一种水下电液换向阀.pdf

一种水下电液换向阀，主要用于石油深水钻井井控装置，包括液压先导阀和液控主阀两部分。两个先导阀均为两位三通电磁换向球阀，阀体固定在主阀座两边，其上边装有电磁控制模块，控制先导阀阀体内三条油路的通断。主阀为滑阀形式，可以快速平稳换向，靠先导阀提供的液压力以及主阀复位弹簧实现功能。主阀座同一侧设有先导油口、供给油口、排泄油口及功能油口，便于各油路集成设计，模块化安装。该阀大部分材料由耐海水不锈钢材料制成，阀芯由工程陶瓷制成，耐腐蚀性好，寿命长，工作可靠，适合深海井控装置。

1.一种水下电液换向阀，其特征在于：其包括液压先导阀与液控主阀，液压先导阀为两
个两位三通电磁换向球阀，两个液压先导阀阀体均为横置的T形，其竖直部分设上下贯通的
内螺孔，内螺孔下端设有与其螺纹连接并将下开口封堵的下盖板，该下盖板上面的内螺孔中
由下至上依次设有下、中、上三段阀芯，其中下段阀芯中心通孔下部设压缩弹簧，该压缩弹
簧外面设有下开口弹簧压罩，该弹簧压罩上端设有竖直的导杆，该导杆与下钢球相邻，该下
钢球与穿过中段阀芯中心通孔的钢球连杆下端相连，钢球连杆的上端与设在上段阀芯中心通
孔的上钢球相连，该上段阀芯上端面设有辅助弹簧，该辅助弹簧上端卡在内外多径筒形导磁
套内的推杆上，导磁套下部置于上段阀芯与先导阀阀体之间，并与先导阀体螺纹连接，导磁
套设环形凸块，凸块上部的导磁套置于上下叠摞的两个相同的带有密封金属罩的电磁线圈中
心通孔内。所述上段阀芯中心通孔内上钢球上面与推杆下端相邻，推杆上端与导磁套内的下
电磁铁相连，该下电磁铁通过电磁铁连杆与位于导磁套内的上电磁铁相连，上述导磁套、电
磁铁、电磁铁连杆及电磁线圈组成电磁控制模块，上述下盖板、中段阀芯、上段阀芯及导磁
套与先导阀阀体之间均设有密封圈，先导阀阀体内有三条油路，一条是设在上段阀芯的环形
凹槽，其连通主阀体上的先导油L1口；一条是设在中段阀芯的环形凹槽，其连通先导阀的先
导工作油口A1，通向主阀的左腔；一条是设在下段阀芯的环形凹槽，其连通主阀体的先导阀
的泄油口T1，三条油路的通断由电磁控制模块控制，两先导阀阀体的竖直部分中部均设与其
垂直并与内腔连通的外凸短管，该外凸短管与液控主阀通腔之间设有密封件，两先导阀阀体
与主阀之间法兰连接，左先导阀外凸短管内设圆柱形活塞杆，在活塞杆外表面设密封圈。活
塞杆朝向主阀阀座一侧设有中心螺孔，其与圆槽形反馈活塞的底部相邻并由穿过反馈活塞底
部通孔的螺钉将两者连接，反馈活塞的外周壁与主阀座腔相接触并设有密封圈，反馈活塞的
左侧反馈腔通过主阀座的反馈口与下盖板上的工作油口A相连通，在反馈活塞的槽孔内置有
阀罩的一个导柱，右先导阀外凸短管内设与其对应复位活塞的外导柱，复位活塞位于主阀座
内的部分为外周边与阀座腔对应的圆槽，该圆槽内设有主阀复位弹簧，该主阀复位弹簧的另
一端位于与阀座腔对应的另一个复位活塞杆内，该另一个复位活塞杆槽底外中部也设有与其
连为一体的同轴线导柱，其中心设有通孔且导柱的端顶设导槽，该导槽内置有阀罩的另一个
导柱，阀罩有一轴线呈竖直的圆管形基体，其外周面中部设有两个同轴的导柱，该两导柱的
轴线过基体轴线并与其垂直，在阀罩基体中心通孔内设有上下两个有中心通孔的圆柱形主阀
芯，主阀芯与主阀体之间装有一个摩擦片，阀芯与摩擦片和下压板之间的密封采用金属密封
形式，两主阀芯之间设有弹簧，两个主阀芯与阀罩之间均设有密封圈，主阀座上开有将T腔
与回油口T连通的通道，在阀罩与主阀芯下面设有下压板，该下压板位于主阀座下面轴线与
其轴线垂直的通孔内，下压板上设有压力油口P和工作油口A，这两通孔下端分别与下面的
下盖板上的压力油通孔和工作腔通孔上端对应，该下盖板与阀座法兰连接。
2.根据权利要求1所述的水下电液换向阀，其特征在于：先导阀阀体上、下电磁铁为一备一
用。
3.根据权利要求1所述的水下电液换向阀，其特征在于：主阀芯与摩擦片和下压板或是金属
材料与工程陶瓷，或是两种硬度不同的工程陶瓷。

一种水下电液换向阀

技术领域

本发明涉及一种液压系统中控制液流方向的一种元件，特别是用于水下生产控制系统的
换向阀。

背景技术

近年来在国家政策的大力支持下，我国海洋油气钻井装备进入快速发展时期。水下生产
控制系统是油气勘探设备的重要组成部分，目前，复合电液控制技术是水下生产控制系统中
优势明显并得到广泛应用的技术。深海电液换向阀是复合电液控制型水下生产控制系统中的
核心元件，但是目前国内尚无这方面的成熟产品问世，因此，深海电液换向阀的国产化研制
已经成为我国发展水下生产控制系统进程中必须尽快解决的课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种能在高温、高压、强腐蚀性等恶劣环境下安全稳定的工作并满
足复合电液控制要求的水下电液换向阀。

本发明主要包括：液压先导阀与液控主阀，其中，液压先导阀为两个两位三通电磁换向
球阀，其主要包括先导阀阀体、下盖板、压缩弹簧、弹簧压罩、阀芯、钢球、钢球连杆、辅
助弹簧和电磁控制模块等，该电磁控制模块又包括导磁套、电磁线圈、推杆、电磁铁、电磁
铁连杆。两个液压先导阀阀体均为横置的T形，其竖直部分设上下贯通的内螺孔，内螺孔下
端设有与其螺纹连接并将下开口封堵的下盖板，该下盖板上面的内螺孔中由下至上依次设有
下、中、上三段阀芯，其中下段阀芯中心通孔下部设压缩弹簧，该压缩弹簧外面设有下开口
弹簧压罩，该弹簧压罩上端设有竖直的导杆，该导杆与下钢球相邻，该下钢球与穿过中段阀
芯中心通孔的钢球连杆下端相连，钢球连杆的上端与设在上段阀芯中心通孔的上钢球相连。
该上段阀芯上端面设有辅助弹簧，用于电磁铁失电归位时提供辅助力。该辅助弹簧上端卡在
内外多径筒形导磁套内的推杆上，该导磁套下部置于上段阀芯与先导阀阀体之间，并与先导
阀体螺纹连接。该导磁套设环形凸块，凸块上部的导磁套置于上下叠摞的两个相同的带有密
封金属罩的电磁线圈中心通孔内。所述上段阀芯中心通孔内上钢球上面与推杆下端相邻，推
杆上端与导磁套内的下电磁铁相连，该下电磁铁通过电磁铁连杆与位于导磁套内的上电磁铁
相连，上述导磁套、电磁铁、电磁铁连杆及电磁线圈组成电磁控制模块。最好，上下电磁铁
采用一备一用，防止因电磁铁的失效影响阀的正常使用。上述下盖板、中段阀芯、上段阀芯
及导磁套与先导阀阀体之间均设有密封圈。先导阀阀体内有三条油路，一条是设在上段阀芯
的环形凹槽，其连通主阀体上的先导油L1口；一条是设在中段阀芯的环形凹槽，其连通先导
阀的先导工作油口A1，通向主阀的左腔；一条是设在下段阀芯的环形凹槽，其连通主阀体的
先导阀的泄油口T1，三条油路的通断由电磁控制模块控制。电磁铁得电时，先导供给油口与
先导功能油口连通；电磁铁失电时，先导功能油口与排泄油口连通。两先导阀阀体的竖直部
分中部均设与其垂直并与内腔连通的外凸短管，该外凸短管与液控主阀通腔之间设有密封件，
两先导阀阀体与主阀之间法兰连接。液控主阀为滑阀，主要包括：主阀座、主阀芯、摩擦片、
阀罩、主阀复位弹簧、下压板及下盖板等。左先导阀外凸短管内设圆柱形活塞杆，在活塞杆
外表面设密封圈。活塞杆朝向主阀阀座一侧设有中心螺孔，其与圆槽形反馈活塞的底部相邻
并由穿过反馈活塞底部通孔的螺钉将两者连接，反馈活塞的外周壁与主阀座腔相接触并设有
密封圈，反馈活塞的左侧反馈腔通过主阀座的反馈口与下盖板上的工作油口A相连通。在反
馈活塞的槽孔内置有阀罩的一个导柱。右先导阀外凸短管内设与其对应复位活塞的外导柱，
复位活塞位于主阀座内的部分为外周边与阀座腔对应的圆槽，该圆槽内设有主阀复位弹簧，
该主阀复位弹簧的另一端位于与阀座腔对应的另一个复位活塞杆内，该主阀复位弹簧的作用
是使主阀芯始终向左端初始位置移动。该另一个复位活塞杆槽底外中部也设有与其连为一体
的同轴线导柱，其中心设有通孔且导柱的端顶设导槽。该导槽内置有阀罩的另一个导柱。阀
罩有一轴线呈竖直的圆管形基体，其外周面中部设有两个同轴的导柱，该两导柱的轴线过基
体轴线并与其垂直。在阀罩基体中心通孔内设有上下两个有中心通孔的圆柱形主阀芯，主阀
芯与主阀体之间装有一个摩擦片，阀芯、与摩擦片和下压板之间的密封采用金属密封形式，
主阀芯与摩擦片和下压板即可以是金属材料与工程陶瓷，或者是两种硬度不同的工程陶瓷；
两主阀芯之间设有弹簧用来保证克服阀芯重力使阀芯与摩擦片和下压板之间形成密封腔，使
得压力口供油时，压力油在主阀芯密封腔内形成压力而不是与T腔相连通泄压，当阀芯沿着
阀体的轴向通道来回运动时，由于阀芯两端的面积差，压力油会推着主阀芯与摩擦片和下压
板压紧，保证主阀进油口与主阀排泄口不会连通。两个主阀芯与阀罩之间均设有密封圈。主
阀座上开有通道，使得T腔与回油口T连通。在阀罩与主阀芯下面设有下压板，该下压板位
于主阀座下面轴线与其轴线垂直的通孔内。下压板上设有压力油口P和工作油口A，这两通
孔下端分别与下面的下盖板上的压力油通孔和工作腔通孔上端对应，该下盖板与阀座法兰连
接。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、本发明满足了深海工作情况下，两位三通电液换向阀能够克服高温、高压、腐蚀性强
等恶劣条件，同时解决了传统换向阀泄漏量大、换向冲击大等问题。

2、该阀核心部分为滑阀，采用了金属密封方式，耐磨性好、工作可靠、寿命长；该阀大
部分材料都由耐海水不锈钢制成，耐腐蚀性好。

3、该阀体积小，换向快速、工作可靠、寿命长、泄漏小，适合水下生产控制系统。

附图说明

图1是本发明主视剖面示意简图。

图2为图1中液控主阀阀座放大示意简图。

图3为本发明电液换向阀结构原理示意简图。

具体实施方式

在图1和图2所示的水下电液换向阀的剖面示意简图中，液压先导阀为两个两位三通电
磁换向球阀，其主要包括先导阀阀体1、下盖板2、压缩弹簧3、弹簧压罩4、阀芯5、6、7、
钢球8、钢球连杆9、辅助弹簧10和电磁控制模块等，该电磁控制模块又包括导磁套11、电
磁线圈12、推杆13、电磁铁14、16、电磁铁连杆15。两个液压先导阀阀体均为横置的T形，
其竖直部分设上下贯通的内螺孔，内螺孔下端设有与其螺纹连接并将下开口封堵的下盖板，
该下盖板上面的内螺孔中由下至上依次设有下、中、上三段阀芯，其中下段阀芯7中心通孔
下部设压缩弹簧3，该压缩弹簧外面设有下开口弹簧压罩4，该弹簧压罩上端设有竖直的导杆，
该导杆与下钢球相邻，该下钢球与穿过中段阀芯中心通孔的钢球连杆9下端相连，钢球连杆
9的上端与设在上段阀芯中心通孔的上钢球相连。该上段阀芯5上端面设有辅助弹簧10，该
辅助弹簧上端卡在内外多径筒形导磁套内的推杆13上，该导磁套11下部置于上段阀芯5与
先导阀阀体1之间，并与先导阀体螺纹连接。该导磁套设环形凸块，凸块上部的导磁套置于
上下叠摞的两个相同的带有密封金属罩的电磁线圈12中心通孔内。所述上段阀芯中心通孔内
上钢球上面与推杆下端相邻，推杆上端与导磁套内的下电磁铁相连，该下电磁铁通过电磁铁
连杆15与位于导磁套内的上电磁铁相连，上述导磁套11、电磁铁14、16、电磁铁连杆15及
电磁线圈12组成电磁控制模块。上述下盖板2、中段阀芯6、上段阀芯5及导磁套11与先导
阀阀体1之间均设有密封圈。先导阀阀体内有三条油路，一条是设在上段阀芯的环形凹槽，
其连通主阀体上的先导油L1口；一条是设在中段阀芯的环形凹槽，其连通先导阀的先导工作
油口A1，通向主阀的左腔；一条是设在下段阀芯的环形凹槽，其连通主阀体的先导阀的泄油
口T1，三条油路的通断由电磁控制模块控制。两先导阀阀体的竖直部分中部均设与其垂直并
与内腔连通的外凸短管，该外凸短管与液控主阀通腔之间设有密封件，两先导阀阀体与主阀
之间法兰连接。液控主阀为滑阀，主要包括：主阀座17、主阀芯18、19、摩擦片20、阀罩
21、主阀复位弹簧23、下压板24及下盖板25等。左先导阀外凸短管内设圆柱形活塞杆26，
在活塞杆26外表面设密封圈。活塞杆26朝向主阀阀座一侧设有中心螺孔，其与圆槽形反馈
活塞27的底部相邻并由穿过反馈活塞27底部通孔的螺钉将两者连接，反馈活塞27的外周壁
与主阀座腔相接触并设有密封圈，反馈活塞27的左侧反馈腔通过主阀座的反馈口与下盖板上
的工作油口A相连通。在反馈活塞27的槽孔内置有阀罩的一个导柱。右先导阀外凸短管内
设与其对应复位活塞28的外导柱，复位活塞28位于主阀座内的部分为外周边与阀座腔对应
的圆槽，该圆槽内设有主阀复位弹簧，该主阀复位弹簧23的另一端位于与阀座腔对应的另一
个复位活塞杆29内，该主阀复位弹簧的作用是使主阀芯始终向左端初始位置移动。该另一个
复位活塞杆29槽底外中部也设有与其连为一体的同轴线导柱，其中心设有通孔且导柱的端顶
设导槽。该导槽内置有阀罩的另一个导柱。阀罩21有一轴线呈竖直的圆管形基体，其外周面
中部设有两个同轴的导柱，该两导柱的轴线过基体轴线并与其垂直。在阀罩基体中心通孔内
设有上下两个有中心通孔的圆柱形主阀芯，主阀芯18与主阀体17之间装有一个摩擦片20，
阀芯18、19与摩擦片20和下压板24之间的密封采用金属密封形式，主阀芯与摩擦片和下压
板是金属材料与工程陶瓷，两主阀芯之间设有弹簧22，两个主阀芯与阀罩之间均设有密封圈。
主阀座上开有通道，使得T腔与回油口T连通。在阀罩与主阀芯下面设有下压板，该下压板
位于主阀座17下面轴线与其轴线垂直的通孔内。下压板上设有压力油口P和工作油口A，这
两通孔下端分别与下面的下盖板上的压力油通孔和工作腔通孔上端对应，该下盖板与阀座法
兰连接。

在图3所示的水下电液换向阀的结构原理图中，包含液压先导阀30、主阀31两部分，
将水下电液换向阀安装在水下油气田生产控制系统的阀块上并将其先导油口L、压力油口P、
工作油口A以及回油口T与油路集成块接通，再将电磁控制模块安装在液压先导阀阀体上。
参阅图1，当左侧电磁控制模块断电时，电磁铁在压缩弹簧3和辅助弹簧10的共同作用下处
于初始位置，即先导阀的先导压力油口L1被断开，先导阀的先导工作油口A1与泄油口T1连
通，主阀在复位弹簧的作用下压力油口P封闭，工作油口A与T腔相连通；当左侧先导阀1
的电磁控制模块得电时，先导油口中的液压油通过先导阀的先导工作油口A1进入活塞杆26
的左腔，液压力克服主阀复位弹簧23的预压紧力、摩擦副的摩擦阻力等，推动主阀芯18、
19右移，移动过程中阀芯紧贴摩擦片20和下压板24，压力油口P与工作油口A接通，高压
油通过下盖板25与主阀座17上的反馈口进入活塞27的左腔，以保持主阀芯的位置，然后左
侧先导电磁铁断电，A1口泄压。如果需要复位，则此时右侧先导阀的电磁控制模块得电，先
导压力油口L2与先导工作口A2连通，先导压力油进入复位活塞28的右腔，推动复位活塞28、
复位弹簧23及复位活塞杆29克服反馈活塞27处的反馈压力使主阀芯回到初始位置，主阀压
力油口P被封闭，工作油口A与回油口T连通，阀卸荷。此时，右侧先导电磁铁断电，A2
口泄压。