МАЛЫЙ КЛАПАН ДЛЯ УСТРОЙСТВА ДРЕНАЖНОГО

Полезная модель относится к нефтедобывающей отрасли, в частности к устройствам для дренирования, слива подземных скважин при термошахтной разработке нефтяных месторождений, и может быть использовано для повышения точности и надежности работы в устройствах для дренирования жидкости со скважин при подземном способе добычи нефти.
Известно техническое решение по патенту RU 2632349 CI Е21В 34/02 F16K 31/18 (2006.01) с датой приоритета от 27.01.2017 «УСТРОЙСТВО ДРЕНАЖНОЕ», которое состоит из двух камер, разделенных между собой дроссельной перегородкой с отверстиями. Рабочие камеры смонтированы между собой при помощи фланцевого соединения. В рабочей зоне верхней камеры установлен саморегулирующийся элемент управления (поплавок), соединенный штоком сквозь дроссельную перегородку с клапанным узлом. Рабочая зона нижней камеры содержит клапанный узел, расположенный внутри гильзы. В нижнюю часть гильзы вкручена втулка сброса (дренажа) с запрессованным в него седлом. Клапанный узел содержит два клапана разного диаметра; малый находится внутри большого с возможностью перемещения вдоль стенок большого клапана с одной степенью свободы по вертикальной оси. Для перемещения элемента запирания на седло большого клапана в клапанной коробке известного устройства используется малый дросселирующий клапан, который выполнен в виде полого цилиндра со сквозными продольными прорезями стенок. С одной стороны малый клапан имеет элемент крепления к штоку, оснащенный резьбой, и расширение вокруг торцевого отверстия - так называемую «юбку» с другой стороны, позволяющее поднимать большой клапан по вертикальной оси, совпадающей с центральной вертикальной осью устройства дренажного.
Недостатком прототипа является то, что площадь соприкосновения между внешними стенками малого клапана и внутренними стенками большого клапана значительна и приводит к большой площади трения при перемещении относительно друг друга по вертикальной оси клапанов. Это трение снижает точность перемещения малого клапана и опускания его на седло. При этом при перемещении по вертикальной оси малого клапана вдоль стенок большого клапана на седло клапанной коробки известной конструкции в прототипе возникает смещение осей и появляется зазор клапанов малого и большого относительно друг друга при закрытии седла, что приводит к несрабатыванию устройства и отсутствии герметичного запирания клапанами седла при сливе жидкости из устройства дренажного. Последствия такого несрабатывания приводят к неисправности устройства дренажного в целом, прорыву пара и газов в горную выработку из устройства дренажного.
Указанный недостаток устраняет заявляемая полезная модель. Для этого предлагается изменить конструкцию малого клапана следующим образом: центральную часть малого клапана выполнить в виде призмы с многоугольником в основании, плоскими гранями, образующими наружную поверхность (стенки), со сквозными отверстиями в боковых гранях, при этом наружная поверхность граней образует кромки. Таким образом, при перемещении стенок большого клапана касаются только кромки ребра граней призмы, что позволяет сделать более точным перемещение малого клапана. При этом свободное перемещение вдоль стенок внутренней поверхности большого клапана граней элемента клапана малая площадь контакта между стенками исключает их трение и сохраняет совмещенные оси клапанов малого и большого относительно друг друга при перемещении на запирание седла. Наименьшее количество кромок, то есть наилучший результат по уменьшению трения стенок малого клапана относительно стенок большого клапана обоснованно имеет треугольная призма - то есть призма с треугольником в основании, поэтому частный случай наружной поверхности центральной части малого клапана выполнен в виде призмы с треугольником в основании. Стенки центральной части малого клапана имеют отверстия, а внутренняя полость малого клапана представляет собой цилиндрическую поверхность. Также вверху и внизу конструкции клапана сформирована юбка для поднятия большого клапана и элемент соединения клапана со штоком. Заявляемая конструкция малого клапана для устройства дренажного позволяет по сформированным кромкам боковых граней призмы более точно опускать большой клапан на седло выпускного отверстия клапана. Таким образом, свободное перемещение вдоль стенок большого клапана кромок граней центральной части клапана и их малая площадь контакта между стенками исключает их трение, устраняет погрешность совмещения вертикальных осей малого и большого клапанов относительно друг друга при перемещении на запирание седла.
Устройство дренажное устанавливается непосредственно на устья скважин и автоматизирует процесс спуска жидкости из скважин без выделения вредных паров и газов в атмосферу где могут находиться люди, устраняет выход пара и попутных газов в рудничную атмосферу при эксплуатации подземных скважин. Основная задача устройства - автоматизация процесса эксплуатации скважин без присутствия людей, без выхода пара и газов из скважины, что позволяет повысить безопасность при данной технологической операции.
Техническая задача заявляемой полезной модели - добиться надежной, плавной регулировки выхода жидкости при дренировании, что устранит утечку пара и попутных газов вместе с жидкостью, то есть за счет снижения трения поверхности малого клапана повысить точность его перемещения относительно большого клапана и общей вертикальной оси.
Указанная техническая задача решается за счет конструкции малого клапана для устройства дренажного, при которой наружная поверхность центральной части малого клапана выполнена в виде призмы с многоугольником в основании, со сквозными отверстиями в боковых гранях, при этом наружная поверхность граней призмы образует кромки. Таким образом, при перемещении по вертикальной оси малого клапана стенок большого клапана касаются только кромки граней призмы, что позволяет сделать более точным перемещение малого клапана. При этом свободное перемещение вдоль стенок внутренней поверхности большого клапана граней и кромок наружной поверхности центральной части малого клапана малая площадь контакта между стенками исключает их трение и сохраняет совмещенные оси клапанов малого и большого относительно друг друга при перемещении на запирание седла. Наименьшее количество кромок, то есть наилучший результат по уменьшению трения стенок малого клапана относительно стенок большого клапана обоснованно имеет треугольная призма - то есть призма с треугольником в основании, поэтому частный случай наружной поверхности центральной части малого клапана выполнен в виде призмы с треугольником в основании. Стенки центральной части малого клапана имеют отверстия, а внутренняя полость малого клапана представляет собой цилиндрическую поверхность. Также вверху малого клапана имеется элемент соединения клапана со штоком и внизу сформировано расширение-юбка для поднятия большого клапана.
При перемещении по оси большого клапана 6 на открытие слива (дренажа) жидкости его точное перемещение на седло 10 втулки сброса 8 по сформированным кромкам центральной части малого клапана 7 позволяет более точно опускать на седло 10 выпускного отверстия большой клапан 6. Также вверху малого клапана 7 имеется элемент соединения 11 клапана со штоком 5, а внизу клапана 7 сформировано расширение -юбка 13 для поднятия большого клапана 6.
Свободное перемещение по общей вертикальной оси вдоль внутренних стенок большого клапана 6 направляющих кромок 14 малого клапана 7, сформированных на многоугольной призме, их малая площадь соприкосновения между стенками друг друга снижает трение и предотвращает смещение общей оси клапанов малого 7 и большого 6 относительно друг друга при перемещении их на запирание и прикрытие седла 10 втулки сброса 8 выпускного отверстия на сливе (дренаже) жидкости из устройства. Тем самым исключается люфт между клапанами при прикрытии выпускного отверстия устройства, что обеспечивает герметичность работы клапанов 6, 7 при сливе (дренаже) жидкости из устройства, исключается прорыв пара и газов в горную выработку из устройства дренажного.
Технический результат - повышение точности работы малого клапана за счет снижения трения его наружной поверхности относительно внутренних стенок большого клапана и исключении люфта между клапанами.
Технический результат достигается за счет конструкции малого клапана для устройства дренажного с возможностью перемещения вдоль стенок внутри большого клапана по общей вертикальной оси, включающей элемент соединения со штоком, центральную полую часть со сквозными отверстиями, расширение-юбку, отличающийся тем, что наружная поверхность центральной части выполнена в виде призмы с многоугольником в основании, пересечением граней которой образованы кромки, при этом кромки параллельны друг другу и общей вертикальной оси.
Как частный случай, наружная поверхность центральной части малого клапана выполнена в виде призмы с треугольником в основании. Другой частный случай, когда наружная поверхность центральной части малого клапана выполнена в виде призмы с плоскими гранями. Еще один частный случай, при котором кромки между гранями центральной части малого клапана выполнены с круглой фаской. Еще другой частный случай, при котором кромки между гранями центральной части малого клапана выполнены с плоской фаской
Техническое решение поясняют изображения на фиг. 1-6.
Фиг. 1. Нижняя часть устройства дренажного в разрезе.
Фиг. 2. Нижняя камера в разрезе.
Фиг. 3. Клапанный узел в изометрии (3D) в разрезе.
Фиг. 4. Малый клапан в трех проекциях.
Фиг. 5. Малый клапан в разрезе.
Фиг. 6. Малый клапан в изометрии (3D).
Где 1 - корпус верхней камеры;
2 - корпус нижней камеры;
3 - поплавок;
4 - дроссельная перегородка;
5 - шток;
6 - клапан большой;
7 - клапан малый;
8 - втулка сброса (дренажа);
9 - гильза (втулка с отверстиями) клапанной коробки;
10 - седло клапана (седло выпускного отверстия);
11 - верхняя часть малого клапана (элемент соединения со штоком);
12 - центральная часть малого клапана;
13 - расширение-юбка малого клапана;
14 - кромка центральной части малого клапана
Пример осуществления.
Устройство состоит из двух камер, разделенных между собой дроссельной перегородкой 4 с отверстиями. В верхней камере 1 установлен саморегулирующийся элемент управления (поплавок) 3, соединенный штоком 5 с клапанным узлом. Шток 5 связывает поплавок 3 с клапанным узлом нижней камеры 2. Нижняя камера 2 содержит корпус и клапанный узел, расположенный внутри гильзы 9, выполненной в виде полого цилиндра со сквозными отверстиями в стенках, и втулку сброса 8 (дренажа). Клапанный узел состоит из малого 7 и большого 6 клапанов.
Малый клапан 7 выполнен в виде продолговатой детали с возможностью перемещения вдоль стенок внутри большого клапана 6 с одной степенью свободы по общей вертикальной оси. Верхняя часть малого клапана 11 - элемент соединения со штоком 5 на одном конце, наружная поверхность центральной части 12 малого клапана 7 выполнена в виде призмы, как частный случай в виде призмы с треугольником в основании, пересечением граней которой образованы кромки 14, при этом кромки 14 параллельны друг другу и общей вертикальной оси, на другом конце малого клапана 7 имеется расширение-юбка 13 для поднятия большого клапана 6. Центральная часть 12 малого клапана 7 является полой, в стенках ее имеются сквозные отверстия. Малый клапан 7 расположен внутри большого 6 с одной степенью свободы и при работе перемещается вдоль общей вертикальной оси клапанов. Седло клапана (выпускного отверстия) 10 зафиксировано во втулке сброса 8.
Устройство работает следующим образом. Жидкость, пройдя через верхнюю камеру 1, где находится поплавок 3, протекает через дроссельную перегородку 4 и попадает в нижнюю камеру 2, где при высоком уровне жидкости в камере 1 поплавок 3 поднимается вверх и при помощи штока 5, открывает вначале малый клапан 7, и если его пропускной способности не хватает, то открывается большой клапан 6, далее жидкость сливается через втулку сброса 8 в приемные емкости (канавку выработки). При понижении уровня в верхней камере 1 поплавок 3 опускается и закрывает клапаны 6, 7. Клапанный узел нижней камеры 2 является основным сливным отверстием жидкости, т.е. выступает в роли дросселирующего узла. Частично роль дросселя играет малый клапан 7, для уменьшения усилия требуемого на открытие слива, а далее двойная конструкция из клапанов регулирует поток жидкости для поддержания в нижней камере 2 уровня жидкости, которая играет роль гидрозатвора. Поэтому от точности перемещения малого клапана 7 зависит точность перемещения большого клапана 6 на седло 10 и отсутствие зазора при закрытии выхода жидкости из устройства дренажного и предотвращения выхода в атмосферу ее газообразных фаз и попутных газов.