CN115388178A - 一种石油开采用高压节流阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种石油开采用高压节流阀，包括连接三通、短接总成和油缸总成，所述连接三通的一个开口为出液端口，另外两个同轴设置的开口分别密封连接短接总成和油缸总成；短接总成设有液体流入通道，通道内或通道末端设置与通道密封安装的带有通孔的阀座；所述油缸总成包括液压油缸、活塞杆和阀芯，活塞杆的一端连接阀芯，另一端插入液压油缸内，并且仅部分长度的外壁与液压油缸的内壁密封接触，将液压油缸内部分隔形成第一密闭空间和第二密闭空间，两个密闭空间均通过管路与液压油缸外部联通；阀座和阀芯相匹配，通过活塞杆的运动带动阀芯靠近或远离阀座，从而控制液体的流量。该高压节流阀能够稳定节流调节，易损件可拆卸更换，密封性能好。

Description

一种石油开采用高压节流阀

技术领域

本发明属于高压节流阀技术领域，特别涉及一种石油开采用高压节流阀。

背景技术

在油田石油和天然气开采行业，大量使用到高压流体介质用于开采、钻进，冲洗、地层增压等运用。通常的，高压是指工作压力大于10000PSI(70MPA)的流体介质压力，而对于流量调节就显得异常重要，需要解决高压流体压力调节的问题。高压节流目前市场上大多的节流装置都不适用于高压作业，国内生产的高压节流装置，整体比较笨重，使用稳定性欠缺，进口的节流阀价格昂贵，配件更换周期长且成本高，且多为手轮式机械调节节流装置，存在因振动，造成异常的节流开启和关闭。

目前，大部分的节流装置都不适用于流体介质大于10000PSI(70MPA)的工况；部分国产高压节流装置采用球笼式结构，大排量输入输出效果不错，但小排量时，节流效果差；部分进口高压节流装置采用转动螺纹带动带动丝杠进行节流，在遇到管路振动较强时，存在螺纹自动转动，产生异常的开启和关闭。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术的缺陷，本发明提供了一种石油开采用高压节流阀，该高压节流阀能够实现稳定的节流调节，且易损件均可拆卸更换，密封件通用性好。

技术方案：本发明提供了一种高压节流阀，包括连接三通、短接总成和油缸总成，所述连接三通的一个开口为出液端口，另外两个同轴设置的开口分别密封连接短接总成和油缸总成；所述短接总成设有液体流入通道，通道内或通道末端设置与通道密封安装的带有通孔的阀座；所述油缸总成包括液压油缸、活塞杆和阀芯，活塞杆的一端连接阀芯，另一端插入液压油缸内，并且仅部分长度的外壁与液压油缸的内壁密封接触，将液压油缸内部分隔形成第一密闭空间和第二密闭空间，两个密闭空间均通过管路与液压油缸外部联通；阀座和阀芯相匹配，通过活塞杆的运动带动阀芯靠近或远离阀座，从而控制液体的流量。

作为优选或者具体实施方案：

所述短接总成还包括入液短接，入液短接内部设有液体流入通道，在通道的末端设置与通道密封安装的阀座；优选的，所述阀座与液体流入通道的末端，通过阀座密封圈进行密封。

进一步的，所述入液短接通过第一由壬总成与连接三通连接；优选的，入液短接和连接三通的连接处通过第一由壬密封圈进行密封。

所述阀芯为锥型阀芯，所述阀座的通孔为锥型孔，两者的形状和尺寸相匹配。

所述活塞杆的前端与阀芯的后端之间留有液体容纳空间，阀芯内部设有贯穿阀芯前后两端的液流通孔，液流通孔与所述液体容纳空间联通。作为改进，所述活塞杆的前端内部设有液流通道和流出通道，液流通道水平设置，并且与所述液体容纳空间联通，流出通道一端连接液流通道，另一端与连接三通的内部联通。

所述液压油缸通过第二由壬总成与连接三通连接；优选的，液压油缸和连接三通的连接处通过第二由壬密封圈进行密封。

所述活塞杆与液压油缸的开口处通过活塞杆密封盒进行密封，活塞杆穿过活塞杆密封盒，活塞杆密封盒的内壁与活塞杆的外壁密封接触，外壁与液压油缸的内壁密封接触。

进一步的，所述活塞杆密封盒的内壁与活塞杆外壁的接触部位通过两个内侧密封圈进行密封，外壁与液压油缸内壁的接触部位通过外侧密封圈进行密封。

作为一种优选的实施方案，所述内侧密封圈为组合密封圈，包括截面为方形的方形密封圈和截面为梯形的梯形密封圈，梯形密封圈截面的一侧为竖直面，一侧为斜面，竖直面一侧与方形密封圈接触，斜面一侧与活塞杆密封盒内壁凹陷处的斜面接触，两组密封圈对称设置。

进一步的，以所述活塞杆密封盒外壁与液压油缸内壁的密封部位为界，位于液压油缸内部的一侧，在液压油缸的缸壁上设有通孔，与所述第一密闭空间联通；

作为一种实施方案，所述通孔完全位于第一密闭空间的范围内，在通孔的内侧，设有限位块，限制活塞杆滑动时，活塞杆与液压油缸的密封部位遮住通孔，或者超过通孔，使通孔位于第二密闭空间的范围内，从而避免第一密闭空间无法进出液压油，功能失效。

作为优选方案，所述通孔位于活塞杆密封盒外壁的上方，此时，以所述活塞杆密封盒外壁与液压油缸内壁的密封部位为界，位于液压油缸内部一侧的活塞杆密封盒外壁与液压油缸内壁之间留有间隙，所述通孔通过该间隙与第一密闭空间联通，该设计能够省去限位块，活塞杆密封盒本身起到限位作用，且显著增加了活塞杆的行程，调节更加灵活。

所述活塞杆外壁与液压油缸内壁接触的部位通过活塞杆密封圈进行密封。

所述液压油缸的外壁分别设有液压油第一入口和液压油第二入口，液压油第一入口与第一密闭空间联通，液压油第二入口与第二密闭空间联通；第二密闭空间的液压油入口设于液压油缸的侧壁。

所述高压节流阀的本体材质均使用合金钢材质。

本发明高压节流阀具有以下特点：

1、适用于高压流体介质，产品本体金属材质均使用合金钢材质，最大压力可达20000Psi(140Mpa)，本体的连接结构采用高压由壬的连接方式；

2、采用双作用液压油缸的结构来实现阀芯与锥孔的闭合间隙，实现节流调节。通过液压油的压缩稳定性，可以获得较稳定的节流调节；

3、液压油缸行程充足可实现阀体与阀座的锥型座封；

4、易损件均可拆卸更换，密封件通用性好，密封性能优异。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：

1、本体结构既是一种高压流程产品，具有较高的承压能力；

2、液压控制，控制均衡，受外力影响小；

3、通过外接带自动控制液压站，根据流体管路中的压力和排量反馈，实现自动控制；

4、也可以通过两台带单向阀和截止阀的手压泵，进行简单的手动调节；

5、结构简单，易拆装，易损部件易更换，维修成本低。

附图说明

图1为本发明高压节流阀的剖面结构示意图(短接总成和油缸总成标注)。

图2为本发明高压节流阀的剖面结构示意图(各种连接件和密封件标注)。

图3为本发明改进的高压节流阀的剖面结构示意图(短接总成和油缸总成标注)。

图4为本发明高压节流阀中内侧密封圈的结构和分布图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作出进一步说明。

实施例

一种石油开采用高压节流阀，如图1和图2所示，包括连接三通1、短接总成2和油缸总成3，连接三通1的一个开口为出液端口，另外两个同轴设置的开口分别密封连接短接总成2和油缸总成3；短接总成2设有液体流入通道，通道内或通道末端设置与通道密封安装的带有通孔的阀座21；油缸总成3包括液压油缸31、活塞杆32和阀芯33，活塞杆32的一端连接阀芯33，另一端插入液压油缸31内，并且仅部分长度的外壁与液压油缸31的内壁密封接触，将液压油缸31内部分隔形成第一密闭空间34和第二密闭空间35，两个密闭空间均通过管路与液压油缸31外部联通；阀座21和阀芯33相匹配，通过活塞杆32的运动带动阀芯33靠近或远离阀座21，从而控制液体的流量。

作为具体实施方案：

述短接总成2还包括入液短接22，入液短接22内部设有液体流入通道，在通道的末端设置与通道密封安装的阀座21；阀座21与液体流入通道的末端，通过阀座密封圈23进行密封。入液短接22通过第一由壬总成4与连接三通1连接；入液短接22和连接三通1的连接处通过第一由壬密封圈5进行密封。

阀芯33为锥型阀芯，阀座21的通孔为锥型孔，两者的形状和尺寸相匹配。阀芯33在不同位置，得到不同的排量，实现流量调节，当出口端存在背压时，可实现入水端口处压力调节。活塞杆32的前端与阀芯33的后端之间留有液体容纳空间331，阀芯33内部设有贯穿阀芯前后两端的液流通孔332，液流通孔332与所述液体容纳空间331联通，该设计能够在阀芯33向阀座21移动时，部分液体流入液流通孔332和液体容纳空间331内，防止阀芯33和阀座21堵死，造成超压发生事故。

如图3所示，作为改进，活塞杆32的前端内部设有液流通道322和流出通道323，液流通道322水平设置，并且与所述液体容纳空间331联通，流出通道323一端连接液流通道322，另一端与连接三通1的内部联通(流出通道323可以圆周均布设置多个)。该设计能够使液体依次通过液流通孔332、液体容纳空间331、液流通道322和流出通道323，最终流向连接三通1内部，进一步提高泄压效果，更有效避免阀芯33和阀座21堵死时超压事故的发生。

液压油缸31通过第二由壬总成6与连接三通1连接；液压油缸31和连接三通1的连接处通过第二由壬密封圈7进行密封。

活塞杆32与液压油缸31的开口处通过活塞杆密封盒36进行密封，活塞杆32穿过活塞杆密封盒36，活塞杆密封盒36的内壁与活塞杆32的外壁密封接触，外壁与液压油缸31的内壁密封接触。活塞杆密封盒36的内壁与活塞杆32外壁的接触部位通过两个内侧密封圈361进行密封，外壁与液压油缸31内壁的接触部位通过外侧密封圈362进行密封。

如图4所示，内侧密封圈361为组合密封圈，包括截面为方形的方形密封圈3611和截面为梯形的梯形密封圈3612，梯形密封圈3612截面的一侧为竖直面，一侧为斜面，竖直面一侧与方形密封圈3611接触，斜面一侧与活塞杆密封盒36内壁凹陷处的斜面接触，两组密封圈对称设置。该设计具有以下优势：当左右侧的方形密封圈3611受压时(左侧压力来自连接三通1中液体，右侧压力来自液压油缸31中液压油)，梯形密封圈3612的斜面沿活塞杆密封盒36内壁上的斜面适当滑动，加强密封效果。压力消除时，梯形密封圈3612的斜面适当滑动返回，具有了自调节的性能，有效提高使用寿命。

以所述活塞杆密封盒36外壁与液压油缸31内壁的密封部位为界，位于液压油缸31内部的一侧，在液压油缸31的缸壁上设有通孔，所述通孔位于活塞杆密封盒36外壁的上方，此时，以所述活塞杆密封盒36外壁与液压油缸31内壁的密封部位为界，位于液压油缸31内部一侧的活塞杆密封盒36外壁与液压油缸31内壁之间留有间隙，所述通孔通过该间隙与第一密闭空间34联通，该设计能够省去限位块，活塞杆密封盒36本身起到限位作用，且显著增加了活塞杆32的行程，调节更加灵活。

活塞杆32外壁与液压油缸31内壁接触的部位通过活塞杆密封圈321进行密封。

液压油缸31的外壁分别设有液压油第一入口37和液压油第二入口38，液压油第一入口37与第一密闭空间34联通，液压油第二入口38与第二密闭空间35联通。第二密闭空间35的液压油入口设于液压油缸31的侧壁。

所述高压节流阀的本体材质均使用合金钢材质。

一、所述高压节流阀的组装：

1、将活塞杆密封圈321、内侧密封圈361和外侧密封圈362、阀座密封圈23分别对应安装到活塞杆32、活塞杆密封盒36、阀座21密封槽中；

2、将活塞杆密封盒36套入活塞杆32后，将阀芯33拧入到活塞杆32上(通过螺纹进行连接)，并上紧螺纹防松装置，再将活塞杆32插入双作用液压油缸31孔中；将阀座21安装到入水短接22阀座孔中；

3、通过第一由壬总成4和第二由壬总成6分别连接短接总成2和油缸总成3到连接三通1上，分别由第一由壬密封圈5和第二由壬密封圈7进行密封，敲紧由壬螺母，完成装配；

4、将产品的吸入端口与排出端口分别对应连接到节流管汇中，在液压油第一入口37和液压油第二入口38接入润滑油路，完成安装。

二、所述高压节流阀的工作方法：

1、使用前需在高压管路中安装安全阀，防止超压危险，使用前需将油缸完全退回，即液压油第二入口38全开，液压油第一入口37注油，待油缸完全退回后，关闭两个入口的截止阀；

2、启动外接柱塞泵灌注，当入水和出水端均有介质流动后，开启液压油37和38两个入口截止阀，通过液压油第二入口38向液压油缸31中注油，推动活塞杆32带动阀芯33进行节流，节流过程序全程密切灌注管路压力，缓慢注油节流。调节到适当的节流压力和排量后，关闭液压油37和38两个入口的截止阀，完成节流操作，同样地，打开两个入口的截止阀，通过液压油第一入口37注油，即可将活塞杆32退回，减小节流。

3、当外接的油站带油自动控制，可根据高压管汇的流量和压力反馈，对节流装置进行自动调节。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种高压节流阀，其特征在于，包括连接三通(1)、短接总成(2)和油缸总成(3)，所述连接三通(1)的一个开口为出液端口，另外两个同轴设置的开口分别密封连接短接总成(2)和油缸总成(3)；所述短接总成(2)设有液体流入通道，通道内或通道末端设置与通道密封安装的带有通孔的阀座(21)；所述油缸总成(3)包括液压油缸(31)、活塞杆(32)和阀芯(33)，活塞杆(32)的一端连接阀芯(33)，另一端插入液压油缸(31)内，并且仅部分长度的外壁与液压油缸(31)的内壁密封接触，将液压油缸(31)内部分隔形成第一密闭空间(34)和第二密闭空间(35)，两个密闭空间均通过管路与液压油缸(31)外部联通；阀座(21)和阀芯(33)相匹配，通过活塞杆(32)的运动带动阀芯(33)靠近或远离阀座(21)，从而控制液体的流量。

2.根据权利要求1所述的高压节流阀，其特征在于，所述短接总成(2)还包括入液短接(22)，入液短接(22)内部设有液体流入通道，在通道的末端设置与通道密封安装的阀座(21)。

3.根据权利要求2所述的高压节流阀，其特征在于，所述入液短接(22)通过第一由壬总成(4)与连接三通(1)连接，连接处通过第一由壬密封圈(5)进行密封；所述液压油缸(31)通过第二由壬总成(6)与连接三通(1)连接，连接处通过第二由壬密封圈(7)进行密封。

4.根据权利要求1所述的高压节流阀，其特征在于，所述阀芯(33)为锥型阀芯，所述阀座(21)的通孔为锥型孔，两者的形状和尺寸相匹配；所述活塞杆(32)的前端与阀芯(33)的后端之间留有液体容纳空间(331)，阀芯(33)内部设有贯穿阀芯前后两端的液流通孔(332)，液流通孔(332)与所述液体容纳空间(331)联通；作为改进，所述活塞杆(32)的前端内部设有液流通道(322)和流出通道(323)，液流通道(322)水平设置，并且与所述液体容纳空间(331)联通，流出通道(323)一端连接液流通道(322)，另一端与连接三通(1)的内部联通。

5.根据权利要求1所述的高压节流阀，其特征在于，所述活塞杆(32)与液压油缸(31)的开口处通过活塞杆密封盒(36)进行密封，活塞杆(32)穿过活塞杆密封盒(36)，活塞杆密封盒(36)的内壁与活塞杆(32)的外壁密封接触，外壁与液压油缸(31)的内壁密封接触。

6.根据权利要求5所述的高压节流阀，其特征在于，所述活塞杆密封盒(36)的内壁与活塞杆(32)外壁的接触部位通过两个内侧密封圈(361)进行密封，外壁与液压油缸(31)内壁的接触部位通过外侧密封圈(362)进行密封。

7.根据权利要求6所述的高压节流阀，其特征在于，所述内侧密封圈(361)为组合密封圈，包括截面为方形的方形密封圈(3611)和截面为梯形的梯形密封圈(3612)，梯形密封圈(3612)截面的一侧为竖直面，一侧为斜面，竖直面一侧与方形密封圈(3611)接触，斜面一侧与活塞杆密封盒(36)内壁凹陷处的斜面接触，两组密封圈对称设置。

8.根据权利要求5所述的高压节流阀，其特征在于，以所述活塞杆密封盒(36)外壁与液压油缸(31)内壁的密封部位为界，位于液压油缸(31)内部的一侧，在液压油缸(31)的缸壁上设有通孔，与所述第一密闭空间(34)联通。

9.根据权利要求8所述的高压节流阀，其特征在于，所述通孔位于活塞杆密封盒(36)外壁的上方，此时，以所述活塞杆密封盒(36)外壁与液压油缸(31)内壁的密封部位为界，位于液压油缸(31)内部一侧的活塞杆密封盒(36)外壁与液压油缸(31)内壁之间留有间隙，所述通孔通过该间隙与第一密闭空间34联通。

10.根据权利要求1所述的高压节流阀，其特征在于，所述液压油缸(31)的外壁分别设有液压油第一入口(37)和液压油第二入口(38)，液压油第一入口(37)与第一密闭空间(34)联通，液压油第二入口(38)与第二密闭空间(35)联通；第二密闭空间(35)的液压油入口设于液压油缸(31)的侧壁。

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