КЛАПАН
VALVE

Настоящее изобретение относится к клапану, используемому в соединениях при добыче нефти и газа, прежде всего, при работах в открытом море, в соответствии с ограничительной частью п.1 формулы изобретения.
При добыче нефти и газа применяется множество клапанов. Общим для них является то, что они подвергаются воздействию высоких давлений и температур, агрессивных жидкостей и твердых частиц, и отказ одного клапана может повлечь тяжелые последствия как в отношении находящихся поблизости от клапана рабочих, так и в отношении ущерба для окружающей среды. Кроме того, отказ будет иметь тяжелые экономические последствия. Часть клапанов расположена так, что ремонтировать и заменять их и сложно, и дорого. В особенности, это относится к клапанам, расположенным под водой и, прежде всего, на больших океанских глубинах.
Поэтому существует острая необходимость разработки таких клапанов таким образом, чтобы они были, по возможности, как надежными, так и долговечными.
В качестве первого объекта изобретения настоящее изобретение имеет своей целью разработать клапан, в котором уменьшена опасность повреждения и износа в уплотнениях между седлом клапана и корпусом клапана. Эта цель достигнута за счет того, что седло клапана снабжено фаской на обращенной к корпусу задвижки стороне клапана, при этом фаска непосредственно связана текучей средой с проточным каналом. Тем самым достигается управляемая утечка между седлом клапана и корпусом задвижки, так что текучая среда избирает этот путь, вместо того чтобы продавливать уплотнения.
Так как фаска имеет зону, которая подвергается воздействию давления из проточного канала, названная зона имеет по меньшей мере такой же размер, что и зона на противоположной стороне седла, которая находится под давлением из проточного канала, при этом седло клапана будет прижиматься к корпусу клапана, так что уплотнение в этом месте далее возрастает.
Настоящее изобретение в особенности пригодно для запорного клапана.
Клапан, предпочтительно, содержит два седла клапана, расположенные по обе стороны корпуса задвижки. Тем самым достигается, во-первых, хорошее направление задвижки по ее обеим боковым сторонам и, во-вторых, клапан будет хорошо уплотнен с двух сторон.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения седло клапана снабжено направляющим кольцом, которое охватывает седло клапана на конце, который обращен к корпусу задвижки, при этом направляющее кольцо установлено для формирования направляющей для корпуса задвижки. Тем самым достигается надежное управление задвижкой между ее открытым и закрытым положениями.
Направляющее кольцо, предпочтительно, содержит выступы, которые установлены для упора в корпус задвижки, для обеспечения ее устойчивости в направлении, перпендикулярном протяженности проточного канала. Тем самым достигается удержание корпуса задвижки с четырех сторон.
В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления изобретения задвижка имеет четырехгранное поперечное сечение, при котором две противоположные стороны находятся напротив соответствующих им седел клапана, а две другие противоположенные стороны - напротив выступов направляющего кольца. При такой форме поперечного сечения корпус задвижки будет прост в изготовлении, так как ее грани могут быть отфрезерованы с большой точностью.
Настоящее изобретение далее будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые изображения, на которых показано:
фиг.1 - перспективное изображение поперечного сечения клапана согласно предпочтительному варианту осуществления, на котором задвижка показана отдельно от корпуса клапана,
фиг.2 - узел клапана с задвижкой, установленной на место в корпус клапана,
фиг.3 - клапан при виде сверху,
фиг.4 - разрез узла седла клапана при нахождении клапана в открытом положении,
фиг.5 - разрез клапана, соответствующего фиг.3, однако при нахождении клапана в закрытом положении.
Показанный на фиг.1 клапан содержит корпус 1 клапана, снабженный впускным патрубком 2 и выпускным патрубком 3, которые на их наружных концах снабжены фланцами 4, 5. Первое седло 6 клапана и второе седло 7 клапана размещены в корпусе клапана и соединены соответственно с впускным патрубком 2 и выпускным патрубком 3, образуя между ними полость 8. В этой полости 8 имеется пространство для корпуса 9 задвижки.
Корпус 9 задвижки имеет первую боковую поверхность 10 и расположенную на противоположной стороне вторую поверхность (на фиг.1 не видна), которые расположены так, чтобы создать уплотнение с соответствующими седлами 6 и 7 клапана. Кроме того, корпус 9 задвижки имеет третью боковую поверхность 25, перпендикулярную первой боковой поверхности 10 и второй боковой поверхности, а также четвертую боковую поверхность (на фиг.1 не видна), противоположную третьей боковой поверхности 25. Корпус 9 задвижки на одном своем конце имеет паз 11 типа «ласточкин хвост» для сцепления с приводом (не показан). В корпусе 9 задвижки имеется сквозное отверстие 12, простирающееся от первой боковой поверхности 10 ко второй боковой поверхности. Рядом с отверстием 12 расположена площадка 13 по меньшей мере того же размера, что и отверстие 12.
На фиг.2 показан корпус клапана 1 с корпусом 9 задвижки, расположенным между седлами 6 и 7 клапана. Седла 6 и 7 клапана состоят, в целом, из тела клапана с проходящим сквозь него отверстием 13, 14. В изображенном положении корпуса 9 задвижки клапан открыт и отверстие 12 находится на одной оси со сквозными отверстиями 13, 14. Если корпус 9 задвижки расположен в указанном положении, он образует преграду между проточным каналом 16 клапана и полостью 17 в корпусе клапана. Полость 17 изолирована от окружающей среды с помощью крышки (не показана), которая крепится к фланцу 18.
Кроме того, корпус 9 задвижки имеет канал 15, простирающийся от приблизительно середины продольной оси отверстия 12 к основанию паза 11 типа «ласточкин хвост». Таким образом, канал 15 обеспечивает связь между проточным каналом 16 клапана и полостью 17 для выравнивания давления между ними. Канал 15 выходит на нижнюю поверхность привода (не показан), который сцепляется с пазом 11 типа «ласточкин хвост», и предотвращает таким образом попадание песка в полость 17.
На торце каждого примыкающего к корпусу 9 задвижки седла 6, 7 размещено направляющее кольцо 19, 20. Это кольцо 19, 20 садится на расположенный по контуру седла 6, 7 клапана заплечик 29 и располагается с небольшим зазором по отношению к корпусу 9 задвижки. С одной стороны, прежде всего, с той, где располагается отверстие 12 корпуса 9 задвижки при закрытом клапане, кольцо 19, 20 снабжено пластиной 22. Пластина 22 предотвращает непосредственную связь между проточным каналом 16 и полостью 17 при нахождении задвижки в промежуточном положении в процессе открывания и закрывания. На фиг.3 показан клапан при виде сверху. Здесь виден фланец 18 корпуса клапана и корпус 9 задвижки внутри корпуса клапана. На изображении четверть корпуса клапана удалена, так что отчетливо видно одно седло 6. На конце седла 6 клапана видно направляющее кольцо 19. Как можно видеть, направляющее кольцо снабжено выступами 23, 24, простирающимися за сторону корпуса 9 задвижки, так что они прилегают соответственно к третьей боковой поверхности 25 и четвертой боковой поверхности. Благодаря этим выступам направляющего кольца задвижка будет надежно размещена между седлами клапана, а перемещение между открытым и закрытым положениями является четко заданным. Благодаря опорной функции направляющего кольца 19 для корпуса 9 задвижки становится возможным изготавливать корпус задвижки с квадратным поперечным сечением, при котором две противоположные боковые поверхности обращены к седлам клапана и перекрывают поток текучей среды при закрытом клапане, а две противоположные боковые поверхности обращены к выступам 23, 24 направляющего кольца и обеспечивают устойчивость корпуса задвижки в боковых направлениях. Квадратный корпус задвижки намного проще в производстве, чем задвижка со скругленным или цилиндрическим поперечным сечением. Поперечное сечение, предпочтительно, выполнено в виде прямоугольника с двумя парами граней различной длины, так что неправильная установка корпуса задвижки является невозможной. Кроме того, корпус задвижки соответствующим образом является симметричным относительно двух перпендикулярных длинных граней, так что он может быть повернут на 180° без риска неисправной работы.
Теперь следует обратиться к фиг.4 и 5, на которых показан разрез части седла 6 клапана, корпуса 9 задвижки, корпуса 1 клапана и направляющего кольца 19 соответственно в открытом и закрытом положениях.
Седло клапана снабжено канавками для двух уплотнений 26 и 27. Первое уплотнение 26 является главным уплотнением, которое предохраняет от проникновения текучей среды и любых частиц между седлом 6 клапана и корпусом 1 клапана. Второе уплотнение 27 не дает возможности частицам и текучей среде проникать между торцом седла 6 клапана и корпусом 1 клапана. Между двумя уплотнениями 26 и 27 имеется участок 28 (который тянется в виде кольца по торцу седла клапана), который образован для создания уплотнения «металл - металл» между седлом 6 клапана и корпусом 1 клапана.
Кроме того, установлено пружинное кольцо 29, которое прижимает седло 6 клапана к корпусу 9 задвижки. Пружинное кольцо 29 также способствует предотвращению попадания частиц песка между седлом 6 клапана и корпусом 1 клапана.
На торце седла 6 клапана, обращенном к корпусу 9 задвижки, выполнены две фаски - наружная фаска 30 и внутренняя фаска 31. Наружная фаска 30 ранее использовалась в большей степени для того, чтобы обеспечить проход любого избыточного давления в полости 17 с наружной стороны корпуса 9 заглушки внутрь проточного канала.
Однако предназначение внутренней фаски 31 заключается в том, чтобы обеспечить, чтобы любое избыточное по сравнению с полостью 17 давление, которое существовало бы в проточном канале 16 во время закрывания клапана и после того как клапан закрыт, имело бы возможность выхода в полость, вместо того чтобы идти через уплотнения 26, 27 и 28. Для обычных клапанов без внутренней фаски 31 некоторое количество текучей среды (и, таким образом, также некоторое количество частиц) всегда будет проникать между корпусом клапана и седлом клапана, однако между седлом клапана и корпусом клапана должно быть надежное уплотнение. С течением времени это будет разрушать уплотнение между корпусом клапана и седлом клапана.
Фаска 31 должна быть несколько больше или по меньшей мере того же размера, что и расстояние между проточным каналом 16 и первым уплотнением 26. Тем самым, давление в проточном канале 16 будет действовать на большую поверхность на стороне седла 6 клапана, которая обращена к корпусу задвижки, чем на сторону седла 6 клапана, которая обращена к корпусу 1 клапана (и где также присутствуют уплотнения 26-28), так что седло 6 клапана прижимается к корпусу 1 клапана и герметизирующее действие уплотнений 26-28 усиливается.
Это означает, что некоторое количество текучей среды и, возможно, частиц будет проникать между седлом 6 клапана и корпусом 9 задвижки, так как они слегка раздвинуты друг от друга. Однако такая небольшая утечка имеет очень малое значение. В зоне контакта между седлом клапана и корпусом задвижки отсутствуют уплотнения, которые могут быть повреждены воздействием частиц.
Поэтому является более значимым выполнить фаску выше по потоку седла клапана, но для этого необходимо иметь два различных седла клапана и выполнить их одинаково работающими для пропуска текучей среды через клапан в обоих направлениях, то есть это означает, что оба седла клапана выполнены с одинаковой фаской. Когда клапан закрыт, на расположенной ниже по потоку стороне корпуса задвижки может также быть остаточное давление, и при этом остаточное давление может действовать на частицы за первым уплотнением 26. Фаска, расположенная ниже по потоку на корпусе задвижки, будет эффективно предохранять от этого.