专利名称:自控超压保护气动高压闸阀的制作方法
自控超压保护气动高压闸阀是一种带有超压保护装置的气动高压闸阀。
本自控超压保护气动高压闸阀在高压管汇中当作一般闸阀频繁使用的同时，还可以限制流体介质的工作压力，在其工作压力超过限定值时，自控超压保护气动高压闸阀可自动开启泄压，对高压系统进行安全保护。
在石油钻井泥浆循环系统中，由安装在泥浆泵出口管线上的安全阀对设备及管汇进行安全保护。石油钻井是野外全天候作业，钻井过程中需要较频繁地开、停泥浆泵及开、关“放回水闸阀”。泥浆介质的性能及泵的工况复杂多变，泥浆泵处于恶劣条件下工作。容易出现超压憋泵，甚至在短时间内发生安全阀多次开启泄压的现象。泥浆泵现用活塞销钉式及弹簧式安全阀。在结构、材质、制造、使用方面的多种特殊因素下，出现安全阀失灵的情况较多，并因此引起了人身及设备方面的恶性事故。随着高压喷射钻井技术的推广与普及，泥浆泵工作压力大幅度提高，国内泥浆泵工作压力最高已达25MPa，安全保护问题更加突出。
于国内油田目前使用的泥浆泵安全阀可靠性欠佳，而在石油钻井设备中使用着成熟配套的气控配件，基于此我们研制自控超压保护气动高压闸阀的目的是用本自控超压保护气动高压闸阀代替在钻井过程中频繁使用的高压管汇闸阀组中的“放回水闸阀”，平时通过人控换向阀22对该气动高压闸阀进行开、关操作，提高钻井时效，更主要的是使正常操作的闸阀具有安全阀的作用，为石油钻井泥浆高压管汇及泥浆泵提供一种新工作方式的安全装置，对设备及管汇进行超压保护。
该实用新型的实质是自控超压保护气动高压闸阀的“自控超压保护”部分如图1、2所示，该部分安装在气动高压闸阀的阀盖1上(图3所示)，其操作与控制气路如图4所示。在气动高压闸阀的阀盖1上开孔，通过螺纹联结了压力控制元件接头3、弹性密封垫4、滑杆5、弹性卡套6以及壳体2，并通过滑杆5去推动一个二位三通机控换向阀(由阀芯7、活塞8、密封垫9、缸体10、螺帽11、密封圈12、堵头13、垫圈14、密封圈15、密封圈16、密封圈17组成)的阀芯7移动，图4中21表示该机控换向阀。气源来的气由该机控换向阀缸体10上的A口进、B口出后，经过阀22成为气动高压闸阀气缸继气器23、24的控制气，此时缸体10上的C口关闭。当操作换向阀22使控制气路接通时，气缸继气器23、24均有控制气，其中继气器23使气缸活塞上部20a进气，继气器24使气缸活塞下部20b排气，气缸活塞20下行，带动阀板19向下移动，关闭气动高压闸阀。当操作换向阀22使控制气路断开时，继气器23、24均无控制气，此时继气器23使气缸活塞上部20a放气，继气器24使气缸活塞下部20b进气，气缸活塞20上行，带动阀板19向上移动，开启气动高压闸阀。上述工况即工作压力在限定范围内时，可用换向阀22对气动闸阀进行关闭与开启操作。
当关闭的气动高压闸阀所承受的压力超过限定值时，滑杆5将推动阀芯7移动，直至密封垫9贴紧在堵头13上，此时缸体10上的A口关闭断气，同时缸体10上的B口与C口相通。气缸继气器23、24控制气路中的气通过缸体10的C口排入大气。由于气缸继气器23、24无控制气，继气器23使气缸活塞上部20a排气，继气器24使气缸活塞下部20b进气，气缸活塞20上行，带动闸板19向上移动，开启气动高压闸阀泄压。在超压时使得阀芯7移动的压力控制元件接头3、弹性密封垫4、滑杆5、弹性卡套6及壳体2的结构和工作原理如下接头内孔3a与阀盖内腔1a直接相通，接头3与壳体2用螺纹联结，在接头3与滑杆5之间安装了一个可膨胀收缩的弹性密封垫4。该弹性密封垫4密封高压流体介质，将滑杆5与高压流体介质隔离，并可填补由于滑杆5移动后在壳体2内形成的空间。滑杆5下端与弹性密封垫4贴合，滑杆5上端顶住阀芯7，在滑杆5的中部，有光滑坚硬的锥面5a。弹性卡套6的基本形状是一个空心的圆柱体，这个空心圆柱体沿一端的径向至少开有两个长槽，开槽的一端具有圆环形的表面6a，该圆环面6a与滑杆的锥面5a相切。弹性卡套6固定在壳体2中，不能轴向移动。壳体内腔2a装有润滑油，滑杆5与弹性卡套的圆环面6a浸泡在润滑油中。
处于关闭状态的气动闸阀内承受的高压流体介质通过接头内孔3a作用在弹性密封垫4上，由弹性密封垫4传递到滑杆5，迫使滑杆5沿滑杆的轴向移动，由于受弹性卡套圆环面6a的阻挡，滑杆锥面5a将作用在弹性卡套圆环面6a上一个力F，如附图2所示，该力在弹性卡套径向上的分力Fr使弹性卡套开槽的圆环面向外胀开，并可使弹性卡套圆环面6a沿滑杆锥面5a产生滚动。在限定的压力范围内工作时，流体介质的压力使得滑杆锥面5a将弹性卡套圆环面6a只能作有限的胀开，因而滑杆锥面的大端5b不能通过弹性卡套的圆环面6a，滑杆5只能有微小的轴向移动并具有产生轴向移动的趋势。当出现流体介质的压力略超过限定值时，该压力使得作用在弹性卡套圆环面6a上的径向分力Fr相当大，以致使胀开的弹性卡套圆环面6a足以让滑杆锥面的大端5b能够通过，在此瞬间，由于滑杆5所受的轴向阻力突然减小，滑杆5在卡套圆环面6a内将产生“爆发式”的滑脱，迅速推动阀芯7向上移动，实现前面所述“当关闭的气动高压闸阀所承受的压力超过限定值时，滑杆5将推动阀芯7移动，直至密封垫9贴紧在堵头13上，此时缸体10上的A口关闭断气，同时缸体10上的B口与C口相通，气缸继气器23、24控制气路中的气通过缸体10的C口排入大气。由于气缸继气器23、24无控制气，继气器23使气缸活塞上部20a排气，继气器24使气缸活塞20b进气，气缸活塞20上行，带动闸板19向上移动，开启气动高压闸阀泄压。当配用不同尺寸的弹性卡套6，可以进行限定不同等级的压力。在阀芯7的上端7a向下适当施力后，阀芯7可回到移动前的位置，气动高压闸阀恢复到超压前的工作状态。
自控超压保护气动高压闸阀具有以下优点1.常规的安全阀工作，超压时流体介质须经过安全阀内部的专门通道泄压。使用本自控超压保护气动高压闸阀，通过正常操作使用的气动闸阀及管路泄压。
2.由于弹性密封垫4的隔离，关键的压力控制元件滑杆5和弹性卡套6不与工作介质接触，避免了工作介质对它们的腐蚀、粘结、冲蚀等影响，除了压力之外，工作介质对这些压力控制元件的性能不产生影响。
3.当介质压力为零时，滑杆锥面5a与弹性卡套圆环面6a之间无预压力。当介质有压力变化时，圆环面6a可沿锥面5a滚动，减少了它们之间摩擦力的影响。由于它们浸泡在润滑油中，可长期保持稳定可靠的工作状态。
4.超压泄压后，系统压力降至零，只须给阀芯上端7a一个向下的力使其复位。即可恢复泄压前的工作状态，无须更换易损件，可节省钻时。
5.气动高压闸阀上的压力控制元件还可以控制其它气动机构，或实现远程控制。
图1自控超压保护气动高压闸阀的“自控超压保护”部分。
图2滑杆锥面5a与弹性卡套圆环面6a接触时的局部放大图。
图3自控超压保护气动高压闸阀。
图4自控超压保护气动高压闸阀的操作和控制气路图。
图5钻井队副司钻操作时的控制气路图。
图6钻井队司钻或副司钻均可操作时的控制气路图。
图5、图6描述了本实用新型用于石油钻井泥浆高压管汇的一个实施例。
用本自控超压保护气动高压闸阀安装于石油钻井高压泥浆管汇闸阀组中“放回水闸阀”的位置，在其控制气路中联结泥浆泵气离合器的控制气路，在超压时自控超压保护气动高压闸阀开启泄压与泥浆泵停止工作同时进行，实现双重安全保护的工作方式。操作该气动高压闸阀及泥浆泵气离合器可有两种方式
1.由钻井队副司钻操作，如图5所示。当泥浆压力在限定的范围内时，机控换向阀21中A口与B口接通有控制气。当换向阀22断开控制气时，继气器23、24可使气动闸阀气缸活塞20上行，开启闸阀；当换向阀26断开控制气时，继气器27可使泥浆泵气离合器28放气，摘离。当接通换向阀22、26的控制气时，继气器23、24、27可使气动闸阀气缸活塞20下行关闭闸阀；泥浆泵气离合器28充气挂合，使泥浆泵开始工作。当泥浆泵工作时出现超压情况，由于压力控制元件滑杆5的推动。改变机控换向阀21的位置，使机控换向阀21的A口关闭，B口与C口相通，原B口的控制气通过C口排入大气，由于无控制气，继气器23、24使气缸活塞20上行，开启闸阀泄压；与此同时继气器27使泥浆泵气离合器28放气摘离，泥浆泵停止工作。
2.由钻井队司钻或副司钻均可操作，其气路控制如图6所示，它是在图5的基础上增加了司钻操作的换向阀29。其中副司钻操作部分如实施例1中所述。司钻操作时，换向阀22与26均扳到接通气路位置，当阀29没有把气路接通时，继气器23、24、27均无控制气，这将使气动闸阀气缸活塞20上行，闸阀开启；同时泥浆泵气离合器28放气摘离，泥浆泵不工作。当阀29处于接通气路位置时，继气器23、24、27有控制气，这将使得气缸活塞20下行，关闭闸阀；同时泥浆泵气离合器28充气挂合，泥浆泵开始工作。当出现超压情况时，控制气的变化情况与实施例1中所述情况相同。
权利要求
1.一种自控超压保护气动高压闸阀，特别是用于钻井高压泥浆管汇中的自控超压保护气动高压闸阀，适用于频繁操作、且在高压流体介质压力超过限定值时能自动进行完全泄压。现有气动高压闸阀的下部是阀体和阀盖，在阀体内的阀板与阀芯贴合后可密封，并与阀杆下部联结；气动高压闸阀的上部是气缸和缸盖，气缸内的活塞与阀杆上部联结；它们之间用紧固件固定并有相应的密封件。本实用新型的特征是自控超压保护气动高压闸阀承压的阀盖1上，装有控制自控超压保护气动高压闸阀在超压时开启的压力控制元件接头3、弹性密封垫4、滑杆5、弹性卡套6、壳体2。其中接头3内孔3a与阀盖1内腔1a直接相通；接头3与壳体2之间用螺纹联接；在壳体2的内孔2a中装有滑杆5和弹性卡套6。
2.如权利要求
1所述的自控超压保护气动高压闸阀，其特征在于控制滑杆5轴向移动的是在一端径向至少开有两个长槽的弹性卡套6，弹性卡套6开槽的一端具有圆环面6a，并与滑杆5的锥面5a相切，该圆环面6a与锥面5a是浸泡在润滑油中的。
3.如权利要求
1所述的自控超压保护气动高压闸阀，其特征还在于接头3与滑杆5之间装有一个可胀缩的弹性密封垫4。
专利摘要
一种用于石油钻井泥浆管汇中的自控超压保护气动高压闸阀，适用于频繁操作、且在高压流体介质压力超过限定值时能自动进行完全泄压。介质压力通过弹性密封垫(4)和滑杆(5)传递，作用在弹性卡套(6)上，在超压时滑杆锥面胀开弹性卡套的圆环面后滑脱，推动阀芯(7)改变控制气路，使气动高压闸阀开启，与此同时还可控制泥浆泵离合器放气摘离，泥浆泵停止工作，实现双重安全保护。
文档编号F16K3/02GK86205569SQ86205569
公开日1988年4月20日 申请日期1986年8月8日
发明者鹿守明, 杨邦龙 申请人:长庆石油勘探局钻采工艺研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan