КЛАПАН-ОТСЕКАТЕЛЬ
CUTOFF VALVE

Изобретение относится к газовой промышленности и может быть использовано для защиты газовых и нефтяных фонтанирующих скважин при критическом понижении (повышении) давления в шлейфе скважины.
Известно устройство клапана-отсекателя, устанавливаемого на шлейфе скважины, - это устройство, отсекающее УО 1610A с регулирующим механизмом НПО «Промавтоматика».
Клапан этого устройства имеет корпус с седлом и затвор в виде захлопки, закрепленной на оси. Захлопка удерживается в открытом положении рычагом, связанным пилотным механизмом.
Клапан устройства имеет невысокую точность и надежность срабатывания из-за того, что шток чувствительного пилотного механизма размещен внутри крышки клапана и имеет небольшой диаметр, и усилия на штоке от действия давления сравнимы с усилиями от трения. А рычажный механизм создает боковые усилия на шток и вызывает его заклинивание.
Наиболее близким техническим решением является клапан-отсекатель по патенту РФ №2271438, кл. Е21В 34/02.
Положительным эффектом данной конструкции является чувствительность, надежность и точность срабатывания. Недостатком устройства является то, что клапан-отсекатель не обеспечивает надежное срабатывание при больших величинах давлений, причем конструкция отличается относительной сложностью.
Целью предлагаемой конструкции является достижение больших величин давлений срабатывания, упрощение конструкции, а также увеличение надежности и долговечности.
Указанная цель достигается тем, что в клапане-отсекателе, содержащем корпус, входной и выходной штуцеры, механизм настройки, состоящий из подпружиненных горизонтального поршня и вертикального штока, взаимодействующих друг с другом плоскими продольными поверхностями, снабженными перпендикулярно расположенными единичными упорами, механизм взвода, состоящий из втулки-корпуса, наружной на резьбе и внутренней подвижной втулок, кроме того, в корпусе размещены седло и затвор, соединенный серьгой с вертикальным, подпружиненным штоком, сечение внутренней цилиндрической части корпуса выполнено со смещенным центром по вертикальной оси вниз, внутренняя подвижная втулка механизма взвода представлена двухступенчатой, причем верхняя часть ее меньшего диаметра, снабжена уплотнением, а подпружиненный горизонтальный поршень механизма настройки выполнен с разными по диаметру концами, снабженными уплотнениями, причем неподпружиненный конец меньше по диаметру подпружиненного.
Анализ отобранных в результате поиска патентных, информационных и каталожных материалов по клапанам-отсекателям по фондам Саратовской областной универсальной научной библиотеки позволяет сделать вывод, что предлагаемое изобретение не известно из уровня техники, т.е. имеет изобретательский уровень.
Конструкция предлагаемого клапана-отсекателя вызвана потребностью в них эксплуатирующих организаций-заказчиков.
Выполнение сечения внутренней цилиндрической части корпуса со смещенным центром по вертикальной оси вниз позволило получить корпус клапана-отсекателя с разной толщиной стенки, а именно более широкой в верхней части, где крепится механизм настройки. А это позволяет выполнять корпус не сварной конструкции, а сборной.
Несварной корпус позволяет применять более прочные, термически упрочняемые конструкционные материалы. Это значительно облегчает сборку и разборку клапанов-отсекателей, что свидетельствует об упрощении конструкции.
Кроме того, учитывая пожелания заказчика, были предприняты усилия для разработки клапанов-отсекателей, срабатывающих при больших величинах давлений, например до 28 МПа.
Для достижения этих целей концы подпружиненного горизонтального поршня механизма настройки в предлагаемой конструкции выполнены разными по диаметру и снабжены уплотнениями, причем неподпружиненный конец выполнен меньшим по диаметру подпружиненного конца.
Это приводит к тому, что подпружиненный горизонтальный поршень механизма настройки работает в функции дифференциального поршня, т.е. принимает на себя нагрузку, уравновешиваемую пружинами.
2
где Fпруж. - нагрузка на пружины, кг; p - давление, кгс/см;
Д - большой ⌀ поршня, см; d - малый ⌀ поршня, см.
Выполнение в механизме взвода подвижной втулки двухступенчатой позволяет значительно снизить нагрузки, передаваемые от давления на резьбу наружной втулки за счет того, что верхняя часть подвижной втулки имеет небольшой диаметр относительно диаметра нижней части.
В результате возрастает надежность и долговечность работы клапана-отсекателя. В результате закрытия затвора клапана давление до клапана-отсекателя держится до 32 МПа.
Следовательно, предлагаемая конструкция обладает промышленной полезностью.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид в разрезе, на фиг.2 - место А, а на фиг.3 - место Б.
Клапан-отсекатель содержит корпус 1, входной 2 и выходной 3 штуцеры, механизм настройки, состоящий из подпружиненных горизонтального поршня 4 и вертикального штока 5 взаимодействующих друг с другом плоскими продольными поверхностями, снабженными перпендикулярно-расположенными соответствующими единичными 6 и 7 упорами, механизм взвода, состоящий из втулки-корпуса 8, наружной 9 на резьбе и внутренней 10 двухступенчатой подвижной втулок, кроме того, в корпусе размещено седло 11 и затвор 12, соединенный серьгой 13 с вертикальным, подпружиненным штоком 5, сечение внутренней цилиндрической части корпуса выполнено со смещенным центром по вертикальной оси вниз, верхняя часть внутренней двухступенчатой подвижной втулки 10 имеет меньший диаметр, чем нижняя, а неподпружиненный конец подпружиненного горизонтального поршня 4 меньше по диаметру конца, подпружиненного пружиной 14.
Клапан-отсекатель работает следующим образом.
Поток среды подается во входную полость клапана-отсекателя через входной штуцер 2 и в полости клапана-отсекателя создается рабочее давление, воздействующее на вертикальный, подпружиненный шток 5 и горизонтальный, подпружиненный поршень 4. Давление рабочей среды уравновешивается пружиной 14 горизонтального подпружиненного поршня 4, при этом вертикальный подпружиненный шток 5 удерживается в верхнем положении упором 6 опирающегося на упор 7 горизонтального подпружиненного поршня 4.
В случае падения давления во входной полости клапана-отсекателя (ситуация разрыва шлейфа) пружина 14 воздействует на горизонтальный поршень 4 и сдвигает его в крайнее левое положение, при этом упор 7 горизонтального подпружиненного поршня 4 выходит из под упора 6 вертикального подпружиненного штока 5, который под действием пружины перемещается вниз и затвор 12 садится на седло 11.
Для открытия затвора 12 (взвод) клапана-отсекателя необходимо выравнить или сбросить давление в шлейфе «до» и «после» клапана. Перед взводом затвора 12 необходимо проверить положение горизонтального подпружиненного поршня 4, который должен находиться в крайнем левом положении, чтобы не препятствовать прохождению вертикального подпружиненного штока 5 и упора 6 вверх. После этого, отворачивая наружную втулку 9 механизма взвода, поднимаем вертикальный подпружиненный шток 5 в крайнее верхнее положение и открываем затвор 12. Далее упор 7 горизонтального подпружиненного поршня 4 подводится под упор 6 вертикального подпружиненного штока 5. Это достигается путем подачи давления во входную полость клапана-отсекателя через штуцер 2, величиной, превышающей величину давления настройки на срабатывание. Наружную втулку 9 механизма взвода закрутить вниз до упора. На этом взвод клапана-отсекателя заканчивается.
Так как наружная на резьбе втулка 9 механизма взвода жестко связана в верхней части с внутренней подвижной втулкой 10, то в заключительной стадии взвода клапана-отсекателя давление рабочей среды приложено к нижнему торцу подвижной втулки 10 и в результате возникновения силы от давления среды в резьбе втулки 9 при ее закручивании вниз возникают большие силы трения, что приводит к истиранию резьбы, т.е. к уменьшению диаметра резьбы и выходу из строя всего клапана-отсекателя.
Чтобы этого избежать и продлить срок действия клапана-отсекателя, внутренняя подвижная втулка 10 выполнена двухступенчатой, причем верхняя часть ее имеет меньший диаметр, чем нижняя. В результате такого выполнения подвижной втулки 10 вокруг ее конца с меньшим диаметром образуется полая камера (см. фиг.2).
Принимая во внимание, что внутренняя втулка 10 является подвижной, а значит, между ее наружной поверхностью и внутренней поверхностью втулки - корпуса 8 механизма взвода нет уплотнительных колец и существует зазор, то через него свободно может проходить среда. Эта среда, действующая на нижний конец подвижной втулки, поступает в полую камеру. В результате удается снизить нагрузку из-за воздействия давления среды на меньший уплотняемый диаметр подвижной втулки 9. А это в свою очередь приводит к уменьшению воздействия давления на резьбу наружной втулки 9, а следовательно, к уменьшению износа резьбы и увеличению срока действия клапана-отсекателя, т.е. его долговечности.
Касаясь подпружиненного горизонтального поршня 4 механизма настройки, следует указать, что давление среды воздействующей на его торец уравновешивается пружиной 14, причем чем больше величина давления, тем больше возникает усилие, тем мощнее и крупнее требуется уравновешивающая пружина 14.
Выполнение подпружиненного горизонтального поршня с разными по диаметру концами позволяет уменьшать воздействие давления среды путем уменьшения площади приложения этого воздействия. В предлагаемой конструкции давление среды уже воздействует не на сплошной торец подпружиненного поршня 4, а на уменьшенную площадь, а именно (см. фиг.3) площадь разности кольцевых сечений. Это приводит к применению уравновешивающей пружины 14 меньших габаритов и мощности, а следовательно, к достижению больших величин давления срабатывания без увеличения габаритов клапана-отсекателя.
Следует указать, что конструкция предложенного клапана-отсекателя воплощена в металле, в частности изготовлена из образцов, которые успешно прошли испытания у заказчика. При эксплуатации подтвердилось выполнение всех поставленных целей.