本實(shí)用新型涉及一種閥門，尤其涉及一種基于仿生原理的水下平衡高壓閥門。

背景技術(shù)：

由于陸地和淺水油氣勘探程度較高，油氣產(chǎn)量已接近峰值，現(xiàn)今的開采油氣已轉(zhuǎn)向廣闊的深海水域。使用水下生產(chǎn)技術(shù)可以避免建造昂貴的海上采油平臺(tái)，從而節(jié)省大量建設(shè)投資，且水下生產(chǎn)系統(tǒng)受災(zāi)害天氣影響較小，可靠性較高。水下生產(chǎn)系統(tǒng)主要包括井口頭、采油樹、跨接管、管匯等，其中作為基本組成部件之一的水下閥門是系統(tǒng)中最易發(fā)生泄漏失效的部位，由于深水作業(yè)的高風(fēng)險(xiǎn)及高維護(hù)費(fèi)用，要求水下閥門必須高度可靠，且在設(shè)計(jì)壽命內(nèi)免維護(hù)。

仿生學(xué)是基于模仿生物系統(tǒng)來構(gòu)造相應(yīng)的技術(shù)系統(tǒng)，或是使人類發(fā)明的技術(shù)系統(tǒng)具有生物系統(tǒng)類似特征的科學(xué)。仿生學(xué)就是模仿生物的科學(xué)。仿生學(xué)與工程技術(shù)的結(jié)合，形成了仿生工程學(xué)學(xué)科。仿生學(xué)的意義在于將35億年的生命演化與協(xié)同進(jìn)化過程應(yīng)用與工程實(shí)踐，以解決復(fù)雜的工程實(shí)踐問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是為了解決井下高壓力對(duì)電機(jī)造成的高負(fù)載的問題，基于仿生深海魚類的皮膚能彈性伸縮的原理而提供一種結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高和經(jīng)濟(jì)實(shí)用的基于仿生原理的水下平衡高壓閥門。

本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：包括閥體、與閥體上端固連的閥蓋和設(shè)置在閥體腔體內(nèi)的閥芯，在閥蓋與閥體形成的空間內(nèi)設(shè)置有控制模塊，在閥蓋上設(shè)置有注油孔和水下電纜接頭，注油孔上設(shè)置有注油孔堵頭，閥體的左端設(shè)置有平衡壓力口、右端設(shè)置有入水口，閥體上還設(shè)置有出水口，在閥芯的左端部與閥體之間設(shè)置有比例電磁鐵，比例電磁鐵的線圈供電線與控制模塊連接，閥體左端的腔體內(nèi)安裝有平衡活塞和第一波紋管接頭，且平衡活塞與第一波紋管接頭之間設(shè)置有第一波紋管，在閥體右端的腔體內(nèi)設(shè)置有第二波紋管接頭，第二波紋管接頭與閥芯上設(shè)置的軸肩之間設(shè)置有第二波紋管。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型首采用仿生深海魚類的閥門結(jié)構(gòu)使得閥門內(nèi)外壓力相等，可以增加閥門的承壓能力，保護(hù)閥體內(nèi)部空腔內(nèi)的結(jié)構(gòu)；其次可以大幅降低高壓閥的操作力矩，使得閥芯在運(yùn)動(dòng)過程中只承受摩擦力和液動(dòng)力，提高了閥芯位置的控制精度。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

如圖1所示，本實(shí)用新型包括：平衡活塞1，第一焊接波紋管2，第一波紋管接頭3，密封圈4，線圈供電線5，比例電磁鐵6，第二波紋管接頭7，密封圈8，第二焊接波紋管9，閥芯10，閥座11，閥口緊定圈12，閥體13，閥蓋14，水下電纜接頭15，控制器電纜16，控制模塊17，注油孔堵頭18，密封圈19，平衡口緊定圈20，入水口21，出水口22，平衡壓力口23。具體的說是在閥體內(nèi)設(shè)置閥芯、比例電磁鐵、密封結(jié)構(gòu)、平衡活塞、控制模塊、波紋管、波紋管接頭，在閥蓋上設(shè)有注油孔、注油孔堵頭以及水下電纜接頭，在閥體與外界交換處，設(shè)有平衡口、入水口、出水口以及閥座。閥體與閥蓋的通過密封圈密閉，并設(shè)有水下電纜接頭和注油孔。閥體內(nèi)安裝有控制模塊，控制模塊直接驅(qū)動(dòng)同在閥體內(nèi)的比例電磁鐵，在比例電磁鐵的控制下，閥芯可以水平內(nèi)移動(dòng)。平衡活塞與波紋管組成的機(jī)械結(jié)構(gòu)隨著閥體外部的壓力變化，可以水平內(nèi)伸縮，以達(dá)到平衡閥體內(nèi)外壓力的作用。在閥口緊定圈的作用下，入水口處設(shè)置的閥座，可以支撐閥芯，同時(shí)也具有密封閥體的作用。

作為閥門的骨架，閥體起到支撐的作用，在閥體的上方，用閥蓋與之相連。在閥蓋上，設(shè)置有水下電纜接頭和注油孔以及注油孔堵頭，起到與外部連接的作用。在閥體的中央內(nèi)部，裝有控制模塊，通過線圈供電線連接控制模塊和比例電磁鐵。比例電磁鐵、波紋管、閥芯、閥座和平衡活塞被放置在閥體內(nèi)部的下方。在閥體上開口有入水口、出水口以及平衡壓力口。通過閥口緊定圈、閥座、平衡活塞、密封圈來隔絕閥門的內(nèi)部與外部。閥體與閥蓋仿生魚的身體。平衡活塞和波紋管組成的機(jī)械機(jī)構(gòu)可以水平移動(dòng)，這樣的移動(dòng)機(jī)構(gòu)是仿生深海魚類皮膚在高壓的環(huán)境下可以收縮和膨脹的。從閥蓋上的注油孔向閥體內(nèi)注滿油后，在閥體內(nèi)部油的壓力與外界變化壓力的作用下，平衡活塞和波紋管可以水平伸縮來平衡高壓。

本實(shí)用新型的具體工作過程如下：

基于仿生深海魚類可以平衡體內(nèi)和體外壓差的原理，整體閥門仿生深海魚類的身體，而在閥體外部高壓的作用下，平衡壓力口內(nèi)的平衡活塞與波紋管可以水平移動(dòng)，使內(nèi)部液壓油的壓強(qiáng)和外部水壓相等，防止了空腔被壓扁，而且使閥芯尾部和首部接觸相同的壓力，大幅度降低了閥芯的不平衡力。這兩個(gè)波紋管仿生魚類的皮膚，內(nèi)部液壓油仿生魚類的體液，控制模塊仿生魚類的神經(jīng)中心。

在使用時(shí)首先使用密封圈19把閥蓋14與閥體13密封好，通過水下電纜接頭15把控制器電纜16從閥體內(nèi)部引出。將液壓油從注油孔18進(jìn)入到閥體，并充滿閥體的整個(gè)內(nèi)部空腔。控制模塊通過線圈供電線5連接比例電磁鐵6控制閥芯的移動(dòng)，從而控制閥口的開口大小。閥體左側(cè)安裝有平衡活塞1和焊接波紋管2通過波紋管接頭3國定于閥體13內(nèi)部，并通過密 封圈4進(jìn)行密封，焊接波紋管9通過波紋管接頭7和密封圈8安裝于閥體右側(cè)腔室，并通過平衡口緊定圈20將其固定于閥體內(nèi)部，當(dāng)閥門工作于高壓環(huán)境中時(shí)外部高壓分別從左側(cè)平衡壓力口23與右側(cè)進(jìn)水口21作用于波紋管2和9，波紋管發(fā)生收縮，閥體內(nèi)部壓力油受擠壓壓力升高，達(dá)到與外界壓力相等時(shí)處于平衡狀態(tài)，使得閥芯10尾部和首部接觸相同的壓力，大大減輕了閥芯的工作壓力，同時(shí)閥體內(nèi)部壓力與外界壓力相等，防止了閥體空腔被壓扁。通過電纜將控制信號(hào)從水面?zhèn)鬏數(shù)娇刂颇K17，由控制模塊控制比例電磁鐵6的電流強(qiáng)度，驅(qū)動(dòng)閥芯的移動(dòng)改變閥口的開度，外部水流從進(jìn)水口21進(jìn)入閥體從出水口22流入到需要的位置。

本實(shí)用新型公開了一種基于仿生原理的水下平衡高壓閥門。本閥門基于仿深海魚類能夠平衡體內(nèi)和體外壓差的原理，主要由閥蓋、閥體、閥芯、波紋管、比例電磁鐵、控制模塊等組成。閥蓋閥體起到了保護(hù)和支撐的作用，在閥體與閥蓋上分別設(shè)有進(jìn)水口、出水口、平衡壓力口、電纜接頭、注油孔堵頭，使閥門與外界聯(lián)系。在閥腔的內(nèi)部，安裝有比例電磁鐵、閥芯、波紋管、密封圈、平衡活塞等，其中在密封圈、波紋管接等保持密封性良好的前提下，平衡活塞與波紋管在閥體內(nèi)外壓強(qiáng)的作用下可以水平伸縮移動(dòng)，這是基于仿生深海魚類皮膚能隨海底內(nèi)壓力的改變而伸縮的原理。本實(shí)用新型可以提高閥芯的控制精度，減少作用在絲杠上的傳動(dòng)力矩，提高傳動(dòng)機(jī)構(gòu)工作的可靠性。