一種液體分流三通設計淺析

明曉峰

【摘 要】三通主要用于改變流體方向，用在主管道分支處，在各行業(yè)都有廣泛應用。常規(guī)三通都是直通徑的，以通過開關控制關斷或開啟流體通路，在功能作用上較單一，無法適應特殊調節(jié)需要。本文從普通三通的結構出發(fā)，以油氣勘探中的三通應用為基礎，討論一種可調式分流三通的創(chuàng)新設計，以滿足特殊個性需要。

【關鍵詞】三通;流體;調節(jié);創(chuàng)新;設計

在油氣勘探現(xiàn)場，流體的應用體現(xiàn)在各個專業(yè)和多種設備設施上。以綜合錄井為例，外部氣體的引入、分配和快速跨接，就體現(xiàn)在多個方面。無論是色譜分析的空氣、氫氣還是樣品氣，氣體在進行分析鑒定前就經(jīng)過了多路聯(lián)通，其中就涉及到了三通、四通管件等的應用，這些管件的連接都是應用了閥門控制，實現(xiàn)氣路的再分配。同樣的，在巖屑錄井的洗砂作業(yè)中常常用到清洗水，而清洗水源的應用也需要進行控制，即如何能讓清洗水發(fā)揮最大的清洗效果。常規(guī)的洗砂作業(yè)是將水直接倒入到洗砂盆中，然后攪拌清洗，水渾濁后再倒入清水如此反復，這只是一種常規(guī)的清洗模式，但是，隨著自動化作業(yè)的提出，在新設備的推廣應用中，這種模式已不再需要，而是自動化的清水分流進入，靠機械轉動推進實現(xiàn)清洗的目的。

1、常規(guī)洗砂機的三通水分流模式

以自動洗砂作業(yè)機為例，自動洗砂機在巖屑清洗過程中需要清水作為洗滌介質，即靠水對粘附在巖屑表面上的鉆井液污物進行溶解和稀釋，使其脫離巖屑顆粒表面，顯現(xiàn)地下巖石原貌。在洗滌過程中，清洗水在一定的壓力下泵入清洗腔，清洗腔內有螺旋翼，水流分別從頂部噴淋槽和旋翼轉軸上的螺旋噴淋孔中噴射而出，在旋翼的推進下，巖屑在前移過程中得到反復的清洗，最終，污水從排水口排出，洗滌好的巖屑從巖屑出口推出。在這個過程中，水源自進入端開始首先經(jīng)過的是三通的入口，然后分兩路分配，一路進入頂部噴淋槽，另一路進入旋翼轉軸上的螺旋噴淋孔。三通上的三個支路是等徑連通的。為了控制各支路水流的大小，開關任何一路開關都可進行調整，但是，這種調整是一種總體宏觀調整，在水流的再分配上存在著不可操作性，即無法達到各支路的微調，從而影響了洗滌效果，這種情況在異徑三通上也同樣存在?？傊?，這種三通存在著以下幾個方面的問題：

（1）流體支路控制不科學，無法滿足特殊水流調整的需要;

（2）流體的調整需要建立在溢滿的條件下，而相互之間受到單個閥門控制的影響;

（3）對水源的利用浪費較大，缺乏高效應用效果;

（4）對不同的巖屑洗滌在水流控制上無法實現(xiàn)可選擇性，影響了洗滌效果;

（5）組合應用性能差，缺乏廣域拓展性。

但是，作為流體之一的液體，在管件的實際應用控制中，普遍采用的還是支路閥門開關控制，即通過閥門開關的開關量控制流量和流速，而無法實現(xiàn)各支路的內部控制，這種情況決定了管件的應用狹隘性。

所以，必須對三通關鍵進行創(chuàng)新設計，以提高其適用性，同時要滿足個性需要。

2、液體分流三通的創(chuàng)新設計

創(chuàng)新設計的液體分流三通由管、球閥、粗調絲桿、微調絲桿、粗調半球閥和微調半管槽等組成：

⑴管。管分進口管、出口管-1、出口管-2和調整管。①進口管。進口管為高壓水源入口;②出口管-1。出口管-1為高壓水出口;③出口管-2。出口管-2高壓水出口;④調整管。調整管內車旋絲，旋絲套接粗調絲桿，粗調絲桿內旋絲套接微調絲桿。

⑵球閥。球閥-1、球閥-2和球閥-3是用于控制進口管、出口管-1和出口管-2的球形開關。

⑶粗調絲桿。粗調絲桿在調整管內旋入旋出，桿體車絲和調整管內的絲扣旋進旋出。粗調絲桿中間為通徑內腔，內車螺紋，和微調絲桿上的螺紋旋進旋出。

⑷微調絲桿。微調絲桿桿體車螺紋絲，在粗調絲桿的內腔內旋入旋出，調絲桿的前端為微調半管槽。

⑸粗調半球閥。粗調半球閥為半圓球體，和粗調絲桿焊接，旋進旋出粗調絲桿，帶動粗調半球閥在進口管、出口管-1、出口管-2和調整管形成的通徑腔內前后運動，在運動的同時改變通腔流體流經(jīng)的空間大小，從而在出口管-1和出口管-2之間進行流體流經(jīng)支路調節(jié)。當旋進到粗調半球閥和出口管-1和出口管-2封閉時，則關閉出口管-1和出口管-2。穿過粗調絲桿是微調絲桿的內腔。

⑹微調半管槽。微調絲桿的前端是微調半管槽，微調半管槽在粗調半球閥內穿行，當旋進粗調半球閥到一定位置而還沒有封閉出口管-1和出口管-2時，此時可調整微調絲桿。微調半管槽為半圓管狀，長21mm×內半徑7.5mm×壁厚1.5mm，和微調絲桿焊接。旋轉微調絲桿，帶動微調半管槽旋進旋出且周轉，流體在微調半管槽的不同形狀位置上生成進出出口管-1和出口管-2流量和流速上的變化，可選擇性地實現(xiàn)任意調整。當微調半管槽全部旋進到粗調半球閥體內后，此時只有粗調半球閥起到改變流量的作用。

高壓流體通過入口進入，調整粗調絲桿帶動粗調半球閥控制流體流經(jīng)面積，同時，改變流體的流向;在粗調半球閥定位的情況下，調整微調絲桿，微調絲桿帶動微調半管槽進一步改變流體的流向和大小。兩者組合分配應用，實現(xiàn)流體各支路的靈活調整。將微調半管槽完全旋進粗調半球閥內，然后再將粗調半球閥完全旋進到調整管內，這樣就繼續(xù)保持整個三通的完全通徑;反之，則實現(xiàn)上述各種流量流速調整。其優(yōu)點概括為以下幾個方面：

（1）流體支路控制科學，可滿足特殊水流調整的需要;

（2）流體的調整不需要建立在溢滿的條件下，相互之間不受單個閥門控制的影響;

（3）對水源的利用效率高，節(jié)約了水資源;

（4）對不同的巖屑洗滌在水流控制上科實現(xiàn)可選擇性，提高了洗滌效果;

（5）組合應用性能強，具備廣域拓展性。

3、結語

通過如上創(chuàng)新設計，這種水分流三通不僅確保了巖屑洗滌裝置用水的科學性，同時可根據(jù)施工作業(yè)的需要可自由組合調整實現(xiàn)不同的操作要求。這種三通管件不但能夠在油氣勘探現(xiàn)場的巖屑自動清洗中得到高效應用，而且可應用在需要類似操作的施工領域。