ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ КЛАПАН

Предполагаемая полезная модель относится к клапанным распределительным механизмам с электромагнитным приводом и может быть использована для регулирования и управления потоком жидкости в системах добычи и транспорта нефтегазовой смеси.
Известно пробоотборное устройство (Халимов Р.Р., Набиуллин Р.Ф. и др. Пробоотборное устройство. Патент RU 56956. Опуб. 2006), содержащее основной трубопровод, в котором отборный кран выполнен в виде подпружиненного относительно пробоотборной секции шибера-сердечника, корпуса со сливным отверстием и катушкой, причем шибер-сердечник герметично установлен внутри корпуса, выполненного из диэлектрического материала, а катушка расположена на корпусе, причем в исходном положении шибер-сердечник перекрывает сливное отверстие корпуса, а в рабочем - под действием электромагнитного поля, создаваемого катушкой при подаче на нее электрического тока, имеет возможность осевого перемещения внутри корпуса, сжимая пружину и открывая сливное отверстие корпуса. Недостатком устройства [1] является необходимость произведения технического обслуживания во время эксплуатации, связанное с выходом из строя возвратной пружины.
Известен кран с электроприводом КШЭ1.00.00.000-01 (Паспорт на изделие «Кран с электроприводом Ду80 Ру40 (КШЭ1.00.00.000-01)». Завод-изготовитель ОАО «АК ОЗНА», 2007), используемый в групповых замерных установках на объектах нефтяной и газовой промышленности. Он предназначен для применения в качестве запорного, запорно-переключающего или переключающего устройства на технологических трубопроводах и включает в себя шаровой кран, электродвигатель, редуктор. Недостатком крана с электроприводом КШЭ1.00.00.000-01 является необходимость его постоянного технического обслуживания: периодических проверок уровня масла в редукторе, контроля за отсутствием утечек на шаровом кране.
Известно устройство для регулирования и управления потоком жидкости (Францев В.Ф. Шаровой кран. Заявка на изобретение RU 94015096. Опубл. 1996), выбранное за прототип, в котором клапан состоит из корпуса, шарового затвора, выполненного в виде твердого недеформируемого ядра и эластичной оболочки, седел клапана и детали поддержки шарового затвора, причем связь ядра шарового затвора с седлами клапанов и деталью поддержки осуществляется за счет магнитных сил. При работе шаровой затвор перемешается по направляющей канавке детали поддержки за счет магнитных сил взаимодействия и набегающего потока жидкости. Эластичная износостойкая оболочка позволяет создать надежное уплотнение, а в определенных случаях, работая на срез, выполняет функцию предохранительного элемента. При установке верхнего седла клапан может выполнять функцию предохранительного элемента гидравлической системы от превышения допустимого расхода жидкости. В этом случае рабочая полость клапана имеет различные площади поперечных сечений, определяемые расчетом для заданных параметров расхода.
Недостатком прототипа является необходимость произведения технического обслуживания во время эксплуатации, связанное с выходом из строя уплотняющих шаровой затвор резинотехнических изделий.
Задачей предполагаемой полезной модели является увеличение ее межремонтного периода за счет упрощения конструкции электромагнитного клапана и повышения его надежности.
Указанная задача решена благодаря тому, что в электромагнитном клапане, включающем корпус с крышкой, установленном на фланце трубопровода, в рабочей камере корпуса расположена электромагнитная катушка, в отверстии корпуса соосно вертикальной оси рабочей камеры свободно перемещается полый шток, на одном конце которого закреплена тарелка, а другой конец закреплен в магнитопроводе с постоянным магнитом, расположенным под крышкой, рабочая камера снабжена заглушками для контроля утечек водонефтяной смеси, под фланцем трубопровода закреплено седло тарелки, а магнитопровод с постоянным магнитом и электромагнитная катушка соединены через переключатель с возможностью смены полярности магнитных потоков в них в противоположных направлениях.
На фиг. 1 изображен электромагнитный клапан в разрезе, где 1 - корпус, 2 - рабочая камера, 3 - заглушка рабочей камеры, 4 - заглушка катушки, 5 - крышка корпуса, 6 - электромагнитная катушка, 7 - полый шток, 8 - тарелка, 9 - магнитопровод с постоянным магнитом, 10 - седло.
Электромагнитный клапан состоит из корпуса 1 с рабочей камерой 2, имеющей заглушки 3, 4 для контроля утечек водонефтяной смеси, крышкой 5. Внутри рабочей камеры 2 размещена электромагнитная катушка 6. В отверстии корпуса 1 соосно вертикальной оси рабочей камеры 2 свободно перемещается полый шток 7, на одном конце которого закреплена тарелка 8, а другой конец закреплен в магнитопроводе с постоянным магнитом 9, расположенным под крышкой 5. Корпус 1 установлен на фланец трубопровода, под которым закреплено седло 10 тарелки. В нерабочем положении (закрытом) электромагнитного клапана тарелка 8 находится в соединении с седлом 10. В электрической цепи электромагнитного клапана имеется переключатель, осуществляющий смену полярности магнитных потоков в противоположных направлениях через магнитопровод с постоянным магнитом 9 и электромагнитную катушку 6.
Пример конкретного осуществления.
Корпус 1 электромагнитного клапана выполнен в виде стального стакана диаметром 90 мм и высотой 100 мм, внутри которого соосно установлен стальной цилиндр, диаметром 40 мм и высотой 88 мм с отверстием в центре соосно вертикальной оси корпуса 1 для размещения полого штока 7 0 10 мм из латуни. На шток 7 с помощью резьбового соединения крепится магнитопровод диаметром 90 мм и высотой 17 мм с постоянным магнитом 9. Тарелка 8 выполнена из стали 20 толщиной 6 мм, заглушки 3, 4 рабочей камеры - из нержавеющей стали. В стенках камеры имеются сливные отверстия ⌀ 5 мм. Сверху корпус 1 и магнитопровод с постоянным магнитом 9 закрыты крышкой 5, которая навинчивается на гайку, закрепленную на корпусе 1.
В нерабочем положении (закрытом) электромагнитного клапана магнитопровод с постоянным магнитом 9 притянуты к корпусу 1 с силой, равной около 800 Н, магнитный поток проходит по магнитопроводу с постоянным магнитом 9 и по корпусу 1 электромагнитного клапана (без протекания электрического тока). При подаче электрического тока 0,5 A с напряжением 220 B через электромагнитную катушку 6 в ней возникает магнитный поток (~90000 Вебер), противоположный магнитному потоку, проходящему через магнитопровод с постоянным магнитом 9. Сила притяжения постоянного магнита 9 к корпусу 1 уменьшается, и он отсоединяется без усилия (отталкивается) от корпуса 1, при этом тарелка 8 отсоединяется от седла 10 и электромагнитный клапан открывается. При смене полярности в электрической цепи клапана магнитопровод с постоянным магнитом 9 притягивается к корпусу 1 и клапан закрывается. Период срабатывания (открытия и закрытия) электромагнитного клапана составляет 1 сек. Заглушки 3, 4 надежно предохраняют рабочую камеру 2 и катушку 6 от утечек водонефтяной смеси. Проходное сечение электромагнитного клапана составляет 70 мм.
Электромагнитный клапан настраивается при изготовлении и дальнейшем не требует дополнительной регулировки.
Ввод предполагаемого клапана в эксплуатацию осуществляли следующим образом. В групповой замерной установке «Массомер-Е» (далее АГЗУ) перевели скважины, работающие на данную установку в работу через байпасную линию и отключили питание контроллера, стравили давление сепаратора АГЗУ до атмосферного, слили в дренажную емкость оставшиеся нефтепродукты.
После демонтажа прежнего крана с электроприводом КШЭ1.00.00.000-01 установили в освободившиеся фланцевое соединение электромагнитный клапан и стянули хомутами. Далее опрессовали сепаратор АГЗУ рабочим давлением 40,0 атм. Гарантируемый перепад давления на клапане 2 атм. Произвели монтаж электрических проводов.
Осуществили пробное открывание и закрывание клапана. Если клапан срабатывает, то устанавливаем управление им в автоматический режим.
Таким образом, предложенный электромагнитный клапан имеет простую и надежную конструкцию, ремонт которой может потребоваться только в результате выработки запаса прочности металлических элементов, что приводит к повышению его надежности в 2 раза.