RU2759883C1

RU2759883C1 - Spool pneumatic-hydraulic distributor with hydraulic control

Info

Publication number: RU2759883C1
Application number: RU2021102975A
Authority: RU
Inventors: Шамиль Рашитович Галлямов; Линар Ильшатович Исламов; Радим Айдарович Нартдинов
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Технологический Центр "Геомеханика"
Priority date: 2021-02-08
Filing date: 2021-02-08
Publication date: 2021-11-18

Abstract

FIELD: oil and gas industry.SUBSTANCE: invention relates to the field of the oil and gas industry and can be used in geophysical devices for regulating the flow direction of the working fluid under the influence of an aggressive environment. The distributor contains two covers for mounting into the housing of hydraulic equipment, a spool on which two bushings with sealing elements are installed, two seal clamps and a sleeve, while combined seals are installed in the seal clamps.EFFECT: ensuring trouble-free operation of the distributor with a wide range of aggressive contaminated working fluids.1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано в геофизических приборах для регулирования направления потока рабочей жидкости в условиях воздействия агрессивной среды.The invention relates to the field of the oil and gas industry and can be used in geophysical instruments to control the direction of the flow of the working fluid under the influence of an aggressive environment.

Известен гидравлический клапан (патент РФ №2188355, F16K 11/07, F15B 13/02, опубл. 27.08.2002), содержащий корпус с двухступенчатым отверстием, полости ступеней которого сообщены с присоединительными каналами, золотник с кольцевыми выступами, расположенный с возможностью осевого перемещения между позициями соединения и разъединения присоединительных каналов, привод перемещения золотника, запорный орган с уплотнением, расположенным с возможностью осевого перемещения в замкнутой кольцевой полости, образованной в позиции разъединения каналов поверхностями золотника, ступенчатого отверстия и расположенной между кольцевыми выступами золотника подпружиненной защитной втулки до торцевого стыка ее с сопрягаемой деталью, причем замкнутая кольцевая полость сообщена каналом или каналами с полостью ступени большего диаметра, обеспечивающими возможность перемещения уплотнения под защитную втулку до раскрытия стыка и раскрытие стыка после упора уплотнения в защитную втулку при потоке жидкости со стороны ступени отверстия меньшего диаметра.Known hydraulic valve (RF patent No. 2188355, F16K 11/07, F15B 13/02, publ. 27.08.2002), containing a body with a two-stage hole, the cavity of the steps which are connected with the connecting channels, a spool with annular protrusions located with the possibility of axial movement between the positions of connection and disconnection of the connecting channels, a drive for movement of the spool, a shut-off element with a seal located with the possibility of axial movement in a closed annular cavity formed in the position of separation of the channels by the surfaces of the spool, a stepped hole and located between the annular protrusions of the spool of a spring-loaded protective sleeve to its end joint with a mating part, and the closed annular cavity is communicated with a channel or channels with a cavity of a step of a larger diameter, which makes it possible to move the seal under the protective sleeve before the joint opens and the joint opens after the seal stops in the protective sleeve with a fluid flow from one hundred Rones of a step of a hole with a smaller diameter.

Недостатком аналога являются ограниченные функциональные возможности. В конструкции используются пружины, которые теряют свои свойства в зависимости от частоты и продолжительности работы гидравлического клапана. Изменение характеристик пружины приводит к изменению параметров работы гидравлического клапана, что, в свою очередь, снижает надежность работы всего устройства, в которую устанавливается гидравлический клапан. Так же для исправной работы клапана требуется чистая рабочая жидкость, в ином случае это может привести к заклиниванию клапана.The disadvantage of the analogue is its limited functionality. The design uses springs that lose their properties depending on the frequency and duration of the hydraulic valve. Changing the characteristics of the spring leads to a change in the parameters of the hydraulic valve, which, in turn, reduces the reliability of the entire device in which the hydraulic valve is installed. Also, for proper operation of the valve, a clean working fluid is required, otherwise it can lead to seizure of the valve.

Известно также устройство распределения жидкости для управления гидравлическими механизмами карьерного бурового станка (патент РФ №2353826, F15B 13/02, опубл. 27.04.2009), имеющее в своем составе блоки клапанного распределения, каждый из которых содержит корпус с подводными, отводными и сливными каналами со встроенными в него предохранительным и управляемым клапанами, дроссельную плиту и пилоты управления, причем корпус, предохранительный и управляемый клапаны, дроссельная плита, установленная на управляемый клапан, и пилоты образуют трехлинейный, трехпозиционный блок распределения рабочей жидкости с защитой гидролинии подвода рабочей жидкости к потребителю от перегрузок и свободный ее отвод в обратном направлении на слив с регулируемым временем срабатывания управляемого клапана при отключении гидропривода с исключением гидроударов, при этом распределение рабочей жидкости для управления гидравлическими механизмами осуществляют тремя блоками согласно схемы подключения линий подвода, отвода и слива, а также программой включения электромагнитов пилотов управления клапанов.It is also known a liquid distribution device for controlling the hydraulic mechanisms of a quarry drilling rig (RF patent No. 2353826, F15B 13/02, publ. 04/27/2009), which includes valve distribution blocks, each of which contains a housing with underwater, outlet and drain channels with built-in safety and controlled valves, a throttle plate and control pilots, moreover, the body, safety and controlled valves, a throttle plate installed on the controlled valve, and the pilots form a three-line, three-position working fluid distribution unit with protection of the hydraulic line supplying the working fluid to the consumer from overloads and its free withdrawal in the opposite direction to drain with an adjustable response time of the controlled valve when the hydraulic drive is turned off with the exception of hydraulic shocks, while the distribution of the working fluid for controlling the hydraulic mechanisms is carried out by three blocks according to the connection diagram of the supply lines, water and drain, as well as by the program of switching on the solenoids of the pilots of the valve control.

Недостатком аналога являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные использованием его только для карьерного бурового станка.The disadvantage of the analogue is its limited functionality due to its use only for a mining drilling rig.

Известен также гидрораспределитель (патент РФ №2049938, F15B 13/02, опубл. 10.12.1995), содержащий корпус, в цилиндрической расточке которого установлена с радиальным зазором уплотненная гильза с несимметричным вырезом, плунжер, размещенный в гильзе, и крышку, причем в корпусе концентрично основной выполнена дополнительная расточка, гильза снабжена буртом, размещенным в дополнительной расточке между корпусом и крышкой с осевым зазором для компенсации температурного расширения и отклонений геометрической формы бурта и дополнительной расточки.Also known is a hydraulic valve (RF patent No. 2049938, F15B 13/02, publ. 10.12.1995), containing a body, in a cylindrical bore of which a sealed sleeve with an asymmetric cut is installed with a radial clearance, a plunger placed in the sleeve, and a cover, and in the body an additional bore is made concentrically to the main bore, the sleeve is equipped with a collar placed in an additional bore between the body and the cover with an axial clearance to compensate for thermal expansion and deviations in the geometric shape of the collar and additional bore.

Основными недостатками являются следующие. Уплотнения поясков плунжера относительно гильзы осуществляется по типу «металл по металлу». Такой тип уплотнения очень требователен к чистоте рабочей жидкости, недостаточная фильтрация рабочей жидкости приводит к заклиниванию плунжера. Уплотнение «металл по металлу» достигается за счет маленьких зазоров между плунжером и гильзой, это обеспечивается за счет точного изготовления и использования дорогих инструментов.The main disadvantages are as follows. The sealing of the plunger flanges relative to the liner is carried out according to the "metal-to-metal" type. This type of seal is very demanding on the cleanliness of the working fluid; insufficient filtration of the working fluid leads to seizure of the plunger. Metal-to-metal sealing is achieved through small clearances between the plug and sleeve, achieved through precision manufacturing and the use of expensive tools.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является гидрораспределитель (патент РФ №2715296, F15B 13/02, опубл. 26.02.2020), содержащий корпус, в котором выполнены каналы для входа, выхода, дренажа рабочего тела, а также каналы подвода управляющего давления для управления открытым и закрытым положением гидрораспределителя, при этом внутри корпуса расположен, как минимум, один профилированный поршень со штоком, взаимодействующим своей профилированной ответной частью с запорным элементом, причем корпус гидрораспределителя выполнен в виде геометрического тела с плоскими гранями, преимущественно, параллелепипеда, при этом входные и/или выходные части упомянутых каналов располагаются на его сторонах, и состоящего, по крайней мере, из центральной полой профилированной части и двух крышек, установленных с его торцов, причем внутри центральной полой части корпуса выполнена перегородка с центральным отверстием, разделяющая упомянутую полость на две части, первую и вторую, причем внутри упомянутого центрального отверстия перегородки установлен с возможностью осевого перемещения запорный элемент, выполненный в виде шарика, при этом в первой полости корпуса неподвижно установлен профилированный цилиндр, взаимодействующий одним торцом с упомянутой перегородкой, внутри которого установлен с возможностью перемещения профилированный поршень, состоящий из непосредственно самого поршня и связанного с ним штока, выполненный с возможностью взаимодействия своей профилированной ответной частью штока, расположенной диаметрально противоположно поршню, с поверхностью упомянутого шарика, с одной стороны, а во второй полости корпуса неподвижно установлен профилированный цилиндр, взаимодействующий одним торцом с упомянутой перегородкой, внутри которого установлен с возможностью перемещения профилированный поршень, состоящий из непосредственно самого поршня и связанного с ним штока, выполненный с возможностью взаимодействия своей профилированной ответной частью штока, расположенной диаметрально противоположно поршню, с поверхностью указанного шарика, с другой стороны, причем на торцевых поверхностях обоих неподвижных профилированных цилиндров, взаимодействующих с перегородкой, выполнены уплотнительные поверхности для шарика, при этом между торцами крышек корпуса и торцами указанных неподвижных цилиндров выполнены осевые полости для подвода или отвода рабочего тела для/при перемещении упомянутых поршней в указанных цилиндрах, при этом диаметр поршня, установленного в одной полости, превышает диаметр поршня, установленного в другой полости, причем в стенках обоих упомянутых цилиндров выполнены сквозные радиальные каналы, соединяющие соответствующие полости в неподвижных цилиндрах с соответствующими полостями входа, выхода и дренажа рабочего тела.The closest in technical essence and the achieved result to the claimed one is a hydraulic valve (RF patent No. 2715296, F15B 13/02, publ. 02.26.2020), containing a body in which channels for inlet, outlet, drainage of the working fluid are made, as well as supply channels control pressure to control the open and closed position of the hydraulic valve, while inside the body there is at least one profiled piston with a rod interacting with its profiled counterpart with a locking element, and the valve body is made in the form of a geometric body with flat edges, mainly a parallelepiped, in this case, the inlet and / or outlet parts of the said channels are located on its sides, and consisting of at least a central hollow profiled part and two covers installed from its ends, and inside the central hollow part of the body there is a partition with a central hole dividing the said cavity into two parts, p the first and second, and inside the said central opening of the partition, a locking element made in the form of a ball is installed with the possibility of axial movement, while in the first cavity of the body a profiled cylinder is stationary, interacting with one end with the said partition, inside which a profiled piston is installed with the ability to move, consisting of directly the piston itself and the rod associated with it, made with the possibility of interaction with its profiled counterpart of the rod, located diametrically opposite to the piston, with the surface of the said ball, on one side, and in the second cavity of the body a profiled cylinder is stationary, interacting with one end with the said a partition, inside which a profiled piston is installed with the ability to move, consisting of the piston itself and a rod associated with it, made with the possibility of interaction with its profiled counterpart with the rod, located diametrically opposite the piston, with the surface of the specified ball, on the other hand, and on the end surfaces of both stationary profiled cylinders interacting with the partition, sealing surfaces for the ball are made, while between the ends of the body covers and the ends of the said stationary cylinders there are axial cavities for supplying or withdrawing the working fluid for / when moving the said pistons in said cylinders, while the diameter of the piston installed in one cavity exceeds the diameter of the piston installed in the other cavity, and in the walls of both said cylinders there are radial through channels connecting the corresponding cavities in stationary cylinders with corresponding cavities for inlet, outlet and drainage of the working fluid.

Недостатками ближайшего аналога являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные работой только в чистой рабочей жидкости и невысокая надежность гидравлического распределителя из-за недостаточной герметизации портов гидрораспределителя. В ближайшем аналоге реализован тип уплотнения «металл по металлу», в виде седла и шарика. Данный тип уплотнения требует высокой точности изготовления. В зависимости от частоты использования и продолжительности работы гидрораспределителя, седло изнашивается, и приводит к недостаточной герметизации портов гидрораспределителя. Износ седла приводит к дорогостоящему ремонту, и замене сложных в изготовлении и обработке деталей. Также немаловажным недостатком является требование к чистоте рабочей жидкости, при попадании мелких частиц абразива между седлом и шариком, приводит к недостаточной герметизации портов.The disadvantages of the closest analogue are limited functionality due to operation only in a clean working fluid and low reliability of the hydraulic valve due to insufficient sealing of the valve ports. The closest analogue has a metal-to-metal seal, in the form of a seat and a ball. This type of seal requires high precision manufacturing. Depending on the frequency of use and the operating time of the valve, the seat will wear out and result in insufficient sealing of the valve ports. Seat wear leads to costly repairs and replacement of parts that are difficult to manufacture and process. Also, an important drawback is the requirement for the purity of the working fluid, when small abrasive particles get between the seat and the ball, it leads to insufficient sealing of the ports.

Задачами изобретения являются - расширение функциональных возможностей, повышение надежности работы золотникового пневмогидравлического распределителя.The objectives of the invention are to expand the functionality, improve the reliability of the spool pneumatic hydraulic valve.

Технический результат - обеспечение безотказной работы золотникового пневмогидравлического распределителя с широким диапазоном агрессивных загрязненных рабочих жидкостей.EFFECT: provision of trouble-free operation of a spool pneumohydraulic distributor with a wide range of aggressive contaminated working fluids.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что гидравлический распределитель с гидравлическим управлением, содержащий две крышки, согласно изобретению содержит золотник, на котором установлены две втулки с уплотнительными элементами, два прижима уплотнений и гильза, при этом в прижимы уплотнений установлены комбинированные уплотнения.The problem is solved, and the technical result is achieved by the fact that a hydraulic distributor with hydraulic control, containing two covers, according to the invention contains a spool on which two bushings with sealing elements are installed, two seal clamps and a sleeve, while combined seals are installed in the seal clamps.

Общими существенными признаками заявленного изобретения и ближайшего аналога являются:The general essential features of the claimed invention and the closest analogue are:

1.Общее выполнение на функциональном уровне - трехлинейные, двухпозиционные гидравлические распределители с (пилотным) гидравлическим уплотнением.1. General execution at the functional level - three-way, two-position hydraulic valves with (pilot) hydraulic seal.

2.Оба упомянутых распределителя способны работать в условиях грязной среды и при высоких давлениях.2.Both mentioned valves are capable of working in dirty environments and at high pressures.

З.Оба упомянутых распределителя используются для управления подачей рабочей жидкости.H. Both mentioned distributors are used to control the supply of working fluid.

Однако, при наибольшем числе схожих признаков между заявленным изобретением и ближайшим аналогом имеются существенные отличия в реализации способов уплотнения. Уближайшего аналога уплотнение производится по типу «металл по металлу» за счет шарика, а в заявленном изобретении уплотнение осуществляется за счет комбинированных уплотнений и золотника.However, with the greatest number of similar features between the claimed invention and the closest analogue, there are significant differences in the implementation of sealing methods. The closest analogue of the seal is made according to the "metal-to-metal" type due to the ball, and in the claimed invention, the seal is carried out due to the combined seals and the spool.

Существо изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен клапан, золотник 2 которого находится в положении, когда полость 1 сообщена с полостью 2. На фиг.2 изображено положение клапана, при котором золотник 2 сообщает полость 2 с полостью 3.The essence of the invention is illustrated by drawings. FIG. 1 shows a valve, the spool 2 of which is in the position when the cavity 1 is in communication with the cavity 2. Figure 2 shows the position of the valve in which the spool 2 communicates the cavity 2 with the cavity 3.

Золотниковый пневмогидравлический распределитель с гидравлическим управлением (фиг.1) содержит две крышки 1 для крепления в корпус гидравлического устройства (на чертеже не показано), золотник 2, на котором установлены две втулки 3 с уплотнительными элементами, два прижима уплотнений 4, гильза 5. В прижимы уплотнений 4 установлены комбинированные уплотнения 6, которые представляют собой комбинацию уплотнений различных типов. Например, комбинированное уплотнение, содержащее уплотнительное кольцо и кольцо, выполненное из жесткого эластичного пластика (патент US 5433452, F16J15/16, F16J15/18, опубл. 18.07.1995). Также могут использоваться и другие виды комбинированных уплотнений, отличающихся геометрической формой.The spool pneumatic hydraulic valve with hydraulic control (Fig. 1) contains two covers 1 for attachment to the body of the hydraulic device (not shown in the drawing), a spool 2, on which two bushings 3 with sealing elements are installed, two seals 4 clamps, a sleeve 5. B clamps of seals 4 combined seals 6 are installed, which are a combination of seals of various types. For example, a combined seal containing an o-ring and a ring made of hard elastic plastic (US patent 5433452, F16J15 / 16, F16J15 / 18, publ. 18.07.1995). Other types of combined seals that differ in geometric shape can also be used.

Первая гидравлическая полость (ГП1) образована крышкой 1, золотником 2 и втулкой 3. Вторая гидравлическая полость (ГТ12) идентична первой гидравлической полости (ГП1). Полость 1 образована крышкой 1, втулкой 3 и гильзой 5. Полость 2 образована золотником 2, втулкой 3, прижимом уплотнения 4 и гильзой 5. Полость 3 образована идентично полости 1.The first hydraulic cavity (ГП1) is formed by a cover 1, a spool 2 and a sleeve 3. The second hydraulic cavity (ГТ12) is identical to the first hydraulic cavity (ГП1). The cavity 1 is formed by the cover 1, the bushing 3 and the sleeve 5. The cavity 2 is formed by the spool 2, the sleeve 3, the pressing of the seal 4 and the sleeve 5. The cavity 3 is formed identically to the cavity 1.

Золотниковый пневмо-щдравлический распределитель с гидравлическим управлением работает следующим образом - при подаче рабочей жидкости в гидравлическую полость ГП2 золотник 2 перемещается в крайнее левое положение (фиг. 1) тем самым сообщая полость 1 с полостью 2, при подаче рабочей жидкости в гидравлическую полость ГП1 золотник 2 перемещается в крайнее правое положение (фиг. 2) сообщая полость 2 с полостью 3.Втулки 3 и прижимы 4 выполняют функцию направляющих золотника 2, а также прижима комбинированных уплотнений 6. Гильза 5 выполняет функцию направляющего золотника 2 и ответного прижима комбинированных уплотнений 6.Гидравлическая жидкость в полостях ГШи ГП2 может быть как чистой так и грязной. Во внутренних диаметрах втулок 3 выполнены разгрузочные пояски 7, они предотвращают заклинивание золотника, при воздействии высоких перепадов давлений, тем самым обеспечивают безотказную работу золотникового пневмо-гидравлического распределителя с широким диапазоном агрессивных загрязненных рабочих жидкостей.The spool pneumatic-hydraulic distributor with hydraulic control works as follows - when the working fluid is supplied to the hydraulic cavity of the GP2, the slide valve 2 moves to the extreme left position (Fig. 1), thereby communicating the cavity 1 with the cavity 2, when the working fluid is supplied to the hydraulic cavity of the GP1, the slide valve 2 moves to the extreme right position (Fig. 2) communicating cavity 2 with cavity 3. Bushings 3 and clamps 4 act as guides for slide valve 2, as well as for pressing the combined seals 6. Sleeve 5 acts as a guiding slide valve 2 and reciprocating clamping for combined seals 6. The hydraulic fluid in the cavities of the GSH and GP2 can be either clean or dirty. Unloading belts 7 are made in the inner diameters of the bushings 3, they prevent jamming of the spool when exposed to high pressure drops, thereby ensuring the trouble-free operation of the spool pneumatic-hydraulic valve with a wide range of aggressive contaminated working fluids.

Золотниковый пневмо-гидравлический распределитель с гидравлическим управлением может работать с широким диапазоном агрессивных загрязненных рабочих сред: буровой раствор, нефть, различные производные нефти, вода, газ, за счет применения комбинированных уплотнений 6.Hydraulically controlled pneumatic-hydraulic spool valve can handle a wide range of aggressive contaminated working media: drilling mud, oil, various derivatives of oil, water, gas, due to the use of combined seals 6.

Итак, заявленное изобретение позволяет расширить функциональные возможности и повысить надежность работы золотникового пневмо-гидравлического распределителя, путем обеспечения безотказной работы золотникового пневмо-гидравлического распределителя с широким диапазоном агрессивных загрязненных рабочих жидкостей.So, the claimed invention makes it possible to expand the functionality and improve the reliability of the spool pneumatic-hydraulic valve, by ensuring the trouble-free operation of the spool pneumatic-hydraulic valve with a wide range of aggressive contaminated working fluids.

Claims

A hydraulic distributor with hydraulic control, containing two covers, characterized in that it contains a spool on which two bushings with sealing elements are installed, two seals clamps and a sleeve, while combined seals are installed in the seal clamps, and unloading belts are made in the inner diameters of the bushings, ensuring the prevention of spool seizure when exposed to high differential pressures.