[發明專利]磁致變剛度彈簧往復泵自動錐閥

有效

• 申請號: 201810748570.7
• 申請日: 2018-07-10
• 公開（公告）號: CN108869267B
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發明（設計）人: 董世民;朱葛;劉天明;朱堅銘;劉賽;焦會明
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: F04B53/10
• 分類號: F04B53/10
• 代理公司: 北京挺立專利事務所(普通合伙) 11265
• 代理人: 劉陽

本發明涉及一種控制閥，具體涉及一種磁致變剛度彈簧往復泵自動錐閥。包括：閥盤，閥座，閥盤與閥座配合連接，所述閥盤上設置有導向桿，位于閥盤下工作面中心部的導向桿上設置有導向爪，位于閥盤的上工作面中心部的導向桿自上而下依次設置有限位螺母、中層永磁鐵和下層永磁鐵，所述中層永磁鐵上套裝有移動板，所述移動板的下端面與閥盤上工作面之間設置有下層復位彈簧，所述移動板的上端面通過上層復位彈簧與限位器連接，所述限位器下端面設置有上層永磁鐵。本發明改變了傳統往復泵自動錐閥僅采用定剛度彈簧的模式，借助彈簧彈力與永磁鐵之間磁性力的共同作用實現閥盤的自動復位。

技術領域

本發明涉及一種控制閥，具體涉及一種磁致變剛度彈簧往復泵自動錐閥。

背景技術

由于往復泵具有結構簡單、效率高、排出壓力大、泵壓變化條件下可實現排量恒定等優點，在國民經濟的各個領域得到了廣泛的應用，尤其在石油礦場領域需求極大，鉆井泵、注水泵、固井泵以及壓裂泵均屬于往復泵。隨著現場施工要求的提高，往復泵的工作壓力越來越大，功率越來越高，并且石油礦場用往復泵的工作條件一般十分惡劣，提高其易損件(主要是泵閥)的工作壽命，改善往復泵的整體工作性能對于提高經濟效益具有重要意義。

目前，往復泵中廣泛采用的是彈簧自動錐閥結構，彈簧是自動錐閥的重要組成部分，彈簧的主要作用是平衡慣性力，降低閥盤的落座速度與滯后高度，但是也降低了閥盤升程，增大了閥隙間的水頭損失，影響往復泵的吸入性能，彈簧對往復泵的工作性能影響明顯。國內外的許多專家學者針對自動錐閥的工作理論、設計計算和應用方面進行了大量的研究工作，研究表明：彈簧預緊力與剛度越大，閥盤的升程越小，閥隙間的水頭損失越大，缸內液體壓力相應越低，發生空化和氣蝕的可能性增大，導致往復泵的充滿系數以及使用壽命相應降低，與之相反預緊力與剛度越大，閥盤的落座速度越小，閥盤對閥座的沖擊越小，相應的泵閥使用壽命得到一定的延長，并且泵閥的滯后高度也同時減小，容積效率等到提高。綜合上述的已有研究可以發現，現有針對往復泵自動錐閥的研究主要圍繞閥盤開啟過程中彈簧定剛度條件下展開，但是卻無法解決既降低閥隙間水頭損失又降低閥盤落座速度與滯后高度的矛盾。

與此同時，隨著磁力彈簧概念的提出，利用磁性材料“同性相斥、異性相吸”的原理，使用磁力彈簧替代傳統的圓柱螺旋彈簧實現閥盤自動復位成為了可能，但是通過研究表明由于磁極間距離變化導致磁力變得不穩定，僅適用于磁極間距離較小的情況，并不能滿足往復泵的實際工作需要。并且通過大量的仿真計算，發現使自動錐閥彈簧剛度隨閥盤升程增加而逐漸減小，有利于實現落座速度與滯后高度不增加的前提下，閥盤升程顯著增加，水頭損失明顯減小，對于提高缸內壓力，減輕缸內的空化、氣蝕現象的發生具有顯著作用。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供一種采用彈簧彈力與永磁鐵之間磁性力的共同作用，實現自動復位的磁致變剛度彈簧往復泵自動錐閥。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：一種磁致變剛度彈簧往復泵自動錐閥，包括：閥盤，閥座，閥盤與閥座配合連接，所述閥盤上設置有導向桿，位于閥盤下工作面中心部的導向桿上設置有導向爪，位于閥盤的上工作面中心部的導向桿自上而下依次設置有限位螺母、中層永磁鐵和下層永磁鐵，所述中層永磁鐵上套裝有移動板，所述移動板的下端面與閥盤上工作面之間設置有下層復位彈簧，所述移動板的上端面通過上層復位彈簧與限位器連接，所述限位器下端面設置有上層永磁鐵。

作為本發明的進一步方案：所述閥盤的外緣面為周向錐面結構，所述閥盤的外端面設置有密封圈。

作為本發明的進一步方案：所述導向桿主體為階梯型變徑軸桿，所述導向桿的上階梯外徑小于下階梯外徑，所述導向桿頂端設置有螺紋。

作為本發明的進一步方案：所述導向爪由呈十字交叉對稱分布的弧形爪板構成，所述弧形爪板的連接端與導向桿的外端面固定。

作為本發明的進一步方案：所述中層永磁鐵主體為環狀結構，所述中層永磁鐵的內環直徑大于導向桿上階梯外徑，中層永磁鐵的內環直徑小于導向桿下階梯外徑。