一种具有开闭补偿的深海阀门、以及控制方法与流程

本发明涉及深海阀门领域，具体涉及一种具有开闭补偿的深海阀门、以及控制方法。

背景技术：

1、深海阀门是指运用在深海中的特殊阀门，可广泛应用于海洋油气工程的水下管汇系统、海底油气输送管线、水下采油树等场景。受深海中高压、海水腐蚀、低/高温度的影响，深海阀门通常具有较高的强度和耐腐蚀性能；

2、以深海阀门中闸阀为例，阀杆升降移动使得下端的阀芯与阀座的接触密封、远离通路，因而实现深海阀门的开闭；实际使用过程中，深海阀门同时受到海水压力、以及管线内介质压力的相互作用，将造成深海阀门难以进行开闭，具体的，当深海阀门承受海水压力大于管线内压时，深海阀门内外部存在压差，在压差作用下，阀杆承受向下的压力从而使得阀杆难以向上打开，当深海阀门承受海水压力小于管线内压时，深海阀门内外部存在压差，在压差作用下，阀杆处于一定向上压力使得阀杆难以向下关闭。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种具有开闭补偿的深海阀门，能够根据阀体所在海水压力与阀体内部通道压力之间压差环境，实现对深海阀门开闭的补偿，避免其受压而出现开闭困难的问题，满足深海中不同压力的使用环境。

2、为实现上述目的，本一种具有开闭补偿的深海阀门，包括：

3、阀体、盖板，阀体内具有介质流经的通道，盖板对阀体上端进行封闭；

4、阀杆部件，上端受控制进行升降使得下端的阀芯能够对通道进行开闭；

5、补偿部件，设置在阀体内，具有补偿筒体、第一活塞体与第二活塞体、以及一对弹簧部件；

6、第一活塞体、第二活塞体上下密封位于补偿筒体内，并能够轴向移动将补偿筒体分为体积变化的第一腔体、第二腔体、第三腔体；

7、一对弹簧部件上下布置并位于第一活塞体、第二活塞体之间，每个弹簧部件具有外弹簧、内弹簧；

8、外弹簧一端固定设置、另一端与第一活塞体或第二活塞体接触；内弹簧一端与第一活塞体或第二活塞体接触、另一端与阀杆部件接触；在上下外弹簧作用下，第一活塞体与第二活塞体相互远离；

9、其中，第一腔体通过管路a与供液源的出液口连接，且当阀体外部海水压力小于内部通道压力时，管路a处于接通状态；第二腔体通过管路b与供液源的出液口连接，且当阀体外部海水压力大于内部通道压力时，管路b处于接通状态；第三腔体通过管路c始终与供液源的进液口接通。

10、在本发明的一些示例中，所述阀杆部件具有同轴布置的外阀杆、内阀杆；

11、内阀杆与外阀杆之间相对上下移动、且之间连接有弹性件；

12、其中，内阀杆受控制进行升降，当其升降时，内阀杆通过弹性件弹性作用在外阀杆上使得外阀杆弹性轴向移动；

13、所述外阀杆的下端与阀芯固定连接。

14、在本发明的一些示例中，所述弹性件位于阀芯的封闭腔体内、并具有第一弹簧、第二弹簧；

15、内阀杆下端为轴肩结构并位于该腔体内，第一弹簧、第二弹簧分别弹性作用在内阀杆的轴肩上下两侧。

16、在本发明的一些示例中，所述外阀杆上沿轴线间隔设有三个第一通孔；

17、内阀杆设有中空孔、沿轴线设有一对第一连接孔与第二连接孔；一对第一连接孔与第二连接孔均与中空孔连通；

18、其中，三个第一通孔位于一对第一连接孔之间，一对第二连接孔位于中间的第一通孔的上下两侧；

19、当第一活塞体向下移动使得阀芯关闭通道后、内阀杆相对外阀杆向下移动时，上边的第一通孔位于第一腔体内并与上边的第一连接孔连通，中间的第一通孔位于第三腔体内并与上边的第二连接孔连通；当第二活塞体向上移动使得阀芯打开通道后、内阀杆相对外阀杆向上移动时，下边的第一通孔位于第二腔体内并与下边的第一连接孔连通，中间的第一通孔位于第三腔体内并与下边的第二连接孔连通。

20、在本发明的一些示例中，所述外阀杆上设有上下间隔布置的第一支板、第二支板；

21、第一支板、第二支板均位于第三腔体内；

22、上边的内弹簧与第一支板接触，下边的内弹簧与第二支板接触。

23、在本发明的一些示例中，当第一活塞体、第二活塞体之间距离最远时，外弹簧的弹力大于内弹簧的弹力。

24、在本发明的一些示例中，还包括：感应部件、控制器；

25、感应部件具有一对分别识别阀体内通道压力、识别阀体所在海水压力的压力传感器；

26、控制器接收一对压力传感器的信号，并根据压差相应控制管路a、管路b的接通。

27、在本发明的一些示例中，还包括：置于阀体外部的平衡部件；

28、平衡部件具有：外置筒体、密封滑动位于外置筒体内的第三活塞体；

29、第三活塞体将外置筒体分为体积变化的第一内腔、第二内腔；第一内腔与外界海水连通，第二内腔与阀体内通路连通；

30、当第一内腔的体积减小时，管线a处于接通状态，当第二内腔的体积减小时，管线b处于接通状态。

31、在本发明的一些示例中，所述第三活塞体轴向处设有第一孔、周侧中部设有径向布置的第二孔；第一孔一端与供液源的出液口连接、另一端与第二孔连通；

32、管路a、管路b连接至外置筒体内部并通过第三活塞体周侧进行封闭；

33、当第三活塞体移动使得第一内腔的体积减小时，第二孔与管路a连通；当第三活塞体移动使得第二内腔的体积减小时，第二孔与管路b连通。

34、本发明目的在于还提供一种具有开闭补偿的深海阀门的控制方法，通过第一腔体、第二腔体相应与供液源连接，以匹配海水压力小于或大于内部通道压力的环境情况，在第一腔体或者第二腔体接通下，相应的内弹簧逐渐作用在阀杆部件上，以抵消部分海水压力与通道压力的压差作用力，因此实现对深海阀门开闭的补偿，避免其受压而出现开闭困难的问题，满足深海不同压力的使用环境。

35、一种具有开闭补偿的深海阀门的控制方法，具体包括以下步骤：

36、s1，初始时，第一腔体、第二腔体、第三腔体均填充补偿液；在上下外弹簧作用下，第一活塞体、第二活塞体相互远离至补偿筒体的上下极限位置；

37、当阀体外部海水压力与内部通道压力相近时，第三活塞体位于外置筒体的中部、周侧对管路a和管路b均进行封堵，补偿液无法与管路a或者管路b连通；

38、内阀杆受控制升降移动，同时带动外阀杆弹性移动使得阀芯开闭阀体的内部通道；

39、s2，当阀体外部海水压力小于内部通道压力时，阀杆部件承受向上的作用力而难以关闭；

40、此时在压差作用下，第三活塞体移动使得第二孔与管路a连通，补偿液从供液源进入第一孔、第二孔，再通过第二孔进入管路a、第一腔体，使得第一活塞体向下移动；

41、第一活塞体向下移动将对上边的外弹簧、内弹簧压缩，上边的内弹簧逐渐作用在外阀杆上，以抵消部分海水压力与通道压力的压差作用力，内阀杆受控制向下移动，同时带动外阀杆向下移动使得外阀杆下端的阀芯关闭阀体的内部通道；

42、接着阀杆继续相对外阀杆向下移动至极限位置，位于上边的第一连接孔与上边的第一通孔连通，上边的第二连接孔与中间的第一通孔连通，此时第一腔体内的补偿液能够从上边的第一通孔、上边的第一连接孔进入内阀杆的中空孔内，再从上边的第二连接孔、中间的第一通孔进入第三腔体内，第一腔体、第三腔体的压力能够平衡，使得第一腔体内的补偿液的快速泄压，并在上边的外弹簧作用下第一活塞体快速向上移动直至封堵上边的第一通孔；

43、当阀杆部件向上移动对通道打开时，内阀杆受控制向上移动，上边的第一连接孔与上边的第一通孔、上边的第二连接孔与中间的第一通孔相互错开，同时带动外阀杆下端的阀芯打开通道；

44、s3，当阀体外部海水压力大于内部通道压力时，阀杆部件承受向下的作用力而难以打开；

45、此时在压差作用下，第三活塞体移动使得第二孔与管路b连通，补偿液从供液源进入第一孔、第二孔，再通过第二孔进入管路b、第二腔体，使得第二活塞体向上移动；

46、第二活塞体向上移动将对下边的外弹簧、内弹簧压缩，下边的内弹簧逐渐作用在外阀杆上，以抵消部分海水压力与通道压力的压差作用力，内阀杆受控制向上移动，同时带动外阀杆向上移动使得外阀杆下端的阀芯打开阀体的内部通道；

47、接着阀杆继续相对外阀杆向上移动至极限位置，位于下边的第一连接孔与下边的第一通孔连通，下边的第二连接孔与中间的第一通孔连通，此时第一腔体内的补偿液能够从下边的第一通孔、下边的第一连接孔进入内阀杆的中空孔内，再从下边的第二连接孔、中间的第一通孔进入第三腔体内，第二腔体、第三腔体的压力能够平衡，使得第二腔体内的补偿液的快速泄压，并在下边的外弹簧作用下第二活塞体快速向下移动直至封堵下边的第一通孔；

48、当阀杆部件向下移动对通道关闭时，内阀杆受控制向下移动，下边的第一连接孔与下边的第一通孔、下边的第二连接孔与中间的第一通孔相互错开，同时带动外阀杆下端的阀芯关闭通道。

49、与现有技术相比，本一种具有开闭补偿的深海阀门通过第一腔体、第二腔体相应与供液源连接，以匹配海水压力小于或大于内部通道压力的环境情况，在第一腔体或者第二腔体接通下，相应的内弹簧逐渐作用在阀杆部件上，以抵消部分海水压力与通道压力的压差作用力，在外弹簧作用下，使得第一活塞体或第二活塞体相互远离回到初始位置，因此实现对深海阀门开闭的补偿，避免其受压而出现开闭困难的问题，满足不同压力的深海环境；

50、由于阀杆部件具有同轴布置的外阀杆、内阀杆，内阀杆升降移动通过弹性件带动外阀杆弹性轴向移动，使得外阀杆下端阀芯对通道进行开闭，在不影响补偿部件对阀杆部件作用的情况下，能够达到良好的密封效果，避免开闭过程中刚性接触造成直接摩擦与撞击，补偿因加工偏差、介质压力波动等因素导致密封面积间隙，减少或者缓解阀杆部件在开闭时产生的振动与冲击；

51、由于阀芯对通道完全关闭或者打开后，内阀杆相对外阀杆进行轴向移动，相应的使得上边的第一通孔与上边的第一连接孔连通、下边的第一通孔与下边的第一连接孔连通，中间第一通孔与一对第二连接孔相应连通，实现开闭时补偿液的快速自动泄压，保障第一活塞体、第二活塞体的快速回位，避免相应腔体内压差过大或持续时间过长而导致密封性降低；

52、由于通过阀体外部海水压力与内部通道压力在外置筒体内进行比较，在压差作用下使得第三活塞体移动完成补偿液从管路a或者管路b的进入，完成对管路a、管路b的自动接通，整体结构简单，避免采用多电控结构造成结构的复杂与运行不稳定，适用于深海中恶劣的环境。