CN108612501A - 一种井口安全控制系统用控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种井口安全控制系统用控制阀。控制阀的阀体侧壁沿着主通道轴向依次设有均与主通道连通的泄压口、出口和入口，阀芯用于单独连通出口与入口或者单独连通出口与泄压口；封闭组件用于阻断出口与入口连通，传动组件用于传递先导压力并阻断出口与泄压口连通的，传动组件设在主通道靠近泄压口的一端，封闭组件设在主通道靠近入口的一端；阀芯套组件设在封闭组件与传动组件之间，阀芯插入阀芯套组件内并可在阀芯套组件内轴向往复移动。本发明控制阀避免了入口、出口和泄压口的同时连通，减少了泄漏浪费并且改善了使用稳定性。

Description

一种井口安全控制系统用控制阀

技术领域

本发明涉及井口用阀门，尤其涉及一种井口安全控制系统用控制阀。

背景技术

为减小井口安全阀，特别是井下安全阀的执行器尺寸，其执行器多采用高压液压油驱动。因此在井口安全阀控制系统内需要有一种高压的控制阀，在油井(或者气井)正常工作时，控制阀开启，保证井口(或者井下)安全阀执行器的驱动介质供应。在紧急情况或其他情况下需要关井时，控制阀需要关闭，并泄放后端压力。中国专利CN 103615213A公布了一种井口安全控制系统用控制阀。但其技术方案存在一些问题。其开阀时要先打开前端阀芯使阀的入口和出口连通，然后截断出口和泄压口的连通。此过程中有入口、出口、泄压口三个端口同时连通的状态。这样开阀时，前端蓄能器中的高压液压油会有一部分经过入口和泄压口泄放回油箱，造成浪费。当先导压力出现异常时更有可能入口、出口、泄压口三个端口长时间同时连通，泄放大量前端高压液压油，浪费极大，且容易损坏前端补压泵。

发明内容

本发明的目的在于为克服现有技术的缺陷，而提供一种井口安全控制系统用控制阀，以避免出现三个端口同时连通的状态。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种井口安全控制系统用控制阀，其包括阀体、长筒形阀芯及阀芯套组件；阀体内设有主通道，阀体的侧壁沿着主通道轴向依次设有均与主通道连通的泄压口、出口和入口，阀芯用于单独连通出口与入口或者单独连通出口与泄压口；控制阀还包括用于阻断出口与入口连通的封闭组件及用于传递先导压力并阻断出口与泄压口连通的传动组件，传动组件设在主通道靠近泄压口的一端，封闭组件设在主通道靠近入口的一端；阀芯套组件固定在主通道中并设在封闭组件与传动组件之间，阀芯插入阀芯套组件内并可在阀芯套组件内轴向往复移动。

进一步地，封闭组件包括第一钢球、第一弹簧和固定在阀芯套组件内的弹性环形阀座，阀座中孔内径小于第一钢球外径，阀芯可穿过阀座中孔；在主通道轴向上，阀座设置于出口与入口之间；第一钢球设在阀芯与第一弹簧之间；当第一弹簧推压第一钢球封闭阀座中孔时，入口与出口的连通被第一钢球和阀座封闭阻断。

进一步地，阀芯套组件内沿轴向设有用于限制阀芯轴向行程的限位面，限位面分为靠传动组件一侧的第一限位面及靠第一弹簧一侧的第二限位面；当第一弹簧推压第一钢球封闭阀座中孔时，第一限位面与第一钢球之间的距离大于阀芯轴向长度。

进一步地，传动组件包括第二钢球，阀芯套组件包括依次相邻紧贴的第一阀芯套、第二阀芯套和第三阀芯套，第一阀芯套内孔与泄压口连通，阀芯中孔可以与第一阀芯套内孔连通，当先导压力接入时，阀芯中孔与第一阀芯套内孔之间的连通被第二钢球隔断；阀芯贯穿第二阀芯套，阀芯中间位置设置有第一通孔贯穿侧壁，通过第一通孔，阀芯中孔与第二阀芯套内孔连通，进而与出口常连通；第三阀芯套内孔与入口连通，第一钢球设在第三阀芯套内孔中，阀座设置在第二阀芯套和第三阀芯套之间。

进一步地，阀芯靠近第一钢球一端设置有第二通孔贯穿侧壁，当先导压力接入时，阀芯中孔通过第二通孔与第三阀芯套内孔连通，进而与入口连通。

进一步地，阀芯与第二钢球接触的端头上设有法兰，法兰外径大于第二阀芯套内孔内径，第一阀芯套内孔端口处设有同轴线的容纳孔，法兰设在容纳孔中并可在容纳孔内往复运动，第一限位面为容纳孔的环形底面，第二限位面为第二阀芯套的朝向容纳孔的端面。

进一步地，阀体主通道放置第一弹簧的一端设有带有盲孔的端接头，端接头螺纹固定连接于主通道上，第一弹簧一端插入端接头的盲孔中，另一端抵顶第一钢球，端接头与第三阀芯套相互抵顶，端接头将阀芯套组件夹紧于阀体主通道中。

进一步地，传动组件还包括活塞、阀杆和第二弹簧，阀体一端设有用于供活塞往复运动的内腔，活塞置于内腔中，阀杆外端固定在活塞中间位置，内端插入于主通道内，内端用于推动第二钢球，第二钢球用于推动阀芯和封闭阀芯端口；第二弹簧一端抵顶阀体，另一端抵顶活塞，阀杆贯穿第二弹簧。

进一步地，阀体一端固定有圆筒形缸体，缸体外端固定有一个端盖，缸体、端盖和阀体围成了内腔，端盖中间位置设有导入先导压力的导入口，导入口与内腔连通。

进一步地，阀杆内端与第二钢球接触的端面中间位置上设有球面凹槽，球面凹槽所在球面的直径大于第二钢球直径，阀杆内端与第二钢球接触时，第二钢球与球面凹槽相接触。

进一步地，阀杆的外端设有锥台，活塞中间位置设有与锥台对应的锥面，阀杆的锥台与锥面相贴合。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明通过设置封闭组件和传动组件，在出口与入口连通状态转换成出口与泄压口连通状态的过程中，传动组件保持出口与泄压口的阻断，而封闭组件开始起作用之后传动组件才消去阻断作用，即入口与出口之间阻断在先，出口与泄压口连通在后，避免了入口与泄压口产生任何连通，从而避免了入口、出口和泄压口的同时连通，减少了泄漏浪费并且改善了使用稳定性。

(2)本发明的控制阀在当第一弹簧推压第一钢球封闭阀座中孔时，由于第一限位面与第一钢球之间的距离大于阀芯轴向长度，保证了在从出口与入口连通转换到出口与泄压口连通的过程中，必定是第一钢球首先与阀座接触阻断出口与入口的连通，然后才实现出口与泄压口连通，不会出现入口与泄压口串通的情况，保证了不会出现泄漏，提高了使用稳定性。

附图说明

图1为本发明控制阀装配剖视图。

具体实施方式

为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步介绍和说明。

本发明实施例的具体结构如图1所示。

本实施例的控制阀用于井口安全控制系统。如图1所示，控制阀包括阀体10、长筒形阀芯40及阀芯套组件30。阀体10内设有主通道11，阀体10的侧壁沿着主通道11轴向依次设有均与主通道11连通的泄压口12、出口13和入口14。阀芯40用于单独连通出口13与入口14或者单独连通出口13与泄压口12。控制阀还包括用于阻断出口13与入口14连通的封闭组件60及用于传递先导压力并阻断出口13与泄压口12连通的传动组件20。

传动组件20设在主通道11靠近泄压口12的一端，封闭组件60设在主通道11靠近入口14的一端。阀芯套组件30固定在主通道11中并设在封闭组件60与传动组件20之间，阀芯40插入阀芯套组件30内并可在阀芯套组件30内轴向往复移动。

如图1所示，封闭组件60包括第一钢球61、第一弹簧62和固定在阀芯套组件30内的弹性环形阀座63。阀座63中孔内径小于第一钢球61外径，阀芯40可穿过阀座63中孔。在主通道11轴向上，阀座63设置于出口13与入口14之间。第一钢球61设在阀芯40与第一弹簧62之间。阀芯套组件30内沿轴向设有用于限制阀芯40轴向行程的限位面，限位面分为靠传动组件20一侧的第一限位面312及靠第一弹簧62一侧的第二限位面321。当第一弹簧62推压第一钢球61封闭阀座63中孔时，入口14与出口13的连通被第一钢球61和阀座63封闭阻断，第一限位面312与第一钢球61之间的距离大于阀芯40轴向长度。

传动组件20包括有第二钢球24。阀芯套组件30包括依次相邻紧贴的第一阀芯套31、第二阀芯套32和第三阀芯套33。其中，第一阀芯套31内孔与泄压口12连通，阀芯40的中孔44可以与第一阀芯套31内孔连通，当先导压力接入时，阀芯40的中孔44与第一阀芯套31内孔之间的连通被第二钢球24隔断。阀芯40贯穿第二阀芯套32，阀芯40中间位置设置有第一通孔42贯穿侧壁，通过第一通孔42，阀芯40的中孔44与第二阀芯套32内孔连通，进而与出口13常连通；第三阀芯套33内孔与入口14连通，第一钢球61设在第三阀芯套33内孔中。阀座63夹在第二阀芯套32和第三阀芯套33之间。阀芯40靠近第一钢球61一端设置有第二通孔42贯穿侧壁，当先导压力接入时，阀芯40的中孔44通过第二通孔42与第三阀芯套33内孔连通，进而与入口14连通。

阀芯40置于第一阀芯套31内的端头上设有法兰43，法兰43外径大于第二阀芯套32内孔内径。第一阀芯套31内孔端口处设有同轴线的容纳孔311，法兰43设在容纳孔311中并可在容纳孔311内往复运动。第一限位面312为容纳孔311的环形底面，第二限位面321为第二阀芯套32的朝向容纳孔311的端面。

阀体10主通道11放置第一弹簧62的一端设有带有盲孔的端接头18，端接头18螺纹固定连接于主通道11上。第一弹簧62一端插入端接头18的盲孔中，另一端抵顶第一钢球61。端接头18与第三阀芯套33相互抵顶，端接头18将阀芯套组件30夹紧于阀体主通道11中。

传动组件20包括活塞21、阀杆23、第二弹簧22和第二钢球24。阀体10一端设有用于供活塞21往复运动的内腔17，活塞21置于内腔17中并将内腔17分隔成先导腔171和呼吸腔172，阀杆23外端固定在活塞21中间位置，内端插入于主通道11内，阀杆23内端用于推动第二钢球24。第二钢球24用于推动阀芯40和封闭阀芯40端口。第二弹簧22一端抵顶阀体10，另一端抵顶活塞21，阀杆23贯穿第二弹簧22。

阀体10一端固定有圆筒形缸体15，缸体15外端固定有一个端盖16，缸体15、端盖16和阀体10围成了内腔17。端盖16中间位置设有导入先导压力的导入口161，导入口161与内腔17的先导腔171连通。阀杆23内端与第二钢球24接触的端面中间位置上设有球面凹槽232，球面凹槽232所在球面的直径大于第二钢球24直径，阀杆23内端与第二钢球24接触时，第二钢球24与球面凹槽232相接触。阀杆23的外端设有锥台231，活塞21中间位置设有与锥台231对应的锥面211，阀杆23的锥台231与锥面211相贴合。锥台231外侧还有一个螺纹柱233，螺纹柱233贯穿活塞21并套入一个螺母234，螺母234拧紧时，螺母234和锥台231夹紧活塞21，实现阀杆23与活塞21的固连。

本实施例控制阀工作原理：

1)初始状态下(无先导压力作用时)第一弹簧62推压第一钢球61与阀座63抵顶，并形成初始密封，从端盖16导入口161中导入先导压力，推动活塞21、阀杆23移动，阀杆23推动第二钢球24与阀芯40端口贴合并形成密封，泄压口12与出口13之间的连通被隔断，然后阀芯40继续往第二阀芯套32方向移动，继而推动第一钢球61脱离阀座63直至阀芯40的法兰43贴合第二阀芯套32端面(即第二限位面321)，第一钢球61了开启到最大位置。此时阀芯40第二通孔42与入口14连通，入口14与出口13实现连通。控制阀进入工作状态。

2)控制阀在工作状态时，端盖16导入口161的先导压力逐渐去掉时，第一弹簧62推动第一钢球61和阀芯40向端盖16方向移动，直至第一钢球61贴合于阀座63中孔外缘上实现阻断入口14与出口13连通，之后阀芯套40在出口13的压力作用下随传动组件20继续向端盖16方向移动，直至阀芯40上的法兰43与第一限位面312相抵顶。然后阀杆23和活塞21由第二弹簧22推动继续向端盖16方向移动，阀杆23内端脱离与第二钢球24的接触，出口13处存在的压力通过阀芯40端口推开第二钢球24进入泄压口12，即出口13与泄压口12连通。控制阀回到初始状态。

以上陈述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。

Claims (10)

1.一种井口安全控制系统用控制阀，其特征在于，其包括阀体、长筒形阀芯及阀芯套组件；所述阀体内设有主通道，阀体的侧壁沿着主通道轴向依次设有均与主通道连通的泄压口、出口和入口，所述阀芯用于单独连通出口与入口或者单独连通出口与泄压口；所述控制阀还包括用于阻断出口与入口连通的封闭组件及用于传递先导压力并阻断出口与泄压口连通的传动组件，所述传动组件设在主通道靠近泄压口的一端，所述封闭组件设在主通道靠近入口的一端；所述阀芯套组件固定在主通道中并设在封闭组件与传动组件之间，所述阀芯插入阀芯套组件内并可在阀芯套组件内轴向往复移动。

2.如权利要求1所述的井口安全控制系统用控制阀，其特征在于，所述封闭组件包括第一钢球、第一弹簧和固定在阀芯套组件内的弹性环形阀座，阀座中孔内径小于第一钢球外径，阀芯可穿过阀座中孔；在主通道轴向上，阀座设置于出口与入口之间；所述第一钢球设在阀芯与第一弹簧之间；当所述第一弹簧推压第一钢球封闭阀座中孔时，入口与出口的连通被第一钢球和阀座封闭阻断。

3.如权利要求2所述的井口安全控制系统用控制阀，其特征在于，所述阀芯套组件内沿轴向设有用于限制阀芯轴向行程的限位面，限位面分为靠传动组件一侧的第一限位面及靠第一弹簧一侧的第二限位面；当所述第一弹簧推压第一钢球封闭阀座中孔时，第一限位面与第一钢球之间的距离大于阀芯轴向长度。

4.如权利要求3所述的井口安全控制系统用控制阀，其特征在于，所述传动组件包括第二钢球，所述阀芯套组件包括依次相邻紧贴的第一阀芯套、第二阀芯套和第三阀芯套，所述第一阀芯套内孔与泄压口连通，所述阀芯中孔可以与第一阀芯套内孔连通，当先导压力接入时，所述阀芯中孔与第一阀芯套内孔之间的连通被第二钢球隔断；所述阀芯贯穿第二阀芯套，阀芯中间位置设置有第一通孔贯穿侧壁，所述阀芯中孔通过所述第一通孔与第二阀芯套内孔连通，进而与出口常连通；所述第三阀芯套内孔与入口连通，所述第一钢球设在第三阀芯套内孔中，所述阀座设置在第二阀芯套和第三阀芯套之间。

5.如权利要求4所述的井口安全控制系统用控制阀，其特征在于，所述阀芯靠近第一钢球一端设置有第二通孔贯穿侧壁，当先导压力接入时，所述阀芯中孔通过第二通孔与第三阀芯套内孔连通，进而与入口连通。

6.如权利要求4所述的井口安全控制系统用控制阀，其特征在于，所述阀芯置于第一阀芯套内的端头上设有法兰，所述法兰外径大于第二阀芯套内孔内径，所述第一阀芯套内孔端口处设有同轴线的容纳孔，所述法兰设在容纳孔中并可在容纳孔内往复运动，第一限位面为容纳孔的环形底面，第二限位面为第二阀芯套的朝向容纳孔的端面。

7.如权利要求4所述的井口安全控制系统用控制阀，其特征在于，所述阀体主通道放置第一弹簧的一端设有带有盲孔的端接头，所述端接头螺纹固定连接于主通道上，所述第一弹簧一端插入端接头的盲孔中，另一端抵顶第一钢球，所述端接头与第三阀芯套相互抵顶，所述端接头将阀芯套组件夹紧于阀体主通道中。

8.如权利要求4所述的井口安全控制系统用控制阀，其特征在于，所述传动组件还包括活塞、阀杆和第二弹簧，所述阀体一端设有用于供活塞往复运动的内腔，所述活塞置于所述内腔中并将内腔分隔成先导腔和呼吸腔，所述阀杆外端固定在活塞中间位置，内端插入于主通道内，内端用于推动第二钢球，第二钢球用于推动阀芯和封闭阀芯端口；所述第二弹簧一端抵顶阀体，另一端抵顶活塞，所述阀杆贯穿第二弹簧。

9.如权利要求8所述的井口安全控制系统用控制阀，其特征在于，所述阀体一端固定有圆筒形缸体，所述缸体外端固定有一个端盖，所述缸体、端盖和阀体围成了所述内腔，所述端盖中间位置设有导入先导压力的导入口，所述导入口与内腔的先导腔连通。

10.如权利要求8所述的井口安全控制系统用控制阀，其特征在于，所述阀杆内端与第二钢球接触的端面中间位置上设有球面凹槽，所述球面凹槽所在球面的直径大于第二钢球直径，所述阀杆内端与第二钢球接触时，所述第二钢球与球面凹槽相接触；所述阀杆的外端设有锥台，所述活塞中间位置设有与所述锥台对应的锥面，所述阀杆的锥台与锥面相贴合。