КЛАПАН ОБРАТНЫЙ

Полезная модель относится к области горного дела, в частности, к нефтегазодобывающей, нефтегазоперерабатывающей промышленности, и может быть использована в нефтепромысловом или в газоперекачивающем оборудовании для автоматического перекрытия трубопровода в случае образования в нем обратного тока транспортируемой среды, в том числе газосодержащей, для перекрытия канала устройств различного назначения, а также для защиты насосных агрегатов и трубопроводов от разрушительного воздействия гидравлических ударов.
Известен обратный клапан для отсечки потока и надежной герметичности его после отсечки, содержащий неразъемный корпус, внутри которого имеется две полости, разделенные между собой седлом, в котором размещен запорный элемент, перемещающийся в осевом направлении по отношению к движению потока (Справочник конструктора авторов Д.Ф.Гуревич и О.Н.Шпаков, Л., Машиностроение, 1987, с.143, рис.2.108).
Недостатком этого клапана является сложность конструкции и невысокий срок службы из-за потери герметичности, ввиду образования выработки на рабочей поверхности седла и запорного элемента. Кроме того, открывание и закрывание клапана производится индивидуальным приводом, расположенным за пределами трубопровода, что увеличивает габариты и усложняет конструкцию.
Известен клапан обратный (Патент РФ №65603, F16K 15/04, опубл. 2007), предназначенный для автоматического перекрытия трубопровода в случае образования в нем обратного тока транспортируемой среды, содержащий корпус, по оси которого выполнена горловина с седлом для клапана, который выполнен на конце полого штока с опорой на пружину сжатия и возможностью перемещения в опорной втулке, установленной по оси корпуса на радиальных ребрах, при этом по оси опорной втулки закреплен стержень, на который одета пружина сжатия, а на свободном конце стержня выполнен упор для пружины, ограничивающий ее перемещение при образовании обратного тока транспортируемой среды в трубопроводе.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является клапан обратный (Патент РФ №72013, E21B 34/06, опубл. 2008 г.), содержащий корпус, размещенный в нем запорный узел и ограничитель с отверстиями для протока жидкости. Новым в устройстве является выполнение запорного узла в виде не менее двух клапанных пар, размещенных параллельно, каждая из которых включает запорный элемент в виде шара и седло, а также введение цилиндрической обоймы с отверстиями для установки седел, которая соединена с ограничителем, выполненным в виде решетки и цилиндрической детали с отверстиями переменного сечения, в которых размещены запорные элементы с возможностью осевого перемещения. Технический результат решения - повышение надежности, технологичности, ремонтопригодности и расширение функциональных возможностей клапана.
Однако указанный известный обратный клапан, а также клапан-аналог имеют следующие недостатки:
- большие габариты, т.к. клапанные пары в прототипе размещены параллельно, а в аналоге - корпус больших габаритов, что сужает технологические возможности клапана;
- установка известных клапанов возможна только строго вертикально или горизонтально, т.к. в прототипе пространственное отклонение от этих положений может привести к выкатыванию запорных элементов, а в аналоге - к перекосу клапанной пары, что может привести к ненадежной работе клапанов и к пропусканию жидкости;
- оба известных клапана ненадежно работают с газосодержащей жидкостью, т.к. могут пропускать газ, в аналоге - ввиду наличия только одного запорного элемента, а в прототипе - ввиду использования шаровых элементов.
Технический результат, достигаемый предлагаемой полезной моделью, заключается в повышении надежности работы в условиях различных видов жидкости, в том числе, с высоким газосодержанием, при обеспечении его работоспособности при установке в различном пространственном положении, при одновременном уменьшении габаритов и повышении ремонтопригодности.
Указанный результат достигается предлагаемым клапаном обратным включающим корпус с осевым отверстием с входным и выходным каналами, в котором установлено две клапанные пары, каждая из которых включает, запорный элемент, выполненный с возможностью осевого перемещения внутри корпуса, и седло, при этом, согласно полезной модели, клапанные пары размещены соосно в осевом отверстии корпуса последовательно друг за другом, при этом оба запорных элемента выполнены в виде перемещаемых под действием жидкости подпружиненных штоков с запорными головками, седло для запорного элемента, установленного со стороны выходного канала, является упором для пружины запорного элемента, установленного со стороны входного канала, и снабжено каналом для прохождения жидкости, а упором для пружины запорного элемента, установленного со стороны выходного канала, является прижимной узел, установленный в выходном канале, причем запорный элемент, установленный со стороны выходного канала, выполнен с двумя раздельно расположенными друг от друга осевыми отверстиями - ближним и дальним, относительно этого канала, а подпружиненный шток запорного элемента, установленного со стороны входного канала, выполнен стержнеобразным и установлен с возможностью скользящего перемещения под действием жидкости в дальнем осевом отверстии запорного элемента, установленного со стороны выходного канала, при этом в корпусе клапана в зоне разобщения осевых отверстий запорного элемента, установленного со стороны выходного канала, выполнено радиальное отверстие для обеспечения гидравлического сообщения входного и выходного каналов.
Запорная головка запорного элемента, установленного со стороны выходного канала, выполнена в виде периферийного кругового расширения, напоминающего тарелку, а запорная головка запорного элемента, установленного со стороны входного канала, выполнена в виде усеченного конуса или в виде тарелки.
Запорные головки и подпружиненные штоки запорных элементов выполнены металлическими или неметаллическими.
По периметру седла размещено уплотнительное кольцо.
Уплотнительное кольцо выполнено неметаллическим.
Корпус клапана выполнен составным, например, из двух частей, соединенных посредством резьбы.
Указанный технический результат обеспечивается за счет следующего.
Благодаря тому, что клапанные пары размещены соосно последовательно друг за другом в осевом отверстии корпуса обеспечивается, наряду со снижением габаритов, также возможность взаимодействия клапанных пар друг с другом требуемым образом с точки зрения их функциональности, в результате чего появляется двойная защита от обратного тока жидкости, а также от проникновения газа. В результате повышается надежность работы клапана, а также обеспечивается в дальнейшем стабильная работа насоса. Но в тоже время запорные элементы клапанных пар могут перемещаться независимо друг от друга в одном и том же осевом направлении и отодвигаться от своих седел. Если они отодвинуты при противодействии усилия соответствующей пружины от своих седел, то каждый из них обеспечивает соединение соответственно входного канала в корпусе клапана, в котором создается действующее нагрузочное давление жидкости, с выходным каналом корпуса клапана.
Прохождение жидкости через корпус посредством двух клапанных пар, конструктивно размещенных предложенным образом, создает надежную двойную защиту от обратного тока жидкости и от обратного проникновения газа.
Выполнение в запорном элементе, установленном со стороны выходного канала, двух раздельно расположенных друг от друга осевых отверстий - ближнего и дальнего, относительно этого канала, служит для:
- дальнее - для скользящего перемещения по нему вдоль оси корпуса клапана под действием жидкости стержнеобразного запорного элемента, установленного со стороны входного канала и обеспечения при этом синхронного взаимодействия обоих клапанных пар;
- ближнее - для гидравлического соединения входного и выходного каналов через радиальное отверстие, выполненное в зоне разобщения осевых отверстий запорного элемента, установленного со стороны выходного канала. Благодаря такому конструктивному выполнению обеспечивается беспрепятственный переток жидкости в открытом положении клапана.
Выполнение запорных элементов в клапанных парах подпружиненными позволяет выполнить точную настройку их перемещения в зависимости от давления проходящей жидкости с обеспечением гарантированного исключения обратного тока жидкости и от проникновения газа.
Благодаря тому, что седло для запорного элемента, установленного со стороны выходного канала, является упором для пружины запорного элемента, установленного со стороны входного канала, обеспечивается определенная настройка клапана к давлению срабатывания.
Выполнение подпружиненного штока запорного элемента, установленного со стороны входного канала, стержнеобразным с возможностью перемещения в дальнем осевом отверстии запорного элемента, установленного со стороны выходного канала, обеспечивает в совокупности с подпружиниванием этих элементов, надежную систему закрепления и взаимодействия этих элементов с гарантированным исключением перекоса или их размыкания, что позволяет устанавливать заявляемый клапан обратный в различном пространственном положении, даже в отличном от горизонтального или вертикального положения (например, при установке оборудования, где имеется в наличии клапан, или на трубопроводах, например, между фланцами, и т.п.), и обеспечивать при этом его работоспособность.
Наличие прижимного узла, установленного в выходном канале и служащим в качестве упора для пружины второго запорного элемента, позволяет упростить процесс настройки усилия пружины до требуемого уровня, что позволяет повысить надежность работы клапана.
Благодаря тому, что запорные головки запорных элементов выполнены различного конструктивного выполнения (одна напоминает тарелку, а вторая - выполнена в виде усеченного конуса или в виде тарелки) обеспечивается возможность изготовления клапана именно такой конструкции с взаимнопроникающими штоками, а кроме того, влияет на надежность уплотнения для исключения обратного тока жидкости или газа, т.е. на надежность работы.
Выполнение указанных запорных головок и подпружиненных штоков запорных элементов металлическими или неметаллическими позволяет расширить ассортимент деталей клапана, а кроме того, изготовление их неметаллическими позволит упростить конструкцию и повысить надежность ее работы, например, в случае динамических нагрузок, вследствие пластичности материала.
Благодаря тому, что по периметру седла может быть размещено уплотнительное кольцо, обеспечивается гарантировано надежное замыкание седла клапана и более высокая герметичность уплотнения пары: запорная головка - седло, что влияет на надежную работу клапана в целом, и появляется возможность быстрой замены его в случае появления выработки, что делает клапан ремонтопригодным. А выполнение этого кольца неметаллическим позволяет еще более усилить надежное замыкание седла клапана, а кроме того, упрощает конструкцию, т.к. неметаллическое кольцо не требует точной чистовой обработки как металлическое кольцо, а герметичность обеспечивается более надежная.
Также на повышение ремонтопригодности влияет и то, что корпус клапана может быть выполнен составным, например, из двух частей, соединенных посредством резьбы. Такое выполнение также обеспечит надежную работу клапана за счет дополнительной жесткости стенок клапана, исключающей разъединение (размыкание) штоков запорных элементов, обеспечивающей работу клапанных пар как единого целого. Это позволяет устанавливать предлагаемый клапан в любом пространственном положении без нарушения его работоспособности.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежом, где показан предлагаемый клапан в разрезе.
Заявляемый обратный клапан состоит из корпуса 1 с осевым отверстием 2 с входным 3 и выходным 4 каналами. При этом корпус может быть выполнен составным, например, из двух соосно установленных частей, что упрощает сборку, изготовление и повышает ремонтопригодность. Внутри осевого отверстия 2 корпуса 1 соосно последовательно друг за другом установлено две клапанные пары. Одна клапанная пара, установленная со стороны входного отверстия 3, включает запорный элемент, выполненный в виде подпружиненного пружиной 5 штока 6 с запорной головкой 7, и седло 8. Вторая клапанная пара, установленная со стороны выходного отверстия 4, включает запорный элемент, выполненный в виде подпружиненного пружиной 9 штока 10 с запорной головкой 11, и седло 12. Запорные элементы установлены с возможностью осевого перемещения под действием жидкости внутри осевого канала 2 корпуса 1. Седло 12 для запорного элемента, установленного со стороны выходного канала 4, является упором для пружины 5 запорного элемента, установленного со стороны входного канала 3, и снабжено каналом 13 для прохождения жидкости. А упором для пружины 9 запорного элемента, установленного со стороны выходного канала 4, является прижимной узел 14, выполненный, например, в виде цилиндрической втулки с резьбой на внешней поверхности и шлицами вверху для установки в них ключа или отвертки, и установленный в выходном канале 4. Запорный элемент, установленный со стороны выходного канала 4, выполнен с двумя раздельно расположенными друг от друга осевыми отверстиями - ближним 15 и дальним 16, относительно этого канала 4. А подпружиненный шток 6 запорного элемента, установленного со стороны входного канала 3, выполнен стержнеобразным и установлен с возможностью скользящего перемещения под действием жидкости в дальнем осевом отверстии 16 запорного элемента, установленного со стороны выходного канала 4. При этом в корпусе 1 клапана в зоне разобщения осевых отверстий 15 и 16 запорного элемента, установленного со стороны выходного канала 4, выполнено радиальное отверстие 17 для обеспечения гидравлического сообщения входного 3 и выходного 4 каналов. Запорная головка 11 запорного элемента, установленного со стороны выходного канала 4, может быть выполнена в виде периферийного кругового расширения, напоминающего тарелку, а запорная головка 7 запорного элемента, установленного со стороны входного канала 3, выполнена в виде усеченной конусной поверхности или тарелки. Причем запорные головки 7 и 11 и подпружиненные штоки 6 и 10 запорных элементов могут быть выполнены металлическими или неметаллическими, например, из материала типа фторопласт, капролон и т.п. Это позволяет упростить конструкцию. Размещение по периметру седла 8 и 12 уплотнительного кольца 18 и 19 соответственно, позволяет увеличить герметичность клапанной пары и облегчить замену отработавшей детали.
Работает предлагаемый обратный клапан следующим образом.
Указанный клапан встраивают, например, в трубопровод для перекачки жидкости: реагентов, ингибиторов и т.д. Можно предлагаемый клапан также встраивать в скважину. Далее перекачиваемая по трубопроводу жидкость, проходя через входной канал 3, воздействует на поверхность запорной головки 7 и, преодолевая усилие пружины 5, приподнимает запорный элемент над седлом 8, и, обтекая его, через канал 13 в седле 12 воздействует на поверхность запорной головки 11 запорного элемента второй клапанной пары, также приподнимает ее и, обтекая его, через радиальное отверстие 17 проходит в осевое отверстие 15 и далее - в выходной канал 4. По мере увеличении давления жидкости происходит больший подъем запорных головок 5 и 11 и увеличение проходного сечения. При отсутствии подачи жидкости на входе клапана, запорные элементы под действием давления пружин 9 и 5 прижимаются к седлам 12 и 8, надежно перекрывая осевое отверстие корпуса 1 клапана, предотвращая при этом обратный поток жидкости.
Использование заявляемого клапана обратного предложенной конструкции позволяет обеспечить надежность работы; ремонтопригодность; возможность установки в пространственном положении, отличном от горизонтального и вертикального, без потери работоспособности.