CN109915643A - 一种节流阀自动控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节流阀自动控制装置，涉及石油天然气井控技术领域，本发明包括PLC控制器、用于检测压力的压力检测机构和设在节流阀上的机架，还包括设在机架上的用于驱动阀杆升降的升降机构和用于检测阀杆位置变化的位置检测装置，所述升降机构、压力检测机构和位置检测装置均与PLC控制器电连接，所述机架上下两端设有用于阀杆穿过的通孔，所述通孔的内径大于阀杆的外径；本发明具有结构简单，便于对阀位进行精确调整，便于检测阀位极限位置避免阀杆损坏的优点。

Description

一种节流阀自动控制装置

技术领域

本发明涉及节流阀技术领域，更具体地涉及一种节流阀自动控制装置。

背景技术

在已有技术中，没有能适用于固相、液相、气相混合节流的大通径的电动节流精确全自动控制装置，目前已有的电动调节阀多适用于低压、单一介质的节流控制，不能满足对井口返出多相流体的节流。

在石油天然气工程作业中常采用人工手动控制节流装置或者油嘴，该装置存在下面几个主要问题：1、人工手动操作劳动强度大，容易疲劳导致误操作，增大了操作风险。2、开度不易控制，造成井口压力过低或过高，造成井筒憋漏或造成大量油气流外溢，不能满足石油天然气井筒工程要求。3、响应时间慢，一旦出现紧急情况不能立即按要求控制，存在井筒压力控制风险。

另外，在已有电控节流装置中，要么响应速度快，但压力波动大，压力过冲情况突出，要么速度响应慢，但又不能满足突然停泵等特殊作业工况的快速响应和压力精确控制需求。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决现有手动控制节流装置存在劳动强度大、开度不易控制、响应时间慢，现有电动控制节流阀要么响应速度快，压力波动大，要么响应速度慢，不能满足突然停泵等特殊作业工况的快速响应和压力精确控制需求的问题，本发明提供一种节流阀自动控制装置。

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：一种节流阀自动控制装置，包括PLC控制器、用于检测压力的压力检测机构和设在节流阀上的机架，还包括设在机架上的用于驱动阀杆升降的升降机构和用于检测阀杆位置变化的位置检测装置，所述升降机构、压力检测机构和位置检测装置均与PLC控制器电连接，所述机架上下两端设有用于阀杆穿过的通孔，所述通孔的内径大于阀杆的外径，具体的，PLC控制器实时采集压力检测机构检测到的压力信号，当采集压力Pci<设定压力Pct-控压精度ΔPc，PLC控制器给升降机构发出指令，升降机构带动阀杆下降，阀杆带动阀芯接近阀口，减小阀位；当采集压力Pci>设定压力Pct+控压精度ΔPc给升降机构发出指令，升降机构带动阀杆上升，阀杆带动阀芯远离阀口，增大阀位；当实测压力Pci在设定压力Pct±控压精度ΔPc范围时，停止节流阀开关不动作，但可以通过PLC控制器控制驱动器对升降机构进行点动控制，让实测压力和目标压力无限逼近，PLC控制器给升降机构一个信号，每一个信号，带动阀杆上升或下降一下；当位置检测装置检测到阀杆处于起始或终止位置时，位置检测装置给PLC控制器一个信号，PLC控制器控制升降机构，使得升降机构不再动作，阀杆停止动作，并提示已经节流阀全开或者全关。

进一步地，所述升降机构包括连接有驱动器的伺服电机，所述驱动器和PLC控制器电连接，所述伺服电机输出端连接有减速机构，所述减速机构输出端连接有蜗杆，所述蜗杆啮合有蜗轮，所述蜗轮螺纹连接在阀杆外侧，所述节流阀本体上设有限制蜗轮轴向运动的限位机构，蜗轮只能水平旋转，具体的，PLC控制器给驱动器发出指令，驱动器驱动伺服电机旋转，伺服电机依次通过减速机构和蜗轮蜗杆带动阀杆升降，此时，阀杆相当于丝杆，蜗轮相当于螺母，蜗轮旋转，实现阀杆和阀芯的升降。

进一步地，所述位置检测装置包括光电传感器，所述光电传感器包括相对设置的一个发射端和两个接收端，所述阀杆上端轴向设有传感器支架A，所述节流阀上设有和传感器支架A相平行的传感器支架B，所述发射端设在传感器支架B上，所述接收端沿着传感器支架A轴向设置，两个接收端之间的距离等于阀杆的行程，所述光电传感器和PLC控制器电连接，在阀杆升降的过程中，传感器支架A和传感器支架A上的光电传感器的接收端随着升降，当位于上端的接收端接收到发射端发出的信号，表明阀门已经开到最大，此时光电传感器给PLC控制器一个信号，PLC控制器接收到该信号后控制驱动器，使得伺服电机停转，阀杆停止上升，当位于下端的接收端接收到发射端发出的信号，表明阀门已经关到最小，此时光电传感器给PLC控制器一个信号，PLC控制器接收到该信号后控制驱动器，使得伺服电机停转，阀杆停止下降。

进一步地，所述限位机构包括对称设在蜗轮上下两端的和蜗轮同心的两个止推轴承，两个止推轴承的内圈均和蜗轮固定连接，外圈和机架内侧固定连接，两个止推轴承的内圈的内径大于阀杆的外径，在两个止推轴承的作用下，蜗轮不能轴向运动，只能水平旋转，从而带动阀杆升降。

进一步地，所述压力检测机构包括多只压力传感器以及和压力传感器一一对应的压力变送器，所述压力传感器通过压力变送器和PLC控制器电连接。

本发明的有益效果如下：

1、本发明结构简单，PLC控制器能够根据压力检测机构检测到的信号，实时控制升降机构，能够实现对阀位的精确调整，PLC控制器还能够根据位置检测装置给出的信号，做出停止升降机构动作的指令，避免阀杆冲击到阀门的内部结构或拧断阀杆；

2、本发明的升降机构包括连接有驱动器的伺服电机，PLC控制器依次通过驱动器、伺服电机、减速机构和蜗轮蜗杆机构带动阀杆，实现阀杆和阀芯的升降；

3、本发明的位置检测装置包括光电传感器，通过光电传感器的一个发射端和两个接收端相配合，从而能够检测阀门是否处于全开或全关的状态，之后通过PLC控制器控制升降机构，避免阀杆运动过度，冲击到阀门内部结构或拧断阀杆；

4、本发明的蜗轮在两个止推轴承的作用下，只能水平旋转，不能轴向运动，从而带动阀杆升降。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的升降机构和位置检测装置的结构示意图；

附图标记：1-PLC控制器、2-压力检测机构、3-压力传感器、4-压力变送器、5-伺服电机、6-驱动器、7-节流阀、8-光电传感器、9-位置检测装置、10-机架、11-蜗轮、12-阀杆、13-传感器支架A、14-接收端、15-发射端、16-传感器支架B、17-蜗杆、18-止推轴承。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施方式的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。

实施例1

如图1到2所示，本实施例提供一种节流阀自动控制装置，包括PLC控制器1、用于检测压力的压力检测机构2和设在节流阀7上的机架10，还包括设在机架10上的用于驱动阀杆12升降的升降机构和用于检测阀杆12位置变化的位置检测装置9，所述升降机构、压力检测机构2和位置检测装置9均与PLC控制器1电连接，所述机架10上下两端设有用于阀杆12穿过的通孔，所述通孔的内径大于阀杆12的外径，具体的，PLC控制器1实时采集压力检测机构2检测到的压力信号，当采集压力Pci<设定压力Pct-控压精度ΔPc，PLC控制器1给升降机构发出指令，升降机构带动阀杆12下降，阀杆12带动阀芯接近阀口，减小阀位；当采集压力Pci>设定压力Pct+控压精度ΔPc给升降机构发出指令，升降机构带动阀杆12上升，阀杆12带动阀芯远离阀口，增大阀位；当实测压力Pci在设定压力Pct±控压精度ΔPc范围时，停止节流阀7开关不动作，但可以通过PLC控制器1控制驱动器6对升降机构进行点动控制，让实测压力和目标压力无限逼近，PLC控制器1给升降机构一个信号，每一个信号，带动阀杆12上升或下降一下；当位置检测装置9检测到阀杆12处于起始或终止位置时，位置检测装置9给PLC控制器1一个信号，PLC控制器1控制升降机构，使得升降机构不再动作，阀杆12停止动作，并提示已经节流阀7全开或者全关。

实施例2

如图2所示，本实施例在实施例1的基础上做了进一步改进，具体为所述升降机构包括连接有驱动器6的伺服电机5，所述驱动器6和PLC控制器1电连接，所述伺服电机5输出端连接有减速机构，所述减速机构输出端连接有蜗杆17，所述蜗杆17啮合有蜗轮11，所述蜗轮11螺纹连接在阀杆12外侧，所述节流阀7本体上设有限制蜗轮11轴向运动的限位机构，蜗轮11只能水平旋转，具体的，PLC控制器1给驱动器6发出指令，驱动器6驱动伺服电机5旋转，伺服电机5依次通过减速机构和蜗轮11蜗杆17带动阀杆12升降，此时，阀杆12相当于丝杆，蜗轮11相当于螺母，蜗轮11旋转，实现阀杆12和阀芯的升降，需要进行点动控制时，PLC控制器1给驱动器6一个信号，驱动器6给伺服电机5一个转动信号，每一个信号，伺服电机5转动一个角度，转动角度＝360°/精度，比如精度为万分之一，则转动360°/10000。

实施例3

如图2所示，本实施例在实施例2的基础上做了进一步改进，具体为所述位置检测装置9包括光电传感器8，所述光电传感器8包括相对设置的一个发射端15和两个接收端14，所述阀杆12上端轴向设有传感器支架A13，所述节流阀7上设有和传感器支架A13相平行的传感器支架B16，所述发射端15设在传感器支架B16上，所述接收端14沿着传感器支架A13轴向设置，两个接收端14之间的距离等于阀杆12的行程，所述光电传感器8和PLC控制器1电连接，在阀杆12升降的过程中，传感器支架A13和传感器支架A13上的光电传感器8的接收端14随着升降，当位于上端的接收端14接收到发射端15发出的信号，表明阀门已经开到最大，此时光电传感器8给PLC控制器1一个信号，PLC控制器1接收到该信号后控制驱动器6，使得伺服电机5停转，阀杆12停止上升，当位于下端的接收端14接收到发射端15发出的信号，表明阀门已经关到最小，此时光电传感器8给PLC控制器1一个信号，PLC控制器1接收到该信号后控制驱动器6，使得伺服电机5停转，阀杆12停止下降。

实施例4

如图2所示，本实施例在实施例3的基础上做了进一步改进，具体为所述限位机构包括对称设在蜗轮11上下两端的和蜗轮11同心的两个止推轴承18，两个止推轴承18的内圈均和蜗轮11固定连接，外圈和机架10内侧固定连接，两个止推轴承18的内圈的内径大于阀杆12的外径，在两个止推轴承18的作用下，蜗轮11不能轴向运动，只能水平旋转，从而带动阀杆12升降。

实施例5

如图1所示，本实施例在实施例1的基础上做了进一步改进，具体为所述压力检测机构2包括多只压力传感器3以及和压力传感器3一一对应的压力变送器4，所述压力传感器3通过压力变送器4和PLC控制器1电连接。

Claims (5)

1.一种节流阀自动控制装置，包括PLC控制器(1)、用于检测压力的压力检测机构(2)和设在节流阀(7)上的机架(10)，其特征在于，还包括设在机架(10)上的用于驱动阀杆(12)升降的升降机构和用于检测阀杆(12)位置变化的位置检测装置(9)，所述升降机构、压力检测机构(2)和位置检测装置(9)均与PLC控制器(1)电连接，所述机架(10)上下两端设有用于阀杆(12)穿过的通孔，所述通孔的内径大于阀杆(12)的外径。

2.根据权利要求1所述的一种节流阀自动控制装置，其特征在于，所述升降机构包括连接有驱动器(6)的伺服电机(5)，所述驱动器(6)和PLC控制器(1)电连接，所述伺服电机(5)输出端连接有减速机构，所述减速机构输出端连接有蜗杆(17)，所述蜗杆(17)啮合有蜗轮(11)，所述蜗轮(11)螺纹连接在阀杆(12)外侧，所述节流阀(7)本体上设有限制蜗轮(11)轴向运动的限位机构。

3.根据权利要求2所述的一种节流阀自动控制装置，其特征在于，所述位置检测装置(9)包括光电传感器(8)，所述光电传感器(8)包括相对设置的一个发射端(15)和两个接收端(14)，所述阀杆(12)上端轴向设有传感器支架A(13)，所述节流阀(7)上设有和传感器支架A(13)相平行的传感器支架B(16)，所述发射端(15)设在传感器支架B(16)上，所述接收端(14)沿着传感器支架A(13)轴向设置，两个接收端(14)之间的距离等于阀杆(12)的行程，所述光电传感器(8)和PLC控制器(1)电连接。

4.根据权利要求3所述的一种节流阀自动控制装置，其特征在于，所述限位机构包括对称设在蜗轮(11)上下两端的和蜗轮(11)同心的两个止推轴承(18)，两个止推轴承(18)的内圈均和蜗轮(11)固定连接，外圈和机架(10)内侧固定连接，两个止推轴承(18)的内圈的内径大于阀杆(12)的外径。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种节流阀自动控制装置，其特征在于，所述压力检测机构(2)包括多只压力传感器(3)以及和压力传感器(3)一一对应的压力变送器(4)，所述压力传感器(3)通过压力变送器(4)和PLC控制器(1)电连接。