泄压装置的制作方法

下面描述的实施例涉及一种泄压安全装置，特别是在高压应用中使用磨料或较难工作流体的泄压阀。

背景技术：

全球工业作为一个整体已经在所使用的技术、材料及系统方面取得了巨大的飞跃，所有这些都使得(尤其是)在较高压力下探索和操作油气生产储备成为可能。为了从油田获得比以前尽可能更高的产率和更长的寿命，钻井系统的多项活动需要较高的压力和流速，从而需要对人员和设备进行更好的保护和安全系统。

目前市场上存在一些用于高压流体系统的泄压安全装置，其中大于25微米的固体和颗粒成为问题。这些装置以不同的组合可以实现使用其的工业的一些认证和运营需求。对于包含压力的系统，对于一个系统必须提供何种证明以取得必要的立法和认证的需要具有明确的立法，在考虑到承压和危险区域的设备/设施时，这一点尤其重要。

技术实现要素：

根据本发明的第一方面，提供一种用于释放流体压力的阀门(5)，该阀门包括：

流体入口(8)；

流体入口(9)；

活塞(20)，其与流体入口(8)连通，并被构造为响应在入口处的高于预定阈值的流体压力而运动，以将流体入口(8)与流体出口(9)连接，由此释放流体压力；以及阻尼器(100；80)，其被构造为抑制活塞(20)的运动。

阻尼器减少了阀门机构的快速加速和减速以及相关的应力和磨损，从而极大地降低了过早失效的风险。活塞(20)可以具有连接到联动装置(49)的杆(21)，其被构造为阻止所述活塞(20)的运动直到入口(8)处的流体压力超过预定阈值。

所述阀门可以包括主阻尼器(100)，该主阻尼器包括第一含流体腔室(23)，其部分地由活塞(21、24)界定并与阻尼节流阀(93)流体连通。

该阀门可以包括具有孔(70’)的主体(10、70)，所述活塞在所述孔中运动，其中所述第一含流体腔室(23)部分地界定于杆(21)的外表面(21’)与孔(70’)的内表面(70’)之间。

该阀门可以包括位于杆(21)与主体(10、70)之间的密封件(25)，以及形成于主体内用于连接阻尼节流阀(93)的流体端口(26)，所述流体端口(26)位于邻近密封件(25)处。

该阀门可以包括与阻尼节流阀(93)连通的第二含流体腔室(91)。

第二含流体腔室(91)可以由与主体(10、70)分离的壳体(90)界定。

阻尼节流阀(93)可以位于壳体(90)内。

第二含流体腔室(91)可以经受偏压压力。

壳体(90)可以包括加压气体贮存器(92)，其被构造成向第二含流体腔室施加偏压。

该阀门可以包括次级阻尼器(80)，其被构造为限制联动装置(49)的运动。

该阀门可以包括次级阻尼器(80)，其被构造为在活塞开始释放流体压力后，抑制活塞(20)的运动。

次级阻尼器(80)可以包括可调节活塞(81)。

该可调节活塞(81)可在经受偏压的第三腔室内运动。

根据本发明的第二个方面，提供了一种操作用于释放流体压力的阀门(5)的方法，该阀门包括流体入口(8)、流体出口(9)以及与流体入口(8)连通的活塞(20)，该方法包括以下步骤：

响应在入口(8)处的高于预定阈值的流体压力而触发活塞(20)的运动，以及之后，

抑制活塞(20)的运动。

第二方面可以通过第一方面的特征来进行说明。

附图说明

图1～图3表示本发明在操作的连续阶段的一个实施例。

具体实施方式

如图1所示，阀门组件5包括具有套筒70(具有孔70’)的阀体10，其中滑动地安装有具有圆周密封件22的活塞20。

在所示出的不工作状态时，内部活塞20处于上方位置，而在阀体的流体入口8和流体出口9之间，通过活塞的侧面的端口30和形成于阀体的套筒70中的端口60(在图2中所示更清楚)而具有流体连接。如图所示，阀门处于不工作状态，没有部件处于任何用于保持该状态的应力之下。如果任何部件在运行过程中发生故障，这就是释放压力状态，阀门将尝试返回该状态。换言之，它会“在一个安全状态失效”。

位于远离端口30的活塞杆21的端部与联动装置49枢轴连接(于54)，所述联动装置49包括与上连杆52枢轴连接的下连杆51，上连杆52又与曲柄50连接。所述联动装置被包含在壳体6和11内，所述壳体6和11分别连接到分模线12和7至主体10，位于套筒70与活塞杆21的圆周之间的密封件25防止流体从阀体流到壳体。所述联动装置可通过在分割线12处去除盖6而接触到。因此，无论何时需要对任意的运动部件进行日常维护或更换时，均不需要从与入口端口和出口端口8、9连接的管道(未示出)移除阀体。相反，仅更换套筒或阀体将需要这样的阀门从管道的整体移除。如有必要，可以将壳体6、11，活塞20及位于其基部的密封件25(在下面更详细讨论的)在套筒70之上的分模线7处抬离阀体，而阀体保持在其正常安装位置，与所述管道连接。为了设置所述阀门，且阻碍开放路径穿过阀体(否则将允许泄压)，必须设置阀门加载弹簧(由虚线40表示)(按照该过程所需并且特定的操作条件的设定程序)。在上游管道内的压力必须最小，且小于阀门的设定压力。

如图2所示，内部联动装置现在“设置”在正常位置，而活塞20处于其垂直方向的最低位置。端口30不再与端口60对准，从而关闭了允许流体流经阀门主体从入口8向出口9流动的内部通道。

内部联动装置是一种不同心(over-centre)构造，其中加载弹簧40的力将确保活塞20不能被释放来垂直运动，直到作用在活塞20上的力被上游管道(未示出)的流体压力所压过。作为入口端部8的流体压力的结果，来自于活塞20作用于连杆51、52的力作用于曲柄50，其接着受到加载弹簧40的抵抗。

如在图3中箭头R所示，当机构通过曲柄50的旋转——该旋转足以使上/下连杆枢转点移动成排成一列或在释放方向R上不同心——而触发时，联动装置自由地铰接以允许活塞20按照箭头V所示以垂直方式移动端口30和60使其连通，且使入口8与出口9之间的流体连接打开。作用于出口端口60来自于系统中的“背压”的压力与阀门的释放机构、以及其触发/激活能力关系不大。上述特征本身是已知的，因而不作进一步的描述。

活塞20和内部联动装置49由于该机构在其设定压力操作所以其快速运动非常快，并且内部部件必须承受快速加速(因为在上游管道内的流体压力试图排出)以及当其行程(在静止/复位状态，在阀门的端口30和60之间流体连接)结束而停止时内部部件的线速度减速。

这些快速运动可以意味着对于阀门的内部部件相当大的应力和磨损，而且可以防止其被可靠地复位。按照本发明，使用初级阻尼机构100以极大降低过早失效的风险。

如图3所示，阻尼效果是通过流体从第一腔室23向位于阀体10外部通过节流阀(其可通过旋钮93调节)而与阀体10分离并远离的第二腔室91的转移实现的(由图中实阴影表示)。

第一腔室23是在活塞杆21的外圆柱面21’与套筒70的内孔70’之间形成的环形室。该第一腔室23的下端以活塞20的上端面24为界，而其上端以位于杆21与套筒70之间的密封件25为界。端口26位于套筒内邻近密封件25处，用于将流体输送到管道101。

第二腔室91形成于壳体90内，该壳体具有通至管道101的流体连接件94。进出该腔室的流体流量由可通过旋钮93调节的节流阀控制。充满气体的贮存器92(通过滑动活塞95与流体贮存器91分离，并通过阀门96进行气体的填充)对于流体提供小量的偏压背压，以允许阻尼器复位到其原始位置。该压力是最小的，并且没有将其设计为允许所述阀门移回到“设置”位置，而是简单地使油向后移动。

出口凸缘和连接件额定为与入口的压力相同。限制因素是活塞密封件25的用以承受作用在其上的背压的阻力，以及活塞的用以承受外部压力的阻力。在示出的实施例中，密封件25可以由各种材料制成，以适应工作流体或环境条件。

因此，当阀门机构被触发(“阀门开始动作”)时，活塞20最初能加快其行程的第一部分，直到(仅当该阻尼元件吸收初始运动时)端口30与60连通且在入口与出口之间的流体连接被打开。具有压缩控制的主阻尼器100使行程的剩余部分减速。

在主阻尼机构于设定压力被触发时，主阻尼机构100可被调谐到特定的应用，并控制阀门机构的全部关闭到全部打开速度。阻尼的速度可以通过精细调整而调整至阀门内的排放口，和/或通过改变阻尼液体的粘度来调整。这些调整是在制造之后的测试阶段完成的，使用调节螺钉93进行微调。同时，这允许活塞尽快地打开并释放压力，但使活塞减速，以防止损坏和潜在故障。

如标号80所示，还提供了作为端部止挡部的次级阻尼器，用于限制联动装置52的运动，以便防止过度旋转和损坏，如图1所示。这确保了阀门不会在复位状态卡住。

如图1中标号81所示，次级阻尼器具有可调节活塞，用于在活塞开始释放系统中的压力后辅助主阻尼，如此安装以吸收活塞和内部联动装置由其快速加速而具有的动能。与主阻尼器100一样，次级阻尼器80通过内部的第三腔室(未示出)还提供了少量的固有背压，以允许它复位到其原来的位置。此偏压压力是最小的，并且没有将其设计为允许所述阀门移回到“设置”位置，而是简单地使油向后移动。

在运动部件于行程结束而暂停时，除了减少运动部件的动能以外，次级阻尼器80还确保端口30在活塞中的位置与阀体的套筒70内的端口60一致。

尽管是为说明目的在此对具体实施方案进行了描述，但是本领域技术人员知道，在本说明书的范围内的各种等同修改是可能的。例如，在所示的实施例中，活塞20被额定为承受充分的压力且材料可根据工作流体和环境条件来具体化。因此，阀门作为标准组件能够经受高达入口压力，其作为出口端口上的背压，具有“复位”性能的可计算的下降。本文所提供的教导可以应用于其它设备，而不仅仅是上文所述和附图中所示的实施例。因此，上述的实施例的范围应该由随附的权利要求来确定。