具有促進(jìn)有效密封的非剛性連接器的用于泵系統(tǒng)的提升閥的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種示例性閥，其包括閥體，所述閥體具有閥座（160）和適于密封地接合閥座的閥構(gòu)件（114）。所述閥還包括致動(dòng)器（130），所述致動(dòng)器經(jīng)由非剛性的連接器（128）操作地聯(lián)接到閥構(gòu)件，其中，致動(dòng)器適于選擇地使閥構(gòu)件相對于閥座運(yùn)動(dòng)。
【專利說明】具有促進(jìn)有效密封的非剛性連接器的用于泵系統(tǒng)的提升閥
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及在地下鉆出井眼，涉及為這樣的操作而泵送鉆井流體(“泥漿”)的系統(tǒng)，涉及泥漿泵送系統(tǒng)和用于所述泥漿泵送系統(tǒng)的閥，并且涉及具有促進(jìn)有效密封的非剛性連接器的提升閥及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)公開了廣泛種類的鉆井系統(tǒng)、設(shè)備和方法，其包括但不限于，在美國專利 6，944，547 ;6，918，453 ;6，802，378 ;6，050，348 ;5，465，799 ;4，995，465 ;4，854，397 ；和3，658，138中的公開，這些公開全部為了所有目的包含于此?，F(xiàn)有技術(shù)公開了在鉆井操作和泵系統(tǒng)中所使用的廣泛種類的鉆井流體泵(“泥漿泵”)，所述鉆井操作和泵系統(tǒng)例如并且不以限制的方式是在美國專利 6，257，354 ;4，295，366 ;4，527，959 ;5，616，009 ;4，242，057 ；4，676，724 ;5，823，093 ;5，960，700 ;5，059，101 ;5，253，987 中；在 2004 年 4 月 28 日提交的美國申請序列N0.10/833,921中公開的那些泵和系統(tǒng)(所述美國參考文件全部為了所有目的包含于此)。
[0003]在鉆柱的端部處所承載的鉆頭被轉(zhuǎn)動(dòng)以在地下形成井眼。某些鉆柱包括:管狀物，所述管狀物可以是由連結(jié)的段制成的鉆管或連續(xù)的撓性油管；和鉆井組件，所述鉆井組件在其底端處具有鉆頭，鉆井組件附裝到管道或鉆柱的底端處。在某些系統(tǒng)中，為了鉆出井目艮，鉆頭(例如，通過頂部驅(qū)動(dòng)器、動(dòng)力水龍頭、轉(zhuǎn)盤系統(tǒng)或通過由鉆井組件所承載的井下泥漿馬達(dá))轉(zhuǎn)動(dòng)。也稱為“泥漿”的鉆井流體由在地表處的泵送系統(tǒng)在壓力下從在地表處的凹坑或容器通過井眼泵送。
[0004]在某些已知的泥漿泵系統(tǒng)中，吸入模塊和排出模塊其中具有閥，所述閥選擇地在進(jìn)入(吸入)模式中和輸出模式(排出)中控制流過模塊的流體流動(dòng)，在所述進(jìn)入模式中活塞設(shè)備產(chǎn)生將鉆井流體抽入模塊中的真空，在所述輸出模式中活塞設(shè)備產(chǎn)生將鉆井流體壓出模塊的壓力。在吸入模式中，吸入閥打開，允許鉆井流體在排出閥保持關(guān)閉的同時(shí)進(jìn)入模塊中。在排出模式中，鉆井流體的壓力關(guān)閉吸入閥并且打開排出閥。
[0005]吸入閥和排出閥這兩種閥遭受鉆井流體的流動(dòng)的侵蝕效應(yīng)和破壞效應(yīng)。鉆井流體含有鉆屑和碎屑，所述鉆屑和碎屑可以侵蝕閥部件(例如，座、桿、閥構(gòu)件、密封件、導(dǎo)套、插件、襯墊、耐磨板等)。而且，可以以例如500加侖/分至2000加侖/分泵送較熱的鉆井流體的泥漿泵以較高的速度抵抗閥部件加壓侵蝕的鉆井流體，這增加了流體的破壞效應(yīng)。
[0006]在泥漿泵系統(tǒng)中所使用的許多閥中，橫過流動(dòng)路徑布置的閥中的導(dǎo)引件或從閥構(gòu)件延伸到閥座中的導(dǎo)向銷導(dǎo)引閥構(gòu)件，以便使閥構(gòu)件正確地和有效地落座在閥座上。在許多閥中，落座有閥構(gòu)件(或閥芯)的閥座表面理想地是平坦的；并且與閥座的平坦座面密封地鄰接的閥構(gòu)件的表面相對應(yīng)地和理想地是平坦的。導(dǎo)引件或?qū)蜾N幫助閥構(gòu)件的平坦的落座表面正確落座在閥座的平坦的座面上。如果任一個(gè)表面不是平坦的，或者如果一個(gè)表面不以基本平行的(平坦的表面對平坦的表面)方式接觸另一個(gè)表面，則會導(dǎo)致閥操作無效或低效。[0007]流過閥的鉆井流體流動(dòng)的侵蝕效應(yīng)和/或破壞效應(yīng)可以破壞落座表面，使得不能實(shí)現(xiàn)理想的平坦的表面對平坦的表面的落座。而且，鉆井流體可以破壞導(dǎo)引件(例如，用于接收從閥構(gòu)件凸出的桿或棒的肋部和通道)或?qū)蜾N，使得不能實(shí)現(xiàn)理想的表面落座。在某些情況下，對導(dǎo)引件或?qū)蜾N的破壞導(dǎo)致平坦的閥構(gòu)件表面以一角度接觸平坦的落座表面，使得不能實(shí)現(xiàn)有效的閥關(guān)閉，或使得閥不充分地關(guān)閉而不能用于有效的操作。在某些方面，侵蝕的鉆井流體流動(dòng)使初始平坦的落座表面變得不平坦，從而導(dǎo)致無效的密封和閥關(guān)閉。
[0008]在許多泥漿泵系統(tǒng)中出于這些原因，定期地修理或替換吸入閥和排出閥。
[0009]在許多已知的泥漿泵閥中，通過在閥中機(jī)械地產(chǎn)生用于克服彈簧以允許閥構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的真空或流體壓力增大而打開和關(guān)閉閥。閥構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)不受控制，即，閥構(gòu)件遭受在壓力下的流體的涌動(dòng)。隨著流體壓力累積而使閥構(gòu)件運(yùn)動(dòng)，相對應(yīng)的流體的量在與閥相鄰處累積。當(dāng)壓力足夠高時(shí)，較大量的流體以較高的速度沖過閥。該流體的涌動(dòng)可以對閥部件產(chǎn)生有害效應(yīng)，例如，因?yàn)殚y打開時(shí)刻的延遲所導(dǎo)致的流體猛沖使密封表面一起受敲擊。
[0010]本公開涉及可以避免或至少減小以上指出的問題中的一個(gè)或多個(gè)的影響的各種方法和裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]以下是本發(fā)明的概要，以便提供對本發(fā)明的某些方面的基本理解。該概要并非詳盡地概述本發(fā)明。該概要并不打算識別出本發(fā)明的關(guān)鍵元件或主要元件或并不打算敘述本發(fā)明的范圍。其唯一目的是以簡要的形式表現(xiàn)某些概念，作為以后討論的更加詳細(xì)的說明的序言。
[0012]在一個(gè)示例性實(shí)施例中，本公開在某些方面涉及鉆井流體泵送系統(tǒng)和閥，其也已知為泥漿泵系統(tǒng)，用于泵送在井眼操作中所使用的鉆井流體或泥漿。在一個(gè)示例性示例中，本公開涉及一種提升閥，在所述提升閥中，除了其它方面，閥芯具有非剛性的連接，所述非剛性的連接由此幫助與相對應(yīng)的閥座密封。更具體地，在本文公開的閥的一個(gè)示例性示例中，閥包括閥體，所述閥體具有閥座和適于密封地接合閥座的閥構(gòu)件。閥還包括致動(dòng)器，所述致動(dòng)器經(jīng)由非剛性的連接器操作地聯(lián)接到閥構(gòu)件，其中，致動(dòng)器適于選擇地使閥構(gòu)件相對于閥座運(yùn)動(dòng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]可以通過參考以下參照附圖的說明而理解本公開，在附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的元件，并且其中:
[0014]圖1是根據(jù)本公開的一個(gè)示例性實(shí)施例的系統(tǒng)的局部剖視的示意圖；
[0015]圖1A是根據(jù)本公開的一個(gè)示例性實(shí)施例的泥漿泵系統(tǒng)的示意圖；
[0016]圖2A是根據(jù)本公開的一個(gè)示例性實(shí)施例的泵設(shè)備的透視圖；
[0017]圖2B是圖2A的泵設(shè)備的側(cè)視圖；
[0018]圖2C是圖2A的設(shè)備的一部分的透視圖；
[0019]圖2D是圖2C的設(shè)備的一部分的透視圖；
[0020]圖2E是圖2C的設(shè)備的一部分的俯視剖視圖；[0021]圖2F是具有根據(jù)本公開的一個(gè)示例性實(shí)施例的閥組件的泵模塊的局部剖視的透視圖；
[0022]圖2G是根據(jù)本公開的一個(gè)示例性實(shí)施例的兩個(gè)閥組件的透視圖；
[0023]圖2H是圖2G的閥組件的側(cè)視圖；
[0024]圖21是圖2G的閥組件的剖視圖；
[0025]圖3A是根據(jù)本公開的閥組件的透視圖；
[0026]圖3B是圖3A的閥組件的剖視圖；
[0027]圖4是圖3A的閥組件的一部分的局部剖視的側(cè)透視圖；
[0028]圖4A是閥座的一個(gè)示例性實(shí)施例的剖視圖，其具有如本文所述的示例性的彎曲閥座；
[0029]圖4B是本文公開的提升閥的一個(gè)示例性實(shí)施例的剖視圖；
[0030]圖4C示出本文公開的閥的一個(gè)示例性示例，其中采用卡環(huán)保持用在閥中的密封件；
[0031]圖5是如在圖3A中的閥組件的致動(dòng)器的透視圖；
[0032]圖6是根據(jù)本公開的一個(gè)示例性實(shí)施例的彈簧的側(cè)視圖；
[0033]圖7A是根據(jù)本公開的一個(gè)示例性實(shí)施例的彈簧的透視圖；
[0034]圖7B是圖7A的彈簧的另一個(gè)透視圖；
[0035]圖8A是局部剖視的側(cè)視圖，其示出在圖7A的系統(tǒng)中的根據(jù)本公開的一個(gè)示例性實(shí)施例的閥的操作中的步驟；
[0036]圖8B是局部剖視的側(cè)視圖，其示出在圖8A的閥的操作中的步驟，圖8B示出在圖8A的步驟之后的步驟；
[0037]圖9A是根據(jù)本公開的一個(gè)示例性實(shí)施例的系統(tǒng)的局部剖視的側(cè)視圖；
[0038]圖9B是根據(jù)圖9A中示出的示例性實(shí)施例的系統(tǒng)的局部剖視的側(cè)視圖，其具有打開的閥；
[0039]圖9C是圖9A的系統(tǒng)的閥芯的側(cè)剖視圖；
[0040]圖9D是在根據(jù)本公開的一個(gè)示例性實(shí)施例的系統(tǒng)中的閥芯的側(cè)剖視圖；
[0041]圖9E是在根據(jù)本公開的一個(gè)示例性實(shí)施例的系統(tǒng)中的閥芯的側(cè)剖視圖；
[0042]圖1OA是用于根據(jù)本公開的一個(gè)示例性實(shí)施例的系統(tǒng)的閥芯和彈簧的側(cè)視圖；
[0043]圖1OB是圖1OA的閥芯和彈簧的剖視圖；
[0044]圖1OC是圖1OA的閥芯和彈簧的剖視圖；
[0045]圖1lA是圖1OA的閥芯的支撐件的側(cè)視圖；
[0046]圖1lB是圖1OA的支撐件的俯視圖；
[0047]圖1lC是圖1OA的支撐件的仰視圖；和
[0048]圖12是圖1OA的彈簧的透視圖。
[0049]雖然本文公開的主旨易于具有各種修改方案和可替代的形式，但是其特定的實(shí)施例已經(jīng)在附圖中以示例的方式示出并且在此詳細(xì)地說明。然而，應(yīng)當(dāng)理解，此處的特定實(shí)施例的說明意在將本發(fā)明不限制于所公開的特定形式，而是相反地，意在覆蓋落在如由所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有修改方案、等同方案和可替代方案。【具體實(shí)施方式】
[0050]以下說明本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例。為了清楚起見，在本說明書中沒有說明實(shí)際的實(shí)施方案的全部特征。當(dāng)然，將應(yīng)理解，在任何這樣的實(shí)際實(shí)施例的開發(fā)中，必須使多個(gè)特定實(shí)施的決定實(shí)現(xiàn)開發(fā)人員的特定目標(biāo)，例如，遵守與系統(tǒng)有關(guān)的和與商業(yè)有關(guān)的約束條件，所述特定目標(biāo)將從一個(gè)實(shí)施方案到另一個(gè)實(shí)施例方案而改變。此外，將應(yīng)理解，這樣的開發(fā)工作可能是復(fù)雜的和耗時(shí)的，但是對于得益于本公開的本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言將不過是例行任務(wù)。
[0051]現(xiàn)在將參照【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的主旨。在附圖中示意性地示出各種結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)和裝置，僅用于解釋的目的，并且從而不使本公開因?qū)τ诒绢I(lǐng)域的技術(shù)人員所公知的細(xì)節(jié)而難以理解。然而，附圖涉及說明和解釋本公開的示例性示例。本文所使用的詞語和段落應(yīng)當(dāng)理解和解釋為具有與由相關(guān)領(lǐng)域中的技術(shù)人員對那些詞語和段落的理解一致的意義。術(shù)語或短語的特定定義，即，與如由本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的普通和習(xí)慣的意義不同的定義，意欲不由本文的術(shù)語或短語的一貫用法所暗示。在這個(gè)意義上，術(shù)語或短語意欲具有特定的意義，即，除了由本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的意義以外的意義，這樣的特定定義將在本說明書中以定義的方式被確切地闡述，所述定義的方式直接地和明確地為術(shù)語或短語提供特定的定義。
[0052]圖1中所示的系統(tǒng)500包括井架502，從所述井架502將鉆柱504延伸到大地506中。如公知的鉆柱504可以包括鉆管和鉆鋌。在鉆柱的端部處具有鉆頭512。轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)514、頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)526和/或井下馬達(dá)532 (“液壓馬達(dá)”，“泥漿馬達(dá)”)可以用于轉(zhuǎn)動(dòng)鉆柱504和鉆頭512。典型的絞車516具有纜繩或繩索設(shè)備518，用于支撐井架502中的物品。根據(jù)本公開的泥漿泵系統(tǒng)522將鉆井流體524供給到鉆柱504，所述泥漿泵系統(tǒng)522具有一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)至十個(gè)或更多個(gè)根據(jù)本公開的泥漿泵521，所述每個(gè)泥漿泵521都具有泵送模塊，每個(gè)模塊都具有一個(gè)、兩個(gè)或更多個(gè)根據(jù)本公開的閥。鉆井形成井眼530，所述井眼530向下延伸到大地506中。每個(gè)泥漿泵521都具有至少一個(gè)根據(jù)本公開的閥501或(如在圖1A中示意性地示出的)多個(gè)泵送模塊503，每個(gè)所述泵送模塊503都具有根據(jù)本公開的吸入閥505和根據(jù)本公開的排出閥506。每個(gè)泥漿泵521都具有主曲柄軸521c或軸向凸輪軸或其它將平移運(yùn)動(dòng)傳給活塞的等效機(jī)構(gòu)。
[0053]在鉆井期間，鉆井流體524通過泥漿泵系統(tǒng)522的一個(gè)或多個(gè)泵521泵送到鉆柱504中(由此，操作井下馬達(dá)532，如果使用這種任選的馬達(dá)的話)。鉆井流體524流到鉆頭512，并且繼而通過鉆頭512中的通路流入井眼530中。鉆井流體524的循環(huán)通過在井眼530的井壁與鉆柱504之間的環(huán)狀空間527將土屑和/或巖屑、碎屑等從井眼530的底部運(yùn)輸?shù)降孛?。切屑和碎屑借助未示出的裝備和設(shè)備從鉆井流體524去除，并且鉆井流體通過泥漿泵系統(tǒng)522的一個(gè)或多個(gè)泵從泥漿凹坑或容器528被再循環(huán)返回到鉆柱504。而且，某些期望的固體可以添加到鉆井流體。
[0054]如圖2A和2B中所不的根據(jù)本公開的一個(gè)不例性實(shí)施例的系統(tǒng)10具有主外殼12,所述主外殼12借助用于提升系統(tǒng)部件和使系統(tǒng)部件運(yùn)動(dòng)的任選的起重機(jī)系統(tǒng)20而安裝在基部8上。鉆井流體通過入口 7進(jìn)入系統(tǒng)10并且經(jīng)由模塊650泵送出至主出口 609。
[0055]模塊650具有本體602，所述主體602具有第一膛孔602a和第二膛孔602b。在一個(gè)示例性示例中，根據(jù)本公開的排出閥組件處于第一膛孔602a中，并且根據(jù)本公開的吸入閥組件處于第二膛孔602b中。如圖2C至2e中所示，使用活塞將流體經(jīng)由入口端口 604泵送到模塊650的室652中，并且經(jīng)由出口端口 609從模塊650排出到排出導(dǎo)管(未示出)中。
[0056]圖2F示出根據(jù)本公開的兩個(gè)閥組件100a、IOOb (如同示例性閥組件100)當(dāng)它們存在于泥漿泵模塊的塊體中時(shí)的相對位置的一個(gè)示例性示例。閥組件IOOaUOOb (其可以是本文公開的任何閥組件)分別處于塊體644中的膛孔642、643中。塊體644可以在如圖2A中所示的系統(tǒng)中使用。
[0057]圖2G至21示出布置在泥漿泵系統(tǒng)的塊體(未示出)中的兩個(gè)示例性閥組件ΙΟΟχ、IOOy(如同閥組件100a，圖9A)。流體通過吸入閥組件IOOx的作用通過吸入入口 400吸入，并且通過排出閥組件IOOy的作用通過排出出口 402排出。流體被接收在泵送室404中。
[0058]從室404泵送的流體可以沖擊排出閥IOOx的部件。任選地，儲蓄器/阻尼器410與泵室404流體連通。儲蓄器/阻尼器410減少來自泵室404的在壓力下的流體的不期望的脈動(dòng)?？梢允褂萌魏芜m當(dāng)?shù)囊阎膬π钇?阻尼器。
[0059]圖3A和3B示出根據(jù)本公開的閥組件100的示例性實(shí)施例，其可以用作用于泥漿泵系統(tǒng)的吸入閥或排出閥(例如，但是不限于，上述的吸入閥組件602b和排出閥組件602a ；或上述的吸入閥IOOx和排出閥100y)。圖4示出閥組件100的一個(gè)示例性實(shí)施例的頂部部分。
[0060]閥組件100具有中空的筒桿102，所述筒桿102具有內(nèi)部通道104，在所述內(nèi)部通道104內(nèi)設(shè)置有閥致動(dòng)器130和適配器106。彈簧支撐件108連接到筒桿102的法蘭110，所述彈簧支撐件108具有端部112，所述端部112由拉伸彈簧120的一部分環(huán)繞，所述拉伸彈簧120的端部鄰接彈簧支撐件108。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，彈簧支撐件108可以通過螺紋連接和/或通過多個(gè)螺栓連接(為了清楚的目的而未示出)聯(lián)接到法蘭110。
[0061]閥芯(或彎曲的閥構(gòu)件)114支靠在支撐件116上。閥芯114聯(lián)接到支撐件116。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，閥芯114借助諸如螺釘和/或螺栓的多個(gè)緊固件(為了清楚起見未示出)(圍繞支撐件116的周邊)聯(lián)接到支撐件116。彈簧120的端部122鄰接支撐件116的底部并且被偏壓在支撐件116的底部上。球118支靠在球支撐件124上，所述球支撐件124支靠在支撐件116上。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，球支撐件124可以是貝氏墊圈。非剛性的連接器128 (例如，纜繩、線材等)(由任何已知的材料制成)連接到球118。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，非剛性的連接器128穿過貫穿支撐件124的孔140、穿過支撐件116中的孔
142、穿過彈簧120、穿過彈簧支撐件108中的孔143并且穿過適配器106中的孔144，所述適配器106螺紋地連接到致動(dòng)器130的示例性聯(lián)接器139 (參見圖5)。
[0062]示例性貝氏墊圈151在球118上方鄰接閥芯114的下側(cè)115。在閥芯114內(nèi)的凹槽152容納球118、墊圈151和支撐件124。閥芯114具有彎曲表面136，用于密封地鄰接閥座160的彎曲表面166，并且在某些實(shí)施例中，在閥座160中定位有密封件169，如下所述。當(dāng)支撐件116聯(lián)接到閥芯114時(shí)，球支撐件124和墊圈151被固定在適當(dāng)?shù)奈恢弥小Ｔ摲莿傂缘倪B接器128、球118和兩個(gè)示例性貝氏墊圈的布置允許閥芯114側(cè)向地運(yùn)動(dòng)(在附圖中左右運(yùn)動(dòng))和相對于球118樞轉(zhuǎn)或擺動(dòng)。該運(yùn)動(dòng)甚至當(dāng)閥芯114與閥座160不精確地對準(zhǔn)時(shí)也幫助密封。因而，兩個(gè)示例性貝氏墊圈和球118的組合是用于將閥芯114操作地聯(lián)接到非剛性的連接器128的裝置，以便使閥芯114具有運(yùn)動(dòng)自由來幫助閥座160與閥芯114之間的密封。[0063]閥芯114可朝向和遠(yuǎn)離閥座160運(yùn)動(dòng)。閥座160具有用于供流體流過的通道162(參見圖4和％)。閥芯114選擇地關(guān)閉和打開通道162以供流體流動(dòng)。通道162的一部分的尺寸和構(gòu)造設(shè)定成用于閥芯114。閥座160的彎曲表面166定位成密封在閥芯114的彎曲表面136上。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，沒有從閥芯114凸出的導(dǎo)向銷(雖然可以根據(jù)期望采用導(dǎo)向銷)，并且沒有橫過閥座160的臂或肋部。因而，閥座160基本上暢通無阻，以接收和穩(wěn)定從閥芯114凸出的棒、桿或頸部。然而，在本文所示的示例性示例中，沒有這樣的從閥芯114凸出的棒、頸部或桿。因而，通過通道162的流動(dòng)沒有受到在許多現(xiàn)有的閥中所存在的這種部件的阻礙。
[0064]在一個(gè)示例性實(shí)施例中，形成在閥座160中的凹槽168保持密封件169。當(dāng)閥組件關(guān)閉時(shí)，閥芯114的彎曲表面136的一部分密封地鄰接密封件169，防止流體流動(dòng)。因而，在一個(gè)示例性實(shí)施例中，彎曲表面136與密封件169之間的接合連同彎曲表面136、166之間所建立起的密封提供了雙重密封布置。
[0065]閥芯114在閥座160的通道162內(nèi)具有自由運(yùn)動(dòng)范圍。本文公開的閥芯114的相對自由運(yùn)動(dòng)同現(xiàn)有技術(shù)的提升閥相比是期望的，這是因?yàn)樵撓鄬Φ淖杂蛇\(yùn)動(dòng)允許或能夠使閥芯114甚至在較不理想的條件下也與閥座160有效地密封，例如，在閥芯114與閥座160之間在正建立起密封關(guān)系時(shí)軸向地偏移未對準(zhǔn)的情況下，即，在閥座和閥芯中的每個(gè)的縱向軸線不平行或相對于彼此以一角度定位的情況下。在本文公開的示例性閥芯114中的球118的該增大的自由運(yùn)動(dòng)全部地或部分地由本文公開的各種結(jié)構(gòu)和由那些結(jié)構(gòu)的相對布置所提供。例如，在當(dāng)前公開的示例中，球118聯(lián)接到非剛性的連接器128，例如，纜繩。當(dāng)閥芯114與閥座160脫離時(shí)，非剛性的連接器128允許閥芯114 (在球118上)運(yùn)動(dòng)或樞轉(zhuǎn)，與現(xiàn)有技術(shù)的提升閥形成對照，在所述現(xiàn)有技術(shù)的提升閥中閥芯剛性地聯(lián)接到棒或其它類似的剛性結(jié)構(gòu)。在本文所示的示例中，由于球118與墊圈124和/或墊圈151接合，因此閥芯114能夠樞轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動(dòng)(達(dá)到某一程度)。應(yīng)當(dāng)注意到，彈簧120的尺寸和構(gòu)造設(shè)定成使得非剛性的連接器總是處于張緊中。即使非剛性的連接器128處于張緊中，閥芯114仍然能夠運(yùn)動(dòng)(相對于具有剛性的連接構(gòu)件的現(xiàn)有技術(shù)閥而言)，由此幫助密封。
[0066]如上所述，閥芯114相對于閥座160定位并且位于閥座160內(nèi)，并且閥芯114的彎曲的外表面136的一部分將密封地鄰接密封件169，并且彎曲表面136將密封地鄰接彎曲表面166。閥芯114可以與閥座160對準(zhǔn)(或不對準(zhǔn))，但是無論是哪種方式，都借助密封在密封件169上的表面136的一部分而維持有效的密封。閥芯114在球118上的運(yùn)動(dòng)以及各種部件的尺寸和構(gòu)造有助于閥芯114的可允許的自由運(yùn)動(dòng)，而不犧牲對于關(guān)閉閥組件必要的密封。
[0067]圖4A示出具有如本文公開的彎曲表面166的閥座160的一個(gè)示例性實(shí)施例。如此處所示，閥座160的彎曲表面166具有曲率半徑166R。曲率半徑166R的量級可以依據(jù)特定應(yīng)用、閥的尺寸和閥芯114的尺寸和構(gòu)造而改變。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，對于示例性的
4.7英寸的閥，半徑166R可以是大約2.5英寸。
[0068]圖4B是示出本文公開的示例性閥芯114的一個(gè)示例性實(shí)施例的剖視圖。如此處所述，彎曲表面136具有曲率半徑136R。曲率半徑136的量級可以依據(jù)特定應(yīng)用以及閥芯114的尺寸和構(gòu)造而改變。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，半徑136R可以是大約2英寸。
[0069]相對于閥的中心線，彎曲表面166是向外彎曲的凸面，而閥芯114的彎曲表面136是向內(nèi)彎曲的凹面。換言之，在本文公開的示例性實(shí)施例中，彎曲表面166和彎曲表面136是相對彎曲的表面，當(dāng)彎曲表面166和彎曲表面136接合時(shí)，它們可以至少初始形成圍繞閥芯114的外部的接觸線。
[0070]圖4c示出具有定位在密封凹槽168中的示例性密封件169的閥座160的一個(gè)示例性實(shí)施例。另外，如圖4C中所示，示例性卡環(huán)176可以與密封件169相鄰地定位以將密封件169固定在凹槽168中?？ōh(huán)176的尺寸、形狀和構(gòu)造可以依據(jù)特定應(yīng)用而改變。
[0071]圖5示出閥致動(dòng)器130，所述閥致動(dòng)器130可以在某些方面是任何適當(dāng)?shù)囊阎煽刂频拈y致動(dòng)器，例如，但是不限于，“肌肉”設(shè)備、氣壓缸致動(dòng)器、液壓缸致動(dòng)器和電磁致動(dòng)器。
[0072]在一個(gè)方面中，如圖5中所示，閥致動(dòng)器130是受控制的氣動(dòng)地供以動(dòng)力的致動(dòng)器，其已知為FESTO (商標(biāo))“肌肉”致動(dòng)器。在該示例性實(shí)施例中，致動(dòng)器130具有可膨脹的軟管132，其安裝在兩個(gè)基部134、135之間?？諝庠趬毫ο驴赏ㄟ^在氣動(dòng)聯(lián)接器139中的通道137而引入軟管132的內(nèi)部中。上基部134連接到氣動(dòng)聯(lián)接器139，所述氣動(dòng)聯(lián)接器139固定有適配器106。
[0073]如圖5中所示，并且參照圖3A、3B、8A和8B，空氣在壓力下還沒有施加在軟管132內(nèi)。在基部135固定的示例性示例中，一旦施加空氣，則軟管132向外膨脹，有效地拉動(dòng)頂部基部134，并且從而朝向下基部135拉動(dòng)適配器106。這些作用相對應(yīng)地在非剛性的連接器128上施加拉力，所述拉力導(dǎo)致閥芯114從其與閥座160的密封接觸中脫離出來。在該處理期間，彈簧120用于抵抗這些導(dǎo)致閥芯114脫離的全部拉力。
[0074]圖6示出可以與本文所述的閥一起使用的彈簧120的一個(gè)示例性實(shí)施例，彈簧120a。如與現(xiàn)有的已知彈簧設(shè)計(jì)比較，彈簧120a具有這樣的彈簧本體，即，所述彈簧本體具有更小的彈簧直徑“b”并且具有更高的彈簧力；但是線徑“a”較大，例如是0.22英寸，其產(chǎn)生更高的彈簧力。如同圖5的致動(dòng)器130的致動(dòng)器的使用能夠使彈簧具有增大的彈簧力(具有增大的線徑)。彈簧120a的總直徑b相對小于現(xiàn)有的彈簧，這是因?yàn)閺椈?20a不必容納某些現(xiàn)有的閥構(gòu)件的較大頸部。例如，在一個(gè)示例性實(shí)施例中，對于示例性的7英寸的提升閥，彈簧120可以具有約0.262英寸的線徑(“a”)，約55磅/英寸的彈簧常數(shù)，約3.4英寸的總直徑，約5.43英寸的總長(在放松的情況下)和約4.3英寸的安裝長度。
[0075]某些現(xiàn)有的泥漿泵閥彈簧達(dá)到已知的共振頻率(例如，約40Hz至43Hz)，產(chǎn)生閥芯振蕩，所述閥芯振蕩產(chǎn)生不適當(dāng)密封的閥芯和在閥組件的下游傳送的流體脈動(dòng)。由于其尺寸和重量，彈簧120a具有高于那些現(xiàn)有彈簧的固有頻率，所述現(xiàn)有彈簧在40Hz附近共振，并且因而，彈簧120a的共振需要更大的力。在某些方面中，彈簧120(或120a ;或彈簧120b，圖7A)的尺寸和構(gòu)造設(shè)定成使得其固有共振頻率比某些已知的彈簧高了約25% (例如，在一個(gè)方面中，50Hz對43Hz)。這在具有這種彈簧的閥組件中減小了流動(dòng)誘導(dǎo)的共振的可能性；為閥組件的閥芯提供更好更穩(wěn)定的控制；并且提供閥芯在閥座上更積極的落座。
[0076]圖7A和7B示出根據(jù)本公開的一個(gè)示例的示例性彈簧120b，所述示例性彈簧120b具有彈簧本體120c和端部漸縮部分120d，所述端部漸縮部分120d鄰接支撐件(例如，如同支撐件116，圖3A)。漸縮部分120d由于其窄于彈簧120b的基部120e而有助于閥芯114的自由運(yùn)動(dòng)(例如，如在圖8A中)。下表反映了用于如在圖7A至7B中公開的彈簧120a的一個(gè)示例性實(shí)施例的某些數(shù)據(jù)(尺寸單位為英寸)，所述彈簧120a具有0.25英寸的示例性線徑:
[0077]
【權(quán)利要求】
1.一種閥,其包括: 閥體； 閥座，所述閥座布置在所述閥體內(nèi)； 閥構(gòu)件，所述閥構(gòu)件能夠密封地接合所述閥座；和 致動(dòng)器，所述致動(dòng)器經(jīng)由非剛性的連接器操作地聯(lián)接到所述閥構(gòu)件，所述致動(dòng)器能夠選擇地使所述閥構(gòu)件相對于所述閥座運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥，還包括彈簧，所述彈簧能夠?qū)⑺鲩y構(gòu)件推壓在所述閥座上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的閥，其中，所述彈簧沿著其軸向長度基本漸縮，所述漸縮的彈簧的較小端部定位在所述閥構(gòu)件的近側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥，其中，所述致動(dòng)器能被氣動(dòng)地致動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的閥，其中，所述致動(dòng)器包括能膨脹的軟管，所述能膨脹的軟管操作地聯(lián)接到所述非剛性的連接器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥，其中，所述非剛性的連接器是纜繩。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥，還包括球，所述球至少部分地定位在所述閥構(gòu)件中的凹槽中，所述球操作地聯(lián)接到所述非剛性的連接器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的閥，其中，所述閥構(gòu)件能夠相對于所述球樞轉(zhuǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥，其中，所述閥構(gòu)件是閥芯。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的閥，還包括用于允許所述閥構(gòu)件相對于所述球運(yùn)動(dòng)的裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥，還包括用于允許所述閥構(gòu)件相對于所述閥座運(yùn)動(dòng)的裝置。
12.—種閥,其包括: 閥體； 閥座，所述閥座布置在所述閥體內(nèi)； 閥構(gòu)件，所述閥構(gòu)件能夠密封地接合所述閥座； 彈簧，所述彈簧能夠?qū)⑺鲩y構(gòu)件推壓在所述閥座上；和 致動(dòng)器，所述致動(dòng)器經(jīng)由柔性纜繩操作地聯(lián)接到所述閥構(gòu)件，所述致動(dòng)器能夠選擇地使所述閥構(gòu)件相對于所述閥座運(yùn)動(dòng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的閥，其中，所述致動(dòng)器能被氣動(dòng)地致動(dòng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的閥，還包括球，所述球至少部分地定位在所述提升閥中的凹槽中，所述球操作地聯(lián)接到所述柔性纜繩。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的閥，還包括貝氏墊圈，所述貝氏墊圈在所述提升閥與所述球之間被定位在所述凹槽中。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的閥，其中，所述提升閥能夠相對于所述球樞轉(zhuǎn)。
【文檔編號】F16K1/38GK103492773SQ201280020012
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2012年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月17日
【發(fā)明者】A·馬里卡 申請人:國民油井華高有限合伙公司