ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН
SAFETY VALVE

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и предназначено для защиты гидросистем от повышения давления сверх допустимого, в частности для предохранения буровых насосов от возможных аварий из-за внезапного повышения давления.
Известен предохранительный клапан (пат. SU 573657, публ. 1977 г.), содержащий корпус с входным и выходным патрубками, в полости которого размещено седло, перекрываемое запорным органом, воздействующим на тарированный стержень через срезающий шток, нагруженный пружиной.
Недостатком клапана является низкая надежность, обусловленная сложностью замены тарированного стержня, разрушением стенок корпуса при перекачивании агрессивных сред.
Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является предохранительный клапан по патенту JP 10205630, публ. 1998 г. Известный клапан содержит корпус с входным и выходным патрубками. В полости корпуса размещено седло, перекрываемое запорным органом, нагруженным пружиной возврата. Перпендикулярно перемещению запорного органа расположен подпружиненный тарированный стержень. Запорный орган воздействует на тарированный стержень через срезающий шток, проходящий через пружину возврата запорного органа. Для герметизации входной и выходной полостей в корпусе установлены уплотнения.
В известном клапане реализована автоматическая подача тарированного стержня, но не предусмотрена автоматическая утилизация срезанных частей тарированного стержня.
Недостатками клапана являются низкая надежность из-за быстрого износа герметизирующих уплотнений и стенок корпуса, подвергающихся ударному и химическому воздействию перекачиваемой среды, и сложности ремонта.
Изобретение направлено на повышении надежности предохранительного клапана.
Предохранительный клапан согласно изобретению содержит корпус с входным и выходным патрубками, в полости которого размещены седло, перекрываемое запорным органом, нагруженным пружиной возврата, тарированный подпружиненный стержень, установленный перпендикулярно перемещению запорного органа, срезающий элемент, контактирующий с тарированным стержнем. При этом запорный орган выполнен со сквозным изогнутым каналом, вход которого совмещен с входным патрубком, выход канала совмещен с торцом тарированного стержня, а срезающий элемент установлен на запорном органе.
Преимущественно герметизирующие элементы установлены на запорном органе.
Преимущественно запорный орган или шток, проходящий через пружину возврата запорного органа, выполнен с поперечным сечением в форме многоугольника, например треугольника или четырехугольника.
Преимущественно тарированный стержень выполнен с кольцевыми проточками одинаковой глубины, размещенными через равные промежутки по длине стержня.
Преимущественно выходной патрубок соединен с трубопроводом аварийного сброса и с контейнером сбора срезанных частей тарированного стержня, представляющим собой патрубок с магнитной заглушкой.
Заявленная совокупность признаков изобретения позволяет изолировать стенки корпуса и герметизирующие элементы от ударного и химического воздействия перекачиваемой жидкости, повышая тем самым долговечность и ремонтопригодность соответственно, увеличивает надежность клапана.
При этом надежность срабатывания клапана обеспечивается точным совмещением выходного отверстия запорного органа с отверстием выходного патрубка и торцом тарированного стержня, что достигается надежной фиксацией запорного органа или штока пружины возврата запорного органа, преимущественно выполненных с поперечным сечением в форме многоугольника.
Размещение срезающего элемента и герметизирующих элементов на запорном органе дополнительно повышает ремонтопригодность клапана.
Благодаря выполнению тарированного стержня с кольцевыми проточками, одинаковой глубины, размещенными через равные промежутки по длине стержня, тарированный стержень можно использовать для различных значений давления срабатывания клапана, изменяя только глубину проточек.
Контейнер сбора срезанных частей тарированного стержня, соединенный с выходным патрубком и представляющий собой патрубок с магнитной заглушкой, обеспечивает легкую утилизацию срезанных частей тарированного стержня.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен предохранительный клапан, на фиг.2 - узел контакта запорного органа с тарированным стержнем, на фиг.3 - контейнер сбора срезанных частей тарированного стержня.
Предохранительный клапан содержит корпус 1 с входным патрубком 2, выходным патрубком 3 и седлом 4, фиксируемым в корпусе прижимной втулкой 5 (Фиг.1). Седло 4 перекрывается запорным органом 6, нагруженным пружиной 7 возврата, которая установлена на штоке 8. Запорный орган 6 выполнен в виде поршня с изогнутым внутренним каналом 9, вход которого совмещен с входным патрубком 3, а выход совмещен с торцом подпружиненного тарированного стержня 10, расположенного между входным и выходным патрубками перпендикулярно перемещению запорного органа.
На запорном органе 6 установлены уплотнения 11 для герметизации входной и выходной полостей клапана.
Выход канала 9 запорного органа 6 выполнен с расточкой 12, опорная площадка которой служит упором для торца тарированного стержня, а на боковой стороне расточки установлен срезающий элемент 13 в виде кольца из высокопрочного материала (фиг.2). Аналогичное кольцо из высокопрочного материала запрессовано во втулку 5 для создания контакта среза части тарированного стержня 10. Таким образом значительно снижен износ запорного органа, и при проведении ремонтных работ достаточно заменить лишь срезающий элемент.
Срезающий элемент 13 контактирует с боковой поверхностью подпружиненного тарированного стержня 10, который выполнен преимущественно с кольцевыми проточками одинаковой глубины, размещенными через равные промежутки по длине стержня (см. фиг.1 и 2). Причем глубина проточек соразмерна с установленным давлением для их среза, что при превышении давления жидкости сверх установленного или его снижении обеспечивает автоматизацию процесса.
Точность фиксации запорного органа 6 в сборке обеспечивается выполнением запорного органа 6 или штока 8, пружины возврата запорного органа с поперечным сечением в форме многогранника, например треугольника, четырехугольника, в том числе и по длине их конечной фиксации для обеспечении абсолютной точности совмещения выхода внутреннего напора запорного органа 6 с выходным патрубком 3.
Для сбора срезанных частей тарированного стержня служит контейнер, выполненный в виде патрубка 14 с магнитной заглушкой 15, соединенный с выходным патрубком 3 (фиг.3).
Предохранительный клапан работает следующим образом.
При повышении давления в гидросистеме сверх допустимого запорный орган 6 отходит от седла 4, срезая часть тарированного стержня 10, и перемещается в крайнее положение до совмещения выходного отверстия канала 9 в запорном органе с отверстием выходного патрубка 3. Осуществляется аварийный сброс жидкости. При этом срезанный элемент тарированного стержня, находясь внутри расточки 12, закрывает выходное отверстие канала запорного органа и перемещается вместе с запорным органом до выходного патрубка, изолируя, таким образом, внутреннюю поверхность корпуса от перекачиваемой жидкости. Прижимная втулка 5 дополнительно защищает корпус клапана от воздействия перекачиваемой жидкости. При этом конструкция запорного органа позволяет обеспечивать движение перекачиваемой жидкости до выходного патрубка без взаимодействия с корпусом клапана независимо от степени перекрытия прижимной втулкой внутренней поверхности корпуса (полностью или частично). Герметизирующие элементы 11, закрепленные на запорном органе 6, также изолированы от перекачиваемой жидкости. Это повышает долговечность клапана и уменьшает сроки ремонта, который можно провести непосредственно на месте эксплуатации без снятия и замены корпуса, практически не разрушающегося.
Под давлением перекачиваемой жидкости срезанная часть тарированного стержня 10 вместе с избытком жидкости перемещается через выходной патрубок 3 и попадает в патрубок 14 с магнитной заглушкой 15, который служит контейнером для сбора срезанных частей тарированного стержня.
При понижении давления в гидросистеме запорный орган автоматически под действием пружины 7 возврата перемещается в рабочее положение. Подпружиненный тарированный стержень 10 выдвигается до опорной площадки расточки 12 на выходе канала запорного органа.
При повторном повышении давления сверх допустимого процесс повторяется.
Надежность срабатывания клапана повышается также благодаря тому, что аварийный сброс перекачиваемой жидкости осуществляется даже в случае непредвиденного отказа по срезанию части тарированного стержня. Под действием сверхдопустимого давления перекачиваемой жидкости на торец тарированного стержня последний, сдавливая пружину, перемещается от запорного органа и позволяет запорному органу под действием давления на верхние стенки его канала и торец перемещаться до совмещения выхода канала рабочего органа с выходным патрубком.
Предохранительный клапан согласно изобретению отличается простой конструкцией, обеспечивающей автоматическую работу клапана, высокой долговечностью и ремонтопригодностью, что позволяет применять его для защиты от аномальных давлений в гидросистемах с высокими требованиями к надежности, например, в бурении нефтяных и газовых скважин для предохранения насосов и нагнетательных систем манифольда, в системе запорных элементов манифольда противовыбросового оборудования.