CN1080805C - 活塞阀 - Google Patents

Abstract

一种活塞阀(10)，其中空心活塞式套筒(13、33、45)具有套筒(13、33、45)、又有封闭底端(12)，该套筒具有一圆柱形外表面(14)，它可在一个本体(18)的光滑圆柱形内表面(19)上滑动和密封。当套筒(13、33、45)中的开口(22、47)从光滑圆柱形内表面(19)向外本体(18)的开口(23)时，它们进入阀(10)的打开位置。

Description

活塞阀

本发明涉及一种用于控制液体流量的阀，虽然并不仅限于用在吸管底部，但这种阀主要用作脚阀。本说明书就是根据应用于此场合的阀进行描述的。

由于申请人对已用作脚阀或类似目的的任何一种套筒式阀的情况不甚了解，申请人以检索的方法努力确定现有技术的情况。注意到所检索到的申请人Appleton的专利申请PCT/GB92/02198，该申请有关于钻井设备中的泥浆止回阀。在该说明书中，描述了一管状阀件，它在管状本体内通过一套筒密封件而轴向可移动，该密封件本身安装在本体内可从下游止挡件向上游方向轴向滑动。一压缩弹簧在下游方向推动套筒的密封件，但管状套筒的功能是当泥浆压力骤然回升时进一步压缩弹簧，并且在此情况下，套筒底部打开一流体通道，它可使回升压力收容在管状套筒内，并且从其侧壁的槽排出。

虽然说明书在此描述的是由申请人检索到的最新的现有技术，但其没有这样的结构，外套筒和内套筒上的开口都通入回路以提供与套筒外部空间的流体连通，只是在本体内、在套筒处于关闭位置时不进行流体连通。虽然Appleton的套筒具有伸过其壁的开口，但那些开口都必须是排出口，当阀打开时不能用于来自外套筒的流体流动，外套筒不具有用于流体流动的任何开口。显然这种阀不适用于代替通常所用的钻孔活门阀。

其它有关的申请或说明书有Halliburton的澳大利亚专利申请AU-A1-65970/81、名为“止回阀装置”，以及Weevers的美国专利4,747,426、也名为“止回阀”。

用于泵送水的设备中的吸管底部的脚阀通常称为“活门”式止回阀，但当要泵送的液体可能含有诸如沙、小卵石或小石块时存在两个问题。现有技术的脚阀几乎都是具有一铰链关闭件的形式，其或是支承在阀底部一基本上平的表面上而从一打开位置到关闭位置的铰链，或是一起到类似功能的弹簧加载的中心杆件。这种阀是非常便宜的，但由于当泵不运行时，阀可能由于吸管底部的碎屑而局部打开，使用时会给使用者造成大量的额外工作，这是因为流过吸管的水中夹有碎屑等。因而吸管中所装的水会不受限制的漏回到钻孔底部，并且再起动泵需要使泵再准备好，而这既费时又不方便。现有技术存在的另一个问题是通常钻孔和钻孔层都比其所保持的吸管略大，并且先前所使用的活门阀通常已经具有超过钻孔体的外部尺寸，这样阀的密封表面的直径将要比吸管内径略小，从而限制流速。

因此本发明的一个目的在于提供一种阀，其运转故障少，从而使之可能在阀已经关闭和泵已经停止运行后，钻孔层中的水保留一段时间。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于控制液体流动的、具有一打开位置和一关闭位置的止回脚阀，包括一有内表面为圆柱形的管状壁的外本体、一具有一空心套筒、有一封闭端的活塞，所述套筒壁具有一密封的圆柱形外表面，它可滑动和密封地与所述管状壁圆柱形内表面的光滑部分配合，所述表面具有各自与所述本体外空间和套筒内空间连通的开口；以及间设在所述管状壁和套筒壁之间的三个轴向隔开的密封环，所述外本体出口靠近但位于所述中间密封环上方，当所述阀处于其关闭位置时藉由所述套筒的圆柱形外密封表面，使所述中间的密封环密封所述本体的圆柱形内表面的所述光滑部分，但当所述套筒滑离所述本体光滑部分时将所述阀处于其打开位置，所述套筒的滑动受到作用于所述套筒封闭端的流体压力的影响。

在本发明的一个实施例中，采用一种活塞阀，其中活塞式的套筒具有一安装有一圆柱形外表面的空心套的封闭底端，圆柱形外表面在阀关闭时以滑动和密封配合而密封地配合在外体内表面光滑部分，只是圆柱形本体内表面和外表面以及套筒各自都具有开口，当阀打开时这些开口都充分地相互打开，这样当套筒从外本体光滑部分滑离时，液体由外本体上的一个开口、经过套筒侧壁上的一个开口到达套筒内部。

本发明的另一方面，内套筒和外本体通常都是圆的且是共轴的，内套筒的直径比吸管内径稍小，是滑动而非铰接的，这样可避免采用一偏置的铰链销。

在一个实施例中，可以说本发明涉及一种用于控制液体流动的阀，它可包括一具有圆柱形内表面的外本体、具有一封密下端的活塞，该活塞上有与圆柱形内表面滑动和密封配合的有外密封面的空心套筒，以及在外本体上和活塞的空心套筒上的开口之间形成的诸表面，当阀处于打开位置时，开口使外本体的外部空间与套筒内部空间流体地连通，而在本体内、在套筒的关闭位置上对流体连通密闭，套筒的关闭位置与打开位置轴向隔开。

以下结合附图详细地描述本发明的三个实施例，其中：

图1是本发明第一个实施例的活塞阀的中心纵向剖视图，其中活塞处于关闭位置；

图2是处于打开位置的图1所示阀的局部剖视的等轴立体图；

图3是第三个实施例的阀的截面图；

图4是图3所示阀处于打开位置时的中心纵向剖视图，并且示出了图4的平面4-4；以及

图5是截面图，示出了当活塞处于阀关闭位置时图3和4所示阀的情况。

先请参见图1和2，图中示出了用作一脚阀的阀10，它包括一活塞11，它具有封闭的底端12、并有一空心套筒13，套筒壁具有圆柱形外表面14，该表面是一密封表面，并且在大致圆柱形表面14的顶端有一向上的中凹的U形截面的密封环15，以及在大致圆柱形表面21底部有一向上的中凹的U形截面的密封环。

本体18具有一光滑的圆柱形内表面19，它可藉由套筒密封表面14和其密封环15在阀关闭时可滑动地且密封地配合。表面19具有一向下的中凹的U形截面的密封环20，并且当套筒13的圆柱形外表面14从图1所示的关闭位置向上移动到图2所示的打开位置时横过它。

套筒13具有形成多个垂直延伸的槽22的表面，当套筒13向上运动时，这些槽逐渐与外本体18中的槽23流体连通，以从外本体18外侧到套筒13内部空间之间提供大面积的进水。如图中所示的槽22和23所提供的开口面积将明显地超过外本体18的横截面积，并且因此也超过其所连接的钻孔层的横截面积。

一有裂口的C形环25装在靠近本体18上端的一个槽中，并且可防止套筒13向上运动到最大有效开口面积那一点之外。

使用时，外本体18的上端拧到一连接件(未示)上，并与一吸管底端直接对齐地与之连接，当套筒处于图1所示的其关闭位置上、以及钻井泵启动时，对套筒13的封闭底端12施加的向上压力显著地超过由于泵的动作而减小的封闭底端12上的压力，施加显著的力以使套筒13向上。当套筒13向上移动时，密封环20擦过侧壁，一开始就将侧壁上附着的碎屑推入槽22周围的空间中，同时下密封环21将将碎屑刮入套筒13下方的空间中。

一旦阀已经升高并且水连续流动，压力差减少，但仍然有很大的压力差将套筒13保持在打开位置。由于水通过开口23流动并且向上经过套筒13的侧壁而使向上的力增强。

一旦泵停转，而套筒在其重力作用下自由下落，其下降力受到套筒底端12上方的水柱重量而增加。一旦套筒底端12搁置在外本体18底端的一个内弯的凸缘处，U形截面环15和20将分别跨在槽23上方和下方的区域上，这是两个区域，当套筒13处于其下方或关闭位置时通过此区域水可排出，因而减少了水流出吸管及流回钻孔底部的可能性。

在一些结构中，如果阀元件都是塑料的话，关闭弹簧是特别有用的，但如果阀元件都是重质青铜时、如图1和2所示，弹簧就是不必要的。

图3、4和5示出了图1和2所示第一实施例的另一种可替代的形式，一个不同点在于圆周方向的槽代替了轴向槽。这可通过使本体41的密封环42放得略比槽43低、上密封环44是向上外凸的并且装在套筒45的上端附近而实现，当套筒45处于其最低和关闭位置时，该上密封环44将不会碰到槽43。

槽43仅在本体中，开口47都是套筒45端部之间的口，当套筒45处于其最低位置时如图6所示都不对齐。最低位置受到本体41底端的一个内弯突出部49的限制。

有时吸管中的一个水柱需要释放，为此，套筒45底面具有一对下悬的各自有一孔的凸耳50，凸耳各自具有伸过其中并固定于其上的拖动金属丝(未示)，并且向上伸出本体41之外，且可移动以使套筒45在本体41中上升。

审视三个实施例中的任一个可知，本发明提供了一种套筒阀，它在钻孔内将起到一脚阀的作用，并且一些表面将由各个密封环擦净，密封环以相同方式除去否则会留在圆柱形表面上的任何碎屑。虽然明显比通常所用的活门阀有较高的成本，但套筒阀不需要比吸管大的钻孔，而小钻孔需要的费用足以抵消阀的额外费用。初步的经验表明，这种阀的寿命比通常所用活门或铰链式关闭的阀长得多，并且阀表面可以相互清除表面上的碎屑，而不会像通常所用的脚阀那样碎屑会附着在表面上。

Claims (5)

1.一种用于控制液体流动的、具有一打开位置和一关闭位置的止回脚阀，包括一有内表面为圆柱形的管状壁的外本体、一具有一空心套筒、有一封闭端的活塞，其特征在于，所述套筒壁具有一密封的圆柱形外表面，它可滑动和密封地与所述管状壁圆柱形内表面的光滑部分配合，所述表面具有各自与所述本体外空间和套筒内空间连通的开口；以及

间设在所述管状壁和套筒壁之间的三个轴向隔开的密封环，所述外本体出口靠近但位于所述中间密封环上方，

当所述阀处于其关闭位置时藉由所述套筒的圆柱形外密封表面，使所述中间的密封环密封所述本体的圆柱形内表面的所述光滑部分，但当所述套筒滑离所述本体光滑部分时将所述阀处于其打开位置，所述套筒的滑动受到作用于所述套筒封闭端的流体压力的影响。

2.如权利要求1所述的阀，其特征在于，所述开口包括在所述管状壁和套筒壁中的槽口。

3.如权利要求2所述的阀，其特征在于，当阀处于其关闭位置时，所述套筒壁中的所述槽口处于所述中间的和下方的密封环之间，当阀处于其打开位置时，处于所述中间的和上方和密封环之间。

4.如权利要求1所述的阀，其特征在于，所述本体中的所述开口包括在其所述管状壁中的槽口，所述套筒中的开口包括当所述套筒从所述阀的关闭位置向打开位置轴向运动时、从所述本体的所述光滑部分向靠近所述槽口处运动的孔口。

5.如权利要求5所述的阀，其特征在于，包括间设在所述管状壁和套筒壁之间的三个轴向隔开的密封环，所述本体的所述光滑部分处于所述下方的和中间的密封环之间，并且所述槽口处于所述中间的和上方的密封环之间。

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