Многоходовой переключатель потока жидкой среды
LIQUID MEDIUM FLOW MULTIWAY SWITCH

Изобретение относится к многоходовым переключателям потоков жидкой среды в трубопроводных системах в области добычи нефти и может быть использовано для переключения направления потока жидкой среды от подводящих трубопроводов добывающих скважин на устройство, замеряющее дебит скважины.
Известен переключатель скважин многоходовой (патент РФ №2529270, МПК F16K 11/085, опубликовано 27.09.2014 г.), содержащий корпус с отверстиями для подключения патрубков подачи рабочей жидкости, гидроцилиндр, выполненный в виде корпуса, в котором установлен подпружиненный поршень, соединенный с зубчатой рейкой, кинематический связанной с шестерней и храповым делителем, вращающим вал, предназначенный для переключения канала измерения к патрубкам подачи рабочей жидкости. Канал измерения выполнен в виде тройника, свободно перемещающегося вдоль оси полого вала, с подвижной кареткой, ограниченной от поворота вокруг своей оси упорами тройника и фиксирующейся с помощью роликов и пружины, напротив входного патрубка, прилегая к наплавленной износостойкой поверхности корпуса.
Известно также многоходовое переключающее запорное устройство (патент РФ №2158868, МПК F16K 11/087, опубликовано 10.11.2010 г.), содержащее корпус кольцевой формы, имеющий радиально расположенные входные отверстия, и закрываемый с торцев крышками, внутри которого помещен запорный орган с наружной сферической поверхностью, управляемый посредством вала, соосно установленного в канале верхней крышки, и отводным каналом, сообщающимся с отводным патрубком. Запорный орган выполнен в виде усеченного шара и снабжен входными каналами числом, на одно меньше числа входных отверстий корпуса, в которых установлены уплотнения, подпружиненные относительно присоединяемых к корпусу фланцев и взаимодействующие с наружной шаровой поверхностью запорного органа, нижняя часть которого зафиксирована пятой, установленной соосно управляемому валу в ячеистой перегородке нижней крышки, а вал снабжен внутренней полостью, соединенной с одной стороны с отводным каналом запорного органа, с другой - посредством радиальных отверстий - с полостью отводного патрубка, причем на валу закреплено управляемое от привода храповое колесо, причем число зубьев храпового колеса равно числу входных отверстий корпуса.
Известные устройства отличаются сложностью изготовления распределительного устройства и требуют регулирования его расположения в осевом направлении. Кроме того, распределительное устройство сильно изнашивается в результате трения, возникающего при его вращении относительно корпуса.
Известен также многопозиционный переключатель текучей среды (патент РФ №2256836, МПК F16K 11/085, опубликовано 20.07.2005 г.), выполненный в виде пробкового крана с цилиндрической пробкой, размещенной в его полом корпусе, выполненном в виде цилиндра с торцовыми крышками, через одну из которых по оси корпуса выведен хвостовик пробки для ее вращения, причем корпус снабжен размещенными на нем в одной плоскости радиальными патрубками, цилиндрическая пробка размещена в корпусе с образованием по обе стороны от нее, соответственно, двух полостей, а каждая крышка корпуса снабжена смещенным от его оси патрубком для сообщения каждой из обеих его полостей с внешними устройствами распределения текучей среды. В цилиндрической пробке выполнены по количеству радиальных патрубков корпуса пазы-вырезы с выходом каждого из них только на какой-либо один из торцов цилиндрической пробки для обеспечения санкционированного сообщения любого из радиальных патрубков с соответствующей полостью корпуса, цилиндрическая пробка жестко позиционирована в последнем от каких-либо, кроме вращения, перемещений посредством упорно-радиальных подшипников, выполненных в виде двух пар скольжения, расположенных по обе стороны цилиндрической пробки соответственно, с конусной поверхностью сопряжения в каждой паре, один из элементов которой размещен на соответствующем торце цилиндрической пробки, а другой размещен в соответствующей крышке корпуса.
Недостатком этого устройства является сложность герметизации пространства между цилиндрической пробкой и стенками корпуса, а также необходимость дополнительной центровки и корректировки путем заполнения технологических зазоров фиксирующим материалом. В случае неточности в центровке может появиться несоосность цилиндрической пробки и корпуса, что приведет к потере герметичности между изолированными полостями устройства.
Задачей изобретения является упрощение конструкции устройства и повышение его надежности.
Технический результат заключается в упрощении процесса регулирования осевого расположения элементов устройства, обеспечивающих распределение потока жидкой среды, и способа герметизации пространства между его изолированными полостями.
Задача решается и технический результат достигается многоходовым переключателем потока жидкой среды, содержащим корпус с равномерно расположенными с угловым шагом α Т-образными радиальными распределительными каналами, верхнюю и нижнюю торцевые крышки, между которыми и торцами корпуса расположены соответственно верхний дисковый шибер с одним отверстием и нижний дисковый шибер с количеством отверстий, на одно меньше количества Т-образных радиальных распределительных каналов в корпусе, расположенных с угловым шагом, аналогичным расположению радиальных распределительных каналов таким образом, что все они перекрыты верхним дисковым шибером, а шиберы соединены посредством вала, расположенного вдоль оси корпуса, и образуют с верхней и нижней торцевыми крышками соответственно верхнюю и нижнюю полости, причем верхняя полость имеет кольцеобразную форму, образованную кольцеобразной внутренней поверхностью верхней торцевой крышки, и сообщается с каналом подачи жидкости в узел измерения дебита, а нижняя полость сообщается с каналом подачи жидкости в трубопровод, при этом верхний и нижний дисковые шиберы ориентированы с возможностью переключения канала подачи жидкости в узел измерения дебита через отверстие в верхнем дисковом шибере к Т-образным радиальным распределительным каналам, а на поверхностях верхней и нижней торцевых крышек и корпуса, соприкасающихся с дисковыми шиберами, расположены кольцевые подшипники скольжения, при этом плоские поверхности верхнего и нижнего дисковых шиберов уплотнены по корпусу посредством подпружиненных седел, установленных в вертикальных участках Т-образных радиальных распределительных каналов и снабженных кольцевыми вставками на уплотняющих поверхностях.
Согласно изобретению кольцевые вставки на подпружиненных седлах выполнены из металлокерамического или полимерного материала.
Согласно изобретению верхний и нижний дисковые шиберы имеют износостойкое и антикоррозионное покрытия.
Согласно изобретению верхний и нижний дисковые шиберы выполнены из коррозионностойкого материала.
Согласно изобретению отверстия в нижнем дисковом шибере объединены в одно дугообразное отверстие.
Указанный технический результат достигается совокупностью существенных признаков изобретения благодаря следующему.
Предложенная конструкция распределительного узла в виде двух дисковых шиберов с уплотнением их поверхностей соприкосновения с торцевыми крышками и корпусом посредством кольцевых подшипников скольжения обеспечивает необходимую центровку и надежную работу по переключению потоков жидкости. А Т-образная форма выполнения радиальных распределительных каналов в корпусе позволяет размещать в них уплотняющие подпружиненные седла для герметизации дисковых шиберов по корпусу, что также повышает надежность работы устройства.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена конструкция многоходового переключателя потока жидкой среды в разрезе; на фиг. 2 - вид в плане на нижний дисковый шибер: а) с круглыми отверстиями, б) с одним дугообразным отверстием; на фиг. 3 - взаимное расположение дисковых шиберов в устройстве; на фиг. 4 - конфигурация Т-образного радиального распределительного канала в корпусе устройства.
Многоходовой переключатель потока (фиг. 1) содержит корпус 1 с верхней 2 и нижней 3 торцевыми крышками, между которыми и торцами корпуса расположены верхний 4 и нижний 5 дисковые шиберы, соединенные между собой посредством вала 6, расположенного вдоль оси корпуса. В корпусе выполнены Т-образные радиальные распределительные каналы 7, равномерно расположенные с угловым шагом α=360°/N, где N - количество каналов. На верхнем дисковом шибере выполнено одно отверстие 8, а на нижнем дисковом шибере выполнены отверстия 9, количество которых на одно меньше количества Т-образных радиальных каналов в корпусе, расположенные на нижнем дисковом шибере с аналогичны угловым шагом α (фиг. 2а). В частном случае изобретения нижний шибер может быть выполнен с одним дугообразным отверстием по дуге с угловым шагом β=360°-2α (фиг. 2б). Взаимное расположение отверстий на верхнем и нижнем шибере таково, что верхний шибер перекрывает все отверстия нижнего шибера (фиг. 3). Ось вращения шиберов (ось вала) и оси отверстий параллельны. Шиберы 4 и 5 образуют с верхней и нижней торцевыми крышками соответственно верхнюю 10 и нижнюю 11 полости. Верхняя полость имеет кольцеобразную форму и сообщается посредством патрубка 12 с каналом подачи жидкости в узел измерения дебита, а нижняя полость сообщается с каналом подачи жидкости в трубопровод. На поверхностях верхней и нижней торцевых крышек и корпуса расположены подшипники скольжения соответственно 13 и 14, предназначенные для уплотнения дисковых шиберов и их центровки при вращении. Кроме того, плоские поверхности дисковых шиберов уплотнены по корпусу посредством подпружиненных седел 15, установленных в вертикальных участках Т-образных радиальных распределительных каналов 7 (фиг. 4). Седла снабжены на уплотняющих поверхностях кольцевыми вставками 16, которые могут быть выполнены из металлокерамического или полимерного материала.
Многоходовой переключатель потока жидкой среды работает следующим образом. Верхний 4 и нижний 5 дисковые шиберы изначально располагают таким образом, чтобы отверстия в нижнем дисковом шибере совпадали с Т-образными радиальными каналами 7, расположенными в корпусе 1. При помощи привода через вал 6 можно осуществлять поворот верхнего 4 и нижнего 5 дисковых шиберов на один угловой шаг α. Затем устройство работает следующим образом: жидкая среда по Т-образным каналам 7, за исключением одного из них, поступает через отверстия 9 в нижнем дисковом шибере 5 в нижнюю полость 11 и далее в промысловый трубопровод, а через отверстие 8 в верхнем дисковом шибере 4 из одного Т-образного радиального канала 7 поступает в верхнюю полость 10 и далее в узел измерения дебита. Уплотнение поверхностей верхнего 4 и нижнего 5 дисковых шиберов с корпусом 1 происходит за счет подпружиненных седел 15, размещенных в вертикальных участках Т-образных радиальных каналов, за счет взаимодействия поверхности верхнего 4 и нижнего 5 шиберов с кольцевыми вставками 16, расположенными на подпружиненных седлах. Для предотвращения заклинивания верхнего 4 и нижнего 5 дисковых шиберов между корпусом 1 и верхней 2 и нижней 3 торцевыми крышками располагаются кольцевые подшипники скольжения 13 и 14, обеспечивающие свободное вращение шиберов по оси вращения вала 6.
Таким образом, предложенное изобретение позволяет упростить процесс распределения потока жидкой среды с одновременным обеспечением герметизации пространства между изолированными полостями устройства и повысить его надежность.