УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО СИНГУЛЯРНОГО ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ НА ТРУБОПРОВОДЕ, ПЕРЕМЕЩАЮЩЕМ ТЕКУЧУЮ СРЕДУ, ИЛИ ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ ВЕРХНЕГО ИЛИ НИЖНЕГО ПО ПОТОКУ КОНЦА ЭТОГО ТРУБОПРОВОДА
DEVICE TO CREATE VARIABLE SINGULAR PRESSURE DIFFERENCE IN PIPELINE CARRYING FLUID, PIPELINE DOWNSTREAM END

Область техники, к которой относится изобретение
Описываемое настоящее изобретение относится к устройству для создания переменного (регулируемого) перепада давления и/или для закрывания и уплотнения седла (посадочного места), подходящее для использования с трубопроводами, транспортирующими газообразные или жидкие текучие среды. Его цель состоит в создании сингулярного переменного перепада давления в трубопроводе в соответствии с перемещением подвижной трубы (5), причем очень низкого в начале перемещения и очень высокого в конце перемещения, или даже автоклавного уплотнения. Для этого требуется только очень незначительная рабочая мощность.
Это устройство применимо со всеми функциями, которые могут выполняться всеми существующими видами клапанов.
Целью устройства является замена существующих в настоящее время клапанов снижающими потребление энергии, требуемой для их работы, и улучшающими поток текучей среды.
Известный уровень техники и проблема
Существующие клапаны выполняют или функцию регулирования потока, или функцию закрывания и уплотнения. В настоящее время не существует устройства для выполнения обеих функций. Существуют четыре главных технологических элемента: тарельчатые клапаны, обеспечивающие продвижение тарелки к седлу клапана, параллельные тарельчатые клапаны, состоящие из двух тарелок, скользящих перпендикулярно к потоку текучей среды для упора в седла клапанов в конце перемещения, стальные шаровые клапаны или параллельные конусные затворы, в которых закрытие достигается поворотом перфорированного сердечника клапана, и дроссельные клапаны.
Тарельчатые клапаны имеют преимущество, так как способны выполнять уплотнение при высоком давлении и высоких температурах. Наоборот, с этим типом клапана текучая среда должна проходить через седло клапана. Шток клапана, удерживающий тарелку, плотно прилегает к седлу клапана, и поток текучей среды или следует по Z-образному пути или пути с прямым углом. Это создает возмущение потока и приводит к падению давления.
Параллельные тарельчатые клапаны создают возможность меньшего возмущения текучей среды. Однако их конструкция является неподходящей для функции регулирования. Поток в период закрытия является сильно возмущенным, действие устройства затрудненным и некоторое количество текучей среды остается между двумя тарелками клапанов, так что при сбросе давления клапан, в лучшем случае, не доходит до отверстия. Более того, трение тарелок клапанов относительно седел во время работы приводит к нанесению царапин на седлах и повреждению клапана.
Полнопоточные клапаны обычно являются стальными шаровыми клапанами или цилиндрическими крановыми клапанами. Эти клапаны воспроизводят поток текучей среды полностью, но имеют два недостатка. Первый заключается в трудности закрытия клапана точно между верхними и нижними по потоку концевыми положениями закрытия и открытия, потому что уплотняющие поверхности трутся одна относительно другой во время использования и вследствие этого получают царапины, делая невозможным подготовку этих клапанов к использованию при высоком давлении и высокой температуре. Второй недостаток заключается в приложении высокой моментной нагрузки, требуемой для выполнения работы клапана из-за большой силы трения уплотняемых поверхностей, создающих проблему для изготовления клапанов больших диаметров и делая весьма затруднительной функцию регулирования. Кроме того, они обычно имеют зону запирания.
Дроссельные клапаны могут использоваться в качестве рабочего органа системы управления, но не закрываются совершенно идеально. Более того, падение давления вызывается простым уменьшением поперечного сечения потока текучей среды, а не устройствами для изменения пути текучей среды. Следовательно, скорости вытекания являются очень высокими. Они вызывают возмущение потока текучей среды и подвержены изменениям.
Проблема, создаваемая применяемыми в настоящее время клапанами, состоит в том, что ни одно из существующих изделий не сочетает функцию регулирования с функцией закрытия и уплотнения. Более того, пределы регулирования зачастую являются ограниченными.
Сущность изобретения
Обладающее признаками изобретения устройство заключает в себе созданный регулирующий клапан, создающий перепад давления, которое является очень низким, когда клапан полностью открыт, и очень высоким в конце перемещения, и даже автоклавное уплотнение на седле клапана, создающее уплотнение при достаточно высоком давлении и высокой температуре, в то же время сохраняя очень незначительный рабочий момент силы.
С этой целью на трубопроводе установлена опора (2а), (2b), (2с), (2d), (2е) или (2f) и гильза (3а), (3b), (3с), (3d), (3е) или (3f), содержащая почти все детали для работы устройства, прикреплена к упомянутой опоре. Текучая среда проходит через отверстия (6а) или (6b), сквозь часть гильзы (3а), (3b), (3с), (3d), (3е) или (3f). Подвижная труба (5) попеременно закрывает эти отверстия, (6а) или (6b), в соответствии с требуемым снижением давления. Дополнительные устройства снижения давления могут дополнять отверстия, (6а) или (6b), и приспосабливать устройство к различным потокам. Запорное седло располагается по выбору в конце длины перемещения.
Применение подвижной трубы (5) в качестве тарелки клапана уменьшает перемещаемые массы и силы давления и, следовательно, энергии, требуемой для работы устройства.
Согласно изобретению предлагается устройство для создания переменного сингулярного перепада давления на трубопроводе, перемещающем текучую среду, или для уплотнения верхнего или нижнего по потоку конца этого трубопровода, или обоих, содержащее, в частности: опору, несущую гильзу; подвижную трубу, перемещающуюся относительно гильзы; причем гильза прикреплена к опоре и носима посредством части ее, выступающей внутрь трубопровода, при этом подвижная труба выполнена с возможностью перемещения внутри или снаружи гильзы; причем опора соединена с трубопроводом, при этом гильза проходит внутри этого трубопровода или опоры, и причем гильза направляет текучую среду, в частности, через сквозные отверстия, просверленные в гильзе, которые выполнены с возможностью перекрывания подвижной трубой.
Предпочтительно труба внутри гильзы приводится в действие средством, не зависимым от изменений положения между гильзой и опорой, вызываемых, в частности, посредством теплового расширения или сил давления.
Предпочтительно средство для приведения в действие подвижной трубы прикреплено к гильзе.
Предпочтительно опора или опоры гильзы являются съемными относительно трубопровода.
Предпочтительно все, или часть отверстий для прохождения текучей среды в гильзе, дополнены элементами регулирования перепада давления, причем упомянутые элементы полностью или частично дополняют эти отверстия.
Предпочтительно элемент регулирования перепада давления или элементы, дополняющие отверстия для прохождения текучей среды в гильзе, могут быть смонтированы или демонтированы без снятия гильзы с опоры.
Предпочтительно перепад давления, созданный элементом с воздействием на текучую среду, является изменяемым посредством изменения по форме, количеству, размерам или типу элементов регулирования перепада давления, дополняющих отверстия для прохождения текучей среды в гильзу.
Предпочтительно перепад давления, созданный устройством с воздействием на текучую среду, образован главным образом посредством прохождения текучей среды через пакет пластин со сквозными отверстиями, причем каждая пластина составляет часть проходимого текучей средой пути, и отличающееся тем, что перепад давления изменяется посредством изменения пути текучей среды, получаемого посредством изменения порядка, количества или формы отверстий различных пластин, составляющих пакет.
Предпочтительно перепад давления, созданный устройством, с воздействием на текучую среду, образован главным образом посредством прохождения текучей среды через блок, содержащий элементы, которые могут иметь различные размеры или геометрические формы, например, небольшие шарики, каждый элемент создает препятствие, которое текучая среда должна обойти, и отличающееся тем, что перепад давления изменяется посредством изменения пути текучей среды, получаемого посредством изменения порядка, количества или формы элементов.
Предпочтительно устройство содержит запорное седло.
Предпочтительно подвижная труба служит в качестве управляющего элемента и уплотняющего элемента между верхним и нижним по потоку концами устройства, когда он находится в контакте с запорным седлом.
Предпочтительно устройство содержит упоры, ограничивающие деформацию контакта между подвижной трубой и запорным седлом.
Предпочтительно усилие для закрытия устройства изменяется посредством изменения положения контакта между запорным седлом и подвижной трубой.
Предпочтительно ось гильзы является коллинеарной с осью трубопровода.
Предпочтительно гильза прикреплена к опоре с выступом.
Преимущества
Устройство используется для работы регулирующих и запорных клапанов независимо от давления и температуры и с очень незначительным снижением давления в полностью открытом положении.
Подвижный регулирующий и запорный элемент (5) может быть легким по весу, что особенно предпочтительно при больших диаметрах. Он служит для выбора автоклавной воспринимаемой нагрузки посредством регулирования местоположения контакта между седлом (4) и подвижной трубой (5). Легкий вес подвижных деталей и регулирование автоклавного усилия создают очень незначительный рабочий момент силы, поэтому требуются очень малогабаритные приводные устройства.
Это делает возможным производить клапаны, приводимые в действие автономным генератором. Фактически требуемая для работы небольшая энергия может вырабатываться из текучей среды или условий эксплуатации, аккумулированная и затем использованная посредством привода, которым можно дистанционно управлять с помощью передающего устройства. Это представляет, например, значительное преимущество для использования на нефтяных трубопроводах, для которых применение обладающего признаками изобретения устройства используется для ликвидации проводных линий энергоснабжения, которые иногда бывают несколько сот километров длиной.
Перечень чертежей
Обладающее признаками изобретения устройство более очевидно при прочтении нижеследующего с приложенными ниже несколькими чертежами:
Фиг.1 показывает применение предпочтительного устройства в соответствии с изобретением, показанном в поперечном сечении, в «закрытом» положении, то есть когда устройством перекрывается канал для текучей среды;
Фиг.2 показывает альтернативу обладающего признаками изобретения устройства без устройства регулирования перепада давления, в «открытом» положении, то есть, когда устройством обеспечивается возможность свободного прохождения текучей среды и, вследствие этого, определяется минимальный перепад давления;
Фиг.3 показывает альтернативу обладающего признаками изобретения устройства, использующего опору (2с) уменьшенного размера, устройство (19) гидравлического привода и цилиндрические отверстия (6b);
Фиг.4 показывает альтернативу обладающего признаками изобретения устройства, использующего опору (2d), постоянно прикрепленную к трубопроводу (1), и автономное устройство (21) и (23) и устройство (24) автономного радиоуправляемого приводного устройства;
Фиг.5а и 5b показывают увеличенные изображения фиг.1 для лучшего уяснения роли упоров (26);
Фиг.6 показывает альтернативу обладающего признаками изобретения устройства, использующего опору (2е), установленную так, чтобы нести гильзу (3е) в равновесном состоянии и без выступа;
Фиг.7 показывает вид слева опоры (2е), использованной в фиг.6;
Фиг.8 показывает альтернативу обладающего признаками изобретения устройства, использующего опору (2f), установленную так, чтобы нести гильзу (3f) уравновешенным образом и без выступа; труба (5) находится снаружи гильзы (3f);
Фиг.9 показывает вид слева опоры (2f), использованной в фиг.8;
Фиг.10 показывает перспективное изображение с пространственным разделением деталей примера осуществления устройства для регулирования перепада давления, содержащего ажурную опору (7) и пластины (33), (34), (35), (36) и (37);
Фиг.11 показывает перспективное изображение с пространственным разделением деталей примера осуществления устройства регулирования перепада давления, содержащего небольшие шаровидные детали (39).
Подробное изложение сущности применения способа согласно изобретению
Фиг.1 изображает предпочтительный вариант применения в соответствии с изобретением, в закрытом положении, в котором блокируется прохождение текучей среды.
Изобретение заключается в устройстве для создания переменного сингулярного перепада давления и/или для закрывания и уплотнения между двумя частями замкнутого потока текучей среды. Изобретение установлено на трубопроводе (1).
Оно заключает в себе корпус (2а), прикрепленный с возможностью демонтажа на трубопроводе (1), имеющем выполненную здесь с выступом внутреннюю гильзу (3а). Крепление обеспечено посредством болтов (11).
Гильза (3а), например, закрыта крышкой (25), которая позволяет проводить техническое обслуживание и ремонт внутри гильзы (3а).
Отверстия (6а) в гильзе (3а) выполнены сквозными, при этом текучая среда проходит через упомянутые отверстия. Эти отверстия, например, дополняются устройствами регулирования перепада давления, имеющими в составе опору (7), к которой прикреплены пластины (33), (34), (35), (36) и (37). Текучая среда при прохождении через это устройство регулирования перепада давления теряет энергию. На фиг.10 это устройство регулирования перепада давления изображено в деталях. Устройство регулирования перепада давления, на фиг.1, например, прикрепляется к гильзе (3а) болтами (13). Различные пластины (33), (34), (35), (36) и (37) можно собирать и разбирать без полного демонтажа клапана. Эти пластины могут быть приспособлены для конкретного потока (тип текучей среды, скорость потока, давление и т.д.).
Подвижная труба (5), при скольжении, в различной степени перекрывает отверстие (6а) и, следовательно, устройство (7) регулирования перепада давления, изменяя, таким образом, сингулярный перепад давления, созданный на потоке посредством устройства.
Форма отверстий (6а) также может быть приспособлена в соответствии с различными вариантами применения.
Когда подвижная труба (5а) достигает конца длины перемещения, она находится в контакте с седлом (4), прикрепленным, например, к опоре (2а) посредством болтов (12). Этот контакт создает уплотнение между верхним и нижним по потоку концами устройства. Упоры (26) ограничивают контактную деформацию между седлом (4) и трубой (5). На фиг.5а и 5b показана роль упоров (26) в деталях.
Уплотнение, созданное таким образом, является автоклавным уплотнением, то есть верхнее по потоку давление прилагает усилие к трубе (5) в направлении закрытия. Это усилие может быть выбрано посредством соотношения площадей поверхности трубы (5) и его штока (18), под воздействием сил давления вверх и вниз по потоку.
На трубу (5) оказывает давление шток (18), направляемый с помощью направляющей (15) и уплотняемый посредством уплотнения (14).
Устройство для приведения в действие штока (18), например, представляет собой шток (9а) и (9b) - кривошип (8), на которые воздействует привод (10).
Приводное устройство имеет преимущество в том, что не зависит от изменений положения между гильзой (3а) и опорой (2а), например, из-за теплового расширения, сил давления или веса гильзы (3а).
Когда привод (10) отсоединен от устройства штанга-кривошип, то вся гильза (3а) и все детали, которые она несет, являются демонтируемыми в одном блоке после удаления болтов (11).
На фиг.2 отображен альтернативный вариант предпочтительного использования в соответствии изобретением в открытом положении, при котором создается минимальный перепад давления на потоке.
Отверстия (6а) в предпочтительном варианте применения в соответствии с изобретением и являются, например, прямоугольными по форме и без резьбы, и перемещение подвижной трубы (5) регулирует перепад давления, происходящий с текучей средой, когда она проходит через отверстия (6а).
Устройство для приведения в действие трубы (5) и ее штока (18) является зубчатой рейкой (17), приводимой в действие посредством шестерни (16), соединенной с приводом (29).
Фланец (30) с боковым проходом дополняет опору (2b) и дает возможность доступа в трубопровод (1) и обладающее признаками изобретения устройство без полного его демонтажа.
Гильза (3b) не содержит закрывающей крышки.
На фиг.3 показано альтернативное использование в соответствии с изобретением в открытом положении.
Опора (2с) является здесь весьма небольшой и гильза (3с) находится внутри трубопровода (1).
Устройство для приведения в действие трубы (5) и ее шток (18) являются цилиндром (19), управляемым посредством привода (22). Текучая среда для управления подается по шлангам (20), определяя местоположение гильзы (3с) независимо от трубопровода (1).
Отверстия (6b), например, выполнены цилиндрическими.
На фиг.4 показано альтернативное использование в соответствии с изобретением в открытом положении.
Опора (2d) постоянно прикреплена к трубопроводу (1). Эта опора (2d) имеет уменьшенный размер и находится внутри трубопровода (1).
Она служит опорой гильзы (3d), которая несет автономное, вырабатывающее электроэнергию устройство, состоящее из турбинного колеса (21) и управляющего устройства (23).
Устройство может быть радиоуправляемым посредством радиопередатчика (24).
Просверленные опоры (7) устройств регулирования перепада давления имеют размер меньше, чем отверстия (6а). В открытом положении это используется для создания только минимального перепада давления на потоке. Когда труба (5) движется со скольжением и начинает перекрывать поле опор (7), перепад давления увеличивается более быстро. Это устройство, следовательно, используется для создания только минимального перепада давления при полном открытии, и более значительного перепада давления после некоторого перемещения трубы (5).
Фиг.5а и 5b показывают в увеличенном виде использование деталей для регулирования перепада давления и закрытия устройства на фиг.1. Пластины (33), (34), (35), (36) и (37) здесь не показаны.
Эти фигуры дают возможность лучшего понять действие упоров (26), которые ограничивают деформацию цилиндрического контакта между седлом (4) и трубой (5). Фактически контакт между трубой (5) и седлом (4) происходит на небольшом участке, и одна или другая часть трубы (5) или седла (4) изготовлены из относительно мягкого материала. На фиг.5b, например, это труба (5), которая изготовлена из относительно мягкого материала и который деформируется. Это создает сильную деформацию на контактной поверхности, у которой есть опасность быть поврежденной. Эта деформация, тем не менее, является необходимой для обеспечения оптимального уплотнения.
Упоры (26), изготовленные из относительно твердого материала, в действительности, не деформируются и, следовательно, определяют максимальную величину деформации трубы (5) посредством ограничения перемещения трубы (5) относительно седла (4).
Фиг.6 показывает вариант альтернативного использования в соответствии с изобретением, в открытом положении.
Опора (2е) служит носителем гильзы (3е) уравновешенным образом и не имеет выступа, как в предыдущих фигурах.
Привод (10) толкает зубчатую часть (27), которая приводит в движение трубу (5) посредством зубчатой рейки (28).
Фиг.7 показывает вид слева в поперечном сечении опоры (2е), изображенной на фиг.6. Сегменты вырезаны для того, чтобы дать возможность текучей среде проходить насквозь.
Фиг.8 показывает вариант альтернативного использования в соответствии с изобретением, в открытом положении.
Опора (2f) служит носителем гильзы (3е) уравновешенным образом и при этом больше не выступает, как в предыдущих фигурах.
Труба (5) находится снаружи гильзы (3f). Опора (2f) является прочной, и текучая среда проходит внутрь гильзы (3f) через отверстия (31), (32) и затем (6b).
Фиг.9 показывает вид слева в поперечном сечении опоры (2f), изображенной на фиг.8. Эта опора (2f) является прочной для того, чтобы заставить текучую среду проходить через отверстия (31), (32) и затем (6b).
Фиг.10 отображает детали обладающего признаками изобретения примера устройства регулирования перепада давления, содержащего опору (7) с проточенными или перфорированными решетчатыми элементами (33), (34), (35), (36) и (37), например, в количестве пяти. Путь текучей среды показан жирной линией со стрелками.
Перепад давления создается посредством прохождения через проточки и отверстия опоры (7) и решетчатые элементы (33), (34), (35), (36) и (37). Изменение коэффициента перепада давления в варианте использования в соответствии с изобретением достигается закрытием посредством трубы (5) изменяемого количества отверстий на опоре (7) с отверстиями.
Устройство регулирования перепада давления также является приспособленным для заданного потока (тип текучей среды, скорость потока, давление и т.д.) посредством регулирования, когда не находится в действии, количества и местоположения отверстий и проточек на опоре (7) и решетчатых элементов (33), (34), (35), (36) и (37), посредством изменения количества и порядка расположения решетчатых элементов, и, в конечном счете, посредством изменения общей формы и типа решетчатых элементов и опоры (7). Количество устройств регулирования перепада давления может также регулироваться, потому что одно или более устройств регулирования перепада давления может быть просто удаленным или замененным прочной пластиной.
Это служит, например, для линеаризации перепада давления в соответствии с перемещением трубы (5).
Положение для регулирования соответствует местоположению трубы (5) относительно опоры (7).
Для создания возможности изменения перепада давления в открытом положении (без регулирования) опора (7) и решетчатые элементы (33), (34), (35), (36) и (37) могут быть заменены элементами с другими размерами, причем имеющими ту же самую функцию. Это используется для регулирования минимального перепада давления тогда, когда устройство находится в открытом положении. На фиг.10, например, опора (7) и решетчатые элементы (33), (34), (35), (36) и (37) имеют размер меньше, чем отверстие (6а) гильзы (3а). Такое устройство позволяет выполнять регулирование между нулевой, и полной скоростью потока.
Монтаж и демонтаж этих устройств для регулирования перепада давления могут выполняться в нерабочем состоянии и независимо одно от другого, но без полного демонтажа гильзы (3а). Фактически, когда труба (5) находится в открытом положении, опора (7) может легко демонтироваться посредством удаления болтов (13).
Фиг.11 показывает детали другого обладающего признаками изобретения устройства для регулирования перепада давления, содержащего опору (7) с просверленными отверстиями, к которой прикреплен функциональный блок (38), заполненный небольшими шариками (39) и закрытый пластиной (40) со сквозными отверстиями. Текучая среда, когда проходит через небольшие шарики (39) так, как показано жирной линией со стрелками, теряет энергию.
Диаметр небольших шариков (39) и размеры блока (38) могут изменяться для того, чтобы изменять перепад давления, воздействующего на текучую среду для приспосабливания устройства к данному потоку (по типу текучей среды, скорости потока, давлению, и т.д.) и по выбору для линеаризации перепада давления как в качестве функции перемещения трубы (5).