CN111913504B - 一种恒定流量分流装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种恒定流量分流装置，包括支路转接头，支路转接头内置感应涡轮；恒定流量分流装置还包括上分流组件和下分流组件，上分流组件包括离心阀块，离心阀块根据感应涡轮的转速进行离心移动；离心阀块的一侧设有过流孔，离心阀块的另一侧设有先导流道，离心阀块能够在关闭先导流道的位置和打开先导流道的位置之间移动；下分流组件包括阀口以及阀口内的缓冲弹簧、阀口调节驱动涡轮、阀口调节驱动齿轮和阀口调节执行齿轮，阀口调节驱动涡轮对应过流孔或先导流道；阀口调节驱动涡轮与阀口调节驱动齿轮刚性连接，阀口调节驱动齿轮与阀口调节执行齿轮啮合，所述缓冲弹簧用于实现所述阀口调节驱动齿轮与所述阀口调节执行齿轮之间的软连接。

Description

一种恒定流量分流装置

技术领域

本发明属于工程流量控制的技术领域，具体涉及一种恒定流量分流装置。

背景技术

目前，在石油勘探及地质勘探钻井、测井过程中，由于钻井深度往往较大，为保证钻孔的正常作业，实现预定的井眼轨迹及钻井深度，同时在这个过程中能够得到所需的井眼数据，在作业过程中，往往需要大量的井下作业工具，而这些工具在使用过程中不可避免的要接触到钻井液，有的是单纯实现上下短节间流体的过渡，而更多的工具则是在不同压力或流量钻井液的作用下实现工作，在传统井下作业工具的设计过程中，往往需要考虑所需适用井的作业工艺及现场情况，按照配套工具中最大流量进行设计，但由于每种工具作用原理不尽相同，对流量的需求也差异较大，因此在设计过程中按照单一流量匹配容易造成效率的损失以及设计及制造成本的提高。因此在工程实际应用过程中经常需要用到流体的分流技术，在实际使用过程中，时常会希望工具在一相对稳定的流量下工作，从而保证工作稳定、可靠，但当前常见的分流装置一般采用比例分流的方式，因此每一流道的流量仍然会随着系统总体流量的变化而变化，无法实现定量分流。

专利《CN 101634864A流体恒定流量装置》中，发明人提出了一种流量恒定控制装置，装置由压力调节腔、调压活塞、调压弹簧和输入端口盖组成。其中调压活塞从上到下分为三部分，分别为上部分锥形的调压针，中间圆柱形圆柱体以及下部不完全圆柱体，其中下部分不完全圆柱体用于感应压力的变化，并将压力的变化通过与中间部分圆柱体配合的调压弹簧一起控制上部锥形部分的开度，从而实现流量的稳定，该种方式精度较高，结构简单且易于实施。它可根据输入流体的压力，自动调节输出孔径的大小，压力大时，减小输出孔径，压力小时，增大输出孔径，从而保证流体输出流量恒定。但这种装置的不足在于该装置是通过感应系统压力的变化来控制流量的输出，但该装置本身就是一节流装置，因此当系统流量较大时，该装置自身就会产生较大的压力损耗，这一方面降低了装置的精确性，另一方面也提高了系统的负载。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种恒定流量分流装置，解决了现有分流装置按比例分流而无法实现定量分流的问题，并且避免的一些分流装置的精确性差和系统负载高的缺陷。

为了实现上述目的，本发明提供的一种恒定流量分流装置，包括支路转接头，所述支路转接头内置感应涡轮；

所述恒定流量分流装置还包括上分流组件和下分流组件，所述上分流组件包括离心阀块，所述离心阀块根据所述感应涡轮的转速进行离心移动；所述离心阀块的一侧设有过流孔，所述离心阀块的另一侧设有先导流道，所述离心阀块能够在关闭所述先导流道的位置和打开所述先导流道的位置之间移动；

所述下分流组件包括阀口以及所述阀口内的缓冲弹簧、阀口调节驱动涡轮、阀口调节驱动齿轮和阀口调节执行齿轮，所述阀口调节驱动涡轮对应所述过流孔或所述先导流道；所述阀口调节驱动涡轮与所述阀口调节驱动齿轮刚性连接，所述阀口调节驱动齿轮与所述阀口调节执行齿轮啮合；所述缓冲弹簧用于实现所述阀口调节驱动齿轮与所述阀口调节执行齿轮之间的软连接，所述阀口调节执行齿轮设计成当所述阀口调节驱动涡轮旋转时，所述阀口调节执行齿轮运动直到极限位置处，所述阀口调节驱动涡轮继续旋转，当所述阀口调节驱动涡轮旋转产生的径向作用力大于所述弹簧的预压力，致使所述阀口调节驱动涡轮在所述恒定流量分流装置的径向上移动。

进一步地，所述上分流组件还包括设置在所述离心阀块上的流量调整弹簧，所述弹簧用于恢复所述离心阀块的位置。

优选地，离心阀块为T形，T形较细的一侧为离心阀块的尾部，T形较粗的一侧为离心阀块的头部，流量调整弹簧套在所述离心阀块尾部。

进一步地，所述阀口调节驱动涡轮由阀口闭合驱动涡轮和阀口打开驱动涡轮组成；所述阀口闭合驱动涡轮和所述阀口打开驱动涡轮结构相同、但涡轮的旋向相反并且对称布置。

优选地，所述过流孔与所述阀口闭合驱动涡轮相连通，所述先导流道与阀口打开驱动涡轮相连通。

进一步地，所述下分流组件还包括限位螺栓，所述限位螺栓设置在阀口调节执行齿轮的上方，用于限制所述阀口调节执行齿轮的极限位置。

进一步地，还包括离心阀块安装座，所述离心阀块安装座的中心位置处设置有感应涡轮并且偏心位置处设置有所述离心阀块，所述离心阀块安装座与所述感应涡轮刚性连接。

优选地，流体流经所述恒定流量分流装置内部件的顺序为：支路转接头、感应涡轮、过流孔或先导流道、阀口调节驱动涡轮。

本发明提供的一种恒定流量分流装置，具有如下有益效果：

1、该恒定流量分流装置结构设计合理，易于实施，采用纯机械设计，制造和维护成本较低，且具有控制精度高、系统负载小、可靠性强、调节范围广的优点，可有效解决在工程实际中遇到的需要稳定流量支路的问题；

2、该恒定流量分流装置能够用于稳流，即当系统中流量波动不大时，此时支流可以作为主流道，而其余阀口作为泄流阀存在，当流量超过额定值时产生泄流，将支路流量稳定在额定范围内；

3、当支路流量与系统总流量相比较小时，该恒定流量分流装置能够为支路提供恒定流量的分流；

4、有利于减少相应工具在系统中的设计余量，降低设计及制造成本，并提高工具使用的可靠性，从而增加经济效益。

附图说明

图1为本具体实施方式中恒定流量分流装置的部分剖面的结构示意图。

图2为本具体实施方式中上分流组件的剖面图。

图3为本具体实施方式中上分流组件和下分流组件连通部分的局部剖面示意图。

图4为本具体实施方式中下分流组件的剖面图。

附图中：1、离心阀块安装座，2、上轴承压套，3、组合轴承，4、轴挡圆螺母，5、感应涡轮，6、感应涡轮座，7、离心阀块，8、流量调整弹簧，9、阀口调节驱动齿轮，10、上配流座，11、主路连接座，12、支路转接头，13、缓冲弹簧，14、驱动齿轮固定套，15、驱动齿轮安装座，16、阀口调节执行齿轮，17、阀口调节驱动涡轮，18、阀口调节限位螺栓，19、滚动轴承，20、过流孔，21、先导流道，22、阀口。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本发明提供的一种恒定流量分流装置，适用于工程实际中需要稳定流量支路的系统，例如纯机械式井斜测量工具。

如图1所示，恒定流量分流装置包括支路转接头12和感应涡轮座6，感应涡轮座6安装在支路转接头12的内部，支路转接头12穿过感应涡轮座6。感应涡轮座6外套设有组合轴承3，并通过该组合轴承3与主路连接座11相连，使得该感应涡轮座6能够绕其中心轴旋转。组合轴承3外周套设有上轴承压套2，并且通过轴挡圆螺母4将组合轴承3固定在感应涡轮座6和上轴承压套2之间。

恒定流量分流装置还包括上分流组件和下分流组件，其中上分流组件位于主路连接座11的上方，下分流组件安装在主路连接座11中。

主路连接座11上表面的外侧安装上配流座10，用于将下分流组件固定在上配流座10和主路连接座11之间。

当流体通过本发明的恒定流量分流装置时，装置的主路阀口默认是关闭的，此时流体只能通过感应涡轮座6处进入支路，一旦系统流量超过额定流量，则上分流组件和下分流组件一起工作，逐渐增大主路阀口通流面积，实现主路分流，使从系统主路中在支路转接头12处输出恒定流量的流体。

如图2所示，上分流组件包括离心阀块安装座1、安装在离心阀块安装座1的偏心位置处的离心阀块7和流量调整弹簧8，离心阀块7为T形，T形较细的一侧为离心阀块7的尾部，T形较粗的一侧为离心阀块7的头部，流量调整弹簧8套在离心阀块7尾部，并与离心阀块安装座1相接触。离心阀块7的头部侧与离心阀块安装座1之间设有先导流道21。

离心阀块安装座1在中心位置设置有感应涡轮5和感应涡轮座6，感应涡轮5位于感应涡轮座6中心并且与离心阀块安装座1和感应涡轮座6刚性连接，并且离心阀块7的头部朝向感应涡轮5和感应涡轮座6。当流体通过支路转接头12进入恒定流量分流装置时，流体进入到感应涡轮5中，并带动感应涡轮5旋转。当感应涡轮座6内的感应涡轮5转动时，离心阀块安装座1由于刚性连接也随之转动，此时离心阀块安装座1内的离心阀块7由于离心阀块安装座1转动而产生离心力，受到离心力作用的离心阀块7对套在其尾部的流量调整弹簧8具有一定压力。当离心阀块7推动流量调整弹簧8时，先导流道能够打开，当流量调整弹簧8的压力预设值大于离心阀块7的推动力时，先导流道关闭。离心阀块7的一侧上设有过流孔20(与先导流道相对的一侧)，先导流道关闭时，流体通过离心阀块7的过流孔流出。

当流体通过恒定流量分流装置时，系统流量未超过额定流量时，系统主路阀口默认是关闭的，此时流体只能通过感应涡轮座6处进入支路，此时感应涡轮5的转速不超过设计值，离心阀块7的离心力小于或等于流量调整弹簧8的压力预设值，流体通过离心阀块7的过流孔流出。一旦系统流量超过额定流量，则感应涡轮5的转速超过设计值，由于离心阀块安装座1与感应涡轮5及感应涡轮座6刚性连接，离心阀块安装座1内的离心阀块7的离心力增大进而大于流量调整弹簧8的压力预设值，因此离心阀块7开始向外推动流量调整弹簧8，则离心阀块7与离心阀块安装座1之间的先导流道逐渐打开，促使主路流体阀口增大，部分流体通过先导流道进入主路连接座11上的下分流组件。一旦支路流量逐渐减少，则感应涡轮5的转速逐渐降低，离心阀块7在流量调整弹簧8的回弹力作用下逐渐恢复直至到设定位置，先导流道的流量逐渐减小，并且逐渐稳定在平衡位置，从而实现恒定流量的输出。

如图3-4所示，下分流组件包括阀口22以及阀口内的阀口调节驱动涡轮17、阀口调节执行齿轮16和阀口调节驱动齿轮9，阀口调节驱动涡轮17由阀口闭合驱动涡轮9-1和阀口打开驱动涡轮9-2组成，阀口闭合驱动涡轮9-1和阀口打开驱动涡轮9-2结构相同，只是驱动涡轮旋向相反并且对称布置。

阀口调节执行齿轮16设计成，当阀口调节执行齿轮16向一个方向转动时，能够使得阀口调节驱动涡轮17向一个方向移动(例如，恒定流量分流装置的径向向外的方向)；当阀口调节执行齿轮16向相反的方向转动时，能够使得阀口调节驱动涡轮17向相反的方向移动(例如，恒定流量分流装置的径向向内的方向)。

离心阀块7一侧的过流孔20与阀口闭合驱动涡轮9-1相连通，离心阀块7另一侧(离心阀块7与离心阀块安装座1之间)的先导流道21与阀口打开驱动涡轮9-2相连通。当流体流量未超过额定流量时，先导流道闭合，流体能够通过过流孔流经阀口闭合驱动涡轮9-1进入下分流组件，本装置的主路阀口默认是关闭的；当流体流量逐渐超过额定流量时，先导流道逐渐打开，流体能够通过先导流道流经阀口打开驱动涡轮9-2进入下分流组件。

阀口调节驱动涡轮17和阀口调节驱动齿轮9刚性连接，阀口调节驱动齿轮9和阀口调节执行齿轮16通过齿轮啮合连接。阀口调节驱动涡轮17的周围安装有滚动轴承19用于固定阀口调节驱动涡轮17的旋转轴线。阀口调节驱动齿轮9由驱动齿轮固定套14和驱动齿轮安装座15进行固定。驱动齿轮安装座15一侧与阀口调节执行齿轮16相接触，驱动齿轮安装座15的另一侧连接有缓冲弹簧13，阀口调节驱动齿轮9与阀口调节执行齿轮16之间通过缓冲弹簧13实现软连接。当流体进入阀口调节驱动涡轮17后，流体带动阀口调节驱动涡轮17和与之刚性连接的阀口调节驱动齿轮9一起转动，进而通过齿轮啮合驱动阀口调节执行齿轮16移动，当阀口调节执行齿轮16移动至极限位置处不在移动，此时阀口调节驱动涡轮17继续旋转，由于缓冲弹簧13实现阀口调节驱动齿轮与阀口调节执行齿轮之间的软连接，阀口调节驱动涡轮17继续旋转产生的径向作用力压迫缓冲弹簧13，当径向作用力大于缓冲弹簧13的预设压力，则阀口调节驱动涡轮17实现径向移动。此过程中逐渐增大主路阀门的通流面积，实现主路分流。

主路连接座11上设有限位螺栓18，限位螺栓18设置在阀口调节执行齿轮16的上方，用于限制阀口调节执行齿轮16的极限位置，限位螺栓18通过限制阀口调节执行齿轮16的极限位置进而限制阀口的最大开度。

系统流量超过额定流量时，流体通过先导流道流经阀口打开驱动涡轮9-2，阀口打开驱动涡轮9-2带动与其刚性连接的阀口调节驱动齿轮9转动，进而阀口调节驱动齿轮9驱动与其啮合连接的阀口调节执行齿轮16转动，导致阀口调节驱动齿轮9可以移动，进而逐渐增大阀口的通流面积，实现主路分流。当阀口达到限位螺栓18限制的最大开度后，此时系统流量继续增大，阀口调节驱动涡轮17继续旋转，阀口调节执行齿轮16固定不动，阀口位置也无法继续增大，驱动齿轮安装座15在反作用力的作用下克服缓冲弹簧13的预紧力作用，实现径向的移动，完成极限位置的缓冲。一旦支路流量逐渐减少，则感应涡轮5的转速逐渐降低，先导流道的流量逐渐减小，阀口打开驱动涡轮9-2处的流量减少，与过流孔相连通的阀口闭合驱动涡轮9-1处的流量增多，逐渐减小阀口的通流面积，并且逐渐稳定在平衡位置，从而实现恒定流量的输出。

本发明中的恒定流量分流装置具有一定的流量波动适用范围，即阀口存在的最大开度和最小开度，可以根据不同的工程实际中需要稳定流量支路的场合进行适应性设计阀口的开度范围值。

本发明中的恒定流量分流装置，提供了一种恒定流量支路的装置，改变传统的恒定流量控制方式，采用纯机械结构，变压力感应控制为不同流量下涡轮转速的控制，而转速的不同又会进一步改变与涡轮相关联的系统开度阀块的位置，进而改变系统总截流面积的大小，通过调节系统主路与支路通流面积间的相对关系，实现支路流量的稳定。该恒定流量分流装置具有原理简单、结构可靠、系统负载小以及流量调节范围宽等诸多特点，具有很高的现场使用价值和推广价值。

恒定流量分流装置能够用于纯机械式井斜测量工具，由于对于纯机械式井斜测量工具，在实现井斜响应之后，其信号需要通过钻井液形成不同幅值或频率的压力脉冲信号的形式传递到地面上被接受并解释，而恒定流量有利于确定信号的发生规律，减少外在干扰。还能够用于纯机械式工具面测量工具，与纯机械式井斜测量工具类似，对于纯机械式工具面测量工具而言，在实现工具面角度测量之后，其信号需要通过钻井液形成不同幅值或频率的压力脉冲信号的形式传递到地面上被接受并解释，而恒定流量有利于确定信号的发生规律，减少外在干扰。恒定流量分流装置同样能够适用于其他工程实际中需要稳定流量支路的场合。

本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种恒定流量分流装置，其特征在于，包括支路转接头，所述支路转接头内置感应涡轮；

所述恒定流量分流装置还包括上分流组件和下分流组件，所述上分流组件包括离心阀块，所述离心阀块根据所述感应涡轮的转速进行离心移动；所述离心阀块的一侧设有过流孔，所述离心阀块的另一侧设有先导流道，所述离心阀块能够在关闭所述先导流道的位置和打开所述先导流道的位置之间移动；

所述下分流组件包括阀口以及所述阀口内的缓冲弹簧、阀口调节驱动涡轮、阀口调节驱动齿轮和阀口调节执行齿轮，所述阀口调节驱动涡轮对应所述过流孔或所述先导流道；所述阀口调节驱动涡轮与所述阀口调节驱动齿轮刚性连接，所述阀口调节驱动齿轮与所述阀口调节执行齿轮啮合；所述缓冲弹簧用于实现所述阀口调节驱动齿轮与所述阀口调节执行齿轮之间的软连接，所述阀口调节执行齿轮设计成当所述阀口调节驱动涡轮旋转时，所述阀口调节执行齿轮运动直到极限位置处，所述阀口调节驱动涡轮继续旋转，当所述阀口调节驱动涡轮旋转产生的径向作用力大于所述弹簧的预压力，致使所述阀口调节驱动涡轮在所述恒定流量分流装置的径向上移动；

所述上分流组件还包括设置在所述离心阀块上的流量调整弹簧，所述流量调整弹簧用于恢复所述离心阀块的位置。

2.根据权利要求1所述的恒定流量分流装置，其特征在于，离心阀块为T形，T形较细的一侧为离心阀块的尾部，T形较粗的一侧为离心阀块的头部，流量调整弹簧套在所述离心阀块尾部。

3.根据权利要求1所述的恒定流量分流装置，其特征在于，所述阀口调节驱动涡轮由阀口闭合驱动涡轮和阀口打开驱动涡轮组成；所述阀口闭合驱动涡轮和所述阀口打开驱动涡轮结构相同、但涡轮的旋向相反并且对称布置。

4.根据权利要求3所述的恒定流量分流装置，其特征在于，所述过流孔与所述阀口闭合驱动涡轮相连通，所述先导流道与阀口打开驱动涡轮相连通。

5.根据权利要求1所述的恒定流量分流装置，其特征在于，所述下分流组件还包括限位螺栓，所述限位螺栓设置在阀口调节执行齿轮的上方，用于限制所述阀口调节执行齿轮的极限位置。

6.根据权利要求1所述的恒定流量分流装置，其特征在于，还包括离心阀块安装座，所述离心阀块安装座的中心位置处设置有感应涡轮并且偏心位置处设置有所述离心阀块，所述离心阀块安装座与所述感应涡轮刚性连接。

7.根据权利要求1所述的恒定流量分流装置，其特征在于，流体流经所述恒定流量分流装置内部件的顺序为：支路转接头、感应涡轮、过流孔或先导流道、阀口调节驱动涡轮。