CN110107722A - 一种智能针阀电动控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于天然气开采设备技术领域，涉及一种智能针阀电动控制装置，包括针阀，针阀的阀杆上安装有第一齿轮，阀体上安装电动执行机构，电动执行机构上安装有用于控制阀门开度的智能控制器，电动执行机构连接有编码器；电动执行机构包括第二齿轮，第二齿轮与第一齿轮机械传动连接；针阀的两端管道上分别安装有压力传感器，压力传感器、编码器分别与智能控制器连接，智能控制器与电动执行机构连接。通过增加编码器的设计，达到对阀门的开度数据信息进行编制、转换以便传输至智能控制器的目的；通过增加智能控制器、电动执行机构的设计，智能控制器根据接收到的压力数值信息及阀门开度信息控制电动执行机构运动，实现对阀门开度调节的智能控制。
Description
技术领域
本发明属于天然气开采设备技术领域，涉及一种电动控制装置，具体涉及一种智能针阀电动控制装置。
背景技术
现有的天然气井，井下压力参差不齐，为了保护天然气外输管线的安全，需要随时调节采气树上的流量调节针阀的开度，既要保证外输管线不超压运行，又要让井下压力保持在一个合理的范围内。
由于天然气井的产量会随季节的变化而变化，因此需要人为地控制气井的阀门开度。比如，冬季是天然气使用高峰期就需要提高产量；特别是天然气井开采到后期，井下压力不足，通常采用间歇开采的方式来提高气井的产量。
然而，目前采气树上的流量调节阀门为手动针阀，需要人工到现场实现针阀的开关，而成千上万口天然气井的手动针阀的开、关工作极大地浪费了人力；加之气井多处于偏远的山区、沙漠，道路不畅、路途较为遥远，人工开关手动针阀又需要浪费巨大的物力；并且遇到恶劣天气的时候，比如大雪、暴雨、沙尘等天气，人工开关天然气井的针阀不可能实现。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种智能针阀电动控制装置，可用于天然气井的全寿命生产周期使用，尤其是天然气井后期间歇开采智能控制，应用前景广阔。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种智能针阀电动控制装置，包括针阀，所述针阀的阀杆上安装有第一齿轮，阀体上安装有电动执行机构，所述电动执行机构上安装有用于控制阀门开度的智能控制器，所述电动执行机构连接有编码器；所述电动执行机构包括第二齿轮，所述第二齿轮与第一齿轮机械传动连接；所述针阀的两端管道上分别安装有压力传感器，所述压力传感器、编码器分别与智能控制器连接，所述智能控制器与电动执行机构连接，用于控制电动执行机构运动实现对阀门开度的调节。
进一步地，所述第二齿轮与第一齿轮相啮合。
进一步地，所述第一齿轮、第二齿轮的外部安装有一个齿轮防护壳，避免第一齿轮、第二齿轮及其他部件长期暴露在外部环境中从而影响其工作性能。
进一步地，所述电动执行机构通过U形螺栓固定安装于针阀的阀体上。
进一步地，所述电动执行机构包括防爆壳，所述防爆壳的内部安装有驱动电机，所述驱动电机的转轴通过离合器操作旋钮与离合器的一端连接，所述离合器的另一端连接有传动轴；所述第二齿轮安装于传动轴上，所述第二齿轮在驱动电机、离合器、传动轴的依次驱动下带动第一齿轮正反转旋转运动，且所述第二齿轮在第一齿轮的带动下可以沿着传动轴进行轴向运动。
进一步地，所述压力传感器、编码器分别与智能控制器的输入端电气连接，所述智能控制器的输出端与电动执行机构电气连接；所述压力传感器用于采集针阀所处管道内的气体压力的数值信息，所述编码器用于将阀门开度数据信息进行编制、转换成可以传输或存储的信号再传输至智能控制器，智能控制器根据接收到的压力数值信息及阀门开度信息控制电动执行机构运动，实现对阀门开度的调节。
进一步地，所述智能针阀电动控制装置，还包括手动操作轮，所述手动操作轮安装于针阀的阀杆端部；当离合器切断驱动电机和传动轴之间的动力扭矩传送后，可以使用手动操作轮进行手动机械操作，实现阀门开度的调节。
进一步地，所述离合器操作旋钮、防爆壳均按照防爆要求设计、加工，由于其具有的防爆特性，使得该智能针阀电动控制装置符合防爆要求，能够应用于不同的恶劣环境中，尤其适用于易燃易爆场合使用。
进一步地，所述智能控制器通过通讯模块与天然气井生产管理系统连接，能够实现远程电动操作。
进一步地，所述通讯模块为无线通信模块或有线通信模块，例如4G网络、无线ZigBee、和有线RS485等。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案包括以下有益效果：通过增加压力传感器的设计，达到了对针阀所处管道内的气体压力数值进行实时采集的目的；通过增加编码器的设计，达到了对阀门的开度数据信息进行编制、转换以便传输至智能控制器、并对阀门开度进行准确控制的目的；通过增加智能控制器、电动执行机构的设计，智能控制器根据接收到的压力数值信息及阀门开度信息控制电动执行机构运动，实现对阀门开度调节的智能控制；该装置符合防爆要求、尤其适用于易燃易爆场合使用。
此外，通过增加智能控制器与天然气井生产管理系统连接的设计，使得该智能针阀电动控制装置，能够实现定压生产模式、定时开关模式、远程操作模式、自主智能控制模式、就地人工电控操作模式、就地人工机械操作模式等工作模式。通过增加齿轮防护壳的设计，避免第一齿轮、第二齿轮及其他部件长期暴露在外部环境中从而影响其工作性能。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1为本发明提供的一种智能针阀电动控制装置的结构示意图；
图2为图1的剖视图。
其中：1为编码器；2为手动操作轮；3为齿轮防护壳；4为智能控制器；5为电动执行机构；6为针阀；7为第一齿轮；8为传动轴；9为第二齿轮；10为离合器；11为离合器操作旋钮；12为驱动电机；13为防爆壳。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置的例子。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例
参见图1-2所示，本发明提供了一种智能针阀电动控制装置，包括针阀6，针阀6的阀杆上安装有第一齿轮7，针阀6的阀体上安装有电动执行机构5，电动执行机构5上安装有用于控制阀门开度的智能控制器4，电动执行机构5连接有编码器1；电动执行机构5包括第二齿轮9，第二齿轮9与第一齿轮7机械传动连接；针阀6的两端管道上分别安装有压力传感器，压力传感器、编码器1分别与智能控制器4连接，智能控制器4与电动执行机构5连接，用于控制电动执行机构5运动实现对阀门开度的调节。
进一步地，第二齿轮9与第一齿轮7相啮合。
进一步地，第一齿轮7、第二齿轮9的外部安装有一个齿轮防护壳3，齿轮防护壳3用于避免第一齿轮7、第二齿轮9及其他部件长期暴露在外部环境中从而影响其工作性能。
进一步地，电动执行机构5通过U形螺栓固定安装于针阀6的阀体上，方便电动执行机构5的现场安装施工和出现故障时进行拆卸维修。
进一步地，电动执行机构5包括防爆壳13，防爆壳13的内部安装有驱动电机12，驱动电机12的转轴通过离合器操作旋钮11与离合器10的一端连接，离合器10的另一端连接有传动轴8；第二齿轮9安装于传动轴8上，第二齿轮9在驱动电机12、离合器10、传动轴8的依次驱动下带动第一齿轮7正反转旋转运动，且第二齿轮9在第一齿轮7的带动下可以沿着传动轴8进行轴向运动。
进一步地，压力传感器、编码器1分别与智能控制器4的输入端电气连接，智能控制器4的输出端与电动执行机构5电气连接；压力传感器用于采集针阀所处管道内的气体压力的数值信息，编码器1用于将阀门开度数据信息进行编制、转换成可以传输或存储的信号再传输至智能控制器4，智能控制器4根据接收到的压力数值信息及阀门开度信息控制电动执行机构5运动，实现对阀门开度的调节。
进一步地，该智能针阀电动控制装置，还包括手动操作轮2，手动操作轮2安装于针阀6的阀杆端部，当离合器10切断驱动电机12和传动轴8之间的动力扭矩传送后，可以使用手动操作轮2进行手动机械操作，实现阀门开度的调节。
优选地，离合器操作旋钮11、防爆壳13均按照防爆要求设计、加工，由于其具有的防爆特性，使得该智能针阀电动控制装置符合防爆要求，能够应用于不同的恶劣环境中，尤其适用于易燃易爆场合使用。
进一步地，智能控制器4通过通讯模块与天然气井生产管理系统连接，在天然气井生产管理系统的控制作用下，该智能针阀电动控制装置能够实现定压生产模式、定时开关模式、远程操作模式、自主智能控制模式、就地人工电控操作模式、就地人工机械操作模式等工作模式。
优选地，所述通讯模块为无线通信模块或有线通信模，比如4G网络、无线ZigBee、RS485等。
该智能针阀电动控制装置，在现场已有的手动针阀的基础上进行改动，首先在现场的手动针阀6的阀杆上安装一个第一齿轮7，第一齿轮7为大齿轮，在针阀6的阀体上安装一个阀门电动执行机构5；然后，在针阀6的前、后端分别安装一个压力传感器(压力变送器)；最后，在电动执行机构5的前端装有一个编码器1；压力传感器和编码器1的输出信号接入与电动执行机构5相连接的智能控制器4；此外，智能控制器4通过通讯模块与天然气井生产管理系统连接。其具体的工作过程如下：
安装于针阀两端的两个压力传感器对管道内的天然气压力数值信息进行实时采集，并将实时采集到的压力数值信息传输至智能控制器4；同时，编码器1对阀门的开度数据信息进行编制、转换成可以传输或存储的信号再传输至智能控制器4，智能控制器4根据接收到的压力数值信息及阀门开度信息控制电动执行机构5运动，驱动电机12带动离合器10运动，离合器10驱动传动轴8运动，传动轴8通过第二齿轮9带动第一齿轮7运动从而实现对阀门开度的调节。
因此，本发明提供的智能针阀电动控制装置，符合防爆要求，尤其适用于易燃易爆场合使用，且能够控制阀门开度并实现以下多种工作模式：a)定压生产模式b)定时开关模式c)远程操作模式d)自主智能控制模式e)就地人工电控操作模式f)就地人工机械操作模式等工作模式。
例如，就定时开关工作模式、远程操作工作模式而言，在智能控制器4的内部还可以设置有用于在指定时间开关针阀并控制阀门开度的定时开关模块，定时开关模块与电动执行机构5电气连接；天然气井生产管理系统通过无线通信模块向智能控制器4发送一时间指令信号，智能控制器4对接收到的时间指令信号进行识别并处理后，将该时间指令信息传送至定时开关模块，定时开关模块根据接收到的信号实现针阀在指定时间内的开启/关闭动作；同样地，可以实现对阀门开度的控制。
又如，就自主智能控制工作模式而言，通过在智能控制器4中设定压力预设值，从而实现定压天然气输出；即控制天然气输出管道的压力不高于压力预设值，针阀由智能控制器4控制电动执行机构5自主打开，阀门开度自主控制。
再如，就地人工机械操作工作模式而言，通过离合器10切断驱动电机12和传动轴8之间的动力扭矩传送后，可以使用手动操作轮2进行手动机械操作，实现阀门开度的调节。
综上，该智能针阀电动控制装置，通过增加压力传感器的设计，达到了对针阀所处管道内的气体压力数值进行实时采集的目的；通过增加编码器的设计，达到了对阀门的开度数据信息进行编制、转换以便传输至智能控制器、并对阀门开度进行准确控制的目的；通过增加智能控制器、电动执行机构的设计，智能控制器根据接收到的压力数值信息及阀门开度信息控制电动执行机构运动，实现对阀门开度调节的智能控制。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。
应当理解的是，本发明并不局限于上述已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种智能针阀电动控制装置，其特征在于，包括针阀(6)，所述针阀(6)的阀杆上安装有第一齿轮(7)，所述针阀(6)的阀体上安装有电动执行机构(5)，所述电动执行机构(5)上安装有用于控制阀门开度的智能控制器(4)，所述电动执行机构(5)连接有编码器(1)；所述电动执行机构(5)包括第二齿轮(9)，所述第二齿轮(9)与第一齿轮(7)机械传动连接；所述针阀(6)的两端管道上分别安装有压力传感器，所述压力传感器、编码器(1)分别与智能控制器(4)连接，所述智能控制器(4)与电动执行机构(5)连接，用于控制电动执行机构(5)运动实现对阀门开度的调节。
2.根据权利要求1所述的智能针阀电动控制装置，其特征在于，所述第二齿轮(9)与第一齿轮(7)相啮合。
3.根据权利要求1所述的智能针阀电动控制装置，其特征在于，所述第一齿轮(7)、第二齿轮(9)的外部安装有一个齿轮防护壳(3)。
4.根据权利要求1所述的智能针阀电动控制装置，其特征在于，所述电动执行机构(5)通过U形螺栓固定安装于针阀(6)的阀体上。
5.根据权利要求1-4任一项所述的智能针阀电动控制装置，其特征在于，所述电动执行机构(5)包括防爆壳(13)，所述防爆壳(13)的内部安装有驱动电机(12)，所述驱动电机(12)的转轴通过离合器操作旋钮(11)与离合器(10)的一端连接，所述离合器(10)的另一端连接有传动轴(8)；所述第二齿轮(9)安装于传动轴(8)上，所述第二齿轮(9)在驱动电机(12)、离合器(10)、传动轴(8)的依次驱动下带动第一齿轮(7)正反转旋转运动，且所述第二齿轮(9)在第一齿轮(7)的带动下可以沿着传动轴(8)进行轴向运动。
6.根据权利要求1所述的智能针阀电动控制装置，其特征在于，所述压力传感器、编码器(1)分别与智能控制器(4)的输入端电气连接，所述智能控制器(4)的输出端与电动执行机构(5)电气连接。
7.根据权利要求1所述的智能针阀电动控制装置，其特征在于，还包括手动操作轮(2)，所述手动操作轮(2)安装于针阀(6)的阀杆端部。
8.根据权利要求5所述的智能针阀电动控制装置，其特征在于，所述离合器操作旋钮(11)、防爆壳(13)均按照防爆要求设计。
9.根据权利要求1所述的智能针阀电动控制装置，其特征在于，所述智能控制器(4)通过通讯模块与天然气井生产管理系统连接。
10.根据权利要求9所述的智能针阀电动控制装置，其特征在于，所述通讯模块为无线通信模块或有线通信模块。
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