CN108131468B - 一种用于清管器的直动旁通阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于清管器的直动旁通阀，包括阀座和阀门；所述阀座的轴向方向设置有用于通过介质的通孔；所述阀门与所述阀座同轴设置且阀门能够通过沿轴向运动来调节阀门与阀座之间的轴向间隙，阀座的通孔与所述轴向间隙共同构成直动旁通阀的介质流通通道，当阀门与阀座贴合时能够封闭所述介质流通通道。本发明的直动旁通阀，克服了现有的叶片式泄流阀容易卡堵的问题。

Description

一种用于清管器的直动旁通阀

技术领域

本发明属于管道清理设备领域，具体涉及一种用于清管器的直动旁通阀。

背景技术

目前，天然气管道智能清管器主要依靠管道内输送介质在清管器前后形成的压差形成的推力实现驱动。对于长输油气管道内部流体压力波动大，特别是对于输气管道内部流体可压缩，其结果是清管器运行速度极不稳定。其次，在大口径、高压高流速长输天然气管道内，介质流速大于5m/s甚至超过12m/s，造成管道内清管、检测作业装备运动速度高、波动大。一方面使得智能清管器在弯道、坡道等处出现撞击造成设备损坏，另一方面不能满足传感器工作的速度要求，如管道内检测用漏磁传感器形成磁力线需要速度低于3-5m/s，不满足传感器速度要求导致检测数据可信度低。因此开发有效的速度调控装置保证智能清管器运行速度在合理的速度范围之内，是提高长输油气管道内检测精度和降低管道事故风险的关键。

现有技术中，国内外主流可调节速度的智能清管器是通过搭载闭环控制的泄流阀实现实时控速，其原理是由电机驱动泄流阀装置的阀体转动，通过改变卸泄流面积大小来调节清管器前后压差，进而实现清管器的速度控制。可调速清管器泄流阀通常采用旋转可变旁通阀，由转阀动叶片和转阀静叶片组成。这种结构存在以下问题：1、当转阀阀体受到冲击变形时，叶片间容易发生干涉，使控速转阀卡住，无法调节清管器的运行速度，且容易出现清管器卡堵；2、为了满足转阀操作扭矩的需求，清管器需要配置大功率电机，携带大容量电池，这将占用管道机器人的内部空间，减小泄流通道面积，影响速度的可调性；3、转阀静叶片后端流体的流动状态存在突变，使清管器局部绕流损失巨大，同时局部绕流还会引发清管器的整体振动，这不仅增加了管道运输过程中的能量损耗，也影响到设备的正常运行。

发明内容

本发明的目的在于针对现有中采用叶片结构的旋转可变旁通阀存在易卡死，导致清管器容易卡堵的问题，提供一种用于清管器的直动旁通阀，克服了现有的阀门容易卡死的问题，旁通流量容易调节，便于调节清管器前后端之间的压差，实现清管器运行时的速度大范围调控。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于清管器的直动旁通阀，包括阀座和阀门；

所述阀座的轴向方向设置有用于通过介质的通孔；

所述阀门与所述阀座同轴设置且阀门能够通过沿轴向运动来调节阀门与阀座之间的轴向间隙，阀座的通孔与所述轴向间隙共同构成直动旁通阀的介质流通通道，当阀门与阀座贴合时能够封闭所述介质流通通道。

进一步地，所述的阀门的轴向方向也设置有用于通过介质的通孔，且阀门的通孔与阀座的通孔在轴向方向上相互交错设置，当阀门与阀座相互贴合时能够封闭阀门的通孔以及阀座的通孔。

进一步地，所述阀座设置有将阀座上的通孔圈设在内的第一圆锥面部，所述的阀门上设置有第二圆锥面部，第一圆锥面部与第二圆锥面部相互贴合时能够将所述轴向间隙的外圆周部封闭。

进一步地，还包括驱动器、第一支撑筒、第二支撑筒和螺杆，驱动器具有输出旋转动力的输出轴；

所述第一支撑筒与所述阀座同轴固定相连，所述第二支撑筒与所述阀门同轴固定相连，第一支撑筒套设于第二支撑筒外且第一支撑筒和第二支撑筒在周向相对固定，第二支撑筒能够沿第一支撑筒在轴向滑动；所述螺杆配置于第二支撑筒内并与第二支撑筒同轴设置，螺杆一端与所述驱动器的输出轴相连、另一端连接有对螺杆轴向进行固定的支撑固定机构，第二支撑筒具有内螺纹、并通过所述内螺纹与螺杆螺纹配合。

进一步地，所述的第一支撑筒与第二支撑筒之间、第二支撑筒与驱动器之间均设置有主要由导向部件与导向槽组成的导向结构，且导向部件与导向槽均沿第二支撑筒的轴向设置。

进一步地，与阀座相对的阀门一侧连接有导流罩，并在该侧的阀座连接有阀门防碰架，导流罩采用中空锥形壳体结构，导流罩的大径端与所述的阀门相连、小径端连接有用于检测阀门是否到达开启的最大极限位置的传感器，阀门防碰架采用中空锥形架体结构，阀门防碰架笼罩于导流罩外，阀门防碰架的大径端与阀座连接、小径端配置有防碰头，所述传感器能够与防碰头配合输出传感信号。

进一步地，所述的驱动器采用电机。

进一步地，在连接所述支撑固定机构的螺杆一端为光轴，所述支撑固定机构包括套设于螺杆的一对角接触球轴承，角接触球轴承之间为轴承隔套，螺杆的螺纹轴与光轴连接部具有台阶，光轴的末端设置有环槽，环槽内安装有止动圈，止动圈外端部的光轴上套设有圆螺母，所述的两个角接触球轴承位于台阶与止动圈之间，两个接触球轴承的外端面还分别设置有轴承端盖，轴承端盖之间连接有轴承套。

进一步地，所述的第一支撑筒与阀座采用螺栓连接或一体成型。

进一步地，所述的第二支撑筒与阀门采用螺栓连接或一体成型。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明的旁通阀，通过在阀座上设置有能够流通介质的通孔，介质经过通孔流入到阀门与阀座之间的轴向间隙，介质经轴向间隙流出，因此，通过调节轴向间隙的大小，即可调节到阀门旁通面积和流体旁通量，改变清管器前后压差，实现清管器运行速度的大范围调控；

可移动阀门作直线运动，相对于现有技术中控制叶片的转动角度的方式，控制精度更高；

旁通阀整体结构紧凑，工作可靠稳定。

附图说明

图1为本发明的直动旁通阀结构示意图；

图2为本发明的直动旁通阀另一结构示意图；

图3为本发明的主视全剖视图。

图4为图3的E部放大图。

附图标记：

11-阀座，12-阀门，21-第一支撑筒，22-第二支撑筒，23-电机，24-螺杆，31-导流罩，41-阀门防碰架，42-防碰头，51-传感器，61-第一圆锥面部，62-第二圆锥面部，70-支撑固定机构，71-轴承端盖，72-轴承套，73-圆螺母，74-止动圈，75-角接触球轴承，76-轴承隔套，81-导向平键，82-导向法兰。

具体实施方式

本发明的用于清管器的直动旁通阀(以下简称旁通阀)，该旁通阀安装设置在清管器的端部，当清管器在油管或者气管等管路中行走时，通过调节旁通阀的启闭大小，实现对旁通阀两侧压差的调节，最终实现对清管器行走速度的调节。

参照图1、图2，旁通阀包括阀座11和阀门12，阀座11固定连接在清管器的轴端，阀座11的轴向方向设置有用于通过介质的通孔，管道内石油、天然气等介质能通过阀座11的一侧经过通孔流向另外一侧。

进一步地，阀座11采用轮毂形状，沿阀座11的径向，外侧部设置有法兰，通过该法兰实现与清管器的固定连接，内侧部采用轮辐结构，这样即形成有所述的通孔结构，供介质流通。如图2所示的轮辐结构，使得介质的流通量较大，同时轮辐结构的通孔分布均匀，介质通过通孔时也趋于平衡与稳定，保持整个阀座11的稳定，从而减少对整个旁通阀的扰动影响。

参照图3、图4，阀门12是采用与阀座11同轴设置的结构，并且阀门12能够通过沿轴向运动来调节阀门12与阀座11之间的轴向间隙，管道内的介质首先是通过阀座11上的通孔，然后进入到阀座11与阀门12之间的轴向间隙，然后通过轴向间隙后流出旁通阀。通过阀门12的轴向移动来调节阀门12与阀座11之间的轴向间隙大小，即可实现流经旁通阀的介质流量大小进行调节，从而改变清管器前后压差，实现清管器运行速度的调控。

当阀门12与阀座11相互贴合时，即可实现对介质流通通道的截断，从而实现旁通阀的关闭。针对阀门12与阀座11的配合结构，本发明还提供一种实施方式，具体是这样实现的，阀门12与阀座11的相对面能够完全贴合，通过阀门12移动到与阀座11完全贴合的状态时，阀门12与阀座11之间的轴向间隙大小为零，流过阀座11的通孔的介质，则被阀门12封闭，难以继续流动，从而实现对旁通阀的关闭。

为了增大轴向间隙的流量，进一步地，阀门12的轴向方向也设置有用于通过介质的通孔，且阀门12的通孔与阀座11的通孔在轴向方向上相互交错设置，当阀门12与阀座11相互贴合时能够封闭阀门12的通孔以及阀座11的通孔，从而将所述介质流通通道封闭。通过在阀门12与阀座11上都设置有通孔，增加介质的排出路径，增大流量的可调范围，从而增大清管器的速度可调范围。

针对阀门12与阀座11的配合结构，本发明还提供第二种实施方式，阀座11设置有将阀座11上的通孔圈设在内的第一圆锥面部61，所述的阀门12上设置有第二圆锥面部62，第一圆锥面部61与第二圆锥面部62相互贴合时能够将所述轴向间隙的外圆周部封闭，从而将所述介质流通通道封闭。旁通阀的关闭依赖于阀座11的第一圆锥面部61和阀门12的第二圆锥面部62的圆锥面接触配合，而且利用圆锥面配合时，压得越紧，密封性越好，能够更加容易的控制泄流面积。相对于上面一种实施方式，阀门12与阀座11采用面积较大的平面接触方式，第二种实施方式采用的面积较小的圆锥面接触方式，接触面积小，更容易控制其加工精度，保证接触面的贴合程度，更加有助于提高其密封性。

对于第一种实施方式，通过阀座11的通孔的介质流入到阀座11与阀门12之间的轴向间隙中，然后由轴向间隙的外圆周流出，分布均匀，介质流通时，对整个旁通阀造成的扰动影响较小，而现有技术的叶片式结构泄流阀、利用叶片与孔位错开角度的大小来实现流量调节的结构，介质对整个泄流阀的扰动影响非常大。而对于阀门12上设置通孔的改进型结构，本发明采用的是对称分布的开孔结构，这样能够有效的降低扰动影响。

针对第二种实施方式，气流等介质流也是通过轴向间隙的外圆周流出的，分布均匀，对整个旁通阀造成的扰动影响也较小。进一步地，所述的第一圆锥面部61和第二圆锥面部62均采用向着管道内介质流动方向一侧倾斜，例如，管道内的介质流动是从右至左的流动，那么所述的第一圆锥面部61和第二圆锥面部62均向着左侧一侧倾斜，这样第一圆锥面部61和第二圆锥面部62之间形成的间隙则是向着介质流动的方向，从轴向间隙流出的介质则会顺着管道内介质流动方向汇入到管道中的介质中，从而更加有效的降低扰动影响。

旁通阀还包括驱动器、第一支撑筒21、第二支撑筒22和螺杆24，驱动器具有输出旋转动力的输出轴，本实施例中驱动器优选为电机23。

第一支撑筒21与所述阀座11同轴固定相连，所述第二支撑筒22与所述阀门12同轴固定相连，第一支撑筒21套设于第二支撑筒22外且第一支撑筒21和第二支撑筒22在周向相对固定，第二支撑筒22能够沿第一支撑筒21在轴向滑动；所述螺杆24配置于第二支撑筒22内并与第二支撑筒22同轴设置，螺杆24一端与所述驱动器的输出轴相连、另一端连接有对螺杆24轴向进行固定的支撑固定机构70，第二支撑筒22具有内螺纹、并通过所述内螺纹与螺杆24螺纹配合。

通过驱动器输出旋转动力能够驱动螺杆24转动，螺杆24转动时，带动与螺杆24螺纹配合的第二支撑筒22，使得第二支撑筒22能够沿着螺杆24移动，本发明中，第一支撑筒21、第二支撑筒22以及螺杆24均是同轴布置的，第二支撑筒22在轴向移动时，同时也是沿着第一支撑筒21的轴向进行移动的，这样即可带动与第二支撑筒22固定连接的阀门12沿轴向移动，而阀座11是与第一支撑筒21同轴固定的，从而实现了阀门12与阀座11的沿轴向的相对运动。驱动器正转时，若阀门12与阀座11是相互靠近的，那么驱动器反转，即可实现阀门12与阀座11的相互远离。

进一步地，第一支撑筒21与第二支撑筒22之间、第二支撑筒22与驱动器之间均设置有主要由导向部件与导向槽组成的导向结构，且导向部件与导向槽均沿第二支撑筒22的轴向设置。由于阀座11和第一支撑筒21是固定设置的，那么第一支撑筒21与第二支撑筒22通过导向部件与导向槽组成的导向结构导向后，第二支撑筒22即可沿第一支撑筒21的内壁且轴向进行滑动；而螺杆24一端通过支撑固定机构70进行轴向固定后，螺杆24只能转动，不能轴向移动，而固定在螺杆24另外一端的驱动器也在轴向位置相对固定，同时，驱动器与第二支撑筒22通过导向部件与导向槽组成的导向结构导向后，驱动器能够被第二支撑筒22进行支撑，驱动器则不需要单独的固定支撑机构即能够保持相对固定。

具体地，第二支撑筒22的外壁开设有一对对称布置的槽体，两槽体内分别安装有导向平键81，本实施例中导向平键81与第二支撑筒22通过螺钉固定连接，第一支撑筒21的内壁开设有容纳所述导向平键81的导向键槽，第二支撑筒22与第一支撑筒21则通过导向平键81和导向键槽配合形成直线移动副。第二支撑筒22的活动端中心设置有丝母，与螺杆24配合形成螺旋运动副。

第二支撑筒22的内壁设置有键槽，电机23的端部设置有导向法兰82，导向法兰82的端面开设有柱形沉头孔，通过螺钉与电机23固定连接，导向法兰82设置有类似于键结构的凸起，与第二支撑筒22内壁的键槽形成直线移动副，并实现对电机23的支撑以及周向固定。本发明中，针对电机23如何布置才能使得结构紧凑的问题，由于螺杆24整体需要置于第一支撑筒21中，而电机23是连接在螺杆24的端部，也正好是位于活动结构的阀门12一端，因此，如何才能支撑电机23，同时又需要保证结构上不能过于冗杂，本发明将电机23直接置于活动的第二支撑筒22中，依靠导向法兰82被第二支撑筒22支撑，且保持周向固定，电机23无需单独的支架进行支撑固定，因为要在活动的阀门12一端配置支撑电机23的支架，必须要从固定的阀座11一端引入，这样会造成结构十分复杂，通过本发明的结构，电机23得以支撑，同时结构上简单、紧凑。

针对前面所述的阀门12与阀座11的第二种配合结构，介质通过阀座11的通孔，流入到阀门12与阀座11之间的轴向间隙，然后从轴向间隙的四周外缘排走。针对该结构，进一步地，与阀座11相对的阀门12一侧连接有导流罩31，并在该侧的阀座11连接有阀门防碰架41，导流罩31采用中空锥形壳体结构，导流罩31的大径端与所述的阀门12相连、小径端连接有用于检测阀门12是否到达开启的最大极限位置的传感器51，阀门防碰架41采用中空锥形架体结构，阀门防碰架41笼罩于导流罩31外，阀门防碰架41的大径端与阀座11连接、小径端配置有防碰头42，所述传感器51能够与防碰头42配合输出传感信号。从轴向间隙的四周外缘排走的介质可在导流罩31的作用下进行引导，从而进一步减小介质对旁通阀以及清管器的扰动影响。同时，通过阀门防碰架41，能够有效的保护阀门12，在管道弯道、末端等位置，对阀门12形成保护，而连接在导流罩31小径端的传感器51，能够对阀门12移动到最大开启位置的信号传递，从而对整个旁通阀形成电器保护。

在连接所述支撑固定机构70的螺杆24一端为光轴，所述支撑固定机构70包括套设于螺杆24的一对角接触球轴承75，角接触球轴承75之间为轴承隔套76，螺杆24的螺纹轴与光轴连接部具有台阶，光轴的末端设置有环槽，环槽内安装有止动圈74，止动圈74外端部的光轴上套设有圆螺母73，所述的两个角接触球轴承75位于台阶与止动圈74之间，两个接触球轴承的外端面还分别设置有轴承端盖71，轴承端盖71之间连接有轴承套72。两个角接触球轴承75之间通过轴承隔套76隔开一定的间隙，从而有效增加支撑螺杆24的两个支撑点之间的距离，使得受力更加分散、平衡。

本发明中第一支撑筒21与阀座11采用螺栓连接或一体成型，第二支撑筒22与阀门12采用螺栓连接或一体成型，根据制作工艺难易程度以及安装维修的方便等情况进行选择。

本发明的旁通阀，在电机23的驱动下，带动螺杆24旋转，螺杆24在支撑固定机构70的作用下，只做转动，不做移动。螺杆24转动的时候，则带动与螺杆24螺纹配合的第二支撑筒22沿螺杆24做轴向移动，同时，由于第二支撑筒22外壁与第一支撑筒21具有导向配合关系、第二支撑筒22内壁与电机23也有导向配合关系，因此，第二支撑筒22仅做轴向移动。第二支撑筒22移动时，则带动与第二支撑筒22固定连接的阀门12进行轴向移动，阀座11是固定的，阀门12则相对于阀座11在轴向移动，当两者的轴向间隙越来越小时，则旁通阀的旁通流量也越来越小，旁通阀两侧的压差就会越来越大，清管器的速度就会逐渐降低；相反，只要改变电机23的输出转向，基于同样的原理，阀门12就会远离阀座11移动，阀门12与阀座11的轴向间隙就会越来越大，旁通阀两侧的压差机会越来越小，清管器的速度就会逐渐加快，从而实现了清管器速度的控制。

本发明利用电机23通过丝杠螺母传动机构驱动可移动阀门12运动，避免了能量的二次转换，节能效果好，因为可移动阀门12作直线运动，因此提高了阀门12控制精度。此外，本装置能够有效克服旋转旁通阀装置卡堵的缺点，提高了阀门12工作可靠性。

Claims (6)

1.一种用于清管器的直动旁通阀，其特征在于，包括阀座和阀门；

所述阀座的轴向方向设置有用于通过介质的通孔；

所述阀门与所述阀座同轴设置且阀门能够通过沿轴向运动来调节阀门与阀座之间的轴向间隙，阀座的通孔与所述轴向间隙共同构成直动旁通阀的介质流通通道，当阀门与阀座贴合时能够封闭所述介质流通通道；

还包括驱动器、第一支撑筒、第二支撑筒和螺杆，驱动器具有输出旋转动力的输出轴；

所述第一支撑筒与所述阀座同轴固定相连，所述第二支撑筒与所述阀门同轴固定相连，第一支撑筒套设于第二支撑筒外且第一支撑筒和第二支撑筒在周向相对固定，第二支撑筒能够沿第一支撑筒在轴向滑动；所述螺杆配置于第二支撑筒内并与第二支撑筒同轴设置，螺杆一端与所述驱动器的输出轴相连、另一端连接有对螺杆轴向进行固定的支撑固定机构，第二支撑筒具有内螺纹、并通过所述内螺纹与螺杆螺纹配合；

所述的第一支撑筒与第二支撑筒之间、第二支撑筒与驱动器之间均设置有主要由导向部件与导向槽组成的导向结构，且导向部件与导向槽均沿第二支撑筒的轴向设置；

与阀座相对的阀门一侧连接有导流罩，并在该侧的阀座连接有阀门防碰架，导流罩采用中空锥形壳体结构，导流罩的大径端与所述的阀门相连、小径端连接有用于检测阀门是否到达开启的最大极限位置的传感器，阀门防碰架采用中空锥形架体结构，阀门防碰架笼罩于导流罩外，阀门防碰架的大径端与阀座连接、小径端配置有防碰头，所述传感器能够与防碰头配合输出传感信号。

2.根据权利要求1所述的直动旁通阀，其特征在于，所述阀座设置有将阀座上的通孔圈设在内的第一圆锥面部，所述的阀门上设置有第二圆锥面部，第一圆锥面部与第二圆锥面部相互贴合时能够将所述轴向间隙的外圆周部封闭。

3.根据权利要求1所述的直动旁通阀，其特征在于，所述的驱动器采用电机。

4.根据权利要求1所述的直动旁通阀，其特征在于，在连接所述支撑固定机构的螺杆一端为光轴，所述支撑固定机构包括套设于的一对角接触球轴承，角接触球轴承之间为轴承隔套，螺杆的螺纹轴与光轴连接部具有台阶，光轴的末端设置有环槽，环槽内安装有止动圈，止动圈外端部的光轴上套设有圆螺母，所述的两个角接触球轴承位于台阶与止动圈之间，两个接触球轴承的外端面还分别设置有轴承端盖，轴承端盖之间连接有轴承套。

5.根据权利要求1所述的直动旁通阀，其特征在于，所述的第一支撑筒与阀座采用螺栓连接或一体成型。

6.根据权利要求1所述的直动旁通阀，其特征在于，所述的第二支撑筒与阀门采用螺栓连接或一体成型。

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