КЛАПАН МАГНИТОРЕГУЛИРУЕМЫЙ (ВАРИАНТЫ)
MAGNET CONTROLLED VALVE (VERSIONS)

Изобретение относится к запорной арматуре и может быть использовано в устройствах измерения дебита нефтяных скважин для перепуска рабочей среды из сосуда в сосуд.
Известен магнитный клапан, содержащий немагнитные корпус с седлом и установленные в нем по оси два регулируемых цилиндрических постоянных магнита, между которыми установлен запорный орган с размещенным в нем кольцевым постоянным магнитом, и расположенный в корпусе со стороны седла дополнительный кольцевой постоянный магнит, коаксиальный магниту в запорном органе и ближнему к седлу регулируемому магниту, причем полюс последнего, а также одноименный ему полюс дополнительного магнита направлены к разноименному им полюсу магнита в запорном органе, другой полюс которого направлен к одноименному ему полюсу регулируемого магнита в противоположном седлу конце корпуса, при этом в торце запорного органа выполнены цилиндрические проточки с возможностью ввода в них полюсов регулируемых магнитов для фиксирования запорного органа в крайних положениях (SU, авторское свидетельство №1180627 А, от 23.09.85, МПК F16K 31/08).
Известный клапан имеет ряд недостатков:
- ослаблена потенциальная возможность силового взаимодействия магнитных полей постоянных магнитов наличием на них слоя немагнитного материала, а также тем, что все магниты расположены по отношению друг к другу коаксиально, не полюс в полюс, и вследствие этого силовое взаимодействие магнитных полей осуществляется значительно ограниченной их частью;
- возможно лишь регулирование величины перепада давления рабочей среды на клапане только на момент его открытия, регулирование же величины перепада давления рабочей среды на момент закрытия ограничено;
- диапазон регулирования величины перепада давления рабочей среды при открытии определяется только потенциальными возможностями магнитов, что значительно сужает область применения клапанов по перепаду давления рабочей среды на нем.
Известен клапан, содержащий корпус, подпружиненный запорный орган со штоком, седло, дроссель, пружину, снабженный шайбой из магнитного материала, установленной на штоке и расположенной между двумя кольцевыми магнитами, размещенными в двух магнитопроводах, жестко прикрепленных к корпусу, и поочередно взаимодействующими с шайбой в крайних ее положениях при ее перемещении со штоком, при этом одноступенчатый дроссель в виде дросселирующего диска установлен в проходном сечении патрубка седла клапана и жестко закреплен на запорном органе (RU, патент №2199662 С2 на изобретение от 29.05.2001, Е21В 47/10).
Недостатками известного клапана являются:
- отсутствие возможности регулирования величин: усилия пружины и удерживающей магнитной силы магнитной цепи, образованной из кольцевого магнита, магнитопровода и шайбы; с целью настройки клапана на заранее заданные величины перепада давления рабочей среды на нем в моменты начала открытия и начала закрытия его, что сужает область применения клапана по перепаду давления;
- отсутствие возможности экстренного сброса рабочей среды при аварийном росте ее давления, что может привести к перегрузке и разрушению оборудования, оснащенного клапаном;
- вероятность разрушения кольцевых постоянных магнитов, в результате ударного соприкосновения с ними шайбы при ее перемещениях в крайние положения, обусловленного хрупкостью материала магнитов, и размагничивания их при ударе;
- нерациональность формы магнитопроводов, приводящая к рассеиванию магнитного потока в кольцевых магнитах и, как следствие этого, к снижению потенциальной величины магнитной удерживающей силы;
Известен клапан магниторегулируемый, содержащий корпус с перегородкой, выполненной из металла, подпружиненный запорный орган со штоком, выполненные из металла, пружину, седло, шайбу из магнитного материала на штоке, два кольцевых постоянных магнита, два магнитопровода, дроссель в виде металлического дросселирующего диска в проходном канале седла, жестко скрепленный с запорным органом, манжету из эластомера, закрепленную на седле, распорную втулку из немагнитного материала между магнитопроводами, один из которых выполнен в виде втулки, ввернутой на резьбе в корпус, и резьбовой пробки в ней (RU, патент №2307279 от 27.09.2007, МПК F16K 31/08).
Известный клапан магниторегулируемый имеет ряд недостатков:
- незначительность диапазона регулирования величины перепада давления рабочей среды на клапане по причине ограниченности возможностей кольцевых постоянных магнитов, что значительно сужает область применения клапана;
- размагничивание постоянных магнитов и выход из строя эластомерной манжеты вследствие значительной величины скорости перемещения подвижной системы элементов (шток с шайбой и запорным органом с дросселем), что приводит к излишней величине ударного воздействия подвижной системы элементов в крайних точках хода штока на постоянные магниты и эластомерную манжету. При посадке с ударом запорного органа на седло, а также при соприкосновении с ударом шайбы с магнитопроводами, ударные воздействия приводят к постепенному размагничиванию кольцевых магнитов из-за их сотрясения и к разрушению манжеты в результате динамической деформации ее сверх пределов упругости эластомера.
Известный клапан магниторегулируемый наиболее близок к изобретению по технической сути и достигаемым техническим результатам.
Задачей изобретения является повышение долговечности и надежности работы клапана магниторегулируемого путем снижения вероятности размагничивания постоянных магнитов, расширение диапазона регулирования перепада давления рабочей среды на клапане увеличением силового взаимодействия магнитных полей постоянных магнитов, путем установки дополнительных магнитов и эффективным их взаиморасположением и повышение пропускной способности клапана за счет возможности осевого перемещения магнитопровода. Задача по клапану магниторегулируемому решается в двух вариантах.
Поставленная задача по первому варианту клапана магниторегулируемого, содержащего металлический корпус с крышкой на резьбе, основанием и перегородкой, подпружиненный запорный орган со штоком, седло, в виде патрубка с уплотнительной манжетой на торце, шайбу из магнитного материала на штоке, постоянные магниты, два магнитопровода - верхний и нижний, дросселирующий диск, установленный в проходном сечении патрубка седла и жестко скрепленный с запорным органом, решается согласно изобретению тем, что постоянные магниты, выполненные в виде дисков, установлены в закрепленной на штоке шайбе в кольцевых расточках на верхней и нижней ее поверхностях вплотную друг другу по окружностям кольцевых расточек и верхний магнитопровод установлен с возможностью осевого перемещения в крышке корпуса, зафиксирован стопорным кольцом и снабжен пружиной, а шайба с постоянными магнитами снабжена регулировочной прокладкой из немагнитного коррозионно-стойкого материала.
Поставленная задача по второму варианту клапана магниторегулируемого, содержащего металлический корпус с крышкой на резьбе, основанием и перегородкой, подпружиненный запорный орган со штоком, седло, в виде патрубка с уплотнительной манжетой на торце, шайбу из магнитного материала на штоке, постоянные магниты, два магнитопровода - верхний и нижний, дросселирующий диск, установленный в проходном сечении патрубка седла и жестко скрепленный с запорным органом, решается согласно изобретению тем, что постоянные магниты, выполненные в виде дисков, установлены в закрепленной на штоке шайбе в кольцевых расточках на верхней и нижней ее поверхностях вплотную друг другу по окружностям кольцевых расточек, а верхний магнитопровод установлен с возможностью осевого перемещения в крышке корпуса, зафиксирован стопорным кольцом и снабжен пружиной, причем нижняя плоскость верхнего магнитопровода имеет кольцевую расточку, создающую контактный зазор между постоянными магнитами и верхним магнитопроводом при максимальном ходе штока, несущим шайбу с постоянными магнитами.
Сущность изобретения поясняется чертежами:
Фиг.1 - общий вид клапана в разрезе, первый вариант;
Фиг.2 - общий вид клапана в разрезе, второй вариант;
Фиг.3 - сечение А-А клапана на фиг.1 и фиг.2.
Клапан магниторегулируемый по первому варианту, в дальнейшем тексте «клапан», (см. фиг.1, 3) содержит металлический корпус 1 с крышкой 2 на резьбе, основанием 3 и перегородкой 4, подпружиненный запорный орган 5 со штоком 6 и пружиной 7, седло 8 в виде патрубка с уплотнительной манжетой 9 на торце, шайбу 10 из магнитного материала на штоке 6, постоянные магниты 11 и 12, два магнитопровода - верхний 13 и нижний 14, дросселирующий диск 15, установленный в проходном сечении патрубка седла 8 и жестко скрепленный с запорным органом 5 через дистанционную втулку 16. Постоянные магниты 11 и 12, выполненные в виде дисков, установлены в закрепленной на штоке 6, шайбе 10 в кольцевых расточках на верхней и нижней ее поверхностях вплотную друг другу по окружностям кольцевых расточек. Верхний магнитопровод 13 установлен с возможностью осевого перемещения в крышке 2 корпуса 1, зафиксирован стопорным кольцом 17 и снабжен пружиной 18. Шайба 10 с постоянными магнитами 11 и 12 снабжена регулировочной прокладкой 19 из немагнитного коррозионно-стойкого материала.
Клапан магниторегулируемый по второму варианту (см. фиг.2, 3) в основном идентичен первому варианту и отличается тем, что отсутствует регулировочная прокладка 19, но при этом нижняя плоскость верхнего магнитопровода имеет кольцевую расточку, создающую контактный зазор между постоянными магнитами и верхним магнитопроводом при максимальном ходе штока, несущим шайбу с постоянными магнитами.
Клапан магниторегулируемый работает следующим образом. На запорный орган 5 и дросселирующий диск 15 с одной стороны воздействует гидродинамическое усилие потока рабочей среды через канал седла 8 клапана, обусловленное перепадом давлений рабочей среды до и после клапана. С другой стороны, через шток 6 воздействуют: усилие пружины 7 и действующие на шайбу 10 магнитные силы постоянных магнитов 11 и 12.
Клапан имеет два крайних зафиксированных положения: «Открыто» и «Закрыто». Промежуточных зафиксированных положений клапан не имеет и перемещение из одного крайнего положения в другое происходит без остановок.
Фиксация клапана в крайних положениях осуществляется дисбалансом сил: гидродинамическое усилие, сила пружины 7, 18 и удерживающая сила одной из магнитных цепей, создаваемых магнитами 11 и 12. При восстановлении баланса сил происходит расфиксация клапана из крайних положений и при дальнейшем нарастании тенденции изменения состоявшегося соотношения сил клапан перемещается из одного крайнего положения в другое. Например, клапан фиксируется в положении «Открыто» дисбалансом сил: гидродинамическая сила в сумме с удерживающей силой верхней магнитной цепи (магнит 12, шайба 10, верхний магнитопровод 13, пружина 18) превышают усилие сжатия пружины 7. При понижении перепада давлений до величины - ΔРмин восстанавливается баланс сил и, как следствие, происходит расфиксация клапана из положения «Открыто», далее происходит отрыв шайбы 10 от магнитопровода 13 и вследствие этого резкое падение величины, удерживающей силы верхней магнитной цепи практически до нуля, после чего подвижный комплекс элементов (запорный орган 5, шток 6, шайба 10 с магнитом 11, дросселирующий диск 15, дистанционная втулка 16), под воздействием дисбаланса сил, воздействующих на него, стремительно опускается вниз до упора в торец седла 8. Подвижный комплекс элементов занял крайнее нижнее положение, запорный орган 5 сел на манжету 9, шайба 10 с магнитом 11 включились в нижнюю магнитную цепь. Тем самым клапан зафиксирован в положении «Закрыто» дисбалансом сил. Расфиксация клапана из положения «Закрыто» происходит при повышении перепада давления до величины - ΔРмакс аналогично расфиксации клапана из положения «Открыто».
Величины перепадов давления рабочей среды - ΔРмин и ΔРмакс, при которых происходит дискретная смена положений клапана из «Закрыто» в «Открыто» и обратно, регулируются величиной силы предварительного сжатия пружины 7, 18, величиной удерживающей силы магнитных цепей, сменой дисковых магнитов 11 и 12 на более или менее мощные, величиной перемещения верхнего магнитопровода 13 в крышке 2 корпуса 1 и в первом варианте дополнительной регулировочной прокладкой 19.
Величина верхнего предела перепада давления рабочей среды определяется суммой предварительного усилия сжатия пружины 7, 18 и удерживающей магнитной силы, нижнего предела - разностью предварительного усилия сжатия пружины 7, 18 и удерживающей магнитной силы.
Возможность подъема верхнего магнитопровода 13 в крышке 2 корпуса 1 и дросселирующего диска 15 выше верхнего торца седла 8 обеспечивают повышение пропускной способности клапана.
Кольцевая расточка нижней плоскости верхнего магнитопровода во втором варианте обеспечивает эффективное использование силовых воздействий постоянных магнитов магнитной системы клапана.
Регулирование клапана магниторегулируемого надежнее всего производить на стенде, частичную подстройку можно осуществлять на устройстве применения во время эксплуатации.
Реализация конструкции, предложенной изобретением, позволит создать клапан долговечный и надежный в работе, с широким диапазоном регулирования перепада давления рабочей среды на нем.