КЛАПАН ОБРАТНЫЙ ГАЗОВЫЙ (ВАРИАНТЫ)

Заявляемая полезная модель относится к арматуростроению, в частности, к защитной арматуре, предназначенной для предотвращения обратного потока среды в промысловых трубопроводах после стравливания избыточного давления газа из затрубья и может быть использована в комплекте с устьевой арматурой при добыче нефти, преимущественно при низких температурах.
Из уровня техники известен клапан обратный межфланцевый «Хлопушка», состоящий из цилиндрического корпуса, оснащенного подвеской. В корпусе выполнено сквозное отверстие, в котором установлена втулка, а также закреплен затвор, шарнирно соединенный с опорой (см. , создано 28.04.2009 г., изменено 28.04.2009 г.).
Недостатки известного клапана обусловлены громоздкостью конструкции, для изготовления которой используют только металлические детали, что снижает надежность клапана в условиях низких температур, так как появление изморози на деталях приводит к их слипанию и, как следствие, к замерзанию всего клапана. Работа данного клапана рассчитана на диапазон температур от - 10°С до +30°С, а значит, имеет ограничения по применению.
Известен клапан, содержащий шарнирно подвешенный в корпусе на рычаге дисковый затвор и седло, выполненное из двух концентрических колец, образующих между собой и корпусом кольцевую полость, соединенную с источником промывочной жидкости и имеющую щелевой выход, при этом, по крайней мере, одно из колец установлено с возможностью перемещения вдоль оси клапана и нагружено пружиной (см. А.С. №1569491 «Обратный клапан», дата подачи 27.10.1987 г., опубликовано 07.06.1990 г.).
Кроме того, известен обратный клапан, содержащий корпус, седло, рабочий орган в виде тарелки с углублением, обращенный углубленной поверхностью к входу клапана и расположенный на оси с возможностью поворота относительно нее, при этом рабочий орган снабжен ребрами, расположенными равномерно на углубленной поверхности, выполненными толщиной 3-5 мм при расстоянии между ними 6-10 мм (заявка на изобретение №2009115812 «Обратный клапан (варианты)», дата подачи 28.04.2009 г., дата публикации заявки 10.11.2010 г.).
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является обратный клапан, содержащий корпус с крышкой, в котором размещены седло, затвор, шарнирно соединенный с опорой, подвеска и упор затвора, при этом на обращенных друг к другу поверхностях затвора и опоры выполнены встречные пазы, а подвеска выполнена в виде ряда серьг с плоской поверхностью, обращенной к затвору, установленных в пазах с возможностью перемещения в опоре и ограниченного вращения в затворе, при этом шарниры серьг установлены по оси центра тяжести затвора, а упор размещен на крышке и выполнен в виде цилиндрической втулки с наклонной опорной поверхностью, обращенной к затвору (см. патент РФ на изобретение №2076975 «Обратный клапан», дата подачи 13.05.1993 г.. опубликовано 10.04.1997 г.).
Недостатками известного устройства являются громоздкость конструкции, полностью изготовленной из металла, в частности, массивный затвор препятствует применению данного клапана в арматуре промыслового трубопровода при низких температурах.
Известные технические решения при эксплуатации в условиях низких температур часто забиваются нефтяными отложениями или замерзают. Это связано с тем, что на поверхностях, обращенных к жидкости, состоящей из смеси нефти, воды и газа, начинают накапливаться твердые фракции, в частности, асфальтены, смолистые вещества и парафины, что приводит клапан в нерабочее состояние из-за прилипания конструктивных элементов друг к другу. С внутренней стороны затвора, обращенной к газовой среде, накапливаются гидраты газов и легколетучих жидкостей, которые, в свою очередь, могут перекрыть центральное отверстие клапана и привести к замерзанию устройства. Процесс усиливается и ускоряется, если на поверхности клапана со временем образуются очаги коррозии.
Отогрев, очистка или замена клапана требуют больших затрат, как временных, так и финансовых.
Техническим результатом, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, является упрощение конструкции, а также повышение надежности и износостойкости устройства, преимущественно при низких температурах.
Указанный технический результат по первому варианту достигается тем, что клапан обратный газовый, содержащий корпус, в котором размещены седло, затвор, шарнирно соединенный с осью, и упор, а в центральной части выполнено сквозное отверстие, рабочая торцевая поверхность вокруг которого выполнена наклонной, согласно полезной модели упор жестко закреплен в корпусе, седло, установленное на наклонной рабочей торцовой поверхности вокруг отверстия, и затвор, одна сторона которого армирована, изготовлены, а ось и внутренняя поверхность сквозного отверстия покрыты лиофобным материалом.
Указанный технический результат по второму варианту достигается тем, что клапан обратный газовый, содержащий корпус, в котором размещены седло, затвор, шарнирно соединенный с осью, и упор, а в центральной части выполнено сквозное отверстие, согласно полезной модели в сквозном отверстии дополнительно размещена втулка с наклонной торцовой рабочей поверхностью, на которой установлено седло, упор жестко закреплен на втулке, при этом седло и затвор, одна сторона которого армирована, изготовлены, а ось и внутренняя поверхность втулки покрыты лиофобным материалом.
Упор изготовлен из стальной проволоки.
В качестве лиофобного материала используют, например, фторопласт.
Шероховатость лиофобного материала не превышает 1,6 мкм.
В качестве материала для армирования используют металл.
Поверхность клапана дополнительно защищена антикоррозионным покрытием, например, диффузным цинком.
Корпус клапана изготовлен или из металла, или полимерного, или композитного материала.
Технических решений, совпадающих с совокупностью существенных признаков заявляемой полезной модели, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели такому условию патентоспособности, как «новизна».
Условие патентоспособности «промышленная применимость» подтверждено на примере конкретного осуществления заявляемого устройства.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами, где
Фиг.1 - вид клапана сбоку в разрезе по первому варианту;
Фиг.2 - вид клапана сбоку в разрезе по второму варианту.
Клапан обратный по первому варианту состоит из корпуса 1, выполненного в виде уплотнительного кольца, торцовые выступы которого в сечении имеют форму полуокружности и предназначены для ответного взаимодействия с канавками фланцев устьевой арматуры, в которую монтируется клапан. Торцовые выступы корпуса 1 могут быть выполнены трапециевидными.
В центральной части корпуса 1 выполнено сквозное отверстие с наклонной торцевой рабочей поверхностью вокруг него, при этом с рабочей стороны отверстие имеет эллипсовидное сечение, а с нерабочей - круглое. На рабочей наклонной торцевой поверхности вокруг отверстия закреплено седло 2, изготовленное из лиофобного материала, в качестве которого применяют, например, фторопласт.
Внутри корпуса 1 над отверстием закреплена ось 3, на которой шарнирно установлен затвор 4 в виде диска, перекрывающего сквозное отверстие с рабочей стороны. Затвор 4 изготовлен, а ось 3 покрыта лиофобным материалом, например, фторопластом. Во избежание деформации и изменения геометрических параметров, а также для придания прочности и высокой несущей способности затвора, его наружная нерабочая сторона армирована, например, металлической пластиной 5.
Кроме того, для ограничения максимального открытия затвора 4, внутри корпуса 1 закреплен упор 6, выполненный, например, из стальной проволоки.
Плотное прилегание затвора 4 к наклонной поверхности отверстия обеспечивается за счет свободы перемещения в шарнирном соединении оси 3, а также ее расположением в плоскости разъема.
Лиофобный материал, в частности, фторопласт, имеет ограниченную смачиваемость при взаимодействии с жидкостями и химическую стойкость к жидкостям и газам, вступающим с ним в это взаимодействие. Как правило, угол смачиваемости у таких материалов равен 108°. Несмачиваемость лиофобных материалов предотвращает задержку и налипание жидкостей на поверхности и, следовательно, не приводит к образованию конденсата на поверхности и взаимному прилипанию металлических деталей друг к другу, что зачастую происходит в условиях низких температур, когда на поверхности появляется изморозь или скапливаются различные нефтяные отложения, приводящие к перекрытию проходного сечения клапана и выводу его из строя.
Помимо этого, особые требования предъявляются и к шероховатости лиофобного материала, которая не должна превышать 1,6 мкм, так как на более грубой поверхности возможно скопление и замерзание жидкости в микроемкостях, которые, схватываясь с соседними или противоположными участками, создают условия для полного замерзания клапана.
Заявляемый обратный клапан по второму варианту дополнительно содержит установленную с натягом в сквозном отверстии, выполненном в центральной части корпуса 1, втулку 7 с наклонной торцовой рабочей поверхностью, над которой размещено седло 2 и установлена ось 3 с закрепленным на ней с помощью шарнирного соединения затвором 4. Упор 6 жестко закреплен на втулке 7.
Заявляемый обратный клапан может быть применен в составе устьевой арматуры, работающей при низких температурах.
Осуществление полезной модели подтверждается примерами конкретного выполнения.
Устройство работает следующим образом.
Клапан, предназначенный для стравливания избыточного давления газа из затрубья, препятствует обратному перетоку жидкости. При нормальном режиме работы клапан закрыт. В случае превышения давления газа над давлением жидкости открывается затвор 4, газ стравливается в жидкость, после чего давление выравнивается и затвор 4 под действием собственного веса возвращается в исходное положение.
Заявляемое устройство имеет преимущества перед известными клапанами, а именно, компактную конструкцию, легко монтируемую/демонтируемую в трубопроводной арматуре, обладающую повышенной надежностью и износостойкостью. Помимо этого, за счет большого проходного сечения даже при малом перепаде давления создается большое усилие на открытие затвора, что, в свою очередь, позволяет с легкостью преодолевать сопротивление налипших гидратов и твердых фракций, растворенных в жидкостях.