КЛАПАН ОТСЕКАЮЩИЙ АВТОМАТИЧЕСКИЙ
INTERCEPTING AUTOMATIC VALVE

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, а именно к отключающим устройствам с запорным элементом, совершающим скользящее движение вдоль седловой поверхности, имеющей форму поверхности тел вращения, и может быть использовано для установки на скважинах нефтегазоконденсатных месторождений для автоматического перекрытия трубопровода высокого давления при аварийном понижении давления в нем.
Известно устройство отсекающее, содержащее корпус, расположенный в нем поворотный запорный орган, выполненный в виде накладываемых одна на другую двух поворотных заслонок, одна из которых - разгрузочная - с отверстием, а другая - глухая, перекрывающая отверстие разгрузочной заслонки, удерживающий запорный орган в открытом положении фиксатор и чувствительный элемент, выполненный в виде нагруженного пружинами штока, при этом шток чувствительного элемента связан с фиксатором, причем фиксатор удерживает в открытом положении разгрузочную поворотную заслонку с отверстием, при этом глухая поворотная заслонка выполнена с упором и установлена с возможностью взаимодействия упором со штоком чувствительного элемента (патент РФ №2249138, 7 МПК F16K 17/04, 39/04, 02.06.2003 г.).
Известно устройство отсекающее, содержащее корпус, расположенный в нем поворотный запорный орган, выполненный в виде накладываемых одна на другую двух поворотных заслонок, одна из которых - разгрузочная - с отверстием, а другая - глухая, перекрывающая отверстие разгрузочной заслонки, удерживающий запорный орган в открытом положении фиксатор с упорами и чувствительный элемент, выполненный в виде нагруженного пружинами штока, причем шток чувствительного элемента связан с фиксатором, а фиксатор упорами удерживает в открытом положении разгрузочную поворотную заслонку с отверстием, при этом глухая поворотная заслонка выполнена с упором, причем упор глухой поворотной заслонки выполнен в виде пластины с отверстием для прохода фиксатора с упорами и расположен над разгрузочной поворотной заслонкой с возможностью взаимодействия с упорами фиксатора после срабатывания разгрузочной поворотной заслонки (патент РФ №2313714, 7 МПК F16K 17/04, 39/04, 10.03.2006 г.).
Недостатком известных устройств является невозможность после срабатывания их автоматического открытия при повышении давления в трубопроводе до рабочего.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков, выбранным в качестве прототипа, является клапан запорно-регулирующий, в корпусе которого с входным и выходным каналами размещены два затвора, связанные со штоком, перемещаемым приводом, при этом первый затвор, запорный, выполнен в виде штока со ступенчатым поршнем с отверстиями и уплотнительной поверхностью, а второй, запорно-регулирующий затвор, выполнен в виде охватывающей поршень ступенчатой втулки-плунжера с уплотнительной поверхностью, установленной с возможностью осевого перемещения и фиксации ее в крайних положениях, причем запорно-регулирующий затвор расположен соосно в седле с уплотнительной поверхностью и уплотнительным элементом, выполненном трубчатым с отверстиями, расположенными после уплотнительного элемента и уплотнительной поверхности по ходу потока среды, причем внутренний диаметр трубчатой части седла после уплотнительной поверхности сопрягается с наружным диаметром запорно-регулирующего затвора, при этом последний установлен с возможностью осевого перемещения ступенчатым поршнем штока вдоль трубчатой части седла от уплотнительной поверхности, причем в крайнем нижнем положении ступенчатый поршень штока своей уплотнительной поверхностью взаимодействует с уплотнительным элементом, а ступенчатая втулка-плунжер своей уплотнительной поверхностью - с уплотнительной поверхностью седла, при этом шток выполнен с поршнем с образованием подпоршневой полости, соединенной с атмосферой, и надпоршневой полости, соединенной каналом с входным каналом (патент РФ №2282772, МПК F16K 39/04, 31/122, 11.01.2005).
Недостатком известного клапана является невозможность автоматического перекрытия трубопровода высокого давления при аварийном понижении давления в нем.
Задача, достигаемая изобретением, состоит в том, чтобы создать такое техническое решение, при использовании которого осуществлялось автоматическое перекрытие трубопровода высокого давления при аварийном понижении давления в нем и автоматическое открытие после повышения давления в трубопроводе за клапаном выше аварийного.
Для достижения названного технического результата, в корпусе клапана отсекающего автоматического с входным и выходным каналами размещены два затвора, связанные со штоком, при этом первый затвор, запорный, выполнен в виде штока с поршнем с отверстиями и уплотнительной поверхностью, а второй затвор выполнен в виде охватывающей поршень ступенчатой втулки с уплотнительной поверхностью, установленной с возможностью осевого перемещения и фиксации ее в крайних положениях, при этом второй затвор расположен соосно в седле с уплотнительной поверхностью и уплотнительным элементом, выполненным трубчатым с отверстиями, расположенными после уплотнительного элемента и уплотнительной поверхности по ходу потока среды, при этом последний установлен с возможностью осевого перемещения поршнем штока вдоль трубчатой части седла от уплотнительной поверхности, причем в крайнем нижнем положении поршень штока своей уплотнительной поверхностью взаимодействует с уплотнительным элементом, а ступенчатая втулка своей уплотнительной поверхностью - с уплотнительной поверхностью седла, при этом шток выполнен с дополнительным поршнем с образованием надпоршневой полости, соединенной каналом с входным каналом, и подпоршневой полости.
Заявляемый клапан отсекающий автоматический отличается от прототипа тем, что второй затвор выполнен запорным, причем его наружные ступени сопрягаются со ступенями, выполненными в корпусе, при этом площадь надпоршневой полости меньше площади подпоршневой полости, которая через нормально открытый электромагнитный клапан соединена с входным каналом и через нормально закрытый электромагнитный клапан - с выходным каналом, причем в последнем установлен манометр показывающий сигнализирующий, подключенный к обоим электромагнитным клапанам.
Предлагаемое изобретение изображено на чертеже, продольный разрез клапана в закрытом положении.
Клапан содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 каналами. Внутри корпуса размещены два затвора, связанные со штоком 4.
Первый затвор - запорный выполнен в виде штока 5 с поршнем 6 с отверстиями 7, уплотнительной поверхностью 8.
Второй затвор - запорный выполнен в виде охватывающей поршень ступенчатой втулки 9 с уплотнительной поверхностью 10, причем ее наружные ступени сопрягаются со ступенями, выполненными в корпусе. Втулка выполнена с разными эффективными площадями сечения на торцах, в результате чего она имеет возможность осевого перемещения с поршнем штока, а в корпусе между ступенями имеется канал 11, сообщенный с атмосферой. Подвижность ступенчатой втулки ограничена крайними положениями перемещения (верхним и нижним).
Ступенчатая втулка расположена соосно в седле 12 с уплотнительной поверхностью 13 и уплотнительным элементом 14. Седло выполнено трубчатым с отверстиями 15, расположенными после уплотнительного элемента и уплотнительной поверхности по ходу потока среды. Внутренний диаметр трубчатой части седла после уплотнительной поверхности сопрягается с наружным диаметром ступенчатой втулки. Ступенчатая втулка установлена с возможностью осевого перемещения поршнем штока вдоль трубчатой части седла от уплотнительной поверхности. В крайнем нижнем положении поршень штока своей уплотнительной поверхностью взаимодействует с уплотнительным элементом, а ступенчатая втулка своей уплотнительной поверхностью - с уплотнительной поверхностью седла, перекрывая его и отделяя выходной от входного канала клапана.
Шток выполнен с дополнительным поршнем 16 с образованием надпоршневой полости 17, соединенной каналом с входным каналом, и подпоршневой полости 18, причем площадь надпоршневой полости меньше площади подпоршневой полости. Подпоршневая полость через нормально открытый (НО) электромагнитный клапан 19 соединена с входным каналом и через нормально закрытый (НЗ) электромагнитный клапан 20 - с выходным каналом, в котором установлен манометр показывающий сигнализирующий 21, подключенный к обоим электромагнитным клапанам.
Для нормальной работы клапана необходимо, чтобы потеря давления на нем, вызванная преодолением данного местного гидравлического сопротивления, составляла не менее 0,5 МПа при рабочем давлении. Клапан работает следующим образом. В исходном положении (открыто) при рабочем давлении шток 4 с поршнем 6, ступенчатой втулкой 9 и дополнительным поршнем 16 находится в своем крайнем верхнем положении, обеспечивая расход транспортируемой среды и перепад давления 0,5 МПа на клапане.
При аварийном понижении давления ниже установленного на манометре показывающем сигнализирующем 21 последний замыкает контакт, в результате чего происходит срабатывание электромагнитных клапанов 19 и 20, а именно клапан 19 закрывается, а клапан 20 открывается. В результате из-за разности давлений в надпоршневой и подпоршневой полостях шток 4 с поршнем 6 и дополнительным поршнем 16 перемещаются вниз. Ступенчатая втулка 9 под действием давления транспортируемой среды из-за разных эффективных площадей сечения на торцах перемещается вниз вместе с поршнем 6 штока 5. Совместное их перемещение продолжается до тех пор, пока ступенчатая втулка 9 своей уплотнительной поверхностью 10 не достигнет уплотнительной поверхности 13 седла 12, перекрывая поток транспортируемой среды из входного канала 2 в выходной 3, а поршень 6 штока 5 продолжит свое движение вниз. Перемещение поршня 6 штока 5 продолжается до тех пор, пока он своей уплотнительной поверхностью 8 не достигнет уплотнительного элемента 14 седла 12, герметично перекрывая проход транспортируемой среде из входного канала 2 в выходной 3.
Для автоматического открытия клапана подают транспортируемую среду в трубопровод за клапаном (через байпасную линию или от сборного пункта газа), в результате чего давление в выходном канале 3 клапана повышается, и после того, как оно превысит давление, установленное на манометре показывающем сигнализирующем 21, последний размыкает контакт, в результате чего происходит срабатывание электромагнитных клапанов 19 и 20, а именно клапан 19 открывается, а клапан 20 закрывается. В результате из-за разных эффективных площадей сечения надпоршневой и подпоршневой полостей шток 4 с дополнительным поршнем 16 и поршнем 6 перемещаются вверх от уплотнительного элемента 14 седла 12 до упора поршнем 6 в ступенчатую втулку 9, защищая уплотнительную поверхность 8 поршня 6 от действия потока транспортируемой среды. После этого поршень 6 штока 5 перемещает ступенчатую втулку 9 от уплотнительной поверхности 13 седла 12 в крайнее верхнее положение, обеспечивая расход транспортируемой среды и перепад давления 0,5 МПа на клапане.
Благодаря такой конструкции осуществляется автоматическое перекрытие трубопровода высокого давления при аварийном понижении давления в нем и автоматическое открытие после повышения давления в трубопроводе за клапаном выше аварийного.