专利名称：超高压液控换向滑阀的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种石油油气井井下工具用换向阀，特别是能满足井下高温、高压、高污染等工况和能使用清水等特殊介质的液控换向滑阀。
技术背景 在现有液压技术中，换向滑阀多采用间隙密封，由于使用粘度较大的液压油，密封间隙可以做得大一些，间隙密封滑阀得到普遍应用。但在使用清水介质的控制系统中，由于介质粘度低，为保证密封效果，采用间隙密封滑阀结构时必须选用极小的密封间隙，在40MPa以上的超高压系统中，要求的密封间隙更小。因此，在类似场合下使用的间隙密封滑阀，不仅加工精度要求极高，对介质的性能和过滤要求也极苛刻，而且还存在对温度敏感等问题，成本高、实现难度大、适应条件有限。美国专利US4928757给出了一种采用软密封的换向滑阀结构，通过压力控制换向、弹簧控制复位，能适应清水介质条件，可满足井下工具在高温、高压力、易污染的环境下工作的控制要求。但该结构要求使用特制的密封圈，且结构庞大。
发明内容
本实用新型的发明目的是针对石油井下工具用液控换向滑阀需要满足超高压、高温和高污染的服役条件和需要使用清水等特殊介质的要求，针对现有技术存在需要使用特制密封圈和结构庞大等缺陷，解决液控换向滑阀在使用清水等特殊介质和在超高压、高温和高污染服役条件下的常规软密封技术难题，以提高软密封的可靠性和使用寿命，以及简化产品结构和降低生产成本，从而提供一种功能结构最佳化的超高压液控换向滑阀。
本实用新型的发明目的是通过创新一种采用常规软密封技术就能满足超高压、高温和高污染服役条件的组合沟槽结构，通过研制一种结构简单的常规软密封滑动换向机构和利用清水等特殊介质进行液压控制换向与复位的技术方案实现的，其具体技术方案是本实用新型具有圆筒形阀体、常规软密封滑动换向机构、液压控制机构和弹簧伸缩机构；滑动换向机构插装在阀体的圆筒内，液压控制机构安装在阀体的一端；弹簧伸缩机构安装在阀体的另一端；在液压控制机构的液压力和弹簧伸缩机构的弹力共同作用下，滑动换向机构的阀芯作往复滑动实现滑阀的循环换向与复位；本实用新型的阀体的圆筒侧面上具有多个如5个液流孔，其一端具有小径内螺纹，其另一端具有大径内螺纹；本实用新型的常规软密封滑动换向机构由组合阀套和阀芯构成，组合阀套由多个如3个阀套和相应数量如2个挡环组成；阀套为圆筒体，其外筒面上具有安装标准O形圈的普通环槽，其内筒面上具有安装标准O形圈的燕尾状环槽，其内、外筒面之间具有液流孔，中间阀套的内筒面具有环腔；挡环为圆筒体，其位于相邻的两个阀套之间，其两端的内圆口具有凸缘，两凸缘口之间的内筒面具有直径大于阀芯直径的环腔，外筒面中部圆周与环腔之间均布有多个如4个液流孔；阀芯为圆柱体，其柱面上具有多个如4个带圆弧过渡小倾角如15。坡口的液流环槽，液流环槽一侧的柱面上沿圆周方向均布有多个如4个液流竖沟，液流竖沟具有带小倾角如15°坡度的平台，竖沟一端与环槽相接，竖沟深度大于环槽深度；组合阀套与阀体相对静止，二者的液流孔一一对应；阀芯在组合阀套内可往复滑动，阀芯与阀套之间采用标准O形圈密封，当阀芯的液流竖沟滑动到阀套内O形圈的位置时，阀芯的相关的液流竖沟和液流环槽就形成液流通道，这就是本实用新型创新的组合沟槽结构，阀芯的沟槽与阀套的液流孔和挡环的环腔和液流孔相配合实现本实用新型的循环换向与复位；本实用新型的液压控制机构由液压缸套、液压活塞和液压封头构成；液压缸套为圆柱体，其插装在阀体的圆筒内，其柱面的上、下部具有O形圈环槽、中部具有左右对称的液压孔，液压孔处的柱面上具有液流环槽，液压孔的位置与阀体上液流孔的位置相对应，其一端面中心至液压孔具有液压活塞孔；液压活塞为圆柱体，其直径小于阀芯直径；液压封头为圆柱体，其一端具有外螺纹，其另一端为扳手方，其外螺纹端与阀体的小径内螺纹端螺纹连接；本实用新型的弹簧伸缩机构由壳体、弹簧、弹簧滑板、弹簧滑杆、滑杆缸套、弹簧座板和升降封头构成；壳体为圆筒体，其外螺纹端与阀体的大径内螺纹端螺纹连接，其内螺纹端与升降封头外螺纹端螺纹连接，其中部具有液流孔；滑杆缸套插入阀体内孔，其凸缘圆盘与阀体的安装壳体的圆台阶配合，其缸壁上具有多个如2个液流孔；升降封头具有中心螺孔，中心螺孔内安装升降螺栓，升降螺栓可调节弹簧弹力。
本实用新型相比于现有技术，由于具有独创的常规软密封滑动换向机构，特别是滑动换向机构的组合阀套采用了安装标准O形圈的燕尾状环槽和阀芯采用了带圆弧过渡小倾角坡口的液流环槽和带小倾角坡度平台的液流竖沟而实现了功能结构最优化；组合阀套采用燕尾状O形圈环槽可利用标准O形圈实现对超高压、清水介质的软密封，可防止密封圈挤出和提高其耐压能力，可降低加工精度和配合要求及提高耐污能力和防止卡阻；阀芯采用带圆弧过渡小倾角坡口的液流环槽和带小倾角坡度平台的液流竖沟的组合沟槽结构，可减少换向时坡口通过密封圈的阻力，防止密封圈的割伤与挤出，提高密封寿命；阀芯行程与沟槽的位置参数的匹配，保证了复位时的可靠密封和完成换向后的有效开口通径；换向过程中利用间隙密封形成节流，使换向更柔和，也减少了密封圈前后的压差，可进一步消除密封圈挤出、割伤的不利因素；利用工作压力控制换向与复位，从而将常规压力控制阀和换向阀的功能集于一体；液压控制机构与弹簧伸缩机构的结构参数的匹配，保证了在80MPa超高压压力下实现正常动作，降低了对结构尺寸与强度的要求；压力控制源取自工作压力源，实现了通过调节泵源压力控制换向动作的功能。
本实用新型采用了五幅附图，即图1是本实用新型在复位状态下的结构示意图；图2是本实用新型在换向状态下的结构示意图；图3是图2中局部剖面I即阀套和阀芯的组合沟槽结构示意图；图4是图3中局部剖面II即阀套的燕尾状O形圈环槽示意图；图5是图3中A-A向局部剖面即阀芯的沟槽结构示意图。
具体实施方式
本实用新型的发明内容通过下面的实施例及其附图进一步详加说明如下参照图1和图2，本实用新型由圆筒形阀体(1)、常规软密封滑动换向机构(2)、液压控制机构(3)和弹簧伸缩机构(4)构成；滑动换向机构(2)插装在阀体(1)的圆筒内，液压控制机构(3)安装在阀体(1)的一端，弹簧伸缩机构(4)安装在阀体(1)的另一端；在液压控制机构(3)的液力和弹簧伸缩机构(4)的弹力共同作用下，滑动换向机构(2)的阀芯(26)作往复滑动实现阀的循环换向与复位。
参照图1和图2，本实用新型的阀体(1)的圆筒侧面上具有多个如5个液流孔(K、L1、A、P、B)，其一端具有小径内螺纹，其另一端具有大径内螺纹。
参照图1～图5，本实用新型的常规软密封滑动换向机构(2)由组合阀套(21、22、23、24、25)和阀芯(26)构成，组合阀套(21、22、23、24、25)由多个如3个阀套(21、23、25)和相应数量如2个挡环(22、24)组成；阀套(21、23、25)为圆筒体，其外筒面上具有安装标准O形圈的普通环槽(211；231；232；251)，其内筒面上具有安装标准O形圈的燕尾状环槽(212；233、234；252)，其内、外筒面之间具有液流孔(235、253)，中间阀套(23)的内筒面具有环腔(236)；挡环(22、24)为圆筒体，其两端的内圆口(221、222；241、242)具有凸缘，两凸缘口(221，222；241、242)之间的内筒为直径大于凸缘口(221、222；241、242)直径的环腔(223、243)，外筒面中部圆周与环腔(223、243)之间均布有多个如4个液流孔(224；244)；阀芯(26)为圆柱体，其柱面上具有多个如4个带圆弧过渡小倾角如15°坡口的液流环槽(2611、2612、2613、2614)，液流环槽(2611、2612、2613、2614)一侧的柱面上沿圆周方向均布有多个如4个液流竖沟(2621、2622、2623、2624)，液流竖沟(2621、2622、2623、2624)具有带小倾角如15°坡度的平台(2631、2632、2633、2634)，竖沟(2621、2622、2623、2624)一端与环槽(2611、2612、2613、2614)相接，竖沟深度大于环槽深度；组合阀套(21、22、23、24、25)与阀体(1)相对静止，二者的液流孔(235、P；253、L1)一一对应；阀芯(26)在组合阀套(21、22、23、24、25)内可往复滑动，阀芯(26)与阀套(21、23、25)之间采用标准O形圈密封，当阀芯(26)的液流竖沟(2621、2622、2623、2624)滑动到阀套(21、23、25)内O形圈(212、233、234、252)的位置时，阀芯(26)的相关液流竖沟(2621、2622、2623、2624)和液流环槽(2611、2612、2613、2614)就形成液流通道；阀芯(26)的液流沟槽(2621、2622、2623、2624；2611、2612、2613、2614)与组合阀套(21、22、23、24、25)的液流孔(224、235、244、253)和环腔(223、236、243)、阀体(1)的液流孔(L1、A、P、B)相配合，可实现滑阀的循环换向与复位。
参照图1和图2，本实用新型的液压控制机构(3)由液压缸套(31)、液压活塞(32)和液压封头(33)构成；液压缸套(31)为圆柱体，其插装在阀体(1)的圆筒内，其柱面的上、下部具有O形圈环槽(311、312)、中部具有左右对称的液压孔(313)，液压孔(313)处的柱面上具有液流环槽(314)，液压孔(313)的位置与阀体(1)上液流孔(K)的位置相对应，其一端面中心至液压孔(313)具有液压活塞孔(315)液压活塞(32)为圆柱体，其直径小于阀芯(26)直径，其中部具有安装标准O形圈的环槽(321)；液压封头(33)为圆柱体，其一端具有外螺纹，其另一端为扳手方，其外螺纹端与阀体(1)的小径内螺纹端螺纹连接。
参照图1和图2，本实用新型的弹簧伸缩机构(4)由壳体(41)、弹簧(42)、弹簧滑板(43)、弹簧滑杆(44)、滑杆缸套(45)、弹簧座板(46)和升降封头(47)构成；壳体(41)为圆筒体，其外螺纹端与阀体(1)的大径内螺纹端螺纹连接，其内螺纹端与升降封头(47)外螺纹端螺纹连接，其中部具有液流孔(L2)；滑杆缸套(45)插入阀体(1)的圆筒内，其凸缘圆盘(451)与阀体(1)的安装壳体(41)的圆台阶配合，其缸壁上具有多个如2个液流孔(452)；升降封头(47)具有中心螺孔(471)，中心螺孔(471)内安装升降螺栓(472)，升降螺栓(472)可调节弹簧(42)弹力。
本实用新型的工作过程如下控制液压源连接到阀体(1)的K口，工作液压源连接到阀体(1)的P口。
参照图1，当控制压力液压力小于弹簧弹力时，滑阀处于复位状态，阀芯(26)处于复位位置。这时，工作压力液由阀体(1)的P口经阀套(23)的液流孔(235)和环腔(236)、阀芯(26)的环槽(2613)和竖沟(2623)、挡环(24)的环腔(243)和液流孔(244)、阀体(1)的A口后进入滑阀外的执行机构如液缸；执行机构如液缸中的工作压力液由阀体(1)的B口经挡环(22)的液流孔(224)和环腔(223)、阀芯(26)的竖沟(2621)和环槽(2611)、滑杆缸套(45)的液流孔(452)、弹簧滑板(43)的周边间隙、壳体(41)的液流孔(L2)排出。
参照图2，当控制压力液压力逐渐升高到滑阀的换向压力时，滑阀处于换向状态，阀芯(26)处于换向位置。这时，阀体(1)的P口和A口之间的液流通道(235、236；2613、2623；243、244)被标准O形圈(234)密封隔离；工作压力液由阀体(1)的P口经阀套(23)的液流孔(235)和环腔(236)、阀芯(26)的环槽(2612)和竖沟(2622)、挡环(22)的环腔(223)和液流孔(224)、阀体(1)的B口后进入滑阀外的执行机构如液缸；执行机构如液缸中的工作压力液由阀体(1)的A口经挡环(24)的液流孔(244)和环腔(243)、阀芯(26)的竖沟(2624)和环槽(2614)、阀套(25)的液流孔(253)和阀体(1)的L1口排出。
参照图1和图2，滑阀的控制压力液和工作压力液可以选用同一压力液源，通过调节压力液源的压力可以循环地完成滑阀的换向与复位过程，从而达到控制执行机构循环动作的目的，这种工作方式对井下工具等的控制特别有用。
权利要求1.一种超高压液控换向滑阀，具有圆筒形阀体(1)、液压控制机构(3)和弹簧伸缩机构(4)，其特征在于具有常规软密封滑动换向机构(2)，滑动换向机构(2)插装在阀体(1)的圆筒内，液压控制机构(3)安装在阀体(1)的一端，弹簧伸缩机构(4)安装在阀体(1)的另一端；在液压控制机构(3)的液压力和弹簧伸缩机构(4)的弹力共同作用下，滑动换向机构(2)的阀芯(26)作往复滑动实现滑阀的循环换向与复位。
2.按照权利要求1所述的滑阀，其特征在于阀体(1)的圆筒侧面上具有多个如5个液流孔(K、L1、A、P、B)，其一端具有小径内螺纹，其另一端具有大径内螺纹。
3.按照权利要求1所述的滑阀，其特征在于常规软密封滑动换向机构(2)由组合阀套(21、22、23、24、25)和阀芯(26)构成；组合阀套(21、22、23、24、25)与阀体(1)相对静止，二者的液流孔(235、P；253、L1)一一对应；阀芯(26)在组合阀套(21、22、23、24、25)内可往复滑动。
4.按照权利要求1所述的滑阀，其特征在于常规软密封滑动换向机构(2)的组合阀套(21、22、23、24、25)由多个如3个阀套(21、23、25)和相应数量如2个挡环(22、24)组成，挡环(22、24)位于相邻的两个阀套(21、23；23、25)之间。
5.按照权利要求1所述的滑阀，其特征在于常规软密封滑动换向机构(2)的阀套(21、23、25)为圆筒体，其外筒面上具有安装标准O形圈的普通环槽(211；231、232；251)，其内筒面上具有安装标准O形圈的燕尾状环槽(212；233、234；252)，其内、外筒面之间具有液流孔(235、253)，中间阀套(23)的内筒面具有环腔(236)。
6.按照权利要求1所述的滑阀，其特征在于常规软密封滑动换向机构(2)的挡环(22、24)为圆筒体，其两端的内圆口(221、222；241、242)具有凸缘，两凸缘口(221、222；241、242)之间的内筒面具有直径大于阀芯(26)直径的环腔(223、243)，外筒面中部圆周与环腔(223、243)之间均布有多个如4个液流孔(224；244)。
7.按照权利要求1所述的滑阀，其特征在于常规软密封滑动换向机构(2)的阀芯(26)为圆柱体，其柱面上具有多个如4个带圆弧过渡小倾角如15°坡口的液流环槽(2611、2612、2613、2614)，液流环槽(2611、2612、2613、2614)一侧的柱面上沿圆周方向均布有多个如4个液流竖沟(2621、2622、2623、2624)，液流竖沟(2621、2622、2623、2624)具有带小倾角如15°坡度的平台(2631、2632、2633、2634)，竖沟(2621、2622、2623、2624)一端与环槽(2611、2612、2613、2614)相接，竖沟深度大于环槽深度；阀芯(26)与阀套(21、23、25)之间采用标准O形圈密封，阀芯(26)的液流竖沟(2621、2622、2623、2624)滑动到阀套(21、23、25)内O形圈(212、233、234、252)的位置，阀芯(26)的相关液流竖沟(2621、2622、2623、2624)和液流环槽(2611、2612、2613、2614)就形成液流通道；阀芯(26)的液流沟槽(2621、2622、2623、2624；2611、2612、2613、2614)与组合阀套(21、22、23、24、25)的液流孔(224、235、244、253)和环腔(223、236、243)、阀体(1)的液流孔(L1、A、P、B)相配合，可实现滑阀的循环换向与复位。
8.按照权利要求1所述的滑阀，其特征在于液压控制机构(3)由液压缸套(31)、液压活塞(32)和液压封头(33)构成；液压缸套(31)为圆柱体，其插装在阀体(1)的圆筒内，其柱面的上、下部具有O形圈环槽(311、312)、中部具有左右对称的液压孔(313)，液压孔(313)处的柱面上具有液流环槽(314)，液压孔(313)的位置与阀体(1)上液流孔(K)的位置相对应，其一端面中心至液压孔(313)具有液压活塞孔(315)；液压活塞(32)为圆柱体，其直径小于阀芯(26)直径，其中部具有安装标准O形圈的环槽(321)；液压封头(33)为圆柱体，其一端具有外螺纹，其另一端为扳手方，其外螺纹端与阀体(1)的小径内螺纹端螺纹连接。
9.按照权利要求1所述的滑阀，其特征在于弹簧伸缩机构(4)由壳体(41)、弹簧(42)、弹簧滑板(43)、弹簧滑杆(44)、滑杆缸套(45)、弹簧座板(46)和升降封头(47)构成；壳体(41)为圆筒体，其外螺纹端与阀体(1)的大径内螺纹端螺纹连接，其内螺纹端与升降封头(47)外螺纹端螺纹连接，其中部具有液流孔(L2)；滑杆缸套(45)插入阀体(1)的圆筒内，其凸缘圆盘(451)与阀体(1)的安装壳体(41)的圆台阶配合，其缸壁上具有多个如2个液流孔(452)；升降封头(47)具有中心螺孔(471)，中心螺孔(471)内安装升降螺栓(472)，升降螺栓(472)可调节弹簧(42)弹力。
专利摘要一种超高压液控换向滑阀涉及石油井下工具用换向阀，其解决在超高压、高温、高污染和使用清水介质下的常规软密封技术难题；其由阀体(1)、滑动换向机构(2)、液压控制机构(3)和弹簧伸缩机构(4)构成；换向机构(2)由组合阀套(21、22、23、24、25)和阀芯(26)组成，由于采用了独创的组合沟槽结构(252、2624、2614)，利用常规的软密封技术即用标准O形圈(252)密封实现了在80MPa超高压下用清水可靠地液控滑阀进行循环换向与复位；该滑阀对井下工具的控制特别有用，其满足了井下高温、高压、高污染的服役条件，其具有可防止密封圈(252)割伤、挤出而使之耐压力强、可靠性高和使用寿命长，及可降低滑阀的加工精度、配合要求并提高其耐污能力、防卡阻能力等优点。
文档编号E21B34/00GK2603846SQ0228806
公开日2004年2月18日 申请日期2002年11月26日 优先权日2002年11月26日
发明者胡强法, 张开胜, 张友军, 陈智, 贺麦红 申请人:中国石油集团科学技术研究院江汉机械研究所