МНОГОХОДОВОЙ КЛАПАН
MULTI-WAY VALVE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к многоходовому клапану, а именно к многоходовому клапану, имеющему конструкцию двойного уплотнения с регулируемым зазором для измерения, в свою очередь, дебита отдельной нефтяной скважины из нефтяных скважин для получения динамических данных дебита каждой нефтяной скважины и относится к области систем добычи и транспортирования нефти и газа, например, в нефтяной, химической промышленности и т.п.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В технологии добычи сырой нефти, особенно в экспериментальной технологии добычи нефти, под землю закачивают большое количество перегретого пара, создавая температуру добываемой жидкой нефти на очень высоком уровне (обычно 210°С-270°С). Поэтому устройство, используемое для добычи сырой нефти, должно соответствовать условиям высокой температуры и высокого давления. В патенте Китая с номером заявки №201320031213.1 предложен многоходовой клапан для использования в такой среде с высокой температурой и высоким давлением для добычи нефти, в котором поворотный сердечник клапана в многоходовом клапане выполнен так, что он проходит через монтажные отверстия верхнего корпуса клапана и нижнего корпуса клапана, и смонтирован на верхнем и нижнем корпусах клапана посредством подшипников качения. При высоких температурах поворотный сердечник клапана будет расширяться, так что диаметр и длина поворотного сердечника клапана значительно увеличивается, особенно заметно увеличивается длина поворотного сердечника клапана. Подшипник качения может быть установлен с определенным осевым зазором, чтобы компенсировать увеличение длины поворотного сердечника клапана, но эта компенсация является ограниченной, и она подходит только для ситуации поворотного сердечника клапана с весьма небольшим удлинением. Когда поворотный сердечник клапана имеет сравнительно большую величину удлинения в среде с высокой температурой, осевой зазор подшипников качения не может быть компенсирован, так что поворотный сердечник клапана упирается в подшипник качения, следовательно, поворот поворотного сердечника клапана не является плавным, и даже прихватывается (заклинивается). Кроме того, в среде с высокой температурой и высоким давлением многоходовой клапан подвержен возникновению явления утечки нефти. Для решения указанных проблем необходимо учитывать следующие моменты:
1. Следует установить соответствующий осевой зазор поворотного сердечника клапана так, чтобы препятствовать прихватыванию поворотного сердечника клапана при повороте, возникающему по указанным выше причинам.
2. Для препятствования утечке нефти следует использовать безопасное и надежное уплотнение.
3. Поворотный сердечник клапана следует устанавливать в радиальном направлении так, чтобы препятствовать залипанию поворотного сердечника клапана на верхнем и нижнем корпусах клапана или его прихватыванию, вызванному неустойчивым расширением из-за разницы внутренней и наружной температур.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ввиду указанных технических проблем, существующих в предшествующем уровне техники, в настоящем изобретении обеспечен многоходовой клапан, в котором поворотный сердечник клапана можно поворачивать, приспосабливаясь к средам с различной температурой.
Для решения вышеупомянутых технических проблем техническое решение, принятое в настоящем изобретении, заключается в следующем:
Многоходовой клапан содержит верхний корпус клапана, нижний корпус клапана и поворотный сердечник клапана, при этом верхний корпус клапана и нижний корпус клапана соответственно снабжены соосным верхним монтажным отверстием и нижним монтажным отверстием, причем верхний конец поворотного сердечника клапана проходит через верхнее монтажное отверстие и отходит от него, а нижний конец поворотного сердечника клапана проходит в нижнее монтажное отверстие; поворотный сердечник клапана, расположенный ниже верхнего корпуса клапана, выполнен с первой ступенчатой поверхностью, обращенной к верхнему корпусу клапана; регулировочная гайка, которая расположена ниже поворотного сердечника клапана, установлена в нижнем монтажном отверстии, при этом регулировочная гайка соединена посредством резьбы со стенкой отверстия нижнего монтажного отверстия; поворотный сердечник клапана выполнен с возможностью перемещения вверх и вниз посредством регулировки регулировочной гайки, так чтобы регулировать осевой зазор между первой ступенчатой поверхностью и верхним корпусом клапана.
Предпочтительно, между верхним монтажным отверстием и поворотным сердечником клапана установлена верхняя втулка штока; между нижним монтажным отверстием и поворотным сердечником клапана установлена нижняя втулка штока.
Предпочтительно, поворотный сердечник клапана выполнен со второй ступенчатой поверхностью, упирающейся в верхний конец нижней втулки штока, нижний конец которой выступает из нижнего конца поворотного сердечника клапана, так что регулировочная гайка упирается в нижний конец нижней втулки штока.
Предпочтительно, верхний конец нижней втулки штока отходит наружу в радиальном направлении для образования фланца, две противоположные поверхности которого упираются во вторую ступенчатую поверхность и верхний наружный край нижнего монтажного отверстия соответственно; при этом фланец снабжен множеством расположенных с промежутком отверстий, и нижний корпус клапана соединен посредством резьбы множеством болтов, проходящих соответственно через указанные расположенные с промежутком отверстия, и радиальный размер расположенных с промежутком отверстий больше, чем максимальный радиальный размер головок болтов.
Предпочтительно, между нижней втулкой штока и нижним корпусом клапана и между нижней втулкой штока и поворотным сердечником клапана установлена уплотнительная манжета.
Предпочтительно, верхняя втулка штока установлена на нижнем участке верхнего корпуса клапана, так что когда поворотный сердечник клапана перемещается вверх, первая ступенчатая поверхность упирается в нижний конец верхней втулки штока.
Предпочтительно, между стенкой отверстия верхнего монтажного отверстия, расположенного в верхнем участке верхнего корпуса клапана, и поворотным сердечником клапана образован кольцевой зазор, при этом кольцевой зазор заполнен уплотняющим наполнителем, на поворотном сердечнике клапана установлена запрессованная втулка, причем запрессованная втулка запрессована в уплотняющий наполнитель и предварительно нагружена с помощью крепежных деталей.
Предпочтительно, средний участок поворотного сердечника клапана снабжен проходящим насквозь первым проходом; причем проходящий насквозь второй проход, противоположный первому проходу, выполнен в верхнем корпусе клапана; конец указанного первого прохода напротив указанного второго прохода выполнен с кольцом седла клапана; на внутренней стенке первого прохода выполнена третья кольцевая ступенчатая поверхность; причем гайка с внутренним шестигранником, которая расположена на третьей ступенчатой поверхности, установлена в первом проходе между кольцом седла клапана и третьей ступенчатой поверхностью; на гайке с внутренним шестигранником установлена тарельчатая пружина, которая выполнена с возможностью деформации под воздействием гайки с внутренним шестигранником для создания осевого усилия; причем над тарельчатой пружиной установлено упорное кольцо, создающее направленное вверх осевое усилие под воздействием тарельчатой пружины; между упорным кольцом и кольцом седла клапана установлено уплотнительное кольцо для уплотнения поворотного сердечника клапана и кольца седла клапана.
По сравнению с предшествующим уровнем техники многоходовой клапан согласно настоящему изобретению имеет следующие преимущества:
1. Осевой зазор между первой ступенчатой поверхностью поворотного сердечника клапана и верхним корпусом клапана многоходового клапана согласно настоящему изобретению является по существу осевым зазором поворотного сердечника клапана, следовательно, осевой зазор поворотного сердечника клапана может быть отрегулирован путем поворота регулировочной гайки. Более того, когда температура окружающей среды изменяется, осевое положение поворотного сердечника клапана может быть изменено путем поворота регулировочной гайки, чтобы компенсировать величину изменения длины поворотного сердечника клапана, так что поворотный сердечник клапана всегда может иметь соответствующий осевой зазор, что также обеспечивает поворот поворотного сердечника клапана для приспосабливания к различным температурам.
2. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения поворотный сердечник клапана установлен в радиальном направлении с помощью верхней втулки штока, установленной на верхнем корпусе клапана, и нижней втулки штока, установленной на нижнем корпусе клапана, так что поворотный сердечник клапана может выдерживать определенную радиальную нагрузку, а верхняя втулка штока и нижняя втулка штока являются простыми по конструкции и удобными для установки.
3. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения уплотняющий наполнитель уложен между верхним корпусом клапана и поворотным сердечником клапана многоходового клапана и уплотняющий наполнитель может эффективно препятствовать утечке жидкой нефти в многоходовом клапане из верхнего корпуса клапана. Такая форма уплотнения является надежной в установке, может использоваться в течение длительного времени и не требует обслуживания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1 приведен схематический вид конструкции многоходового клапана согласно настоящему изобретению.
На фиг. 2 представлена часть А по фиг. 1 в увеличенном виде.
На фиг. 3 представлена часть В по фиг. 1 в увеличенном виде.
На фиг. 4 представлена часть С по фиг. 1 в увеличенном виде.
На фигурах:
1 - верхний корпус клапана;
2 - нижний корпус клапана;
3 - поворотный сердечник клапана;
31 - первая ступенчатая поверхность;
32 - вторая ступенчатая поверхность;
4 - регулировочная гайка;
5 - нижняя втулка штока;
51 - фланец;
52 - болт;
6 - верхняя втулка штока;
7 - запрессованная втулка;
8 - уплотняющий наполнитель;
9 - гайка;
10 - уплотнительная манжета;
11 - второй проход;
12 - кольцо седла клапана;
13 - первый проход;
14 - упорное кольцо;
15 - уплотнительное кольцо;
16 - тарельчатая пружина;
17 - гайка с внутренним шестигранником;
18 - третья ступенчатая поверхность;
19 - измерительное отверстие.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Чтобы обеспечить лучшее понимание технических решений настоящего изобретения специалистами в данной области, далее настоящее изобретение будет подробно описано со ссылками на прилагаемые чертежи и конкретные варианты реализации.
Как показано на фиг. 1-3, в варианте реализации настоящего изобретения представлен многоходовой клапан для использования в среде эксплуатации с высокой температурой и высоким давлением, содержащий верхний корпус 1 клапана, нижний корпус 2 клапана и поворотный сердечник 3 клапана. Верхний корпус 1 клапана и нижний корпус 2 клапана соединены между собой, и верхний корпус 1 клапана и нижний корпус 2 клапана уплотнены между собой посредством уплотняющей конструкции или уплотняющего элемента. Верхний корпус 1 клапана выполнен с верхним монтажным отверстием. Нижний корпус 2 клапана выполнен с нижним монтажным отверстием, которое соосно с верхним монтажным отверстием. В нижнем корпусе 2 клапана выполнено измерительное отверстие 19, и измерительное отверстие 19 расположено ниже нижнего монтажного отверстия, проходя в нижнее монтажное отверстие. Поворотный сердечник 3 клапана выполнен так, что он проходит через верхнее монтажное отверстие верхнего корпуса 1 клапана и нижнее монтажное отверстие нижнего корпуса 2 клапана, и верхний конец поворотного сердечника 3 клапана отходит от верхнего корпуса 1 клапана, а его нижний конец проходит в участок нижнего монтажного отверстия нижнего корпуса 2 клапана. В нижнем монтажном отверстии установлена регулировочная гайка 4, в которую не входит поворотный сердечник 3 клапана, упирающаяся в нижний конец поворотного сердечника 3 клапана, и регулировочная гайка 4 представляет собой гайку с внутренним шестигранником, имеющую наружную резьбу на внешней периферии, при этом регулировочная гайка 4 соединена посредством резьбы с нижним монтажным отверстием; первая кольцевая ступенчатая поверхность 31 в направлении верхнего корпуса 1 клапана образована на поворотном сердечнике 3 клапана вблизи нижнего конца верхнего корпуса 1 клапана, поворотный сердечник 3 клапана соответствует ступенчатому штоку, имеющему заплечик штока, и первая ступенчатая поверхность 31 соответствует заплечику штока ступенчатого штока. Таким образом, регулировочную гайку 4 регулируют с использованием специального инструмента, проходящего внутрь от измерительного отверстия 19, чтобы перемещать поворотный сердечник 3 клапана вверх и вниз, так чтобы регулировать осевой зазор между первой ступенчатой поверхностью 31 и верхним корпусом 1 клапана.
Как можно понять из вышеуказанного, осевой зазор между первой ступенчатой поверхностью 31 и верхним корпусом 1 клапана фактически является осевым зазором поворотного сердечника 3 клапана, то есть величина свободного хода поворотного сердечника 3 клапана равна величине осевого зазора верхнего корпуса 2 клапана. При повороте регулировочной гайки 4 для компенсирования различных величин удлинения поворотного сердечника 3 клапана из-за различных температур, так чтобы поворотный сердечник 3 клапана при различных температурах всегда имел соответствующий осевой зазор, таким образом, поворотный сердечник 3 клапана можно поворачивать, с обеспечением приспосабливания к различным температурам.
Осевой зазор поворотного сердечника 3 клапана многоходового клапана согласно настоящему изобретению выполнен с возможностью регулирования в относительно широких пределах, следовательно, поворотный сердечник 3 клапана можно поворачивать, с обеспечением приспосабливания к довольно широкому диапазону температур, особенно в среде с высокой температурой, при этом благодаря повороту регулировочной гайки 4 поворотный сердечник 3 клапана не будет прихватываться вследствие излишней величины удлинения.
Чтобы добиться установки в радиальном направлении поворотного сердечника 3 клапана, в предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения, как показано на фиг. 1-3, верхняя втулка 6 штока установлена между верхним монтажным отверстием и поворотным сердечником 3 клапана, нижняя втулка 5 штока установлена между нижним монтажным отверстием и поворотным сердечником 3 клапана, и верхняя втулка 6 штока установлена с посадкой с натягом с верхним корпусом 1 клапана, и верхняя втулка 6 штока установлена с посадкой с зазором с поворотным сердечником 3 клапана, чтобы препятствовать повороту верхней втулки 6 штока вместе с поворотным сердечником 3 клапана. Твердость верхней втулки 6 штока и нижней втулки 5 штока меньше, чем твердость поворотного сердечника 3 клапана, чтобы величина износа поворотного сердечника 3 клапана была меньше, чем величина износа верхней втулки 6 штока и нижней втулки 5 штока, это также препятствует царапанию верхней втулкой 6 штока и нижней втулкой 5 штока поверхности поворотного сердечника 3 клапана при повороте поворотного сердечника 3 клапана. Более того важно, если поворотный сердечник 3 клапана имеет такую же твердость, как верхняя втулка 6 штока и нижняя втулка 5 штока, поворотный сердечник 3 клапана склонен к прихватыванию, тогда как поворот поворотного сердечника 3 является более приспосабливаемым, если он имеет твердость, отличную от твердости верхней втулки 6 штока и нижней втулки 5 штока, и, следовательно, прихватывание сердечника 3 клапана может быть эффективно предотвращено. Предпочтительно, разница между твердостью поворотного сердечника 3 клапана и твердостью верхней втулки 6 штока и нижней втулки 5 штока составляет HRC5~HRC6 (от 5 до 6 единиц твердости по шкале С Роквелла). В настоящем изобретении поворотный сердечник 3 клапана образован со второй ступенчатой поверхностью 32, которая упирается в верхний конец нижней втулки 5 штока, а нижний конец нижней втулки 5 штока выступает из нижнего конца поворотного сердечника 3 клапана и упирается в регулировочную гайку 4. Верхняя втулка 6 штока установлена на нижнем участке верхнего корпуса 1 клапана, и настроено конкретное положение верхней втулки 6 штока, так что когда поворотный сердечник 3 клапана перемещается вверх, первая ступенчатая поверхность 31 упирается в нижний конец верхней втулки 6 штока. Таким образом, регулировочная гайка 4 перемещает поворотный сердечник 3 клапана вверх и вниз, нажимая на нижнюю втулку 5 штока, чтобы предотвратить сопротивление к повороту поворотного сердечника 3 клапана, могущее возникать из-за того, что регулировочная гайка 4 непосредственно упирается в поворотный сердечник 3 клапана. И поскольку поворотный сердечник 3 клапана, после перемещения вверх, упирается в верхнюю втулку 6 штока, а не в нижний конец верхнего корпуса 1 клапана, нижний конец верхнего корпуса 1 клапана не обязательно должен быть обработанным, что сокращает стоимость обработки.
Чтобы предотвратить поворот нижней втулки 5 вместе с поворотным сердечником 3 клапана, в предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения верхний конец нижней втулки 5 штока отходит наружу в радиальном направлении для образования фланца 51, как показано на фиг. 1 и 2. Противоположные поверхности фланца 51 упираются во вторую ступенчатую поверхность 32 и верхний наружный край нижнего монтажного отверстия соответственно; при этом фланец 51 снабжен множеством расположенных с промежутком отверстий и нижний корпус 2 клапана соединен посредством резьбы множеством болтов 52, которые проходят через расположенные с промежутком отверстия соответственно. Радиальный размер расположенного с промежутком отверстия больше, чем максимальный радиальный размер головок болтов 52. Таким образом, нижняя втулка 5 штока не будет поворачиваться вместе с поворотным сердечником 3 клапана благодаря ограничительному действию болтов 52. Чтобы предотвратить утечку жидкой нефти в многоходовом клапане из зазора между нижней втулкой 5 штока и нижним корпусом 2 клапана и из зазора между нижней втулкой 5 штока и поворотным сердечником 3 клапана, согласно настоящему изобретению уплотнительная манжета 10 установлена как между нижней втулкой 5 штока и нижним корпусом 2 клапана, так и между нижней втулкой 5 штока и поворотным сердечником 3 клапана.
Чтобы предотвратить утечку жидкой нефти в многоходовом клапане из зазора между верхним корпусом 1 клапана и поворотным сердечником 3 клапана, необходимо образовать уплотнение между верхним корпусом 1 клапана и поворотным сердечником 3 клапана. Конкретно, в верхнем конце верхнего монтажного отверстия выполнено отверстие, обработанное зенкованием, стенка отверстия которого образует кольцевой зазор с поворотным сердечником 3 клапана. Уплотняющий наполнитель 8 (материалом уплотняющего наполнителя 8 может быть графит) уложен в кольцевой зазор, запрессованная втулка 7, установленная на поворотном сердечнике 3 клапана, запрессована в уплотняющий наполнитель 8 и предварительно нагружена с помощью крепежных деталей, так что запрессованная втулка 7 всегда поддерживает определенное давление на уплотняющий наполнитель 8. Крепежные детали согласно настоящему изобретению представляют собой болты, которые соединены посредством резьбы с верхней торцевой поверхностью верхнего корпуса 1 клапана, и на болте установлена гайка 9. Давление запрессованной втулки 7 на уплотняющий наполнитель 8 регулируют путем поворота гайки 9, так что уплотняющий наполнитель 8 может вызывать достаточное уплотнение при различных температурах и силах давления.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения, как показано на фиг. 1 и 4, средний участок поворотного сердечника 3 клапана выполнен с проходящим насквозь первым проходом 13, один конец которого сообщается с измерительным отверстием 19. В верхнем корпусе 1 клапана выполнен второй проход 11, который проходит насквозь и противоположен другому концу первого прохода 13. Кольцо 12 седла клапана выполнено в конце первого прохода 13 напротив второго прохода 11. Чтобы достичь уплотнения между поворотным сердечником 3 клапана и кольцом 12 седла клапана, принята следующая конструкция уплотнения: третья ступенчатая поверхность 18 образована на внутренней стенке первого прохода 13; гайка 17 с внутренним шестигранником, которая расположена на третьей ступенчатой поверхности 18, установлена в первом проходе 13 между кольцом 12 седла клапана и третьей ступенчатой поверхностью 18. Гайка 17 с внутренним шестигранником содержит два цилиндрических участка, имеющих разные наружные диаметры, один конец, который имеет больший наружный диаметр, расположен на третьей ступенчатой поверхности 18, и другой конец, имеющий меньший наружный диаметр, обращен к кольцу 12 седла клапана. Цилиндрический участок, имеющий меньший наружный диаметр, установлен с тарельчатой пружиной 16 снаружи. Упорное кольцо 14 установлено на тарельчатой пружине 16, и уплотнительное кольцо 15 установлено между упорным кольцом 14 и внутренней стенкой первого прохода 13.
Перед работой многоходового клапана в среде с высокой температурой и высоким давлением регулировочную гайку 4 поворачивают против часовой стрелки с помощью специального инструмента так, чтобы повернуть ее на 70-90°, чтобы поддерживать осевой зазор поворотного сердечника 3 клапана в пределах 0,58-0,75 мм. Таким образом, когда многоходовой клапан работает при высокой температуре и высоком давлении, поворотный сердечник 3 клапана имеет достаточный осевой зазор для поворота с его приспосабливанием после теплового расширения.
Таким образом, преимущества многоходового клапана согласно настоящему изобретению заключаются в следующем:
1. Осевой зазор между первой ступенчатой поверхностью 31 поворотного сердечника 3 клапана и верхним корпусом 1 клапана многоходового клапана согласно настоящему изобретению является по существу осевым зазором поворотного сердечника клапана, следовательно, осевой зазор поворотного сердечника 3 клапана может быть отрегулирован путем поворота регулировочной гайки 4. Более того, когда температура окружающей среды изменяется, осевое положение поворотного сердечника 3 клапана может быть изменено путем поворота регулировочной гайки 4, чтобы компенсировать величину изменения длины поворотного сердечника 3 клапана, так что поворотный сердечник 3 клапана всегда может иметь соответствующий осевой зазор, что способствует повороту поворотного сердечника 3 клапана для приспосабливания к различным температурам.
2. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения поворотный сердечник 3 клапана установлен в радиальном направлении с помощью верхней втулки 6 клапана, установленной на верхнем корпусе 1 клапана, и нижней втулки 5 клапана, установленной на нижнем корпусе 2 клапана, так что поворотный сердечник 3 клапана может выдерживать определенную радиальную нагрузку, а верхняя втулка 6 клапана и нижняя втулка 5 клапана являются простыми по конструкции и удобными для установки.
3. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения уплотняющий наполнитель 8 уложен между верхним корпусом 1 клапана и поворотным сердечником 3 клапана многоходового клапана и уплотняющий наполнитель 8 может эффективно препятствовать утечке нефти в многоходовом клапане из верхнего корпуса 1 клапана. Такая форма уплотнения является надежной в установке, может использоваться в течение длительного времени и не требует обслуживания.
Приведенные выше варианты реализации являются только иллюстративными вариантами реализации настоящего изобретения и не должны использоваться для ограничения настоящего изобретения. Объем защиты настоящего изобретения определяется пунктами формулы. Специалист в данной области техники может вносить различные изменения или эквивалентные замены в настоящее изобретение в пределах его сущности и объема защиты, и указанные изменения или эквивалентные замены следует рассматривать как подпадающие под объем защиты настоящего изобретения.