一种液体分流三通设计浅析

明晓峰

【摘 要】三通主要用于改变流体方向，用在主管道分支处，在各行业都有广泛应用。常规三通都是直通径的，以通过开关控制关断或开启流体通路，在功能作用上较单一，无法适应特殊调节需要。本文从普通三通的结构出发，以油气勘探中的三通应用为基础，讨论一种可调式分流三通的创新设计，以满足特殊个性需要。

【关键词】三通;流体;调节;创新;设计

在油气勘探现场，流体的应用体现在各个专业和多种设备设施上。以综合录井为例，外部气体的引入、分配和快速跨接，就体现在多个方面。无论是色谱分析的空气、氢气还是样品气，气体在进行分析鉴定前就经过了多路联通，其中就涉及到了三通、四通管件等的应用，这些管件的连接都是应用了阀门控制，实现气路的再分配。同样的，在岩屑录井的洗砂作业中常常用到清洗水，而清洗水源的应用也需要进行控制，即如何能让清洗水发挥最大的清洗效果。常规的洗砂作业是将水直接倒入到洗砂盆中，然后搅拌清洗，水浑浊后再倒入清水如此反复，这只是一种常规的清洗模式，但是，随着自动化作业的提出，在新设备的推广应用中，这种模式已不再需要，而是自动化的清水分流进入，靠机械转动推进实现清洗的目的。

1、常规洗砂机的三通水分流模式

以自动洗砂作业机为例，自动洗砂机在岩屑清洗过程中需要清水作为洗涤介质，即靠水对粘附在岩屑表面上的钻井液污物进行溶解和稀释，使其脱离岩屑颗粒表面，显现地下岩石原貌。在洗涤过程中，清洗水在一定的压力下泵入清洗腔，清洗腔内有螺旋翼，水流分别从顶部喷淋槽和旋翼转轴上的螺旋喷淋孔中喷射而出，在旋翼的推进下，岩屑在前移过程中得到反复的清洗，最终，污水从排水口排出，洗涤好的岩屑从岩屑出口推出。在这个过程中，水源自进入端开始首先经过的是三通的入口，然后分两路分配，一路进入顶部喷淋槽，另一路进入旋翼转轴上的螺旋喷淋孔。三通上的三个支路是等径连通的。为了控制各支路水流的大小，開关任何一路开关都可进行调整，但是，这种调整是一种总体宏观调整，在水流的再分配上存在着不可操作性，即无法达到各支路的微调，从而影响了洗涤效果，这种情况在异径三通上也同样存在。总之，这种三通存在着以下几个方面的问题：

（1）流体支路控制不科学，无法满足特殊水流调整的需要;

（2）流体的调整需要建立在溢满的条件下，而相互之间受到单个阀门控制的影响;

（3）对水源的利用浪费较大，缺乏高效应用效果;

（4）对不同的岩屑洗涤在水流控制上无法实现可选择性，影响了洗涤效果;

（5）组合应用性能差，缺乏广域拓展性。

但是，作为流体之一的液体，在管件的实际应用控制中，普遍采用的还是支路阀门开关控制，即通过阀门开关的开关量控制流量和流速，而无法实现各支路的内部控制，这种情况决定了管件的应用狭隘性。

所以，必须对三通关键进行创新设计，以提高其适用性，同时要满足个性需要。

2、液体分流三通的创新设计

创新设计的液体分流三通由管、球阀、粗调丝杆、微调丝杆、粗调半球阀和微调半管槽等组成：

⑴管。管分进口管、出口管-1、出口管-2和调整管。①进口管。进口管为高压水源入口;②出口管-1。出口管-1为高压水出口;③出口管-2。出口管-2高压水出口;④调整管。调整管内车旋丝，旋丝套接粗调丝杆，粗调丝杆内旋丝套接微调丝杆。

⑵球阀。球阀-1、球阀-2和球阀-3是用于控制进口管、出口管-1和出口管-2的球形开关。

⑶粗调丝杆。粗调丝杆在调整管内旋入旋出，杆体车丝和调整管内的丝扣旋进旋出。粗调丝杆中间为通径内腔，内车螺纹，和微调丝杆上的螺纹旋进旋出。

⑷微调丝杆。微调丝杆杆体车螺纹丝，在粗调丝杆的内腔内旋入旋出，调丝杆的前端为微调半管槽。

⑸粗调半球阀。粗调半球阀为半圆球体，和粗调丝杆焊接，旋进旋出粗调丝杆，带动粗调半球阀在进口管、出口管-1、出口管-2和调整管形成的通径腔内前后运动，在运动的同时改变通腔流体流经的空间大小，从而在出口管-1和出口管-2之间进行流体流经支路调节。当旋进到粗调半球阀和出口管-1和出口管-2封闭时，则关闭出口管-1和出口管-2。穿过粗调丝杆是微调丝杆的内腔。

⑹微调半管槽。微调丝杆的前端是微调半管槽，微调半管槽在粗调半球阀内穿行，当旋进粗调半球阀到一定位置而还没有封闭出口管-1和出口管-2时，此时可调整微调丝杆。微调半管槽为半圆管状，长21mm×内半径7.5mm×壁厚1.5mm，和微调丝杆焊接。旋转微调丝杆，带动微调半管槽旋进旋出且周转，流体在微调半管槽的不同形状位置上生成进出出口管-1和出口管-2流量和流速上的变化，可选择性地实现任意调整。当微调半管槽全部旋进到粗调半球阀体内后，此时只有粗调半球阀起到改变流量的作用。

高压流体通过入口进入，调整粗调丝杆带动粗调半球阀控制流体流经面积，同时，改变流体的流向;在粗调半球阀定位的情况下，调整微调丝杆，微调丝杆带动微调半管槽进一步改变流体的流向和大小。两者组合分配应用，实现流体各支路的灵活调整。将微调半管槽完全旋进粗调半球阀内，然后再将粗调半球阀完全旋进到调整管内，这样就继续保持整个三通的完全通径;反之，则实现上述各种流量流速调整。其优点概括为以下几个方面：

（1）流体支路控制科学，可满足特殊水流调整的需要;

（2）流体的调整不需要建立在溢满的条件下，相互之间不受单个阀门控制的影响;

（3）对水源的利用效率高，节约了水资源;

（4）对不同的岩屑洗涤在水流控制上科实现可选择性，提高了洗涤效果;

（5）组合应用性能强，具备广域拓展性。

3、结语

通过如上创新设计，这种水分流三通不仅确保了岩屑洗涤装置用水的科学性，同时可根据施工作业的需要可自由组合调整实现不同的操作要求。这种三通管件不但能够在油气勘探现场的岩屑自动清洗中得到高效应用，而且可应用在需要类似操作的施工领域。