CN108035917B - 一种液气蓄能装置用隔离阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液气蓄能装置用隔离阀，包括主阀、先导阀、电磁球阀、单向阀、节流阀、截止阀、溢流阀和辅助蓄能器等元件，其中主阀控制液压缸和蓄能器之间主油路的通断，先导阀控制主阀的开关，电磁球阀控制先导阀阀芯的移位，节流阀利用两端压差特性也可以控制先导阀阀芯的移位；隔离阀系统中截止阀控制系统支路的通断，溢流阀限制系统的最高压力，辅助蓄能器提供系统的初始压力。本发明的有益效果是：采用二通插装阀作为隔离阀主阀，利用电液联合控制，可靠性高；主体集成到一个液压阀块上，结构紧凑，实现液压系统的集成化；具有自动关闭、手动关闭、保持常开、复位和旁通的功能，功能集成，安装操作方便。

Description

一种液气蓄能装置用隔离阀

技术领域

本发明属于液压系统蓄能装置技术领域，尤其涉及一种液气蓄能装置用隔离阀。

背景技术

液气蓄能装置指蓄能器与液压缸通过管路连接作为动力源驱动负载运动，具有无能耗、输出功率大、减少压力冲击和压力脉动以及降低振动和噪声的优点，在现代大型液压系统中得到广泛应用。在浮式钻井平台升沉补偿装置中使用液气蓄能装置作为系统的主要动力源，本发明以升沉补偿系统液气蓄能装置的操作工况进行设计。

深海油气开采依靠浮式钻井平台，海浪的不规则运动使钻井平台产生六自由度的不规则运动。钻井平台的升沉运动带动钻柱上下往复运动，造成井底钻压波动甚至使钻头脱离井底，严重影响钻进效率，缩短钻具的使用寿命，增大操作安全隐患。因此，钻柱升沉补偿系统是浮式钻井平台上不可缺少重要设备之一。钻柱升沉补偿技术在国外发展较快，但在国内尚处于初级阶段。目前中国半潜式平台以及浮式钻井船上所用的升沉补偿装置都是由国外研发制造，采购成本较高，实现升沉补偿装置自主设计制造非常重要，也是油气资源的开采向深海进军和海洋石油开采装备的自主研发的需要。

在升沉补偿过程中，当遇到钻柱断裂、钢丝绳断开或，钻柱部分重量从补偿液压缸上释放，导致补偿液压缸液体迅速扩张使压力突然降低，蓄能器内的高压油液会对补偿缸产生非常大的向上加速度；当蓄能器与气瓶之间的软管破裂时，也会使补偿液压缸无杆腔的压力突然降低产生一个向下的加速度，对工作人员和钻井设备造成损害。因此，应在蓄能器和补偿液压缸之间加隔离阀，把补偿缸与蓄能器分隔开，能够在钻柱突然断裂或蓄能器与气瓶之间的软管破裂时切断补偿缸和蓄能器之间的通路，同时当需要更换新的钻柱立根或遇到特殊情况时，需要手动关闭隔离阀来保持天车相对井架是静止不动的。隔离阀在天车升沉补偿装置中具有重要的作用，而目前国内外对这方面的研究比较少，因此设计一个反应灵敏同时可靠性高的隔离阀具有重要的现实意义。

综上所述，现有技术有待进一步完善。

发明内容

本发明为避免上述现有技术存在的不足之处，提供了一种液气蓄能装置用隔离阀，该设备具有结构简单、安装方便、反应灵敏和可靠性高的优点。

本发明所采用的技术方案为：

一种液气蓄能装置用隔离阀，由高压气瓶组、截止阀一、气液转换器、电磁球阀SV1、节流阀一、补偿液压缸、主阀、溢流阀、单向阀一、油箱、电磁球阀SV2、节流阀二、截止阀二、电磁球阀SV3、先导阀、电磁球阀SV4、节流阀三、压力表、辅助蓄能器、单向阀二、单向阀三、过滤器、截止阀三和截止阀四组成。

所述主阀为二通插装阀，主阀的阀口一与补偿液压缸无杆腔连通，阀口二与气液转换器的液体端连通，液控弹簧端与先导阀和溢流阀的相互连通，所述主阀由先导阀控制开关，所述气液转换器的气体端通过截止阀一与高压气瓶组连通，所述截止阀一为常开状态，主阀的功能是控制液压系统主油路的通断，当系统遇到特殊情况或者需要切断液压系统油路时将主阀关闭。

所述先导阀为带弹簧的二位四通液控换向阀，所述先导阀的进油口与电磁球阀SV3连通，所述先导阀的弹簧液控端与电磁球阀SV3、单向阀一和电磁球阀SV2相互连通，与所述电磁球阀SV2依次相连通的有节流阀二和截止阀二，所述截止阀二为常开状态，所述先导阀的不带弹簧液控端与电磁球阀SV4连通，所述单向阀一的进油端与电磁球阀SV2、电磁球阀SV3和先导阀相互连通，出油端与补偿液压缸连通。

所述截止阀四与所述电磁球阀SV1连通，所述电磁球阀SV1与节流阀连通，所述电磁球阀SV1为带定位功能的二位二通电磁换向球阀，复位时为常开状态，它们共同构成系统的旁通回路，主要起缓冲和平衡补偿液压缸无杆腔与气液转换器之间压力的作用。所述截止阀四与气液转换器连通，所述节流阀与补偿液压缸无杆腔连通。

所述溢流阀、电磁球阀SV2、先导阀和电磁球阀SV4的回油口与油箱相连。

所述隔离阀装置通过辅助蓄能器提供系统初始压力，与所述辅助蓄能器配套的有压力表、节流阀三和单向阀二，其中所述节流阀三和单向阀二并联组成单向节流回路，液压油进入辅助蓄能器时有节流作用。

所述隔离阀装置安装有过滤器，所述过滤器由过滤装置和带弹簧的单向阀并联而成，与所述过滤器配套的有单向阀三和截止阀三，所述单向阀三、过滤器、截止阀三和气液转换器依次相连通，所述截止阀三为常开状态。

所述电磁球阀SV1为带定位功能的二位二通电磁换向球阀，复位时为常开状态，所述电磁球阀SV2为二位三通电磁球阀，所述电磁球阀SV3为二位二通电磁球阀，断电时为常开状态，所述电磁球阀SV4为带定位功能的二位三通电磁球阀。

所述主阀、先导阀、电磁球阀、单向阀、节流阀、截止阀、溢流阀和过滤器均集成到一个液压阀块上，实现液压系统的集成化和标准化。

本发明所提供的液压系统，分析其主要结构可知：隔离阀的截止功能依靠主阀的开关来实现，主阀的开关通过先导阀控制，电磁球阀SV2、电磁球阀SV3和电磁球阀SV4的主要作用是控制先导阀阀芯的移位，进而控制主阀的开关，电磁球阀SV1所在的旁通回路主要起缓冲和平衡两端压力的作用，辅助蓄能器主要作用是提供压力作为系统的初始压力。

由于采用了上述技术方案，本发明所取得的有益效果为：

1.本发明所述的隔离阀装置采用二通插装阀作为本发明所述隔离阀装置的主阀，具有结构简单、性能可靠、流动阻力小、通流能力大的特点，通过设计合适的液压阀块，根据液压原理图将液压元件集成配置到液压集成块上，具有结构紧凑，占用空间少，安全系数高的特点，有利于实现液压系统的集成化和标准化。

2.本发明所述的隔离阀装置采用电液控制隔离阀主阀的通断代替原有仅仅依靠电磁控制的方式，在高压、大流量的液压系统中可靠性明显提高，即使在失电情况下发生紧急情况，隔离阀同样可以实现自动关闭的功能，大大减少了液压元件发生故障的概率，工作寿命较长。

3.本发明所述的隔离阀装置不仅具有自动关闭的功能，同时还具有手动关闭、保持常开、旁通和复位的功能，满足正常钻井工作中天车升沉补偿的实际工况，保证钻井、采油等的顺利进行，同时保证了工作过程中人员和设备的安全，具有功能集成，安装操作方便，成本较低的优势。

附图说明

图1为本发明所述的液气蓄能装置隔离阀的液压系统原理图；

图2为本发明所述的液气蓄能装置隔离阀的位置示意图。

其中，1-高压气瓶组，2-截止阀一，3-气液转换器，4-电磁球阀SV1，5-节流阀一，6-补偿液压缸，7-主阀，8-溢流阀，9-单向阀一，10-油箱，11-电磁球阀SV2，12-节流阀二，13-截止阀二，14-电磁球阀SV3，15-先导阀，16-电磁球阀SV4，17-节流阀三，18-压力表，19-辅助蓄能器，20-单向阀二，21-单向阀三，22-过滤器，23-截止阀三，24-截止阀四，25-隔离阀。

具体实施方式

下面结合附图及工作过程对本发明作进一步的详细说明：

如图1和图2所示，一种液气蓄能装置用隔离阀，其特征在于：包括高压气瓶组1、截止阀一2，气液转换器3，电磁球阀SV1，节流阀一5，补偿液压缸6，主阀7，溢流阀8，单向阀一9，油箱10，电磁球阀SV2，节流阀二12，截止阀二13，电磁球阀SV3，先导阀15，电磁球阀SV4，节流阀三17，压力表18，辅助蓄能器19，单向阀二20，单向阀三21，过滤器22，截止阀三23，截止阀四24和隔离阀25。

如图1所示，所述主阀7为二通插装阀，主阀7的阀口E与补偿液压缸6无杆腔、节流阀一5和单向阀一9相互连通，阀口F与气液转换器3的液体端、截止阀三23和截止阀四24相互连通，所述截止阀三23和截止阀四24为常开状态，所述主阀7的液控弹簧端与先导阀15的P油口和溢流阀8的进油口相互连通，所述气液转换器3的气体端通过截止阀一2与高压气瓶组1连通，所述截止阀一2为常开状态。

所述截止阀四24与所述电磁球阀SV1连通，所述电磁球阀SV1与节流阀5连通，作为系统旁通回路，所述电磁球阀SV1为带定位功能的二位二通电磁换向球阀，复位时为常开状态。

所述辅助蓄能器19通过油管与压力表18、节流阀三17和单向阀二20相互连通，所述节流阀三17和单向阀二20并联与单向阀三21、电磁球阀SV4的N油口、先导阀15的B油口和截止阀二13相互连通，所述单向阀三21与过滤器22连通，所述过滤器22由过滤装置和带弹簧的单向阀并联而成，所述过滤器22与截止阀三23连通。

所述先导阀15为带弹簧的二位四通液控换向阀，初始状态时A口与B口堵住，P口与T口连通，当阀芯移位后A口与T口连通、B口与P口连通，所述先导阀15的A口与电磁球阀SV3相连通，T口与油箱10相连，所述先导阀15的左侧带弹簧液控端与电磁球阀SV3、单向阀一9和电磁球阀SV2的C油口相互连通，所述先导阀15的右侧液控端与电磁球阀SV4的D油口连通，所述电磁球阀SV3为二位二通电磁球阀，断电时为常开状态。

所述电磁球阀SV2为二位三通电磁球阀，断电时C油口与H油口连通、I油口接油箱，通电时C油口与I油口连通、H油口堵住，电磁球阀SV2的H油口与节流阀二12相连通，节流阀二12与截止阀二13相连通，所述截止阀二13为常开状态，所述电磁球阀SV4为带定位功能的二位三通电磁球阀，断电时D油口与N油口连通、M油口接油箱，通电时D油口与M油口连通、N油口堵住。

如图2所示，所述液压元件除高压气瓶组1、截止阀一2、气液转换器3、补偿液压缸6、压力表18和辅助蓄能器19外，其余所述液压元件均集成为一个液压阀块，将液压元件集成配置到液压集成块上，实现液压系统的集成化和标准化。

本发明所述的隔离阀装置的核心部件是先导阀15组件，先导阀15通过传感器能够检测到某些钻井违规信号进而控制主阀来处理紧急事故，液压系统的液压油通过过滤器22流向液压系统的其他执行元件，对液压系统的液压油起到净化作用，当未达到设计海况时，主阀7是不关闭的，除非发生突然、紧急的情况。

分析上述结构的工作过程：

所述隔离阀25的动作方式主要由三种：正常工作状态、关闭状态和常开状态，其中关闭状态又可分为手动关闭方式和自动关闭方式。在隔离阀25正常工作状态下，液压油在补偿液压缸6和气液转换器3之间自由流通；在关闭状态下，隔离阀25将液压油的流通通道堵住；在常开状态下，隔离阀24不会随压力的变化而改变工作状态，液压油始终自由流通。

隔离阀25具有自动关闭的功能，初始状态下，先导阀15两液控端压力相等，在弹簧力的作用下阀芯位置保持不变，此时先导阀15的A口与B口堵住，P口与T口连通，当遇到钻柱断裂、钢丝绳断开和高压管线破裂等紧急情况时，导致补偿液压缸6的无杆腔有压力瞬间下降，即主阀7的E端压力降低，压力油由电磁球阀SV2经过单向阀一9进入补偿液压缸6的无杆腔，此时节流阀二12两端油路导通，形成一定的压差，先导阀15的B油口压力高于A油口，先导阀15的无弹簧液控端压力高于弹簧液控端压力，当无弹簧液控端压力超过弹簧液控端压力、弹簧力和摩擦力的总和时，先导阀15的阀芯移位，先导阀15的A口与T口连通、B口与P口连通，压力油由先导阀15的B口进入主阀7的液控弹簧端，主阀7的液控弹簧端在油压和弹簧力的作用下推动主阀7的阀芯移位，主阀关闭，补偿液压缸6无杆腔与气液转换器3之间的主通道被阻断，实现自动关闭功能。

隔离阀25具有手动关闭的功能，当需要更换新的立根或者遇到特殊情况时，需要手动关闭隔离阀来保持天车相对井架是静止不动的，电磁球阀SV2通电，C油口与I油口连通、H油口堵住，先导阀15的左液控端与油箱连通，无弹簧液控端压力克服弹簧力和摩擦力使阀芯移位，压力油由先导阀15的B口进入主阀7的液控弹簧端，主阀7阀芯移位，主阀关闭，实现手动关闭功能。

隔离阀25具有保持常开的功能，在正常工作模式下，电磁球阀SV4的左端线圈通电，阀芯移位，D油口与M油口连通、N油口堵住，先导阀15无弹簧端液控压力减小，弹簧端压力大于无弹簧端压力，无论先导阀15弹簧端液控压力是否减小，在弹簧力的作用下阀芯始终不会移位，隔离阀25的正常工作状态不会改变，同时电磁球阀SV4的阀芯带有定位功能，若意外失电，阀芯位置依然保持不变，增加安全系数。

隔离阀25具有旁通的功能，节流阀一5、电磁球阀SV1和截止阀四24构成补偿液压缸6无杆腔和气液转换器3之间的旁通回路。旁通回路具有两个功能：一是当遇到紧急情况时，在关闭主阀7的瞬间，此时补偿液压缸6的活塞杆连同天车处于运动状态，会造成补偿液压缸6无杆腔的液压冲击，旁通回路具有缓冲功能，可将液压冲击大大降低，保护设备不受损坏，当运行平稳后电磁球阀SV1右端线圈自动通电，旁通回路截止；在主阀7关闭状态下，若想重新打开，需平衡补偿液压缸6无杆腔和气液转换器3液体端的压力，此时旁通回路起到压力平衡的功能，当电磁球阀SV1发生故障时，也可手动关闭截止阀四24来打开或关闭旁通回路，电磁球阀SV4的阀芯同样带有定位功能，若意外失电，阀芯位置依然保持不变。

隔离阀25具有复位的功能，当主阀7处于关闭状态时，为了重新打开，需电磁球阀SV2断电，电磁球阀SV2的H口和C口连通，此时先导阀15的A口与T口连通，先导阀15液控弹簧端与油箱10相连，同时电磁球阀SV3短暂通电，电磁球阀SV2的C口与先导阀15的A口之间的油路断开，先导阀15弹簧端液控端压力升高，阀芯移位，主阀7的液控弹簧端与油箱相连通，主阀7开启，实现复位功能。重新打开隔离阀25需要两个条件即电磁球阀SV2断电和电磁球阀SV3短暂通电，使其不会因意外失电等事故使隔离阀25误操作，可靠性高。

本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确规定和限定，术语“相连”、“连接”“连通”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“一”、“二”、“三”、“四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

Claims (5)

1.一种液气蓄能装置用隔离阀，其特征在于：包括电磁球阀SV1(4)、节流阀一(5)、主阀(7)、溢流阀(8)、单向阀一(9)、油箱(10)、电磁球阀SV2(11)、节流阀二(12)、截止阀二(13)、电磁球阀SV3(14)、先导阀(15)、电磁球阀SV4(16)、节流阀三(17)、压力表(18)、辅助蓄能器(19)、单向阀二(20)、单向阀三(21)、过滤器(22)、截止阀三(23)、截止阀四(24)，上述元件共同构成隔离阀(25)，所述隔离阀(25)与高压气瓶组(1)、截止阀一(2)、气液转换器(3)和补偿液压缸(6)共同构成液气蓄能装置，其特征在于：

所述主阀(7)为二通插装阀，主阀(7)的阀口一与补偿液压缸(6)无杆腔连通，阀口二与气液转换器(3)的液体端连通，液控弹簧端与先导阀(15)和溢流阀(8)相互连通，所述主阀(7)由先导阀(15)控制开关，所述气液转换器(3)的气体端通过截止阀一(2)与高压气瓶组(1)连通，所述截止阀一(2)为常开状态；

所述先导阀(15)为带弹簧的二位四通液控换向阀，所述先导阀(15)的进油口与电磁球阀SV3(14)连通，所述先导阀(15)的弹簧液控端与电磁球阀SV3(14)、单向阀一(9)和电磁球阀SV2(11)相互连通，所述先导阀(15)的不带弹簧液控端与电磁球阀SV4(16)连通，与所述电磁球阀SV2(11)依次相连通的有节流阀二(12)和截止阀二(13)，所述截止阀二(13)为常开状态，所述单向阀一(9)的出油端与补偿液压缸(6)连通，所述电磁球阀SV4(16)的进油口与截止阀二(13)、先导阀(15)、节流阀三(17)、单向阀二(20)、和单向阀三(21)相互连通；

所述截止阀四(24)依次与所述电磁球阀SV1(4)、节流阀一(5)相连通构成系统旁通回路，所述截止阀四(24)与气液转换器(3)连通，所述节流阀一(5)与补偿液压缸(6)无杆腔连通，所述截止阀四(24)为常开状态；

所述溢流阀(8)、电磁球阀SV2(11)、先导阀(15)和电磁球阀SV4(16)的回油口与油箱相连。

2.根据权利要求1所述的液气蓄能装置用隔离阀，其特征在于：所述隔离阀(25)通过辅助蓄能器(19)提供系统初始压力，与所述辅助蓄能器(19)配套的有压力表(18)、节流阀三(17)和单向阀二(20)，其中所述节流阀三(17)和单向阀二(20)并联组成单向节流回路，液压油进入辅助蓄能器(19)时有通过节流阀三(17)有节流作用。

3.根据权利要求1所述的液气蓄能装置用隔离阀，其特征在于：所述隔离阀(25)安装有过滤器(22)，所述过滤器(22)由过滤装置和带弹簧的单向阀并联而成，与所述过滤器(22)配套的有单向阀三(21)和截止阀三(23)，所述单向阀三(21)、过滤器(22)、截止阀三(23)和气液转换器(3)依次相连通，所述截止阀三(23)为常开状态。

4.根据权利要求1所述的液气蓄能装置用隔离阀，其特征在于：所述电磁球阀SV1(4)为带定位功能的二位二通电磁换向球阀，复位时为常开状态，所述电磁球阀SV2(11)为二位三通电磁球阀，所述电磁球阀SV3(14)为二位二通电磁球阀，断电时为常开状态，所述电磁球阀SV4(16)为带定位功能的二位三通电磁球阀。

5.根据权利要求1所述的液气蓄能装置用隔离阀，其特征在于：所述主阀、先导阀、电磁球阀、单向阀、节流阀、截止阀、溢流阀和过滤器均集成到一个液压阀块上，实现液压系统的标准化和集成化。