一种高低压先导阀及管道高低压紧急切断装置
阅读说明：本技术 一种高低压先导阀及管道高低压紧急切断装置 (High-low pressure pilot valve and high-low pressure emergency cut-off device for pipeline ) 是由 不公告发明人 于 2021-08-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高低压先导阀及管道高低压紧急切断装置,高低压先导阀包括高低压控制箱体,高低压控制箱体通过先导壳体与管线相连接,高低压控制箱体与先导壳体之间设有高压活塞和低压活塞,高压活塞一端设有高压控制弹簧,低压活塞一端设有低压控制弹簧,低压活塞和高压活塞分别与牵引锁摆杆相接触。管道高低压紧急切断装置包括高低压先导阀和主阀,主阀两侧分别连接上游管线和下游管线,高低压先导阀与下游管线相连接,高低压先导阀中牵引锁摆杆通过牵引锁连接在锁止机构上,锁止机构连接在助力机构上,助力机构连接在主阀上。本发明可手动和远程切断、相应速度快、复位简单便捷、无需额外能源、无需气液转换装置、结构简单、安全可靠。(The invention discloses a high-low pressure pilot valve and a high-low pressure emergency cutting device for a pipeline. The high-low pressure emergency cutoff device for the pipeline comprises a high-low pressure pilot valve and a main valve, wherein upstream pipelines and downstream pipelines are connected to two sides of the main valve respectively, the high-low pressure pilot valve is connected with the downstream pipelines, a traction lock swing rod in the high-low pressure pilot valve is connected to a locking mechanism through a traction lock, the locking mechanism is connected to a power-assisted mechanism, and the power-assisted mechanism is connected to the main valve. The invention can be manually and remotely cut off, has high corresponding speed, simple and convenient reset, simple and reliable structure, no additional energy source and no gas-liquid conversion device.)
技术领域
本发明涉及天然气井口安全保障技术，特别是一种高低压先导阀及管道高低压紧急切断装置。
背景技术
井口紧急切断装置是天然气井口的一道安全保障，当井口介质压力超过设定的高限压力时，井口紧急切断装置自动关闭，防止下游设备因压力过载而被破坏；当井口介质压力低于设定的低限压力时，井口紧急切断装置自动关闭，防止系统设备被破坏。
目前市场上主要的紧急切断阀有机械自力式、电磁式、液压自力式三种结构，其中电磁式紧急切断阀因安装现场环境限制，现场只有12V左右的低电压源，造成电磁阀无法提供较大的推力，只能缩小阀门的流道，从而使得阀门的流阻特别大，冬季易结冰，阀门无法动作；液压自力式紧急切断阀安装体积较大，大部分液压自力式紧急切断阀都需要将较大的管道气压转换成较小的油路液压，结构复杂安装维护不便，且反应较慢，存在液压油因泄露而出现缺压的情况。
CN201710929204.7公开了一种天然气井口紧急切断装置，包括助力机构、触发机构和阀门，触发机构包括爆破针型控制机构和锁止机构，爆破针型控制机构包括超压控制和亏压控制两种触发状态，任意一种触发状态均能使锁止机构移动，锁止机构带动助力机构控制阀门通断。上述技术方案的爆破针型控制机构在触发后不能及时复位，较难实现远程控制。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种可手动和远程切断、相应速度快、复位简单便捷、无需额外能源、无需气液转换装置、结构简单、安全可靠的高低压先导阀及管道高低压紧急切断装置。
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种高低压先导阀，包括高压控制箱体、低压控制箱体和先导壳体，所述先导壳体包括高压先导壳体和低压先导壳体，所述高压控制箱体通过高压先导壳体连接在管线上，所述低压控制箱体通过低压先导壳体连接在管线上，所述高压控制箱体与高压先导壳体之间设置有高压活塞，所述高压活塞的一端设有高压蓄力单元，所述低压控制箱体与低压先导壳体之间设置有低压活塞，所述低压活塞的一端设有低压蓄力单元，所述低压活塞和高压活塞分别与牵引锁摆杆相接触。
进一步的，所述高压蓄力单元为高压控制弹簧或者高压细长杆，所述高压控制弹簧通过调节螺母固定在高压控制箱体上，所述高压细长杆通过高压细长杆夹持器与高压控制箱体相固定。
进一步的，所述低压先导壳体下方设有低压细长杆杆笼，所述低压活塞穿过低压先导壳体延伸至低压细长杆杆笼内，所述低压活塞的另一端紧固有低压细长杆，所述低压细长杆通过低压细长杆夹持器与低压细长杆杆笼相固定。
进一步的，所述低压蓄力单元为低压控制弹簧，所述低压控制弹簧通过调节螺母固定在低压控制箱体上。
一种高低压先导阀，包括高低压控制箱体，所述高低压控制箱体通过先导壳体与管线相连接，所述高低压控制箱体与先导壳体之间设有高压活塞和低压活塞，所述高压活塞一端设有高压控制弹簧，所述低压活塞一端设有低压控制弹簧，所述低压活塞和高压活塞分别与牵引锁摆杆相接触。
进一步的，所述高压活塞嵌套在低压活塞外侧、所述高压控制弹簧嵌套在低压控制弹簧外侧；或者低压活塞嵌套在高压活塞外侧、所述低压控制弹簧嵌套在高压控制弹簧外侧。
进一步的，所述先导壳体与管线之间设有切断阀。
一种管道高低压紧急切断装置，包括如权利要求1-7任意一项所述的高低压先导阀和主阀，所述主阀两侧分别连接上游管线和下游管线，所述高低压先导阀与下游管线相连接，所述高低压先导阀中牵引锁摆杆通过牵引锁连接在锁止机构上，所述锁止机构连接在助力机构上，所述助力机构连接在主阀上。
进一步的，所述锁止机构包括锁止机构箱体、两个锁止摆臂和一个锁止元件，所述两个锁止摆臂的一端均与助力机构的弹簧拉杆相锁止，所述两个锁止摆臂的另一端通过锁止摆臂轴承与锁止元件相接触，所述锁止元件与牵引锁相连接。
进一步的，所述锁止机构包括锁止机构箱体和锁止元件，所述锁止元件的一端轴向固定在锁止机构箱体内、另一端设有锁止元件轴承，所述锁止元件轴承与滑块导槽的一端相接触，所述滑块导槽的另一端轴向固定在锁止机构箱体内，所述滑块导槽内设滑块，所述滑块安装在助力机构的弹簧拉杆末端，所述锁止元件与牵引锁相连接。
进一步的，所述助力机构为角行程助力机构，所述角行程助力机构包括助力机构箱体，所述助力机构箱体内设有弹簧拉杆，所述弹簧拉杆上套有助力弹簧，所述弹簧拉杆上安装有拔叉滚轴，所述拔叉滚轴上设有拔叉，所述拔叉连接在主阀上，所述锁止摆臂用于维持弹簧的形变状态。
进一步的，所述助力机构包括助力机构箱体，所述助力机构箱体内设有弹簧拉杆，所述弹簧拉杆上套有助力弹簧，所述弹簧拉杆上安装有齿条，所述齿条与齿轮相配合，所述齿轮连接在主阀上，所述锁止摆臂用于维持弹簧的形变状态。
进一步的，所述助力机构为直线行程助力机构，包括助力机构箱体，所述助力机构箱体内设有弹簧拉杆，所述弹簧拉杆上套有助力弹簧，所述弹簧压缩在助力机构箱体与弹簧拉杆之间，所述弹簧拉杆与主阀相连接。
进一步的，所述助力机构上设有复位机构，所述复位机构包括手轮和丝杆，所述丝杆与弹簧拉杆相连接。
进一步的，所述助力机构上设有复位机构，所述复位机构包括储油箱、手动泵、液压管线，所述液压管线上安装有手动泵，所述液压管线的一端位于储油箱内，所述液压管线的第一段与液压缸相连接，所述助力机构箱体与弹簧拉杆顶端构成液压缸。
相比于现有技术，本发明的优点在于：本发明全通径直流结构设计、可紧急情况下手动切断，也可实现远程切断、响应速度快，关断时间≤2s、复位简单便捷，2分钟内复位、无需电力、气源等公共能源、纯机械设计，结构简单，安全可靠、没有液压或氮气控制系统，不会存在液压油或氮气因泄露而出现缺压的的情况、介质气不会排出到大气中，不会对环境及安全产生影响、介质气不会进入到控制腔室内，不会因介质气含杂质对产品性能及功能造成影响。
附图说明
图1为本发明实施例1结构示意图。
图2为本发明实施例2结构示意图。
图3为本发明实施例3结构示意图。
图4为本发明实施例4结构示意图。
图5为本发明实施例5正常工况示意图。
图6为本发明实施例5欠压切断工况示意图。
图7为本发明实施例5超压切断工况示意图。
图8为本发明实施例5锁止机构结构示意图。
图9为本发明实施例5助力机构结构示意图。
图10为本发明实施例5复位机构结构示意图。
图11为本发明实施例6助力机构结构示意图。
图12为本发明实施例7锁止机构结构示意图。
图13为本发明实施例7正常工况示意图。
图14为本发明实施例7欠压或超压切断工况示意图。
图15为本发明实施例8复位机构结构示意图。
图中：1、主阀 2、高低压先导阀 3、锁止机构 4、助力机构 5、复位机构 6、上游管线 7、下游管线 201、切断阀 202、先导壳体 203、高压活塞 204、低压活塞 205、高低压控制箱体 206、高压控制弹簧 207、低压控制弹簧 208、牵引锁摆杆 209、高压先导壳体 210、高压控制箱体 211、低压先导壳体 212、低压控制箱体 213、高压细长杆 214、高压细长杆夹持器 215、低压细长杆杆笼 216、低压细长杆 217、低压细长杆夹持器 301、牵引锁 302、锁止机构箱体 303、锁止元件 304、锁止摆臂轴承 305、锁止摆臂 306、锁止元件轴承 307、滑块 308、滑块导槽 401、助力机构箱体 402、助力弹簧 403、弹簧拉杆404、拨叉 405、拨叉滚轴 406、齿轮 407、齿条501、手轮 502、丝杆 503、储油箱 504、手动泵 505、液压管线506、液压缸。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。
实施例1
如图1所示，一种高低压先导阀，包括高压控制箱体、低压控制箱体和先导壳体，所述先导壳体包括高压先导壳体和低压先导壳体，所述高压控制箱体通过高压先导壳体连接在管线上，所述低压控制箱体通过低压先导壳体连接在管线上，所述高压控制箱体与高压先导壳体之间设置有高压活塞，所述高压活塞的一端设有高压蓄力单元，所述低压控制箱体与低压先导壳体之间设置有低压活塞，所述低压活塞的一端设有低压蓄力单元，所述低压活塞和高压活塞分别与牵引锁摆杆相接触。
所述高压蓄力单元为高压控制弹簧，所述高压控制弹簧通过调节螺母固定在高压控制箱体上。
所述低压蓄力单元为低压控制弹簧，所述低压控制弹簧通过调节螺母固定在低压控制箱体上。
所述先导壳体与管线之间设有切断阀。
正常工况下，介质压力对低压活塞向上的推力大于等于低压控制弹簧的弹簧力，介质压力对高压活塞向上的推力小于等于高压控制弹簧的弹簧力，此时系统维持稳定。当介质压力低于设定压力时，介质压力对低压活塞向上的推力小于低压控制弹簧的弹簧力，使得低压活塞在低压控制弹簧的推力下发生位移，当介质压力高于设定压力时，介质压力对高压活塞向上的推力大于高压控制弹簧的弹簧力，使得高压活塞发生位移。
通过选择不同型号的控制弹簧配合调节螺母的微调达到设定压力的精准控制。
实施例2
如图2所示，一种高低压先导阀，包括高压控制箱体、低压控制箱体和先导壳体，所述先导壳体包括高压先导壳体和低压先导壳体，所述高压控制箱体通过高压先导壳体连接在管线上，所述低压控制箱体通过低压先导壳体连接在管线上，所述高压控制箱体与高压先导壳体之间设置有高压活塞，所述高压活塞的一端设有高压蓄力单元，所述低压控制箱体与低压先导壳体之间设置有低压活塞，所述低压活塞的一端设有低压蓄力单元，所述低压活塞和高压活塞分别与牵引锁摆杆相接触。
所述高压蓄力单元为高压细长杆，所述高压细长杆通过高压细长杆夹持器与高压控制箱体相固定。
所述低压蓄力单元为低压控制弹簧，所述低压控制弹簧通过调节螺母固定在低压控制箱体上。
所述先导壳体与管线之间设有切断阀。
正常工况下，介质压力对低压活塞向上的推力大于等于低压控制弹簧的弹簧力，介质压力对高压活塞向上的推力小于等于高压细长杆的额定载荷，此时系统维持稳定。当介质压力低于设定压力时，介质压力对低压活塞向上的推力小于低压控制弹簧的弹簧力，使得低压活塞在低压控制弹簧的推力下发生位移，当介质压力高于设定压力时，介质压力对高压活塞向上的推力大于高压细长杆的额定载荷，高压细长杆弯曲使得高压活塞发生位移。
通过选择不同型号的控制弹簧配合调节螺母的微调、以及细长杆不同型号的选择达到设定压力的精准控制。
实施例3
如图3所示，一种高低压先导阀，包括高压控制箱体、低压控制箱体和先导壳体，所述先导壳体包括高压先导壳体和低压先导壳体，所述高压控制箱体通过高压先导壳体连接在管线上，所述低压控制箱体通过低压先导壳体连接在管线上，所述高压控制箱体与高压先导壳体之间设置有高压活塞，所述高压活塞的一端设有高压蓄力单元，所述低压控制箱体与低压先导壳体之间设置有低压活塞，所述低压活塞的一端设有低压蓄力单元，所述低压活塞和高压活塞分别与牵引锁摆杆相接触。
所述高压蓄力单元为高压细长杆，所述高压细长杆通过高压细长杆夹持器与高压控制箱体相固定。
所述低压蓄力单元为低压控制弹簧，所述低压控制弹簧通过调节螺母固定在低压控制箱体上。
低压先导壳体下方设有低压细长杆杆笼，所述低压活塞穿过低压先导壳体延伸至低压细长杆杆笼内，所述低压活塞的另一端紧固有低压细长杆，所述低压细长杆通过低压细长杆夹持器与低压细长杆杆笼相固定。
因为细长杆的失稳都是由高压引发，而不能由低压引发，这不符合物理机理。故低压切断功能的控制是由低压细长杆和低压控制弹簧共同控制。正常工况下，介质压力对低压活塞向上的推力和细长杆的额定载荷总和大于等于低压控制弹簧的弹簧力，此时系统维持稳定。当介质压力低于设定压力时，介质压力对低压活塞向上的推力和细长杆的额定载荷总和小于低压控制弹簧的弹簧力，弹簧力将细长杆压弯并使得低压活塞在低压控制弹簧的推力下发生位移。
所述先导壳体与管线之间设有切断阀。
实施例4
如图4所示，一种高低压先导阀，包括高低压控制箱体，所述高低压控制箱体通过先导壳体与管线相连接，所述高低压控制箱体与先导壳体之间设有高压活塞和低压活塞，所述高压活塞一端设有高压控制弹簧，所述低压活塞一端设有低压控制弹簧，所述低压活塞和高压活塞分别与牵引锁摆杆相接触。
所述高压活塞嵌套在低压活塞外侧、所述高压控制弹簧嵌套在低压控制弹簧外侧；或者低压活塞嵌套在高压活塞外侧、所述低压控制弹簧嵌套在高压控制弹簧外侧。
所述先导壳体与管线之间设有切断阀。
所述高压控制弹簧通过调节螺母固定在高压控制箱体上。
所述低压控制弹簧通过调节螺母固定在低压控制箱体上。
正常工况下，介质压力对低压活塞向上的推力大于等于低压控制弹簧的弹簧力，介质压力对高压活塞向上的推力小于等于高压控制弹簧的弹簧力，此时系统维持稳定。当介质压力低于设定压力时，介质压力对低压活塞向上的推力小于低压控制弹簧的弹簧力，使得低压活塞在低压控制弹簧的推力下发生位移，当介质压力高于设定压力时，介质压力对高压活塞向上的推力大于高压控制弹簧的弹簧力，使得高压活塞发生位移。
通过选择不同型号的控制弹簧配合调节螺母的微调达到设定压力的精准控制。
实施例5
如图5-7所示，一种管道高低压紧急切断装置，包括如实施例1-4其中之一的高低压先导阀和主阀，所述主阀两侧分别连接上游管线和下游管线，所述高低压先导阀与下游管线相连接，所述高低压先导阀中牵引锁摆杆通过牵引锁连接在锁止机构上，所述锁止机构连接在助力机构上，所述助力机构连接在主阀上。
如图8所示，所述锁止机构包括锁止机构箱体、两个锁止摆臂和一个锁止元件，所述两个锁止摆臂的一端均与助力机构的弹簧拉杆相锁止，所述两个锁止摆臂的另一端通过锁止摆臂轴承与锁止元件相接触，所述锁止元件与牵引锁相连接。
如图9所示，所述助力机构为角行程助力机构，所述角行程助力机构包括助力机构箱体，所述助力机构箱体内设有弹簧拉杆，所述弹簧拉杆上套有助力弹簧，所述弹簧拉杆上安装有拔叉滚轴，所述拔叉滚轴上设有拔叉，所述拔叉连接在主阀(角行程开关阀，例如球阀、蝶阀等)上，所述锁止摆臂用于维持弹簧的形变状态。
如图10所示，所述助力机构上设有复位机构，所述复位机构包括手轮和丝杆，所述丝杆与弹簧拉杆相连接。
实施例6
与实施例5不同：如图11所示，所述助力机构包括助力机构箱体，所述助力机构箱体内设有弹簧拉杆，所述弹簧拉杆上套有助力弹簧，所述弹簧拉杆上安装有齿条，所述齿条与齿轮相配合，所述齿轮连接在主阀上，所述锁止摆臂用于维持弹簧的形变状态。
实施例7
与实施例5不同：如图12所示，锁止机构包括锁止机构箱体和锁止元件，所述锁止元件的一端轴向固定在锁止机构箱体内、另一端设有锁止元件轴承，所述锁止元件轴承与滑块导槽的一端相接触，所述滑块导槽的另一端轴向固定在锁止机构箱体内，所述滑块导槽内设滑块，所述滑块安装在助力机构的弹簧拉杆末端，所述锁止元件与牵引锁相连接。
如图13-14所示，所述助力机构为直线行程助力机构，包括助力机构箱体，所述助力机构箱体内设有弹簧拉杆，所述弹簧拉杆上套有助力弹簧，所述弹簧压缩在助力机构箱体与弹簧拉杆之间，所述弹簧拉杆与主阀(直线行程开关阀，如闸阀)相连接。
实施例8
与实施例5不同：如图15所示，所述助力机构上设有复位机构，所述复位机构包括储油箱、手动泵、液压管线，所述液压管线上安装有手动泵，所述液压管线的一端位于储油箱内，所述液压管线的第一段与液压缸相连接，所述助力机构箱体与弹簧拉杆顶端构成液压缸。
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