用一个刚度较小的测压弹簧及工作环境也得到了很大的改善，对提高安全阀的使用寿命、检测精度及降低后期维修成本(各功能部分相对较为独立，只对故障部分进行维修)都具有很好的现实意义。

Claims (6)

1.一种单弹簧可复位安全阀，其特征在于：包括壳体(1)，壳体(1)下部底边法兰为泥浆入口，下部右侧法兰为泥浆出口；在壳体(1)的上部水平设置有油缸总成，在壳体(1)的下部竖直设置有泥缸总成及检测油缸总成(12)，泥缸总成的下端连通泥浆入口，泥缸总成的中部连通泥浆出口；检测油缸总成(12)的缸体壁通过连通管(13)与储油腔(14)连通，储油腔(14)与油缸总成的上活塞(4)右端外侧的油腔、泥缸总成的下活塞(3)上部外端的腔室连通。
2.根据权利要求1所述的单弹簧可复位安全阀，其特征在于：所述的油缸总成中上活塞(4)的活塞杆前端与连杆一(6)铰接，连杆一(6)另一端与连杆二(7)铰接，连杆二(7)另一端通过销轴二(9)与壳体(1)铰接，销轴二(9)与连杆二(7)之间设置有两件扭簧(8)，两件扭簧(8)对称设置在连杆二(7)的前端套筒两边；在连杆一(6)前端双接耳与连杆二(7)的后端单接耳铰接点下方设置有两个定位螺钉(10)，定位螺钉(10)下端套装在壳体(1)的调节螺孔中；
销轴二(9)与上活塞(4)的轴线相互垂直且在同一平面内。
3.根据权利要求1所述的单弹簧可复位安全阀，其特征在于：所述的泥缸总成包括下缸套(2)和下活塞(3)，下缸套(2)侧壁开有多个侧壁窗口(23)；下活塞(3)为哑铃形状，两端大头外壁分别设置有两道密封圈二(22)；下缸套(2)套装在壳体(1)下部的泥浆入口中，侧壁窗口(23)与泥浆出口连通，下缸套(2)与壳体(1)的接触面设置有两道密封圈一(21)，下活塞(3)套装在下缸套(2)中。
4.根据权利要求1所述的单弹簧可复位安全阀，其特征在于：所述的检测油缸总成(12)的结构是，包括缸套(31)，缸套(31)在外圆面上开有两个环向和一个竖向的油道(42)，全部油道(42)相互连通，在缸套(31)竖向的油道(42)两端分别开有通向缸套内部的两个进油孔，缸套(31)通过缸套密封圈(32)、法兰盖密封圈(33)、法兰盖(34)及其螺钉(35)安装固定于壳体(1)的直筒中；
在缸套(31)内腔中安装有活塞总成，包括位于下方的活塞，活塞上表面连接有活塞杆(37)，活塞将缸套(31)内腔分为上下两个腔，且该上下两个腔分别与储油腔(14)连通；在活塞杆(37)外周套装有测压弹簧(40)且测压弹簧(40)处于受压状态，在活塞杆(37)的轴心螺孔套装有调整螺杆(38)，该调整螺杆(38)外端设置有紧固螺母(39)。
5.根据权利要求1所述的单弹簧可复位安全阀，其特征在于：所述的连杆一(6)的结构为两个铰接点均为双接耳。
6.根据权利要求1所述的单弹簧可复位安全阀，其特征在于：所述的连杆二(7)的结构是，一个铰接点为单接耳，另一个铰接点为长直筒形状。
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