[发明专利]磁致变刚度弹簧往复泵自动锥阀

说明书

本发明涉及一种控制阀，具体涉及一种磁致变刚度弹簧往复泵自动锥阀。包括：阀盘，阀座，阀盘与阀座配合连接，所述阀盘上设置有导向杆，位于阀盘下工作面中心部的导向杆上设置有导向爪，位于阀盘的上工作面中心部的导向杆自上而下依次设置有限位螺母、中层永磁铁和下层永磁铁，所述中层永磁铁上套装有移动板，所述移动板的下端面与阀盘上工作面之间设置有下层复位弹簧，所述移动板的上端面通过上层复位弹簧与限位器连接，所述限位器下端面设置有上层永磁铁。本发明改变了传统往复泵自动锥阀仅采用定刚度弹簧的模式，借助弹簧弹力与永磁铁之间磁性力的共同作用实现阀盘的自动复位。

技术领域

本发明涉及一种控制阀，具体涉及一种磁致变刚度弹簧往复泵自动锥阀。

背景技术

由于往复泵具有结构简单、效率高、排出压力大、泵压变化条件下可实现排量恒定等优点，在国民经济的各个领域得到了广泛的应用，尤其在石油矿场领域需求极大，钻井泵、注水泵、固井泵以及压裂泵均属于往复泵。随着现场施工要求的提高，往复泵的工作压力越来越大，功率越来越高，并且石油矿场用往复泵的工作条件一般十分恶劣，提高其易损件(主要是泵阀)的工作寿命，改善往复泵的整体工作性能对于提高经济效益具有重要意义。

目前，往复泵中广泛采用的是弹簧自动锥阀结构，弹簧是自动锥阀的重要组成部分，弹簧的主要作用是平衡惯性力，降低阀盘的落座速度与滞后高度，但是也降低了阀盘升程，增大了阀隙间的水头损失，影响往复泵的吸入性能，弹簧对往复泵的工作性能影响明显。国内外的许多专家学者针对自动锥阀的工作理论、设计计算和应用方面进行了大量的研究工作，研究表明：弹簧预紧力与刚度越大，阀盘的升程越小，阀隙间的水头损失越大，缸内液体压力相应越低，发生空化和气蚀的可能性增大，导致往复泵的充满系数以及使用寿命相应降低，与之相反预紧力与刚度越大，阀盘的落座速度越小，阀盘对阀座的冲击越小，相应的泵阀使用寿命得到一定的延长，并且泵阀的滞后高度也同时减小，容积效率等到提高。综合上述的已有研究可以发现，现有针对往复泵自动锥阀的研究主要围绕阀盘开启过程中弹簧定刚度条件下展开，但是却无法解决既降低阀隙间水头损失又降低阀盘落座速度与滞后高度的矛盾。

与此同时，随着磁力弹簧概念的提出，利用磁性材料“同性相斥、异性相吸”的原理，使用磁力弹簧替代传统的圆柱螺旋弹簧实现阀盘自动复位成为了可能，但是通过研究表明由于磁极间距离变化导致磁力变得不稳定，仅适用于磁极间距离较小的情况，并不能满足往复泵的实际工作需要。并且通过大量的仿真计算，发现使自动锥阀弹簧刚度随阀盘升程增加而逐渐减小，有利于实现落座速度与滞后高度不增加的前提下，阀盘升程显著增加，水头损失明显减小，对于提高缸内压力，减轻缸内的空化、气蚀现象的发生具有显著作用。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种采用弹簧弹力与永磁铁之间磁性力的共同作用，实现自动复位的磁致变刚度弹簧往复泵自动锥阀。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种磁致变刚度弹簧往复泵自动锥阀，包括：阀盘，阀座，阀盘与阀座配合连接，所述阀盘上设置有导向杆，位于阀盘下工作面中心部的导向杆上设置有导向爪，位于阀盘的上工作面中心部的导向杆自上而下依次设置有限位螺母、中层永磁铁和下层永磁铁，所述中层永磁铁上套装有移动板，所述移动板的下端面与阀盘上工作面之间设置有下层复位弹簧，所述移动板的上端面通过上层复位弹簧与限位器连接，所述限位器下端面设置有上层永磁铁。

作为本发明的进一步方案：所述阀盘的外缘面为周向锥面结构，所述阀盘的外端面设置有密封圈。

作为本发明的进一步方案：所述导向杆主体为阶梯型变径轴杆，所述导向杆的上阶梯外径小于下阶梯外径，所述导向杆顶端设置有螺纹。

作为本发明的进一步方案：所述导向爪由呈十字交叉对称分布的弧形爪板构成，所述弧形爪板的连接端与导向杆的外端面固定。

作为本发明的进一步方案：所述中层永磁铁主体为环状结构，所述中层永磁铁的内环直径大于导向杆上阶梯外径，中层永磁铁的内环直径小于导向杆下阶梯外径。