阅读说明：本技术 一种压裂平板阀液压和人力快速转换的驱动机构 (Driving mechanism for hydraulic and manual rapid conversion of fracturing flat valve ) 是由 张学青 杨培建 张含明 于 2019-10-12 设计创作，主要内容包括：一种压裂平板阀液压和人力快速转换的驱动机构,由液压驱动部件和人力驱动部件所组成；在液压驱动部件中,在液压缸筒的两端、支架缸盖和阀盖缸盖的一侧,用管接头、弯管和截止阀联接成一个旁通管路；在人力驱动部件中,在转动支架和手轮的上端,用两个相对咬合、又可相对转动的上滑套和下滑套,以及固定在上滑套下边的弹性插销和下滑套上边的插销孔相配合,控制在上滑套和下滑套中心孔内上下移动的滚珠螺母的轴向位置,以实现两种不同驱动方法的快速转换。使“液压和手轮双驱动的压裂平板阀”满足了用户的现场作业要求,避免了用两种不同驱动方法压裂平板阀双阀配置使用的损失和浪费,具有明显的经济效益和社会效益。(A driving mechanism for rapidly converting hydraulic pressure and manpower of a fracturing flat valve comprises a hydraulic driving part and a manpower driving part; in the hydraulic driving part, two ends of a hydraulic cylinder barrel, one side of a bracket cylinder cover and one side of a valve cover cylinder cover are connected into a bypass pipeline by a pipe joint, a bent pipe and a stop valve; in the manual driving part, the upper ends of the rotating bracket and the hand wheel are provided with an upper sliding sleeve and a lower sliding sleeve which are relatively meshed and can relatively rotate, and an elastic bolt fixed below the upper sliding sleeve is matched with a bolt hole on the upper sliding sleeve, so that the axial positions of ball nuts moving up and down in central holes of the upper sliding sleeve and the lower sliding sleeve are controlled, and the quick switching of two different driving methods is realized. The fracturing flat valve driven by hydraulic pressure and hand wheel can meet the requirement of users on-site operation, avoid the loss and waste caused by using two different driving methods to fracture the double-valve configuration of the flat valve, and has obvious economic and social benefits.)

一种压裂平板阀液压和人力快速转换的驱动机构

技术领域

本发明涉及石油、天然气钻采设备，压裂平板阀驱动机构的研制开发。

背景技术

在国内外石油、天然气钻采设备中，所用的压裂平板阀绝大多数都是单一的驱动方法；即：液压驱动或人力手轮驱动。由于压裂作业时，超高的工作压力和含砂的压裂液对所用设备有着极大的损伤，一旦发生设备泄漏，其压裂液的射流还威胁着设备周围的人身安全；所以，现有的压裂设备多采用以液压远程控制为主，近距离人力控制为辅的控制方法。但液压远程驱动，需要复杂的辅助系统和相关的前置条件；如果辅助系统出问题，或前置条件缺失，就会使整个压裂平板阀以及压裂成套设备无法运行；所以，人力驱动的阀门也就不可或缺。现有的压裂成套设备，绝大多数是将两种不同驱动方法的压裂阀“双阀配置”使用：即在液压驱动阀的一侧串联一只人力驱动阀，作为安全备份一起使用和磨损；这不仅加大了压裂设备的体积、重量和用户的经济负担，而且还浪费了大量宝贵的自然资源。为此，为数极少的液压和人力双驱动压裂平板阀就应运而生；但首次推出的双驱动阀，其驱动机构设计还不十分完善，主要是两种不同驱动方法在相互转换时，过程烦琐、费时费力，难以适应争分夺秒的现场作业要求；而其它类型阀门的双驱动方法，都不是针对压裂平板阀进行专门设计，所用的开合螺母和槽轮配合的结构，在阀门开关阻力、零部件强度上都无法满足压裂作业时超高压力和大扭矩等特殊工作要求。

本发明针对现有双驱动阀存在的问题，在自有的“手轮和液压驱动平板阀”的基础上，进一步优化其驱动机构，实现在同一阀门中液压与人力驱动方法的快速转换，从而满足用户的现场作业要求。

本发明由液压驱动部件和人力驱动部件所组成，其创新之处是：在液压驱动部件中，在液压缸筒的两端、支架缸盖和阀盖缸盖的一侧，用管接头、弯管和截止阀联接成一个旁通管路；在人力驱动部件中，在转动支架和手轮的上端，用两个相对咬合、又可相对转动的上滑套和下滑套，以及固定在上滑套下边的弹性插销和下滑套上边的插销孔相配合，控制在上滑套和下滑套中心孔内上下移动的滚珠螺母的轴向位置，以实现两种不同驱动方法的快速转换。

由于本发明在液压缸筒两端、支架缸盖和阀盖缸盖的一侧，用管接头、弯管和截止阀联接成一个旁通管路；在从液压向人力驱动转换时，只需打开截止阀，用人力驱动阀门并带动活塞运动时，可自动实现缸筒中的液压油上下转换；无需像以前那样要拆除油缸上下两端的油管接头，排出液压缸中的液压油，防止其阻碍人力驱动的烦琐过程。而且，还避免了液压油排放造成的环境污染或处理的麻烦。在进行液压驱动时，只需要关闭截止阀，即可恢复液压缸的正常工作性能。

鉴于普通牙形的阀杆螺母摩擦阻力大，无法用其人力驱动超高压的压裂平板阀，本发明选用滚珠丝杠副作为人力驱动机构的基础部件。针对滚珠螺母不可分割的特点，本发明在转动支架和手轮的上端，用两个相对咬合、又可相对转动的上滑套和下滑套，以及固定在上滑套下边的弹性插销和下滑套上边的插销孔相配合，控制在上滑套和下滑套中心孔中上下移动的滚珠螺母的轴向位置，配合旁通管路同步进行人力和液压两种驱动方法的转换。液压驱动阀门时，将弹性插销插在“液动”标志对应的孔中，让滚珠丝杠副随着活塞的作用在上、下滑套中自由滑动；用人力驱动阀门时，只需迅速转动手轮，让滚珠螺母下移至下滑套；然后一手拉出弹性插销，另一只手稍微转动一下上滑套，将弹性插销插在“手动”标志对应的孔中，轴向锁定滚珠螺母，便可人力驱动阀门的开关。从而避免了以前先要逐一松动上、下滑套联接法兰上的多根螺栓，拔出固定的定位销；然后旋转上滑套寻找另一个定位孔，***固定的定位销，再逐一拧紧联接法兰上的多根螺栓等费时费力的操作过程，数倍减少了两种不同驱动方法的转换时间。

附图说明

图1为本发明重叠配置在平板阀主体上方的实施例总体结构全剖视示意图；

图2为本发明分开配置在平板阀主体下方和上方的实施例总体结构全剖视示意图；

图3为图1、图2人力驱动部件中，A-A截面和弹性插销处局部剖视的放大示意图；

图4为图1、图2人力驱动部件中，B向弹性插销和标志的展开放大示意图；

图5为图1、图2液压驱动部件中，旁通管路局部及截止阀剖视放大示意图。

图中标号所示的零部件名称如下：

1、轴承壳，2、推力轴承，3、油杯，4、转动支架，5、手轮，6、并帽，7、下滑套，8、滚珠丝杠，9、滚珠螺母，10、上滑套，11、挡圈，12、螺钉，13、圆盖板，14、弹性插销，15、卡圈，16、螺栓、17、密封圈，18、止动螺钉，19、紧定螺钉，20、支架缸盖，21、小密封圈，22、圆柱销，23、大密封圈，24、活塞，25、液压缸筒，26、活塞杆，27、密封组件，28、阀盖缸盖，29、注脂阀，30、密封垫环，31、螺栓螺母，32、油管接头，33、弯管，34、截止阀，35、长螺杆螺母，36、平衡杆，37、指示板，38、护罩。

具体实施方法

下面结合附图对本发明的具体实施方法作进一步说明。

图1、图2中：本发明由液压驱动部件和人力驱动部件所组成，与压裂平板阀的主体相结合，驱动阀门的开关。本发明与平板阀主体有两种结合方法：图1为液压驱动部件和人力驱动部件，重叠配置在平板阀主体上方的实施例；图2为液压驱动部件和人力驱动部件，分开配置在平板阀主体的下方和上方实施例；两个实施例的配置结构和个别零件有所不同，但其主要零部件和工作原理完全相同。

本发明的人力驱动部件，由轴承壳1、推力轴承2、油杯3、转动支架4、手轮5、并帽6、下滑套7、滚珠丝杠8、滚珠螺母9、上滑套10、挡圈11、螺钉12、圆盖板13、弹性插销14、卡圈15、螺栓16、密封圈17、止动螺钉18和紧定螺钉19所组成。转动支架4的中下部携带着推力轴承2和密封圈17，安装在轴承壳1的台阶孔内；转动支架4上部的棱柱体和螺柱端伸出轴承壳1外，与手轮5中心的棱形孔和并帽6固定成一体。在轴承壳1中部的圆周上钻有两个螺纹孔，螺纹孔中分别装有一个油杯3和一个止动螺钉18；油杯3用来向推力轴承2加注润滑油，止动螺钉18与转动支架4的下凸缘配合，在液压驱动时用来锁定手轮5防止误动。手轮5轮毂的上面，用均布的螺栓16与下滑套7的下法兰固定联接；上滑套10用下端的卡套，套在下滑套7上端的凸缘处，两者径向精密配合，且可相对转动；在上滑套10卡套的下面，用均布的螺栓16固定着分成两半的内卡圈15，以阻止上滑套10轴向脱落。滚珠丝杠8和滚珠螺母9，用挡圈11和螺钉12联接成一体，安装在轴承壳1、转动支架4、下滑套7和上滑套10的中心孔内，顶部用圆盖板13封盖。

图3、图4中：本发明的人力驱动部件：在下滑套7和上滑套10的中心，用形状和尺寸相同的棱形孔或花键孔，与滚珠螺母9外圆的棱柱体或花键柱滑动配合，以便用手轮5驱动。在上滑套10下端卡套的圆周上钻有一个螺纹孔，螺纹孔中联接和固定着弹性插销14；在下滑套7上端凸缘的圆周上钻有两至三个与弹性插销14相对的插销孔，其中的一个插销孔与弹性插销14结合后，保证下滑套7和上滑套10的棱形孔或花键孔对正畅通；其它插销孔与弹性插销14结合后，致使下滑套7和上滑套10的棱形孔或花键孔产生错位，以切断滚珠螺母9的上升通道。在下滑套7插销孔的下方，均有对应的箭头标志和“液动”、“手动”文字，箭头标志和“液动”、“手动”文字与弹性插销14对正时，显示其阀门的驱动方法。弹性插销14，由套管、长销轴、压缩弹簧、螺帽和拉环五种零件组合而成；套管的两端加工有外螺纹，一端与上滑套10下端卡套上的螺纹孔联接，另一端与螺帽联接；长销轴的细端钻有一个径向小孔，套上压缩弹簧，贯穿于套管和螺帽的中心孔后，再用拉环扣住径向小孔，形成一个整体的小部件。两端支撑的长销轴能保证弹性插销14的刚性和定位精度，较长的压缩弹簧能保证其伸缩余量和工作弹性，用螺帽和拉环轴向控制长销轴和压缩弹簧，更便于现场操作和维修。

本发明的液压驱动部件，由支架缸盖20、小密封圈21、圆柱销22、大密封圈23、活塞24、液压缸筒25、活塞杆26、密封组件27、阀盖缸盖28、注脂阀29、密封垫环30、螺栓螺母31、油管接头32、弯管33、截止阀34和长螺杆螺母35所组成，分开配置时，还包括从平板阀主体中移出的平衡杆36、指示板37和护罩38。其中：支架缸盖20，是具有液压缸端盖和支撑其它零部件双重功能的零件；阀盖缸盖28，是具有平板阀阀盖和液压缸端盖双重功能的双层法兰零件。活塞杆26较细的一端，穿过密封组件27和阀盖缸盖28的中心孔，插在带有小密封圈21、大密封圈23的活塞24的中心孔内；滚珠丝杠8或平衡杆36穿过支架缸盖20和小密封圈21的中心孔，较粗的一端用螺纹和圆柱销22，与活塞24和活塞杆26固定联接。液压缸筒25套在大密封圈23和活塞24的***，用支架缸盖20、阀盖缸盖28和大密封圈23封闭其两端，再用均布的长螺杆螺母35固定成一体。通过支架缸盖20和阀盖缸盖28上一侧的油管接头32，轮换注入液压油，就能驱动活塞24和活塞杆26往复运动。本发明的液压驱动部件，在支架缸盖20和阀盖缸盖28的法兰上，均相对应的多加工一个口带螺纹的变径通孔，用管接头32、弯管33和截止阀34联接成一个旁通管路；在其旁通管路中：所用的管接头32，均为国家标准GB/T22513-2013中图35所示的“III类联结”形式的管接头；所用的弯管33，两端均带有联接螺纹，且用316不锈钢管弯曲而成；所用的截止阀34，为针型截止阀，且带有泄压螺钉；以适应超高压、耐腐蚀的工况和应急处理的要求。

本发明在重叠配置驱动压裂平板阀时，其人力驱动部件中的轴承壳1与液压驱动部件中支架缸盖20相联接，滚珠丝杠8与活塞24和活塞杆26相联接；液压驱动部件中的阀盖缸盖28用密封垫环30和螺栓螺母31与平板阀主体相联接，活塞杆26有锥面凸台和“T”形接头的一端与平板阀主体中的闸板相衔接，驱动阀门的开关。本发明在分开配置驱动压裂平板阀时，其人力驱动部件中的轴承壳1与平板阀主体中的阀盖相联接，滚珠丝杠8的伸出端加工成锥面凸台和“T”形接头，与平板阀主体中的闸板一端相衔接；液压驱动部件中的阀盖缸盖28用密封垫环30和螺栓螺母31与平板阀主体相联接，活塞杆26有锥面凸台和“T”形接头的一端与平板阀主体中闸板的另一端相衔接，分别从闸板的两端驱动阀门开关。在分开配置驱动压裂平板阀时，原来安装在平板阀主体中的平衡杆36、指示板37和护罩38，均用螺纹、圆柱销22、螺钉12和紧定螺钉19，安装在支架缸盖20和活塞24向外的一端，以保证液压缸筒25内活塞24两端的液压油量平衡，并显示阀门的开关情况。阀盖缸盖28上安装的注脂阀29，用于向平板阀主体中注入密封脂。