Отсекающий клапан

Полезная модель относится к отключающим устройствам с подвижным запорным органом, и может быть использована на скважинах для перекрытия трубопровода высокого давления, перекачивающих газ, нефть и другие жидкости, в случае аварийного понижения давления в нем.
Известен отсечной клапан, содержащий поворотный запорный орган типа заслонки, фиксирующий заслонку в открытом положении, и чувствительный элемент, выполненный в виде нагруженного пружиной штока, на конце которого выполнен выступ, а на заслонке - ответный по форме указанному выступу паз (а.с. СССР №855311, кл. F16К 17/04, F16К 15/03, опубл. 25.08.1981). Недостаток этого клапана заключается в его невысокой надежности при использовании на трубопроводах высокого давления при больших скоростях потока, так как в нем из-за мгновенного перекрытия проходного отверстия возможно возникновение гидравлического удара на затворе и появление ударной волны, резко снижающей ресурс работы трубопровода и зачастую вызывающей его разрушение.
Известен отсекающий клапан, содержащий поворотный запорный элемент типа заслонки, и удерживающие его в открытом положении фиксаторы. Запорный элемент выполнен в виде нескольких поворотных заслонок, накладываемых одна на другую с уменьшающимися в них отверстиями вплоть до полного перекрытия проходного сечения, которые удерживаются индивидуальными фиксаторами и освобождаются для запирания штоком с упорами, приводимыми в действие давлением среды со скоростью, задаваемой замедляющим устройством дроссельного типа (а.с. СССР №362961, кл. F16К 3/04, опубл. 05.04.1973). Недостатком известного устройства заключается в сложности конструкции.
Наиболее близким аналогом, принятым в качестве прототипа, является устройство отсекающее, содержащее корпус, в котором расположен поворотный запорный орган, выполненный в виде накладываемых одна на другую двух поворотных заслонок, одна из которых - разгрузочная с отверстием, а другая - глухая, перекрывающая отверстие разгрузочной заслонки. Основной фиксатор удерживает запорный орган в открытом положении. Чувствительные элементы: один - пониженного давления, другой - повышенного давления, выполнены в виде нагруженных пружинами штоков. Шток чувствительного элемента пониженного давления связан с основным фиксатором, шток элемента повышенного давления связан с дополнительным фиксатором, установленным с возможностью взаимодействия с основным фиксатором (патент РФ №2103579, кл. F16К 3/04, 26.03.1998). Известное устройство обладает сложной конструкцией, включающей два фиксаторов и два чувствительных элемента.
Задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, состоит в создании упрощенной конструкция надежного отсекающего клапана.
Технический результат полезной модели - упрощение конструкции отсекающего клапана.
Отсекающий клапан содержит корпус, внутри которого предусмотрена рабочая полость для перемещения в ней запорного органа. Корпус состоит из жестко скрепленных между собой крышки, расположенной в верхней части корпуса и основания, расположенного в нижней части корпуса, в которых предусмотрено два седла для запорного органа и, по меньшей мере, два разгрузочных отверстия равного диаметра. Также в корпусе есть отверстие большего диаметра, перекрываемое запорным органом, выполненным в виде двух идентичных прямых конусов с общим основанием, причем общая площадь разгрузочных отверстий равного диаметра больше площади перекрываемого отверстия.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 в продольном разрезе представлена конструкция предлагаемого отсекающего клапана, на фиг. 2 - вид сверху основания корпуса со снятой крышкой.
2
1
Отсекающий клапан (фиг. 1) содержит корпус, состоящий из крышки 1, расположенной в верхней части корпуса, и основания 2, расположенного в нижней части корпуса. Крышка и основание корпуса жестко скреплены между собой крепежными деталями через соответствующие отверстия. Внутри корпуса размещен запорный орган 3, который предназначен для перемещения внутри рабочей полости 4 корпуса, в которой имеются два седла, верхнее и нижнее. Запорный орган 3 в рабочем положении расположен на нижнем седле. Запорный орган выполнен в виде двух идентичных прямых конусов с общим основанием. В основании корпуса рядом с седлом имеются разгрузочные отверстия одинакового диаметра d, общая площадь которых больше или равна площади отверстия S, образуемой перекрываемым запорным органом диаметром D.
2
Соотношение площади отверстия S диаметра ∅D1, образуемой перекрываемым запорным органом, и суммы площадей S1 и S2 разгрузочных отверстий, диаметром ∅d, определяется экспериментальным или расчетным путем в зависимости от свойств пропускаемого через отсекающий клапан флюида. Для приведения запорного органа в эксплуатационный режим путем выравнивания давления до и после клапана, устанавливается байпасная линия с вентилем (на чертежах не показаны).
1
2
Устройство работает следующим образом. В исходном положении (открыто) за счет силы тяжести запорный орган находится в седле корпуса основания 2. Выталкивающая сила от создаваемого давлением транспортируемой среды, действующая на запорный орган через отверстие диаметром ∅D, компенсируется силой взвешивания транспортируемой жидкости через радиальные отверстия диаметром d с общей площадью, равной S с одной стороны, и силой тяжести запорного органа с другой стороны, удерживает отсекающий клапан в открытом положении (см. фиг. 1).
1
При аварийном снижении давления за пределами отсекающего клапана по ходу движения среды резко увеличивается выталкивающая сила в отверстии D (увеличивается поток газа), которая направляет запорный орган в седло крышки 1 корпуса, расположенной в его верхней части, тем самым перекрывая истечение транспортируемой среды во внешнюю среду.
1
Проведенные оценки показывают, что для реагирования отсекающего клапана в отверстии D диаметром 150 мм при снижении давления в потоке на 0,01 Мпа вес запорного органа должен составлять ~ 7,8 кг. При этом целесообразно, чтобы угол при вершине конуса составлял меньше 90° (α<90)°, а диаметры отверстий D1 и D были примерно равны между собой.
Для того, чтобы открыть отсекающий клапан необходимо открыть байпасный вентиль и выровнять давление до и после запорного органа. Затем запорный орган под воздействием силы тяжести вернется в исходное положение.
Преимущество предлагаемого решения заключается в том, что предлагаемый отсекающий клапан не имеет механической части, фиксаторов, заслонок, штоков, пружин. В случае понижения давления и при перекрытии трубопровода высокого давления, по которому среда транспортируется с высокой скоростью, запорный орган при срабатывании обеспечивает надежную работу отсекающего клапана.