КЛАПАН ОБРАТНЫЙ

Заявляемая полезная модель относится к области арматуростроения, в частности, к фонтанной арматуре, предназначенной для предотвращения обратного потока среды в промысловых трубопроводах после стравливания избыточного давления газа из затрубья и может быть использована в комплекте с устьевой арматурой при добыче нефти, преимущественно при низких температурах.
Из уровня техники известен клапан обратный межфланцевый «Хлопушка», состоящий из цилиндрического корпуса, оснащенного подвеской, при этом в корпусе выполнено сквозное отверстие, в котором установлена втулка, а также закреплен затвор, шарнирно соединенный с опорой (см. http:astraheat.ru, 28.04.2009 г. ).
Недостатки известного клапана обусловлены тем, что для его изготовления используют только металлические детали, что снижает надежность клапана в условиях низких температур, так как с появлением изморози приводит к слипанию элементов устройства, и, как следствие, к замерзанию клапана.
Известен обратный клапан, содержащий корпус, седло, рабочий орган в виде тарелки с углублением, обращенный углубленной поверхностью к входу клапана и расположенный на оси с возможностью поворота относительно нее, при этом рабочий орган снабжен ребрами, расположенными равномерно на углубленной поверхности, выполненными толщиной 3-5 мм при расстоянии между ними 6-10 мм (заявка на изобретение №2009115812 «Обратный клапан (варианты)», дата подачи 28.04.2009 г., дата публикации заявки 10.11.2010 г. ).
Недостатки данного решения связаны с тем, что рабочий орган имеет большую контактную площадь, которая при температурах, близких к 0°C, будет примерзать к ответной поверхности, при этом вещества в виде смолистых фракций и парафинов, неравномерно скапливаясь, со временем образуют зазоры в клапане и, как следствие, снижают его герметичность.
Кроме того, известен обратный затвор, содержащий цилиндрический корпус с седлом и размещенный в корпусе на оси поворотный диск с коническими уплотнительными поверхностями, одна из образующих которых параллельна оси корпуса, причем поворотный диск выполнен изогнутым, разделенным поперечной линией сгиба на две плоские выполненные с уплотнениями части, одна из которых расположена ближе к оси поворотного диска, а другая удалена от нее, на периферии диска выполнена канавка, в которой наплавлены уплотнения частей диска, причем уплотнение части изогнутого диска, расположенной ближе к оси диска, выполнено из материала с высокой твердостью и меньшими коэффициентами теплопроводности и линейного расширения, например, из стеллита, а уплотнение другой части изогнутого диска выполнено из материала с большими коэффициентами теплопроводности и линейного расширения, например, из бронзы (А.С. №1820119 «Обратный затвор», дата подачи 30.10.1990 г., опубликовано 07.06.1993 г. ).
Известен запорный клапан, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, расположенные соосно входному патрубку уплотняющую пробку и седло с коническими поверхностями, причем седло и пробка выполнены из несмачиваемого материала и имеют углы раскрытия конусов, равные соответственно 45-60° и 90-105°, и отношение диаметров со стороны, противоположной входному патрубку, большее 1,0 (А.С. №1317188 «Устройство для защиты вакуумной камеры от паров рабочей жидкости вакуумного насоса и запорный клапан», дата подачи 18.06.1985 г., опубликовано 15.06.1987 г.)
Недостатки данного решения связаны с трудностями, возникающими при использовании несмачиваемого материала в агрессивных средах, т.к. между материал вступает в химическое взаимодействие со средой, что приводит к его разрушению.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является обратный клапан, содержащий корпус с крышкой, в котором размещены седло, затвор, шарнирно соединенный с опорой, подвеска и упор затвора, причем на обращенных друг к другу поверхностях затвора и опоры выполнены встречные пазы, а подвеска выполнена в виде ряда серы с плоской поверхностью, обращенной к затвору, установленных в пазах с возможностью перемещения в опоре и ограниченного вращения в затворе, при этом шарниры серы установлены по оси центра тяжести затвора, а упор размещен на крышке и выполнен в виде цилиндрической втулки с наклонной опорной поверхностью, обращенной к затвору (см. патент РФ на изобретение №2076975 «Обратный клапан», дата подачи 13.05.1993 г., опубликовано 10.04.1997 г. ).
Недостатками известного устройства являются громоздкость конструкции, полностью изготовленный из металла, в частности, массивный затвор препятствует применению клапана в арматуре промыслового трубопровода при низких температурах из-за того, что на поверхностях, обращенных к жидкости, состоящей из смеси нефти, воды и газа, начинают накапливаться твердые фракции, в частности, асфальтены, смолистые вещества и парафины, что приводит устройство в нерабочее состояние из-за прилипания металлических элементов друг к другу. При применении клапана в газовой среде с внутренней стороны затвора, обращенной к текучей среде, накапливаются гидраты и легколетучие жидкости, которые, в свою очередь, могут перекрыть центральное отверстие клапана и привести к замерзанию устройства. Процесс усиливается и ускоряется, если на поверхности металлического клапана со временем образуются очаги коррозии. Отогрев, очистка или замена клапана требуют больших затрат, как временных, так и финансовых.
Техническим результатом, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, является повышение надежности, преимущественно при работе в условиях низких температур.
Кроме того, дополнительным результатом является упрощение конструкции.
Указанный технический результат достигается тем, что клапан обратный, включающий корпус с отверстием, седло, шарнирно соединенный затвор, согласно полезной модели дополнительно содержит постоянные магниты, размещенные симметрично вертикальной оси за кольцом, установленным в торцевой части корпуса и выступающим за его пределы с образованием зазора, магниты и кольцо размещены соосно отверстию, затвор, шарнирно соединенный с корпусом, снабжен пластиной, размер которой превышает внешний диаметр кольца, при этом кольцо и пластина изготовлены из лиофобного материала, ширина металлической части затвора, выходящей за пределы пластины, больше диаметра магнита, а торцевая часть корпуса и выступ кольца образуют седло.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами, где
фиг. 1 - клапан обратный в разрезе;
фиг. 2 - разрез А-А;
фиг. 3 - затвор в положении «закрыто»;
фиг. 4 - затвор в положении «открыто».
Предлагаемый к защите клапан обратный состоит из корпуса 1, выполненного в виде уплотнительного кольца, торцевые выступы которого предназначены для ответного взаимодействия с канавками фланцев устьевой арматуры, в которую клапан монтируется. Торцевые выступы могут иметь в сечении форму трапеции или полуокружности. В центральной части корпуса 1 выполнено сквозное отверстие 2. В верхней части корпуса шарнирно закреплен металлический затвор 3, в который соосно отверстию запрессована пластина 4 из лиофобного материала, в качестве которого применяют модифицированные эластомеры, например, полиуретан или резину, или полимерное покрытие - полимер-фторопласт. Диаметр лиофобной пластины меньше диаметра металлического затвора. Шарнирное соединение включает две полуоси 5, на поверхность которых нанесено антифрикционное коррозионностойкое покрытие, например, диффузионный цинк. Полуоси 5 снабжены дополнительными антифрикционными прокладками 6 и закреплены на корпусе 1 посредством крепежного соединения, например, винтов 7.
В торцевой части корпуса 1 соосно сквозному отверстию запрессовано изготовленное из лиофобного материала кольцо 8, выступающее над корпусом 1 с образованием зазора 9. Торцевая часть корпуса и кольцо в совокупности выполняют функцию седла.
За кольцом 8 симметрично вертикальной оси корпуса размещены постоянные магниты 10, запрессованные заподлицо с торцевой поверхностью, обращенной к затвору 2. За счет применения постоянных магнитов устраняется необходимость использования в конструкции седел наклонных поверхностей. Кроме того, при монтаже клапана в вертикальном положении не требуется точной регулировки. Это связано с тем, что сила сцепления магнитов удерживает затвор с отклонением не менее, чем на 15° от вертикальной оси в противоположную от затвора сторону. Для эффективной работы магнитов ширина расположенной напротив них металлической части затвора 11, выходящей за пределы пластины, должна быть равна или больше диаметра магнита.
В положении «закрыто» затвор пластиной 4 упирается в кольцо 8, в положении «открыто» - в трубу 12 продуктопровода, по которому перекачивается текучая среда.
Пластина 4 запрессована заподлицо и соосна внутренней поверхности затвора, ее диаметр превышает диаметр сквозного отверстия и внешний диаметр кольца 8.
Размер пластины 4 и размер зазора 9 влияют на совокупную величину магнитной индукции и, в результате, на величину усилия срабатывания обратного клапана.
Верхняя часть затвора 2 с полуосями 5 образуют подшипники скольжения.
Кольцо 8, выступающее за корпус 1, своей сферической поверхностью контактирует с плоской поверхностью пластины 4 затвора. Контакт «сфера-плоскость» является минимальным по сравнению с контактами любых других поверхностей, например, «плоскость- плоскость».
Гладкая поверхность препятствует образованию точек роста кристаллов гидратов, поэтому параметры шероховатости поверхности кольца и пластины затвора, должна быть не более 1,6 мм, что также способствует повышению герметичности клапана и его морозостойкости и, в результате, повышению надежности.
Конструкция клапана с использованием постоянных магнитов, а также конструкция затвора с применением облегченной пластины позволяет значительно снизить вес затвора.
В вертикальном положении закрытие затвора без использования магнитов осуществляется только за счет сил гравитации, при этом в недостаточной мере обеспечивается герметичности клапана, особенно тогда, когда значения давления, оказываемого текучей средой до и после клапана, равны между собой. В этом случае для обеспечения герметичности требуется увеличение веса затвора.
Осуществление полезной модели подтверждается примерами конкретного выполнения.
Клапан монтируют в канавки фланцев устьевой арматуры.
При возникновении давления, оказываемого текучей средой, например, газом, затвор поворачивается на полуосях шарнирного соединения. Полуоси с диффузионным покрытием обладают коррозионной стойкостью, повышенной твердостью и антифрикционностью, что в совокупности с неподвижными антифрикционными прокладками значительно повышает ресурс работы клапана. Затвор в открытом положении полностью открывает отверстие, упираясь своей внешней металлической поверхностью в упор, в качестве которого служит труба продуктопровода. Дополнительного дросселирования газа не происходит и, в результате, его температура не снижается. При понижении давления, угол раскрытия затвора будет уменьшаться до величины, при которой силовые линии магнитов, в качестве которых используют, например, неодимовые магниты с магнитной индукцией 1,22 Тесла, начинают взаимодействовать с металлической частью затвора, не покрытой пластиной, и принудительно закрывать клапан. При аварийной ситуации, когда давление текучей среды резко повышается, значительно повышается скорость движения затвора на закрывание, при этом центробежная сила увеличивается и пропорционально ей увеличивается сила удара затвора о седло. Кольцо 8, изготовленное из лиофобного материала, гасит силу удара.
Постоянное действие магнитов создает условия стабильной герметичности клапана. Благодаря небольшому весу затвора, существенно снижаются изгибающие напряжения в затворе. Помимо этого, пропорционально снижению веса затвора уменьшается и момент силы в полуосях, причем магниты, расположенные ближе к ним, компенсируют часть этой силы.