МНОГОПОЗИЦИОННОЕ ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к устройствам позиционирования и режима изменения положений передвижения запорно-регулирующего элемента трубной арматуры из одного положения в другое при регулировании потока флюида (содержащий нефть, газ и другие примеси) в системах глубоководной добычи нефти и газа, а также к наземной добыче при высоких давлениях флюида и других транспортируемых продуктов в трубных системах и может быть использована в машиностроении и химической промышленности.
В устройствах трубной арматуры часто используются механизмы дискретного регулирования положения запорно-регулирующих элементов арматуры, например, таких как секторный шаровой кран, дросселирующее устройство, шиберный регулируемый затвор и др. Дискретность может быть от плавного регулирования до ступенчатого с шагом от 0,1 до нескольких мм в большом диапазоне. Чаще всего это электропривода со следящими приводами, они хорошо встраиваются в автоматизированную систему управления транспортирования продуктов по трубным системам, но сложны по конструкции и обслуживанию.
Дискретные гидро - и пневмоприводы отличаются от следящих приводов простотой конструкции, но они в основе своей имеют систему «поршень-цилиндр», что также и достаточно дорогое в изготовлении оборудование, но менее чувствительное к чистоте рабочей жидкости, изменению уровня управляющего сигнала и колебаниям давления источника питания.
Наиболее близким техническим решением является многопозиционное запорно-регулирующее устройство, содержащее размещенный в корпусе сильфонный привод, обеспечивающий дискретное перемещение регулируемого дросселя для изменения эффективной площади выходного отверстия, и командный прибор (патент РФ №193785, кл. F16K 3/02, опубл. 19.11.2019).
Технической проблемой в большинстве практических задач по долговременной эксплуатации трубной арматуры - это время длительного выстоя в дискретных приводах, которое оказывает достаточные трудности для страгивания запорно-регулирующего элемента арматуры после длительной паузы без движений. Это страгивание, а также возникающие наросты компонентов из прокачиваемого продукта на кромках проходных отверстий, например дросселирующих устройств, которые мешают штатной работе арматуры и которые должны быть удалены в процессе транспортирования продукта.
Технический результат изобретения - упрощение конструкции и повышение точности и надежности позиционирования.
Разработанная конструкция приводит к снижению себестоимости приводов дросселей, обеспечивающих большой (около 1000 циклов) потенциал срабатываний привода, а также простоту в изготовлении и в процессе эксплуатации в системах управления транспортированием жидкостей и газа под высоким давлением (до 34,5 МПа), где нет возможности технического обслуживания оборудования.
Проблема решается, а технический результат обеспечивается тем, что многопозиционное запорно-регулирующее устройство содержит размещенный в корпусе сильфонный привод, обеспечивающий дискретное перемещение регулируемого дросселя для изменения эффективной площади выходного отверстия, и система управления, при этом сильфонный привод снабжен регулируемым упором со ступенчатым торцом, обращенным к подвижной опоре, закрепленной на сильфонном приводе, причем упор выполнен с цилиндрической наружной поверхностью и нарезкой червячного колеса на ней, а механизм установки упора выполнен в виде червяка с электроприводом и зубчатой передачей, кинематически связанной с показывающим прибором, выведенным за пределы корпуса, причем подвижная опора снабжена бесконтактным индукционным датчиком положения упора, связанным с системой управления.
Предлагаемое устройство представляет собой угловой корпус с фланцевыми концевыми входом и выходом для флюида, сильфонные сборки и управляемый позиционный упор, роль дискретного привода дросселя, позволяющего обеспечивать точное силовое позиционирование золотника и удерживать данное положение в течение требуемого промежутка времени, организован системой сильфонных сборок собранных с одной стороны на одной неподвижной опоре, а другие подвижные жестко соединены между собой стяжками, обеспечивающих взаимную работу.
Сам дроссель состоит из щелевого зазора, образованного между гильзой и золотником цилиндрической формы, имеющих радиальные проходные отверстия, расположенные под тупыми углами между собой и входом в них, которые перекрываются от взаимного осевого перемещения, обеспечивая необходимый расход продукта за счет работы сильфонной сборки привода.
На входе продукт направляется по кольцевому пространству к проходным отверстиям, обеспечивая изменение направления движения по кругу и вдоль образующей цилиндрической поверхности в осевом направлении с увеличением поперечного сечения с выходом к наклонным входным отверстиям гильзы и золотника, что обеспечивает гашение кинетической энергии потока. Золотник имеет возможность осевого перемещения для изменения сечения взаимно перекрываемых отверстий. Вся зона высокого давления герметизируется сильфонной сборкой с бронекольцами.
Сущность изобретения пояснена чертежами, где на фиг. 1 изображен дроссель с приводом в разрезе в положении позиции «Открыто»,
на фиг. 2 изображена система расположения бесконтактных датчиков,
на фиг. 3 изображен червячный привод смены позиций регулируемого упора как от электропривода, так и механического с помощью ТНПА (телеуправляемого необитаемого подводного аппарата),
на фиг. 4 изображено устройство дросселя,
на фиг. 5 изображена световая индикация положений регулируемого упора,
на фиг. 6 изображена механическая индикация положений регулируемого упора.
Обозначения на фиг. 1-6: 1 - корпус входное отверстие; 2 - гильза из твердого сплава; 3 - входной канал; 4 - золотник из закаленной стали; 5 - наклонное входное отверстие на гильзе; 6 - наклонное выходное отверстие на золотнике; 7 - корпусная опора с уплотнением; 8 - шпилька с гайками; 9 - фланец с направляющим патрубком; 10 - червяк; 11 - регулируемый упор; 12 - подвижная опора; 13 - бесконтактный индукционный датчик положения упора; 14 - сильфон приводной; 15 - сильфон с броне кольцами; 16 - упор-направляющая; 17 - фланец; 18 - канал; 19 - канал; 20 - болтовое соединение; 21 - тяги; 22 - фланец с дистанционным стаканом; 23 - сильфон; 24 - упор; 25 - фланец подвижный; 26 - патрубок; 27 - патрубок; 28 - шпонка; 29 - гайка; 30 - винт грузовой; 31 - фланец опорный; 32 - опора винта; 33 - болт; 34 - квадрат грузового винта; 35 - интерфейс; 36 - указатель; 37 - неподвижный фланец; 38 - неподвижный фланец; 39 - интерфейс положения упора; 40 - привод механизма установки упора; 41 - червячный вал с квадратами; 42 - циферблат; 43 - корпус выходное отверстие; 44 - держатель магнита; 45 - магнит; 46 - электропривод; 47 - корпус зубчатой передачи; 48 - большое коническое зубчатое колесо; 49 - малое зубчатое коническое колесо; 50 - балка направляющая; 51 - сферическая шайба; 52 - шайба направляющая; 53 - болт с разрезной шайбой; 54 - диодный источник света позиции упора; 55 - шестеренка ведущая; 56 - шестеренки; 57 - корпус редуктора; 58 - циферблат; 59 - стрелка; 60 - позиция положения упора;
Устройство работает следующим образом:
Перед началом эксплуатации в трубопроводных системах устройство устанавливается в положение «открыто». Измеряют параметры пропущенного продукта через дроссель на выходе, и только тогда система управления получает необходимую информацию о пропускаемой среде и начинает формировать управляющую команду для обеспечения плановой эксплуатации трубопровода или других систем. Положение дросселя «открыто» соответствует сигналу от датчиков положения позиции Х1. Все датчики положений дросселя показаны на фиг. 2, где нечетные позиции (Х1, Х3, Х5 и Х7) показаны на фиг.2а, а четные (Х2, Х4, Х6 и Х8) - на фиг.2б. Позиция «0» соответствует исходному положению опоры 12, которая не мешает смене позиций регулируемого упора 11 со ступенчатым торцом. При смене позиций (ступеней торца) регулируемого упора 11, например, с позиции Х1 на позицию Х4, необходимо вывести опору 12 в позицию «0». Для этого подается управляющее давление гидрожидкости в полость сильфона 23 через канал 19. Сильфон 23 своей подвижной частью соединен с фланцем подвижным 25, который под воздействием гидрожидкости начинает движение вправо до упора патрубка 27 в опору винта 32. В тоже время - это движение передается через тяги 21 на подвижную опору 12, к которой приварен одним торцем сильфон 14. Сильфон 14 начинает сжиматься и выдавливает из полости сильфона гидрожидкость в гидросистему через канал 18.
Вместе с этим опора 12 приходит в упор с направляющей 16, что соответствует позиции «0» положения датчиков. Получив сигнал от датчика «0» система управления формирует команду на привод 46 на отработку расчетного числа оборотов, которое учитывает передаточное число червячной передачи и на какой угол необходимо повернуть при смене позиций регулируемого упора 11 с выходом на позицию Х4. Привод 46 начинает выполнение команды и обеспечивает необходимое число оборотов червячного вала 10, который вращает червячное колесо, которое является конструктивной частью регулируемого упора 11 (на наружной цилиндрической поверхности выполнена нарезка червячного колеса). Регулируемый упор 11 встал на позицию Х4. Система управления формирует следующую команду на завершение процесса регулировки и настройки и подает управляющее давление гидрожидкости в полость сильфона 14 через канал 18. Под воздействием гидрожидкости начинается движение опоры 12 до упора с регулируемым упором 11, а с датчика положения приходит сигнал подтверждения о выполнении команды и нахождения регулируемого упора 11 в позиции Х4 дросселя. В тоже время - это движение передается через тяги 21 на подвижный фланец 25, к которой приварен одним торцем сильфон 23. Сильфон 23 начинает сжиматься и выдавливает из полости сильфона гидрожидкость в гидросистему через канал 19. Регулировка и настройка дросселя по отработки команды выполнена. Также можно увидеть подтверждение нахождения дросселя на позиции Х4 по указателю 36 на циферблате 42 показывающего прибора.
Механизированная система управления настройкой дросселя по регулировки положения дросселя и отработки команды. Управляющее давление в гидросистеме отсутствует.
С помощью системы управления ТНПА, ориентируясь на интерфейс 35, выполняется команда вывода привода дросселя в исходное положение позиции «0» посредством вращения квадрата 34 винтовой пары «винт-гайка» соответственно 30-29 до соприкосновения в осевом направлении шпонки 28 с торцем шпоночного паза на патрубке 27 и доводящим движением до контакта последнего с опорой винта 32. В тоже время - это движение передается через тяги 21 на подвижную опору 12, к которой приварен одним торцем сильфон 14. Сильфон 14 начинает сжиматься и выдавливает из полости сильфона гидрожидкость в гидросистему через канал 18. Далее срабатывает датчик 13 положение позиции «0». Команда по выводу привода в исходное положение выполнено. Следующим этапом ТНПА переходит к интерфейсу 39 и в режиме телевизионного осмотра оператор сверяет положение регулируемого упора 11, которое отображается на циферблате 42 стрелкой 36 и после формирования нужной позиции регулируемого упора 11 начинает вращать квадрат 40, отрабатывая необходимое число оборотов исходя из передаточного отношения всего механизма, требуемого для вывода необходимой позиции регулируемого упора 11 под опору 12. Визуально отслеживание положения по циферблату 42. Таким образом выполнена вторая часть общей программы. Приступая к завершающей части, ТНПА вновь переходит к интерфейсу 35 и вращением квадрата 34 вращают в обратную сторону, чтобы обеспечить контакт гайки 29 с торцом подвижного фланца 25 и доводящим движением до контакта с регулируемым упором 11 и подтверждающим сигналом от датчиков 13 нужной позиции. Таким образом, механическое переключение позиций дросселя завершено.
С потоком рабочей среды из трубопровода происходит несколько деформаций в устройстве, которое собрано из четырех частей: собственно, корпуса 1, корпусной втулки 2, золотника 4 и выходного отверстия 43. В корпусе 1 происходит плавное сужение потока конической поверхностью, которое стабилизируется цилиндрической поверхностью. Затем поток рабочей среды встречается с цилиндрической поверхностью с повышенной твердости, для разделения потока на два рукава, обтекаемые цилиндрическую поверхность с двух сторон, принимая на себя удар включений различных примесей продукта, которые производят абразивное изнашивание корпусной втулки 2. Далее каждый поток сужается и формируется в замкнутое кольцо-цилиндр между корпусом 1 и корпусной втулкой 2, из которого под углом β к образующей цилиндра поток направляется в дросселирующие отверстия и изменяя направление потока по двум векторам в одной плоскости, получая вектор направления на выходное отверстие 43 дросселя. Таким образом, поток идет по касательной встречаемых поверхностей и на выходе равномерно увеличивается диаметр благодаря длинной конической поверхности. Затем поток стабилизируется на цилиндрической поверхности и перед выходом в трубопровод он еще раз плавно увеличивается в диаметре благодаря длинной конической поверхности, что обеспечивает изменение параметры потока.