药剂注入控制阀的制作方法

1.本发明涉及一种石油工程用设备，具体涉及一种石油工程油气管线保障设备用配件。


背景技术：

2.油气的井口或输油管的工况恶劣，内部输送的油气成分复杂，会腐蚀油管，或造成油管内壁堆蜡；且由于油管布局有高有低，低处可能会被沉淀物堵塞。为保障输油管道的正常工作以及使用寿命，提高生产效率，需定期将含腐蚀抑制材料、泡沫抑制材料、防蜡材料和/或防冻剂的化学药剂在一段时间内以一种可控形式注入管道内。但海水深度可达数千米，水下情况复杂，在水深大于百米时，就几乎无法通过潜水员操作。
3.因此需要一种辅助注入装置，而其中关键的是需要对药剂的注入进行可控式调节。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种药剂注入控制阀，其技术方案如下：包括阀座和阀芯，其中在阀座上设有调节圆孔，所述阀芯呈圆柱状，该阀芯轴向嵌设于所述调节圆孔内；
5.在所述阀芯的外圆周面上绕其轴线螺旋开设有流道槽，所述流道槽的一端开口于所述阀芯的任一端面，所述流道槽的另一端封闭；
6.在所述阀座上设有调节入口和调节出口，其中调节入口与所述调节圆孔接通，所述调节出口穿过所述调节圆孔的孔壁并与其接通，所述流道槽位于所述调节入口与所述调节出口之间；
7.其特征在于：
8.所述阀芯的外壁与所述调节圆孔的孔壁贴合并轴向滑动配合；
9.所述调节出口的最小截面积大于等于所述流道槽的最大截面积。
10.本发明的有益效果：能对药剂进行连续无极调节，使药剂以可控的方式注入管路，为打造水下辅助注入装置提供了基础。
附图说明
11.图1为实施例1的外观结构示意图；
12.图2为图1的左视图；
13.图3为图2的a
‑
a`剖视图；
14.图4为在图3展示的状态下药剂注入控制阀的结构示意图；
15.图5为图1的左视图；
16.图6为图5的b
‑
b`剖视图；
17.图7为图6展示的状态下药剂注入控制阀的结构示意图。
具体实施方式
18.以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
19.实施例1：
20.如图1
‑
图7所示，一种药剂注入计量装置，包括壳体100，以及在该壳体100内依次设置的连接部200、调节部300、测压部400、电控部500和rov操控把手；
21.在所述连接部200上设有药剂入口201和药剂出口202；
22.所述调节部300包括控制阀301和固定孔板302，该固定孔板302位于所述控制阀301上游；所述控制阀301设有调节入口和调节出口，所述药剂入口201通过所述固定孔板302上的孔道与调节入口接通，所述调节出口与所述药剂出口202接通；
23.所述固定孔板302上游的药剂通过进口测压通道901引至所述测压部400，所述固定孔板302和所述控制阀301之间的药剂通过中间测压通道903引至所述测压部400，所述控制阀301下游的药剂通过出口测压通道902引至所述测压部400；
24.所述测压部400的信号线连接至所述电控部500。
25.具体的：
26.所述壳体100呈圆筒状，所述连接部200包括连接座203，该连接座203固定嵌设于所述壳体100的一端，在该连接座203上固定插设有两个插头，两个所述插头朝向所述壳体100外端；
27.在两个所述插头上沿所述壳体100的轴向分别贯穿有对接孔，从而分别形成所述药剂入口201和药剂出口202。
28.在所述连接座203和所述控制阀301之间的所述壳体100内固定嵌设有孔板座303，该孔板座303与所述连接座203抵紧，在该孔板座303上轴向贯穿有固定调节孔303a，在该固定调节孔303a内固定有所述固定孔板302；
29.所述固定孔板302上游的所述固定调节孔303a通过所述进口测压通道901引至所述测压部400，所述固定孔板302下游的所述固定调节孔303a通过所述中间测压通道903引至所述测压部400；
30.在所述连接座203上贯穿有第一药剂流入通道203a，该第一药剂流入通道203a的一端与所述药剂入口201接通，该第一药剂流入通道203a的另一端与所述固定调节孔303a的上游端接通。
31.所述控制阀301包括阀座11和阀芯12，其中所述阀座11固定嵌设在所述壳体100内，所述阀座11与所述孔板座303抵靠，在阀座11上沿所述壳体100的轴向设有调节圆孔11a，所述阀芯12呈圆柱状，所述阀芯12轴向嵌设于所述调节圆孔11a内；
32.在所述阀芯12的外圆周面上绕其轴线螺旋开设有流道槽12a，所述流道槽12a的横截面为矩形，所述流道槽12a的一端开口于所述阀芯12的一个端面，所述流道槽12a的开口端朝向所述孔板座303，所述流道槽12a的另一端封闭，所述流道槽12a的槽宽处处相等，所述流道槽12a的深度从其封闭端向其开口端逐渐增大，所述流道槽12a的最大截面积大于等于所述固定孔板302的内孔截面积，所述流道槽12a的最小截面积小于所述固定孔板302的内孔截面积；
33.在所述阀座11上设有所述调节入口和调节出口，所述调节圆孔11a朝向孔板座303的一端延伸出所述阀座11，所述调节圆孔11a的伸出端形成所述调节入口，所述调节入口与
所述固定调节孔303a的下游端接通；
34.在所述调节圆孔11a的内壁绕其孔心线设有环形中转槽11c，所述环形中转槽11c远离所述调节入口，所述调节出口位于所述环形中转槽11c的槽底并与所述调节圆孔11a的孔壁接通，所述环形中转槽11c的槽宽大于所述流道槽12a螺纹线的1倍螺距，所述环形中转槽11c的宽度小于所述流道槽12a螺纹线的2倍螺距。
35.在所述阀座11上设有第一药剂流出通道11e，在所述孔板座303上贯穿有第二药剂流出通道303b，在所述连接座203上贯穿有第三药剂流出通道203b，所述第一药剂流出通道11e的上游端与所述调节出口接通，所述第三药剂流出通道203b的下游端与所述药剂出口202接通，所述第二药剂流出通道303b的上游端与所述第一药剂流出通道11e的下游端接通，所述第二药剂流出通道303b的下游端与所述第三药剂流出通道203b的上游端接通；
36.所述第一药剂流出通道11e通过所述出口测压通道902连接至所述测压部400；
37.所述阀芯12的外壁与所述调节圆孔11a的孔壁贴合并轴向滑动配合；所述调节出口的截面积大于等于所述流道槽12a的最大截面积，药剂流过调节出口后向药剂出口202流出过程中，所经过的所有流道的截面积均大于等于调节出口的截面积。
38.以上所说的截面积均为垂直于药剂流动方向的通道的截面积。
39.所述阀芯12连接有轴向开关组件2，该轴向开关组件2推动所述阀芯12轴向移动，以调节所述流道槽12a和所述调节出口的接通位置。
40.所述轴向开关组件2包括电机21、丝杆22、导杆23、电机防护座24和电机隔离座25；
41.所述电机隔离座25固定嵌设于所述壳体100内，所述电机隔离座25位于所述阀座11和所述测压部400之间，所述电机隔离座25与所述阀座11抵紧，所述电机21安装在所述电机隔离座25背向所述阀座11的一侧，所述电机21的输出轴穿过所述电机隔离座25并伸入所述调节圆孔11a内，所述电机21的输出轴与电机隔离座25之间密封配合；
42.所述电机防护座24固定嵌设于所述测压部400和电机隔离座25之间的所述壳体100内，在所述电机防护座24上设有电机容置腔，所述电机21选用伺服电机，以期望更为精准的控制转动量，所述电机21位于所述电机容置腔内，所述电机防护座24与所述电机隔离座25抵紧；
43.所述丝杆22轴向穿设在阀芯12内并与其螺纹配合，所述丝杆22与所述电机21的输出轴同轴传动连接，所述导杆23轴向活动穿设在所述阀芯12内，所述导杆23的两端分别插设在所述孔板座303和所述电机隔离座25上。
44.所述测压部400包括测压座401，该测压座401固定嵌设于所述壳体100内，所述测压座401与所述电机防护座24抵紧，在所述测压座401内设有压力传感器组件402；
45.所述进口测压通道901依次穿过所述孔板座303、阀座11、电机隔离座25、电机防护座24、测压座401，并与所述压力传感器组件402的第一个压力测量端连接；
46.所述中间测压通道903依次穿过所述孔板座303、阀座11、电机隔离座25、电机防护座24、测压座401，并与所述压力传感器组件402的第二个压力测量端连接；
47.所述出口测压通道902依次穿过所述阀座11、电机隔离座25、电机防护座24、测压座401，并与所述压力传感器组件402的第三个压力测量端连接；
48.所述电控部500包括电控座501，该电控座501固定嵌设于所述壳体100内，该电控座501与所述测压座401抵紧，在所述电控座501上设有电路模块502，所述压力传感器组件
402的信号传输端与所述电路模块502连接；当进行水下作业时，所述电路模块502信号输出选用有线连接的方式上传至位于海面的钻井平台。
49.所述rov操控把手的结构以及使用方式为公知技术，在此不做赘述，其与所述电控座501固定连接。
50.所述连接座203、孔板座303、阀座11、电机隔离座25、电机防护座24、测压座401以及电控座501相互抵靠，为避免药剂外泄，在各自的贴合抵靠面上围绕相应孔道分别设有密封结构，所述密封结构一般选用端面密封结构或/和轴向密封结构，橡胶密封圈可以作为一种具体的密封形式。
51.在两个所述插头处还与其并排设有电插头，在所述电插头和所述电路模块502之间还设有过线孔，该过线孔依次贯穿所述连接座203、孔板座303、阀座11、电机隔离座25、电机防护座24、测压座401和电控座501。
52.使用时，药剂进入药剂入口201，经过固定孔板302后压力降低，对药剂的流速、压力进行粗调节；再经过流道槽12a进行二次调节，控制流量，最终经药剂出口202流出并注入管道。
53.通过测量所述进口测压通道901和中间测压通道903引出流体的压力，能得到流经所述固定孔板302前后流体的第一压差；通过测量所述中间测压通道903和出口测压通道902引出流体的压力，能得到流经所述流道槽12a前后流体的第二压差。当由药剂入口201注入流体的流量较大时，调节所述流道槽12a至最大开度(最大截面积)，采用固定孔板及相应的第一压差来测算流量；而由药剂入口201注入流体的流量较小时，可调节所述流道槽12a的开度，采用所述流道槽12a相应位置的截面积及相应的第二压差来测算流量；从而拓宽了整个计量装置的量程，使其能在大流量范围和小流量范围间被选择使用。
54.实施例2：
55.如图4和图7所示，一种药剂注入控制阀，包括阀座11和阀芯12，其中在阀座11上设有调节圆孔11a，所述阀芯12呈圆柱状，该阀芯12轴向嵌设于所述调节圆孔11a内；
56.在所述阀芯12的外圆周面上绕其轴线螺旋开设有流道槽12a，所述流道槽12a的一端开口于所述阀芯12的任一端面，所述流道槽12a的另一端封闭；
57.在所述阀座11上设有调节入口和调节出口，其中调节入口与所述调节圆孔11a接通，所述调节出口穿过所述调节圆孔11a的孔壁并与其接通，所述流道槽12a位于所述调节入口与所述调节出口之间；
58.作为一种具体的实施方式，所述阀座11为圆柱状，调节圆孔11a沿阀座11的轴向贯穿，所述流道槽12a的开口端朝向所述调节圆孔11a的前端，所述调节圆孔11a的前端部分形成所述调节入口，所述阀芯12的外壁与所述调节圆孔11a的孔壁贴合并轴向滑动配合；
59.所述调节出口的最小截面积大于等于所述流道槽12a的最大截面积，为了提高调节的连续性，所述流道槽12a的截面面积从其封闭端向其开口端逐渐增大。
60.在所述调节圆孔11a的内壁绕其孔心线设有环形中转槽11c，所述调节出口位于所述环形中转槽11c的槽底；所述环形中转槽11c的槽宽大于所述流道槽12a螺纹线的1倍螺距，所述环形中转槽11c的宽度小于所述流道槽12a螺纹线的2倍螺距。
61.为了便于加工，流道槽12a可以有两种设置形式：一是、所述流道槽12a的槽宽处处相等，所述流道槽12a的深度从其封闭端向其开口端逐渐增大；二是、所述流道槽12a的深度
处处相等，所述流道槽12a的槽宽从其封闭端向其开口端逐渐增大。
62.为了便于对阀芯12进行调节，所述阀芯12还连接有轴向开关组件2，该轴向开关组件2推动所述阀芯12轴向移动，以调节环形中转槽11c和流道槽12a的接通位置。所述轴向开关组件2包括电机21、丝杆22和导杆23，其中丝杆22轴向穿设在阀芯12内并与其螺纹配合，所述丝杆22由所述电机21的输出轴驱动旋转，所述导杆23轴向活动穿设在所述阀芯12内。
63.实施例3：
64.实施例2中的所述流道槽12a的截面积关系到流量控制范围，需按照以下步骤加工：
65.步骤一、确定控制阀301的流量控制范围q
m
和工作压降范围δp，分别为：
66.q
min
≤q
m
≤q
max
；
67.其中：
68.q
min
为经过所述流道槽12a后，从所述调节出口流出的药剂的最小质量流量；
69.q
max
为经过所述流道槽12a后，从所述调节出口流出的药剂的最大质量流量；
70.δp＝p
high
‑
p
low
；
71.δp
min
≤δp≤δp
max
；
72.其中：
73.p
high
为药剂进入所述流道槽12a前的压力，即经所述中间测压通道903引出的药剂的压力；
74.p
low
为药剂流经所述流道槽12a后的压力，即经所述出口测压通道902引出的药剂的压力；
75.δp
min
为药剂流经所述流道槽12a前后的最小压力差；
76.δp
max
为药剂流经所述流道槽12a前后的最大压力差；
77.流量控制范围q
m
和工作压降范围δp均是按照设计要求直接给定的；
78.步骤二、按照以下公式计算确定所述流道槽12a的加工深度h和槽宽w：
79.公式
①
：
80.公式
②
：2w＝h
max
；
81.其中：
82.c为流出系数，无量纲，采用赋值法给定；
83.ρ为注入药剂的密度；
84.d为所述调节圆孔11a的孔径；
85.β＝h/d；
86.首先，将最大质量流量q
max
和最小压力差δp
min
带入以上公式
①
，有：
87.88.联合公式
②
计算得到所述流道槽12a的最大加工深度h
max
和槽宽w；
89.再将最小质量流量q
min
和最大压力差δp
max
带入以上公式
①
，有：
[0090][0091]
计算得到所述流道槽12a的最小加工深度h
min
；
[0092]
步骤三、设定所述流道槽12a的螺纹线的螺距为d，d＝h
max
‑
h
min
，采用数控铣床对所述流道槽12a进行铣加工。
[0093]
一种具体的实施方式中，流道槽12a的尺寸计算如下：
[0094]
控制阀301的设计流量控制范围q
v
(体积流量)为0.5l/h至90l/h；工作压降范围δp为1mpa至10mpa；注入药剂为甲醇，其密度ρ＝791.8kg/m3；设定流出系数c为0.3；调节圆孔11a的孔径d为40mm；q
m
＝q
v
*ρ；
[0095]
则有：
[0096]
q
min
＝0.5l/h*791.8kg/m3；
[0097]
q
max
＝90l/h*791.8kg/m3；
[0098]
δp
min
＝1mpa；
[0099]
δp
max
＝10mpa；
[0100]
将q
max
和δp
min
带入以上公式
①
，计算得到h
max
和w，再将q
min
和δp
max
带入以上公式
①
,计算得到h
min
。
[0101]
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。