CN104514890A - 一种新型节流阀 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型节流阀，包括驱动器、阀盖、阀杆、阀体、阀芯和阀座，其中：驱动器下部连接连接阀盖,阀盖与阀体的上端面连接，驱动器丝杆下端连接阀杆,阀杆下部与阀芯连接；阀体上部加工轴向孔道，孔道内***防转筒,防转筒与阀体之间周向锁定；阀芯***防转筒内，并与防转筒之间形成周向锁定、轴向密封滑行配合；在阀体侧面和下部轴向分别加工有入口孔道和出口孔道，阀座安装在出口孔道内，并与上方的阀芯构成轴向插接配合；阀芯的上部呈圆柱体，下端部对称加工有两个节流斜面，两个节流斜面之间呈“V”字形。本发明的节流阀具有抗冲蚀、流通能力和抗堵塞能力强、阀位开关迅速、驱动器操作力小、阀芯关闭时完全断流和适用于精细压力控制的优点。

Description

一种新型节流阀
技术领域
本发明涉及利用节流装置进行压力和流量控制的节流阀领域，特别适用于油气井压力精确控制的节流装置。
背景技术
在欠平衡钻井、控压钻井以及其它油气井精细压力控制领域需要节流阀始终控制井口返出的流体，把回压值控制在合理的范围内，节流阀是连续带压工作的。对节流阀的工作可靠性、使用寿命、现场的可维护性、防止岩屑堵塞以及压力控制的精确性都提出了更高的要求。
目前，油气井压力控制所用的节流阀主要是针形节流阀、孔板型节流阀、筒形节流阀和楔形节流阀，其执行器主要是直线液缸驱动的形式。现场使用过程中主要存在以下问题：针形节流阀和筒形节流阀在节流过程中是一悬臂梁的结构，在高压流体冲蚀过程中容易出现震动疲劳，导致阀杆断裂或者阀芯脱落，具有很大的安全隐患；孔板型节流阀受力较大，冲蚀严重，而且由于其结构设计的局限性，导致其过流面积总是小于等于阀座通孔面积的一半；筒形节流阀的线性工作区狭窄，压力调节过程缓慢，而且带压钻井过程中，控制压力较高时，阀位相对较小，过岩屑能力差、不易于精确控制；楔形节流阀在大排量情况下背压较大，降低了楔形节流阀在精确压力控制领域的使用范围；直线液缸驱动的形式的液缸内的液压油会对阀芯的启动和停止造成延时，降低节流阀的反应速度，油压的大小和方向的不断改变使得节流阀的液缸密封提前损坏，导致液压油的跑、冒、滴、漏等环境污染问题，而且当液压***失灵时，无法手动进行节流阀的操作。在国内现有节流阀都只能实现节流功能而不能进行断流操作，如果用于精细压力控制过程中，当利用其进行断流时，则仍有流体从节流阀泄露，造成其它支路节流特性发生改变。因此，必须设计一种节流阀不仅能进行精细节流控制，而且能进行断流操作，实现常规井控与精细压力调节的双功能。
发明内容
本发明的目的就是提供一种新型节流阀，提高节流阀的使用寿命、增加节流阀的流通能力、抗岩屑堵塞能力、截断流体能力和压力控制的精确性。
为实现上述目的，本发明采用以下设计方案：
一种新型节流阀，包括驱动器2、阀盖5、阀杆15、阀体6、阀芯13 和阀座11，其中：驱动器2下部连接连接阀盖5, 阀盖5与阀体6的上端面连接，驱动器2丝杆下端连接阀杆15, 阀杆15下部与阀芯13连接；阀体6上部加工轴向孔道，孔道内***防转筒14, 防转筒14与阀体6之间周向锁定；阀芯13***防转筒14内，并与防转筒14之间形成周向锁定、轴向密封滑行配合；在阀体6侧面和下部轴向分别加工有入口孔道7和出口孔道9，阀座11 安装在出口孔道9内，并与上方的阀芯13构成轴向插接配合；阀芯13的上部呈圆柱体，下端部对称加工有两个节流斜面134，两个节流斜面134之间呈“V”字形。
上述方案还包括：
所述驱动器2为蜗轮蜗杆副与丝杆副构成的升降机，驱动器2蜗杆的一端连接驱动马达3，另一端安装手轮21，驱动器2的上部安装位移传感器1；所述驱动器2下部通过支撑筒4连接连接阀盖5；所述防转筒14与阀体6之间通过防转销钉18周向锁定；所述阀杆15与阀芯13之间通过连接销钉17连接；阀芯13与防转筒14之间通过连接销钉17与设在防转筒14的内部沟槽16形成周向锁定。
上述方案进一步包括：
所述的驱动马达3包括活塞式液缸结构或者是伺服电机。
所述阀芯13的两个节流斜面134与柱体结合部加工有圆柱倒角面133，所述阀座11的内孔上部加工有与上部阀芯倒角面133平行的倒角面12。
所述阀芯13的轴向加工有通孔135；在与阀芯13连接处的阀杆15的外部加工有一段沟槽151，沟槽151与阀芯13与阀盖5之间的空腔连通。
阀座11由阀座11和阀体衬套8两部分组成，其中阀体衬套8的出口端内缘加工有弧形倒角10。
所述阀体衬套8的出口端内缘倒角10的形状为椭圆形曲线经过长轴和短轴切分后剩余的四分之一形状，椭圆形的短轴长度等于新型节流阀下游连接管线内部直径与阀体衬套8内部直径的差值，椭圆形的长轴长度等于新型节流阀下游连接管线内部直径的一半。
阀盖5内加工密封圈沟槽19，阀杆密封圈压盖20与阀盖5通过螺纹连接。
阀芯13、阀座11和阀体衬套8均采用整体硬质合金材料。
本发明的优点是：(1)阀芯和阀座衬套采用整体硬质合金材料以及阀芯始终贴靠在阀座上的结构特点增加了节流阀的使用寿命；(2)阀芯与阀座的最大开度时的过流面积加大，降低了节流阀大排量时的背压；（3）节流阀调节过程中，压力和开度的线性更好，更加适用于精细压力控制领域；(4）液压马达带动涡轮蜗杆机构的惯性小、阀位开关迅速更有助于快速和精确控制；（5）手动蜗轮蜗杆机构可以为液压***失效情况下辅助控制手段；（6）阀芯关闭时，阀芯倒角面与阀座倒角面接触，可以实现流体的断流；（7）阀芯上的通孔使得节流阀阀芯上下压力平衡，降低了驱动机构的操作力。
本发明所描述的新型节流阀技术不局限于以上所述的油气井压力控制领域，也包括其它利用节流装置进行压力和流量控制的场合。
附图说明
图1是本发明一种新型节流阀的示意图。
图2是本发明一种新型节流阀阀芯主视图。
图3是本发明一种新型节流阀阀芯左视图。
图4是本发明一种新型节流阀阀芯俯视图。
图5是本发明一种新型节流阀阀杆的局部视图。
图6是本发明一种新型节流阀阀杆A-A剖面的示意图。
图中 1.位移传感器，2. 驱动器，3. 液压马达，4. 支撑筒，5. 阀盖，6.阀体，7. 入口孔道，8. 阀体衬套，9. 出口孔道，10. 阀体衬套弧形倒角，11.阀座, 12.阀座倒角面，13. 阀芯，14.防转筒，15.阀杆，16.防转筒沟槽，17.连接销钉，18.防转销钉，19.密封圈沟槽，20. 阀杆密封圈压盖，21. 手轮，130.阀杆***孔, 131.阀芯上端圆柱面，132.连接销定孔，133.阀芯倒角面，134. 节流斜面，135.通孔，136.圆角，137.阀芯下端圆柱面，151.阀杆沟槽。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
典型实施例1
参照附图1至图6，一种新型节流阀包括驱动器2、阀盖5、阀杆15、阀体6、阀芯13、阀座11和阀体衬套8。驱动器2为蜗轮蜗杆副与丝杆副构成的升降机，驱动器2蜗杆的一端连接液压马达3，另一端安装手轮21，驱动器2的上端安装位移传感器1，驱动器2下端连接支撑筒4，支撑筒4下端连接阀盖5, 阀盖5与阀体6的上端连接在一起，驱动器2丝杆下端连接阀杆15, 阀杆15与阀芯13通过连接销钉17连接在一起；阀体6上部加工孔道，孔道内***防转筒14, 防转筒14与阀体6之间安装防转销钉18, 在阀体6侧面和下部分别加工有入口孔道7和出口孔道9，出口孔道9内安装阀座11和阀体衬套8 ；阀盖5内加工密封圈沟槽19，阀杆密封圈压盖20与阀盖5通过螺纹连接；阀体衬套8的出口端内缘加工有弧形倒角10。
阀芯13的上端外缘呈圆柱形面131，上端内部加工阀杆***孔130，径向加工连接销钉孔132，下端在阀芯下端圆柱面137的基础上对称加工有两个节流斜面134，两个节流斜面134之间呈“V”字形，“V”字形节流面斜面134之间加工有圆角136；阀芯13的轴向加工有通孔135；阀芯13的中部加工有倒角面133，阀座11的内孔上部加工有倒角面12，与所述的阀芯倒角面133平行，阀芯13关闭时，阀芯13的倒角面133与阀座11的倒角面12贴合在一起，形成密封面；在防转筒14的内部沿着筒体轴向加工有沟槽16，阀杆15与阀芯13之间的连接销钉17***防转筒14的内部沟槽16中；在阀杆15与阀芯13连接端，在阀杆15的外部加工有一段沟槽151，沟槽151与阀芯13与阀盖5之间的空腔连通；阀体衬套8的出口端内缘倒角10的形状为椭圆形曲线经过长轴和短轴切分后剩余的四分之一形状，椭圆形的短轴长度等于新型节流阀下游连接管线内部直径与阀体衬套8内部直径的差值，椭圆形的长轴长度等于新型节流阀下游连接管线内部直径的一半；阀芯13、阀座11和阀体衬套8采用整体硬质合金材料。
阀芯13与防转筒14、防转筒14与阀体6、阀杆15与阀盖5、阀座11和阀体6之间分别安装有密封圈。
驱动器2蜗杆也可以由伺服电机带动；驱动器2也可以是活塞式液缸结构。
油气井节流调压过程中或者其它利用节流装置进行压力调节的过程中，流体经过新型节流阀入口孔道7，然后经过阀芯13与阀座11之间形成的节流空间、再经过新型节流阀出口孔道9流出。驱动器2驱动阀杆15上下运动，阀杆15带动阀芯13上下往复运动，产生所需的节流压力。
简化实施例2
一种新型节流阀，包括驱动器2、阀盖5、阀杆15、阀体6、阀芯13 和阀座11，其中：驱动器2下部连接连接阀盖5, 阀盖5与阀体6的上端面连接，驱动器2丝杆下端连接阀杆15, 阀杆15下部与阀芯13连接；阀体6上部加工轴向孔道，孔道内***防转筒14, 防转筒14与阀体6之间周向锁定；阀芯13***防转筒14内，并与防转筒14之间形成周向锁定、轴向密封滑行配合；在阀体6侧面和下部轴向分别加工有入口孔道7和出口孔道9，阀座11 安装在出口孔道9内，并与上方的阀芯13）构成轴向插接配合；阀芯13的上部呈圆柱体，下端部对称加工有两个节流斜面134，两个节流斜面134之间呈“V”字形。
简化实施例3
在上述实施例2的基础上还包括：
所述驱动器2为蜗轮蜗杆副与丝杆副构成的升降机，驱动器2蜗杆的一端连接驱动马达3，另一端安装手轮21，驱动器2的上部安装位移传感器1；所述驱动器2下部通过支撑筒4连接连接阀盖5；所述防转筒14与阀体6之间通过防转销钉18周向锁定；所述阀杆15与阀芯13之间通过连接销钉17连接；阀芯13与防转筒14之间通过连接销钉17与设在防转筒14的内部沟槽16形成周向锁定。驱动马达3采用活塞式液缸结构
简化实施例4
在上述实施例3的基础上进一步包括：
驱动马达3采用伺服电机。
所述阀芯13的两个节流斜面134与柱体结合部加工有圆柱倒角面133，所述阀座11的内孔上部加工有与上部阀芯倒角面133平行的倒角面12。
所述阀芯13的轴向加工有通孔135；在与阀芯13连接处的阀杆15的外部加工有一段沟槽151，沟槽151与阀芯13与阀盖5之间的空腔连通。
阀座11由阀座11和阀体衬套8两部分组成，其中阀体衬套8的出口端内缘加工有弧形倒角10。
所述阀体衬套8的出口端内缘倒角10的形状为椭圆形曲线经过长轴和短轴切分后剩余的四分之一形状，椭圆形的短轴长度等于新型节流阀下游连接管线内部直径与阀体衬套8内部直径的差值，椭圆形的长轴长度等于新型节流阀下游连接管线内部直径的一半。
阀盖5内加工密封圈沟槽19，阀杆密封圈压盖20与阀盖5通过螺纹连接。
依据本发明的技术方案还可以派生出更多的具体实施例，因此在不脱离本发明的情况下可对本发明所述的节流阀进行改变，这样的一些改变都是属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种新型节流阀，包括驱动器(2)、阀盖(5)、阀杆(15)、阀体(6)、阀芯(13) 和阀座(11)，其特征在于：驱动器(2)下部连接连接阀盖(5), 阀盖(5)与阀体(6)的上端面连接，驱动器(2)丝杆下端连接阀杆(15), 阀杆(15)下部与阀芯(13)连接；阀体(6)上部加工轴向孔道，孔道内***防转筒(14), 防转筒(14)与阀体(6)之间周向锁定；阀芯(13)***防转筒(14)内，并与防转筒(14)之间形成周向锁定、轴向密封滑行配合；在阀体(6)侧面和下部轴向分别加工有入口孔道(7)和出口孔道(9)，阀座(11) 安装在出口孔道(9)内，并与上方的阀芯（13）构成轴向插接配合；阀芯(13)的上部呈圆柱体，下端部对称加工有两个节流斜面(134)，两个节流斜面(134)之间呈“V”字形。
2.根据权利要求1所述的新型节流阀，其特征在于：所述驱动器(2)为蜗轮蜗杆副与丝杆副构成的升降机，驱动器(2)蜗杆的一端连接驱动马达(3)，另一端安装手轮(21)，驱动器(2)的上部安装位移传感器(1)；所述驱动器(2)下部通过支撑筒(4)连接连接阀盖(5)；所述防转筒(14)与阀体(6)之间通过防转销钉(18)周向锁定；所述阀杆(15)与阀芯(13)之间通过连接销钉(17)连接；阀芯(13)与防转筒(14)之间通过连接销钉(17)与设在防转筒(14)的内部沟槽(16)形成周向锁定。
3.根据权利要求2所述的新型节流阀，其特征在于：所述的驱动马达(3)包括活塞式液缸结构或者是伺服电机。
4.根据权利要求1或2、3所述的新型节流阀，其特征在于：所述阀芯(13)的两个节流斜面(134)与柱体结合部加工有圆柱倒角面(133)，所述阀座(11)的内孔上部加工有与上部阀芯倒角面(133)平行的倒角面(12)。
5.根据权利要求4所述的新型节流阀，其特征在于：所述阀芯(13)的轴向加工有通孔(135)；在与阀芯(13)连接处的阀杆(15)的外部加工有一段沟槽(151)，沟槽(151)与阀芯(13)与阀盖(5)之间的空腔连通。
6.根据权利要求5所述的新型节流阀，其特征在于：阀座(11)由阀座(11)和阀体衬套(8)两部分组成，其中阀体衬套(8)的出口端内缘加工有弧形倒角(10)。
7.根据权利要求6所述的新型节流阀，其特征在于：所述阀体衬套(8)的出口端内缘倒角(10)的形状为椭圆形曲线经过长轴和短轴切分后剩余的四分之一形状，椭圆形的短轴长度等于新型节流阀下游连接管线内部直径与阀体衬套(8)内部直径的差值，椭圆形的长轴长度等于新型节流阀下游连接管线内部直径的一半。
8.根据权利要求7所述的新型节流阀，其特征在于：阀盖(5)内加工密封圈沟槽(19)，阀杆密封圈压盖(20)与阀盖(5)通过螺纹连接。
9.根据权利要求8所述的新型节流阀，其特征在于：阀芯(13)、阀座(11)和阀体衬套(8)均采用整体硬质合金材料。
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