本發(fā)明屬于石油工程完井技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種液壓控制閥。

背景技術(shù)：

目前，海上油田水平井、分支井、大位移深井作業(yè)難度較大，常規(guī)鋼絲、電纜、連續(xù)油管作業(yè)不能滿足水平井、大斜度井注采調(diào)控要求，水平井、大斜度井多數(shù)采用籠統(tǒng)注采，井下生產(chǎn)動(dòng)態(tài)不能即時(shí)調(diào)控，不能滿足儲(chǔ)層高效注采開(kāi)發(fā)的需求；常規(guī)技術(shù)分層注采井，需下入管柱或鋼絲、電纜、連續(xù)油管作業(yè)，效率低，成本高，風(fēng)險(xiǎn)大；長(zhǎng)期注采過(guò)程中地層參數(shù)發(fā)生變化需要進(jìn)行注采動(dòng)態(tài)調(diào)整，常規(guī)技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)及時(shí)、經(jīng)濟(jì)、高效調(diào)整需求；機(jī)電一體調(diào)控技術(shù)存在使用周期內(nèi)耐久性、穩(wěn)定性方面的問(wèn)題；另外，海上油田平臺(tái)鋼絲電纜作業(yè)成本高，作業(yè)周期較長(zhǎng)平臺(tái)不允許經(jīng)常占用頂甲板，常規(guī)技術(shù)無(wú)法保證注采的長(zhǎng)期有效性。隨著油田開(kāi)發(fā)的深入需要找到一種不依賴(lài)于鋼絲、電纜作業(yè)的新技術(shù)來(lái)解決這些生產(chǎn)面臨的問(wèn)題。特別是對(duì)于海上油田需要一種不修井的井下分層智能控制技術(shù)，使油井開(kāi)發(fā)逐步向智能井方向發(fā)展，滿足海上高效開(kāi)發(fā)作業(yè)的需求。

目前，現(xiàn)有的閥門(mén)多數(shù)仍然需要進(jìn)行鋼絲電纜作業(yè)，而已經(jīng)研發(fā)出的液壓控制閥很難在深度較大的井下準(zhǔn)確調(diào)整開(kāi)度進(jìn)行流量控制且其中的機(jī)電一體模塊存在耐久性和穩(wěn)定性的問(wèn)題。所以，已經(jīng)有基于檔位定位方式的流體控制閥設(shè)計(jì)被提出，但是當(dāng)前技術(shù)僅依靠單一的引導(dǎo)銷(xiāo)釘反復(fù)承擔(dān)各方向大剪切應(yīng)力的形式承受所有載荷，而此類(lèi)閥門(mén)需要在井下極端環(huán)境下長(zhǎng)期服役，這樣的受力點(diǎn)集中在薄弱位置的設(shè)計(jì)將較嚴(yán)重的影響其可靠性和使用壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種可實(shí)現(xiàn)多檔位開(kāi)度的液壓控制閥，能夠僅靠液壓實(shí)現(xiàn)流量的準(zhǔn)確調(diào)節(jié)，延長(zhǎng)工作壽命，具有更高的可靠性。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

本發(fā)明的一種液壓控制閥，包括中心管，所述中心管側(cè)壁設(shè)置有內(nèi)通孔和引導(dǎo)槽，所述中心管由上至下依次套設(shè)有上端接頭、上限位結(jié)構(gòu)、滑套和下端接頭，所述上端接頭和下端接頭均設(shè)置有軸向液壓管路，所述滑套外套設(shè)有殼體，所述殼體上下兩端分別連接上端接頭和下端接頭，所述殼體側(cè)壁設(shè)置有外通孔，所述滑套內(nèi)壁設(shè)置有環(huán)形凹槽，所述滑套側(cè)壁設(shè)置有與環(huán)形凹槽連通的連通孔，所述滑套側(cè)壁設(shè)置有沿引導(dǎo)槽滑動(dòng)的導(dǎo)向銷(xiāo)釘，所述中心管外套設(shè)有下限位結(jié)構(gòu)，所述下限位結(jié)構(gòu)位于滑套內(nèi)壁的環(huán)形凹槽內(nèi)。

所述引導(dǎo)槽設(shè)置于內(nèi)通孔的下端，所述引導(dǎo)槽設(shè)置為周向旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的“等長(zhǎng)槽”。

所述導(dǎo)向銷(xiāo)釘至少設(shè)置為一個(gè)，且所述導(dǎo)向銷(xiāo)釘?shù)臄?shù)量小于或等于“等長(zhǎng)槽”的數(shù)量。

所述上限位結(jié)構(gòu)下端和滑套上端均設(shè)置為相互配合實(shí)現(xiàn)換檔的螺旋結(jié)構(gòu)，所述上限位結(jié)構(gòu)和滑套之間設(shè)置有非接觸相位。

所述上限位結(jié)構(gòu)螺旋結(jié)構(gòu)的下端面和滑套螺旋結(jié)構(gòu)的上端面均可設(shè)置為臺(tái)階狀或平面狀。

所述下限位結(jié)構(gòu)固定于內(nèi)通孔的上端。

所述滑套的中部外徑大于其自身上下兩部分的外徑。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案所帶來(lái)的有益效果是：

(1)本發(fā)明中，上下兩端的液壓管路用于提供滑套沿軸向運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力，進(jìn)而幫助產(chǎn)生換檔所需的沿軸向動(dòng)力；內(nèi)通孔、連通孔、外通孔以及滑套內(nèi)壁的環(huán)形凹槽用于供輸送流體通過(guò)；設(shè)置于中心管管壁外側(cè)的引導(dǎo)槽僅用于引導(dǎo)滑套產(chǎn)生換檔動(dòng)作所需的圍繞軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，不用于確定檔位及承力；

(2)本發(fā)明中，上限位結(jié)構(gòu)和下限位結(jié)構(gòu)用于與滑套對(duì)應(yīng)構(gòu)造相配合從而確定檔位并承力，防止控制閥其它薄弱位置(如導(dǎo)向銷(xiāo)釘、引導(dǎo)槽)承力；下限位結(jié)構(gòu)和滑套內(nèi)壁的環(huán)形凹槽相互配合的，在滑套進(jìn)行換擋運(yùn)動(dòng)到達(dá)下死點(diǎn)時(shí)，替代導(dǎo)向銷(xiāo)釘承受沖擊載荷，避免薄弱部件承力，延長(zhǎng)系統(tǒng)壽命；

(3)本發(fā)明中，相互配合的上限位結(jié)構(gòu)和滑套上端部通過(guò)形狀或表面性能的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)自鎖，使其具備承受軸向載荷能力的同時(shí)，可以阻止滑套在到達(dá)各預(yù)定檔位后的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到保護(hù)導(dǎo)向銷(xiāo)釘?shù)哪康?；上限位結(jié)構(gòu)和滑套之間設(shè)置了非接觸相位，以避免在換擋動(dòng)作進(jìn)行時(shí)受到擾動(dòng)發(fā)生卡阻，提高系統(tǒng)的可靠性；

(4)本發(fā)明中，上限位結(jié)構(gòu)和下限位結(jié)構(gòu)通過(guò)細(xì)螺紋與中心管實(shí)現(xiàn)裝配，進(jìn)而能夠通過(guò)調(diào)整裝配位置的方式放寬對(duì)機(jī)械加工的要求，同時(shí)該分體設(shè)計(jì)也能夠使得通過(guò)更換不同的限位結(jié)構(gòu)改變控制閥的調(diào)節(jié)范圍與檔位分布，另外該設(shè)計(jì)也便于作為承力部件的顯微結(jié)構(gòu)采用不同的材料以延長(zhǎng)壽命；

(5)本發(fā)明全過(guò)程僅需液壓控制，無(wú)電子器件及線路參與，同時(shí)上限位結(jié)構(gòu)和下限位結(jié)構(gòu)避免導(dǎo)向銷(xiāo)釘在換檔時(shí)承受多方向過(guò)大的剪切載荷，設(shè)備可靠性與適應(yīng)性高。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例一中上限位結(jié)構(gòu)和滑套對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例一中上限位結(jié)構(gòu)和滑套對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記:1中心管；101內(nèi)通孔；102引導(dǎo)槽；2上限位結(jié)構(gòu)；3滑套；301環(huán)形凹槽；302連通孔；4下限位結(jié)構(gòu)；5導(dǎo)向銷(xiāo)釘；6上端接頭；7下端接頭；8殼體；801外通孔；9液壓管路。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)介紹本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)、工作原理內(nèi)容。

如圖1所示，本發(fā)明的一種液壓控制閥，包括作為閥體主體部件的中心管1，所述中心管1側(cè)壁設(shè)置有內(nèi)通孔101和引導(dǎo)槽102，所述引導(dǎo)槽102沿中心管1外壁周向設(shè)置，且位于內(nèi)通孔101的下端，由于該引導(dǎo)槽102僅負(fù)責(zé)引導(dǎo)滑套3在檔位切換時(shí)圍繞軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，不負(fù)責(zé)針對(duì)各檔位的定位及受力，所以可以設(shè)計(jì)為周向旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的“等長(zhǎng)槽”，沿圓周方向均勻分布且軸向長(zhǎng)度相同。所述中心管1由上至下依次套設(shè)有上端接頭6、上限位結(jié)構(gòu)2、滑套3和下端接頭7。

所述上端接頭6和下端接頭7均設(shè)置有軸向液壓管路9，所述上端接頭6和下端接頭7均與中心管1固定連接。所述滑套3外套設(shè)有殼體8，所述殼體8上下兩端分別固定連接上端接頭6和下端接頭7，所述殼體8側(cè)壁設(shè)置有外通孔801，所述外通孔801和內(nèi)通孔101均沿相同徑向開(kāi)設(shè)。所述滑套3的中部外徑大于其自身上下兩部分的外徑，便于液體推動(dòng)滑套3軸向移動(dòng)，所述滑套3內(nèi)壁設(shè)置有環(huán)形凹槽301，使得滑套3內(nèi)壁形成上下兩個(gè)臺(tái)肩，所述滑套3側(cè)壁設(shè)置有與環(huán)形凹槽301連通的連通孔302。所述中心管1外套設(shè)有下限位結(jié)構(gòu)4，所述下限位結(jié)構(gòu)4固定于內(nèi)通孔101的上端，所述下限位結(jié)構(gòu)4位于滑套3內(nèi)壁的環(huán)形凹槽301內(nèi)，通過(guò)與上下兩個(gè)臺(tái)肩的配合控制滑套3軸向移動(dòng)的極限位置。所述滑套3側(cè)壁設(shè)置有沿引導(dǎo)槽102滑動(dòng)的導(dǎo)向銷(xiāo)釘5，所述導(dǎo)向銷(xiāo)釘5至少設(shè)置為一個(gè)，由于上限位結(jié)構(gòu)2和下限位結(jié)構(gòu)4的設(shè)計(jì)取代了周向引導(dǎo)槽102的確定檔位功能使其可以設(shè)計(jì)為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的“等長(zhǎng)槽”，所以所述導(dǎo)向銷(xiāo)釘5數(shù)目可設(shè)置為多個(gè)，最多可以與軸向“等長(zhǎng)槽”的數(shù)目相同，以共同承受載荷，降低單個(gè)導(dǎo)向銷(xiāo)釘5承受的剪切力，增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性與使用壽命，所述導(dǎo)向銷(xiāo)釘5僅用于引導(dǎo)滑套3產(chǎn)生換檔動(dòng)作所需的圍繞軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，不用于確定檔位及承力。

所述上限位結(jié)構(gòu)2下端和滑套3上端均設(shè)置為相互配合實(shí)現(xiàn)換檔的螺旋結(jié)構(gòu)，所述上限位結(jié)構(gòu)2和滑套3之間設(shè)置有非接觸相位，以避免在換擋動(dòng)作進(jìn)行時(shí)受到擾動(dòng)發(fā)生卡阻，提高系統(tǒng)的可靠性。相互配合的上限位結(jié)構(gòu)2和滑套3通過(guò)形狀或接觸面性能的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)自鎖，使其具備承受軸向載荷能力的同時(shí)，可以阻止滑套3在到達(dá)各預(yù)定檔位后的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，保護(hù)導(dǎo)向銷(xiāo)釘5免受各個(gè)方向的剪切力，達(dá)到保護(hù)導(dǎo)向銷(xiāo)釘5的目的。所述上限位結(jié)構(gòu)2和下限位結(jié)構(gòu)4均通過(guò)細(xì)螺紋與中心管1實(shí)現(xiàn)裝配，進(jìn)而能夠通過(guò)調(diào)整裝配位置的方式放寬對(duì)機(jī)械加工的要求，可調(diào)整裝配位置實(shí)現(xiàn)其代替導(dǎo)向銷(xiāo)釘5承力，同時(shí)該分體設(shè)計(jì)也能夠使得通過(guò)更換不同的限位結(jié)構(gòu)改變控制閥的調(diào)節(jié)范圍與檔位分布，另外該設(shè)計(jì)也便于作為承力部件的顯微結(jié)構(gòu)采用不同的材料以延長(zhǎng)壽命。所述下限位結(jié)構(gòu)4和滑套3內(nèi)壁的環(huán)形凹槽301相互配合，在滑套3進(jìn)行換擋運(yùn)動(dòng)到達(dá)上、下死點(diǎn)時(shí)，替代導(dǎo)向銷(xiāo)釘5承受沖擊載荷，避免薄弱部件承力，延長(zhǎng)系統(tǒng)壽命。

換檔動(dòng)作的動(dòng)力通過(guò)額外的液壓系統(tǒng)借助液壓管路9實(shí)現(xiàn)，液壓系統(tǒng)可以通過(guò)液壓管路9中液體的壓力提供的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)滑套3向下移動(dòng)，在引導(dǎo)槽102與導(dǎo)向銷(xiāo)釘5的配合下完成滑套3的旋轉(zhuǎn)換檔動(dòng)作，從而通過(guò)改變上限位結(jié)構(gòu)2與滑套3上端螺旋結(jié)構(gòu)的相位配合關(guān)系，引起內(nèi)通孔101和連通孔302相對(duì)位置關(guān)系的變化，實(shí)現(xiàn)內(nèi)通孔101和外通孔801的連通，最終實(shí)現(xiàn)閥門(mén)開(kāi)度的調(diào)節(jié)。全過(guò)程僅需液壓控制，無(wú)電子器件及線路參與，同時(shí)上限位結(jié)構(gòu)2和下限位結(jié)構(gòu)4避免導(dǎo)向銷(xiāo)釘5在換檔時(shí)承受多方向過(guò)大的剪切載荷，設(shè)備可靠性與適應(yīng)性高。

所述上限位結(jié)構(gòu)2下端的螺旋結(jié)構(gòu)和滑套3上端的螺旋結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)檔位確定與承力，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)檔位的精確設(shè)計(jì)及控制，所述下限位結(jié)構(gòu)4和滑套3內(nèi)壁上下兩個(gè)臺(tái)肩負(fù)責(zé)換檔運(yùn)動(dòng)到達(dá)上、下死點(diǎn)時(shí)替代導(dǎo)向銷(xiāo)釘5承受載荷，防止控制閥其它薄弱位置(如導(dǎo)向銷(xiāo)釘5、引導(dǎo)槽102)承力。限位結(jié)構(gòu)是該閥體的關(guān)鍵設(shè)計(jì)。

實(shí)施例一

圖2為上限位結(jié)構(gòu)2與滑套3上端對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)的一種實(shí)施例，其中，上限位結(jié)構(gòu)2螺旋結(jié)構(gòu)的下端面和滑套3螺旋結(jié)構(gòu)的上端面均設(shè)置為臺(tái)階狀，采用了臺(tái)階式的配合。圖2b為圖2a三維結(jié)構(gòu)沿圓周展開(kāi)的相位配合關(guān)系圖，該控制閥為八檔位，滑套3的換檔動(dòng)作大致分為以下三個(gè)步驟：

(1)通過(guò)液壓管路9向內(nèi)部注入液體，驅(qū)動(dòng)滑套3向下移動(dòng)，滑套3上端螺旋結(jié)構(gòu)與上限位結(jié)構(gòu)2完全脫開(kāi)(即滑套3上端的臺(tái)階狀螺旋結(jié)構(gòu)圍繞軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，不受上限位結(jié)構(gòu)2的干涉)；

(2)所述滑套3帶動(dòng)其上部的臺(tái)階狀螺旋結(jié)構(gòu)圍繞中心軸進(jìn)行特定角度的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(由于本實(shí)施例為八檔位，故不妨按照平均分配的方法，每次旋轉(zhuǎn)的角度為45°)；

(3)滑套3旋轉(zhuǎn)到位后，重新帶動(dòng)滑套3上端部接近上限位結(jié)構(gòu)2下端部，直至二者接觸，此時(shí)由于限位結(jié)構(gòu)的形狀設(shè)計(jì)，與旋轉(zhuǎn)之前相比二者的接觸位置發(fā)生了變化，新的定位位置即為新的檔位位置。

圖2所述的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，滑套3的臺(tái)階狀螺旋結(jié)構(gòu)的底層檔位所占的圓周相位范圍為55°，頂層檔位所占的圓周相位范圍為35°，其余均為45°。對(duì)應(yīng)的上限位結(jié)構(gòu)2各檔位所占的圓周相位范圍則均為45°。這樣，每個(gè)檔位中，接觸的檔位在左右均有5°的“非接觸相位”(如圖2b中標(biāo)注)。該“非接觸相位”可以保證換檔運(yùn)動(dòng)受到一定程度擾動(dòng)的情況下，系統(tǒng)仍然能夠可靠的進(jìn)行換檔，避免卡阻。不同檔位的“非接觸相位”可以根據(jù)具體需求，通過(guò)裝配與機(jī)械設(shè)計(jì)的方式進(jìn)行調(diào)整，不限于本實(shí)施例中的平均分配方式。

實(shí)施例二

圖3為上限位結(jié)構(gòu)2與滑套3上端對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)的另一種實(shí)施例，其中，上限位結(jié)構(gòu)2螺旋結(jié)構(gòu)的下端面和滑套3螺旋結(jié)構(gòu)的上端面均設(shè)置為平面狀，采用了螺旋平面式的配合。圖3b為圖3a三維結(jié)構(gòu)沿圓周展開(kāi)的相位配合關(guān)系圖，該控制閥為八檔位。

為避免換擋動(dòng)作中發(fā)生卡阻影響系統(tǒng)的可靠性，該螺旋平面式配合同樣設(shè)置了45°的“非接觸相位”。相比于臺(tái)階式配合，連續(xù)變化的螺旋平面式配合易于加工且便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行微調(diào)，但由于限位結(jié)構(gòu)在承受軸向力的同時(shí)，需要抵抗滑套3相對(duì)中心管1的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以在采用類(lèi)似于螺旋平面式配合的斜面配合方案時(shí)需要通過(guò)設(shè)計(jì)形成自鎖，避免互相配合的上限位結(jié)構(gòu)2和滑套3之間發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。本實(shí)施例的自鎖在高低檔位差距較小時(shí)，螺旋升角θ較小，若設(shè)兩配合斜面間的摩擦系數(shù)為μ，當(dāng)幾何尺寸設(shè)計(jì)使得tanθ<μ這個(gè)條件被滿足時(shí)，可以直接實(shí)現(xiàn)自鎖；在高低檔位差距較大使得螺旋升角θ較大時(shí)，則可通過(guò)提高接觸面摩擦系數(shù)μ的方式實(shí)現(xiàn)自鎖，滿足設(shè)計(jì)需要。

此外，以上實(shí)施例一和實(shí)施例二中，在進(jìn)行換檔動(dòng)作時(shí)，滑套3除需要進(jìn)行沿軸向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)外，還需進(jìn)行圍繞軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，才能改變上限位結(jié)構(gòu)2和滑套3的接觸相位實(shí)現(xiàn)檔位切換。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)仍需導(dǎo)向銷(xiāo)釘5在引導(dǎo)槽102的約束下執(zhí)行，導(dǎo)向銷(xiāo)釘5在此過(guò)程中仍需承受相當(dāng)程度的剪切力，但在此八檔位液壓控制閥實(shí)施例中，由于上限位結(jié)構(gòu)2的存在使得引導(dǎo)槽102無(wú)須承擔(dān)檔位確定任務(wù)，所以引導(dǎo)槽102可以設(shè)置為周向旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的“等長(zhǎng)槽”結(jié)構(gòu)，導(dǎo)向銷(xiāo)釘5可沿周向最多布置八個(gè)，有效分擔(dān)載荷，提高系統(tǒng)壽命及可靠性。

盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的功能及工作過(guò)程進(jìn)行了描述，但本發(fā)明并不局限于上述的具體功能和工作過(guò)程，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。