[发明专利]一种基于直线电机的闸板防喷器

说明书

技术领域

本发明属于石油钻采设备技术领域，涉及一种基于直线电机的闸板防喷器。

背景技术

防喷器是用于试油、修井、完井等作业过程中关闭井口，防止井喷事故发生的安全密封井口装置。闸板防喷器是井控设备的重要组成部分，它是最早应用于石油钻井生产的防喷器。

早期的闸板防喷器都是手动控制开关，这种方式费力，关井耗时多，且耐压相对低，故障多，在紧急关井时易发生封不住井，从而引起井喷失控。

现代石油钻井使用的都是液压闸板防喷器，用液压控制防喷器开关动作迅速，能在3-8秒内实现关井；操作方便；通过换向阀就能实现液压闸板防喷器的开关动作；安全可靠；现场维修方便；液压闸板防喷器的密封元件在使用中磨损失效可在现场条件下即使更换。液压驱动闸板防喷器的工作原理是，当发生井喷或者井涌时，高压动力液进入左右的液缸关闭腔，推动活塞带动着闸板轴及闸板总成沿闸板室内导向筋限定的轨道分别向井口中心移动，实现封井。同理要实现防喷器的开启，需要将高压动力液引入左、右液缸的开启腔。闸板防喷器密封可靠、耐压高、可以长时间关闭井口；能够配备各种不同的闸板，如全封闸板，半封闸板，剪切闸板和变径闸板等。由于闸板防喷器可以配备具有各种功能的闸板，因此其可以实现众多功能。

然而，液压闸板防喷器需要复杂的液压控制系统进行驱动，而且流体信号有传输距离近，响应速度慢，液压管束容易损坏等缺点。基于直线电机的闸板防喷器，目前国内外尚未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于直线电机的闸板防喷器，使用直线电机来驱动闸板轴，实现防喷器系统的全电控制。

本发明的原理：一种基于直线电机的闸板防喷器，它由壳体1，闸板2，侧门3，端盖4，闸板轴5和闸板轴驱动部分6组成。闸板轴驱动部分6由联轴器7、活塞杆8、大液压缸9、二位四通电磁阀10、油箱11、圆筒型直线电机12、小液压缸15和单向阀16组成。闸板轴5与一个大液压缸9相连，此大液压缸通过一个二位四通的电磁阀10与一个小液压缸15相连，小液压缸与直线电机的次级14相连接，直线电机驱动小液压缸15的活塞杆做往复运动，小液压缸不断地把液压油推入大液压缸9腔体中，根据帕斯卡原理，可以在大液压缸活塞杆处得到比较大的推力，活塞杆驱动闸板轴运动，从而实现防喷器开关的功能。另外，由于单向阀的作用，此装置还具有自锁功能。

本发明有以下优点：

1.使用电信号来控制防喷器，相应速度快，可以实现远距离控制。

2.相对于液控闸板防喷器，省去了外部驱动防喷器的复杂的液压系统，如蓄能器，泵和电磁阀等液压元件。

3.闸板防喷器内部没有油路，结构简单。

4.没有专门的手动或者液动锁紧装置，通过液压缸和单向阀进行自锁，简化了防喷器的结构。

5.利用小缸推大缸的原理，工作平稳，增大了驱动闸板的推力。

附图说明

图1是基于直线电机闸板防喷器的总体结构示意图。

图2是图1中闸板轴驱动部分6的原理示意图。

具体实施方式

参见图1。本发明基于直线电机的闸板防喷器的主要结构包括壳体1，闸板2，侧门3，端盖4，闸板轴5和闸板轴驱动部分6。

参见图2。闸板轴驱动部分6主要包括联轴器7，活塞杆8，大液压缸9，二位四通电磁阀10，油箱11，圆筒型直线电机12，小液压缸15和单向阀16。圆筒型直线电机12由直线电机的初级13和直线电机的次级14组成，直线电机的初级13固定在端盖4的内壁上。

当电磁阀10位于如图2中所示的位置时，小液压缸15与大液压缸9的关闭腔相连，直线电机12可以推动闸板完成关闭动作。控制中心发出关闭闸板防喷器的命令后，直线电机12启动运行，电机次级14开始做往复运动，推动小液压缸15的活塞杆做往复运动。由于单向阀16的作用，液压油只能由小液压缸15进入大液压缸9，所以油箱11中的液压油被不断地推入大液压缸9的右腔，大液压缸9左腔的液压油则流入油箱，液压缸9右腔液压缸的液压不断升高，推动活塞杆8向左运动，从而完成防喷器的关闭动作。之后直线电机12断电，同时，由于单向阀的作用，闸板防喷器还具有液压自锁的作用。当需要打开防喷器时，先控制电磁阀10换向，使小液压缸15的供油回路与大液压缸9的左腔接通，大液压缸9的右腔与流入油箱的回路接通，然后发出打开指令启动直线电机12，小液压缸15开始打液，小液压缸15打出的高压液打开单向阀16经供油回路进入大液压缸9的左腔，大液压缸9的左腔的液压随着液压油的进入不断升高，从而推动闸板轴5向右运动，防喷器完成打开动作。直线电机12驱动小液压缸15的活塞杆做往复运动，根据帕斯卡原理知，在小的活塞上面施加比较小的压力，可在大的活塞上获得推动闸板2运动所需的大推力，该大推力驱动闸板轴运动，即可完成防喷器的开关功能。