Многоходовой переключатель потока жидкой среды с компенсацией перепадов давления

Полезная модель относится к устройствам для переключения потоков жидкой среды в трубопроводных системах в области добычи нефти и может быть использована для переключения направления потока жидкой среды от подводящих трубопроводов добывающих скважин на устройство, замеряющее дебит скважины.
Из уровня техники известен многоходовой переключатель потока жидкой среды (патент РФ №2158868, МПК F16K 11/087, опубл. 10.11.2000), содержащий корпус с радиально расположенными входными отверстиями. Запорный орган со сферической наружной поверхностью размещен внутри корпуса и управляется посредством вала. Запорный орган выполнен в форме усеченного шара, с числом входных каналов на одно меньше числа входных отверстий корпуса. Входные отверстия корпуса имеют подпружиненные уплотнения, взаимодействующие с наружной поверхностью запорного органа. Внутренняя полость вала соединена с отводным каналом запорного органа и с полостью отводного патрубка.
Недостатками данного многоходового переключателя потока жидкой среды является сложность изготовления запорного органа с наружной сферической поверхностью и внутренним каналом для отвода жидкой среды. Сборка изделия осложнена необходимостью применения более точных допусков расположения запорного элемента и подпружиненных уплотнений относительно друг друга. В случае возникновения высокого перепада давления между отводным патрубком и полостью, сообщающейся с входными отверстиями, уплотнения теряют свою герметичность.
Наиболее близким техническим решением является многоходовой переключатель потока жидкой среды (патент РФ №2614901, МПК F16K 11/074, опубл. 30.03.2017), который содержит корпус с равномерно расположенными Т-образными радиальными распределительными каналами, верхнюю и нижнюю торцевые крышки, между которыми и торцами корпуса расположены верхний дисковый шибер с одним отверстием и нижний дисковый шибер с количеством отверстий на одно меньше количества Т-образных радиальных распределительных каналов в корпусе, с аналогичным угловым расположением. Верхний дисковый шибер перекрывает все распределительные каналы в корпусе кроме одного, а нижний дисковый шибер перекрывает только один распределительный канал в корпусе, что обеспечивает переключение канала подачи жидкости. Верхний и нижний дисковые шиберы соединены посредством вала, и образуют между верхней и нижней торцевыми крышками верхнюю кольцевую и нижнюю приемную полости. Причем верхняя кольцевая полость сообщается с каналом подачи жидкости в узел измерения дебита, а нижняя приемная полость - с каналом подачи жидкости в трубопровод. Уплотнение верхнего и нижнего шиберов происходит при помощи подпружиненных седел.
Недостатками данного устройства является отсутствие возможности компенсации осевых усилий, возникающих при перепаде давления между верхней кольцевой и нижней приемной полостями, воздействующих на верхний и нижний шибер соответственно, что приводит к увеличению момента переключения канала подачи жидкости. Конструкция верхней и нижней крышек недостаточно жесткая, и как следствие, ограничено применение устройства при значительных корпусных давлениях. Места сопряжения верхнего дискового шибера и корпуса, а также верхней крышки не уплотнены, что повышает риск возникновения утечек. Также отсутствуют каналы для удаления загрязнений с трущихся поверхностей между корпусом и верхним и нижним шиберами.
Задачей полезной модели является расширение области применения устройства в условиях высокого перепада давления между переключаемыми каналами.
Техническим результатом является повышение надежности работы многоходового переключателя потока жидкой среды за счет возможности компенсации осевых усилий, возникающих при перепаде давления.
Указанный технический результат достигается многоходовым переключателем потока жидкой среды с компенсацией перепадов давления, содержащим корпус с равномерно расположенными Т-образными радиальными распределительными каналами, верхнюю и нижнюю торцевые крышки с расположенными между ними и торцами корпуса верхним и нижним дисковыми шиберами, которые образуют соответственно верхнюю кольцеобразную полость и нижнюю приемную полость, причем верхний дисковый шибер выполнен с одним отверстием, а нижний шибер выполнен с отверстиями, количество которых на одно меньше, чем Т-образных радиальных распределительных каналов в корпусе, шиберы соединены друг с другом посредством вала, расположенного вдоль оси корпуса.
В отличие от прототипа между верхним и нижним дисковыми шиберами в корпусе на валу установлены верхняя и нижняя перегородки и подвижный поршень, образуя компенсационные полости низкого давления между внутренней поверхностью верхней крышки и верхним шибером и между верхней перегородкой и верхней поверхностью подвижного поршня, сообщающиеся с приемной полостью посредством центрального канала в валу, и компенсационные полости высокого давления, из которых одна расположена между нижней поверхностью верхнего шибера и верхней перегородкой и сообщается с верхней кольцеобразной полостью посредством первого перепускного канала, выполненного в верхнем шибере, а другая расположена между нижней поверхностью поршня и нижней перегородкой и сообщается с полостью между нижней поверхностью верхнего шибера и верхней перегородкой через второй перепускной канал, выполненный в корпусе и в верхней перегородке, причем все полости устройства имеют уплотнения.
Согласно полезной модели уплотнения шиберов выполнены в виде V-образных манжет.
Согласно полезной модели на наружной поверхности верхней и нижней торцевых крышек выполнены распределенные ребра жесткости.
Согласно полезной модели в корпусе выполнены равномерно расположенные осевые каналы.
Сущность полезной модели поясняется чертежом многоходового переключателя потока жидкой среды с компенсацией перепадов давления.
Многоходовой переключатель потока жидкой среды с компенсацией перепадов давления состоит из корпуса 1 с равномерно расположенными Т-образными радиальными распределительными каналами 2. На корпусе 1 размещены верхняя торцевая крышка 3 и нижняя торцевая крышка 4, между которыми расположены верхний дисковый шибер 5 и нижний дисковый шибер 6. Между внутренней поверхностью верхней торцевой крышки 3 и корпусом 1 образована верхняя кольцеобразная полость 7, а между внутренней поверхностью нижней торцевой крышки 4 и корпусом 1 образована приемная полость 8. Верхний дисковый шибер 5 и нижний дисковый шибер 6 соединены валом 9. Верхний дисковый шибер 5 выполнен с одним отверстием 10, а нижний дисковый шибер 6 с количеством отверстий 11 на одно меньше чем Т-образных радиальных распределительных каналов 2 в корпусе 1. Уплотнения полостей устройства выполнены в виде V-образных манжет 12. В пространстве между верхним 5 и нижним 6 дисковыми шиберами на валу 9 расположены верхняя перегородка 13 и нижняя перегородка 14 с уплотненными отверстиями для вала 9, а между ними расположен подвижный поршень 15. Между нижней поверхностью верхней перегородки 13 и верхней поверхностью подвижного поршня 15, а также между верхней поверхностью верхнего дискового шибера 5 и нижней поверхностью верхней торцевой крышки 3 образованы компенсационные полости низкого давления 16. Между верхней поверхностью нижней перегородки 14 и нижней поверхностью подвижного поршня 15, а также между нижней поверхностью верхнего дискового шибера 5 и верхней поверхностью верхней перегородки 13 образованы компенсационные полости высокого давления 17. В корпусе 1 равномерно между Т-образными радиальными распределительными каналами 2 расположены осевые каналы 18. На верхней торцевой крышке 3 и нижней торцевой крышке 4 равномерно расположены ребра жесткости 19. В верхнем дисковом шибере 5 со стороны отверстия 10 радиально расположен первый перепускной канал 20, гидравлически связывающий между собой верхнюю кольцеобразную полость 7 и компенсационные полости высокого давления 17, которые кроме того гидравлически сообщаются между собой посредством второго перепускного канала 21, расположенного в корпусе 1 и в верхней перегородке 13. Вал 9 имеет центральный канал 22 с радиальными ответвлениями, посредством которого гидравлически сообщаются полость низкого давления 16 и приемная полость 8.
Многоходовой переключатель потока жидкой среды с компенсацией перепадов давления работает следующим образом. Жидкость из нескольких скважин поступает в Т-образные радиальные распределительные каналы 2 корпуса 1. Количество скважин и Т-образных радиальных распределительных каналов 2 одинаково. При помощи верхнего дискового шибера 5, открывающего поступление жидкости только через один Т-образный радиальный распределительный канал, жидкость из одной скважины поступает в верхнюю кольцеобразную полость 7. Далее поток жидкости из верхней кольцеобразной полости 7 направляется к замерному устройству. Жидкость из остальных скважин при помощи нижнего дискового шибера 6, перекрывающего поток жидкости из одной скважины, которая открыта верхним дисковым шибером 5, направляется в приемную полость 8. Далее жидкость из приемной полости 8 направляется в коллектор. Между кольцеобразной полостью 7 и приемной полостью 8 возникает перепад давления, за счет которого появляется усилие, воздействующее на верхнюю поверхность верхнего дискового шибера 5, ограниченную кольцеобразной полостью 7, направленное по оси вала 9 вниз и прижимающее верхний дисковый шибер к корпусу 1. Для компенсации возникающего усилия давление жидкости, находящейся в кольцеобразной полости, по первому перепускному каналу 20 и второму перепускному каналу 21 передается в компенсационные полости высокого давления 17. В свою очередь, давление жидкости, находящейся в приемной полости 8, по центральному каналу 22 вала 9 передается в компенсационные полости низкого давления 16. В результате усилие, возникающее от перепада давления между компенсационной полостью высокого давления 17 и компенсационной полостью низкого давления 16, направлено по оси вала 9 вверх и компенсирует усилие, воздействующее на верхнюю поверхность верхнего дискового шибера 5, возникающее от перепада давления между кольцеобразной полостью 7 и приемной полостью 8.
Уплотнение шиберов может быть реализовано посредством расположения в местах герметизации V-образных манжет 12 за счет разжатия V-образной части манжет под воздействием давления жидкости.
Распределенные по наружным поверхностям верхней торцевой крышки 3 и нижней торцевой крышки 4 ребра жесткости 19 усиливают и придают жесткость конструкции.
Осевые каналы 18, равномерно расположенные в корпусе 1, улавливают механические примеси, попадающие между корпусом 1 и верхним 5 и нижним 6 дисковыми шиберами при их вращении. При переключении скважин происходит их самоочистка потоком жидкости, поступающим из скважин.
Таким образом, предложенная полезная модель позволяет повысить надежность работы многоходового переключателя потока жидкой среды за счет возможности компенсировать осевые усилия, возникающие при перепаде давления между кольцеобразной и приемной полостями устройства.