Клапан регулирующий угловой клеточного типа

Предлагаемая полезная модель относится к запорно-регулирующим устройствам, предназначенным для регулирования потока среды с высоким содержанием абразивных включений (абразив, проппант) средних размеров.
Известен патент РФ №192418 от 11.05.2016, в котором раскрыт клапан регулирующий угловой клеточного типа, включающий корпус, входной и выходной каналы корпуса, расположенные под углом 90°, втулку клеточную установленную в месте пересечения каналов, плунжер, установленный во втулке клеточной и выполненный с возможностью перекрывать каналы, крышку, с размещёнными в ней штоком со шкалой и герметично уплотненным в ней и штурвал, поворотом которого смещается шток и соединенный с ним плунжер.
Недостатком данного клапана являются:
- достаточно короткий срок службы втулки клеточной, при наличии в среде большого количества абразивных составляющих.
Технический результат – повышение надежности и срока службы клапана регулирующего углового клеточного типа.
Технический результат достигается тем, что клапан регулирующий угловой клеточного типа включает корпус, входной и выходной каналы корпуса, расположенные под углом 90°, втулку клеточную установленную в месте пересечения каналов, плунжер, установленный во втулке клеточной и выполненный с возможностью перекрывать каналы, крышку, с герметично размещённым в ней приводом, осуществляющим движение плунжера. При этом перед втулкой клеточной выполнена полость, за которой установлена сетка клеточная защитная.
Отверстия сетки клеточной защитной совпадают или не совпадают с отверстиями втулки клеточной.
Сетка клеточная защитная выполнена из твердосплавного материала: спеченного карбид кремния SSiC, или карбид кремния с реакционной связью RBSiC, или карбида кремния на нитридной связке NBSiC, или закаленного циркония TZ, или нитрида кремния SN, или карбида вольфрама TC.
Сетка клеточная защитная может быть установлена в корпусе клапана или в составе запорно-регулирующего узла (втулки клеточной и плунжера).
Сущность заявленного технического решения поясняется Фиг.1-2, где
на фиг.1 показан общий вид в разрезе предлагаемого клапана,
на фиг.2 показана деформация сетки клеточной защитной, после удара крупной частицы.
На фигурах позициями обозначены следующие детали.
1 – плунжер в сборе,
2 – седло,
3 – втулка клеточная,
4 – сетка клеточная защитная,
5 – перфорированные отверстия клетки сетки защитной,
6 – перфорированные отверстия клетки основной,
А – полость, образованная между втулкой клеточной и сеткой клеточной защитной.
Изучение характеристик и состава рабочей среды (по давлению, количеству и размерам абразивных   включений) во вновь вводимых в эксплуатацию нефтегазовых скважин заставляют производителей проводить определенные инжиниринговые расчеты и поиски вариантов улучшения конструкции оборудования, поставляемого на объекты с целью достижения максимальных показателей надежности и долговечности.
С целью обеспечения бесперебойной работы дроссельных клапанов клеточного типа, предназначенных для регулирования скорости потока среды, расхода, давления с достаточно высоким содержанием абразивных включений средних размеров предлагается включение в конструкцию дроссельных клапанов сетки клеточной защитной 4 (см. фиг.), которая предназначена для защиты от разрушения втулки клеточной 3 (элемента дроссельной пары регулирующего устройства). Сетка клеточная защитная 4 выполнена из твердосплавного материала: спеченный карбид кремния SSiC, карбид кремния с реакционной связью RBSiC, карбид кремния на нитридной связке NBSiC, закаленный цирконий TZ, нитрид кремния SN, карбид вольфрама TC, ВК и другие, которые отлично зарекомендовали себя в работе при воздействии абразивных включений, имеющихся в потоке транспортируемой среды.
Регулирование расхода рабочей среды происходит за счет увеличения/уменьшения общей площади проходных перфорированных отверстий во втулке клеточной 3 при перемещении плунжера в сборе 1 из крайнего верхнего положения в крайнее нижнее положение и наоборот. Полное перекрытие потока среды происходит при перемещении плунжера в сборе в крайнее нижнее положение и контакте его уплотнительной поверхности с уплотнительной поверхностью седла 2.
Сетка клеточная защитная 4, служит для принятия на себя ударных повреждений абразивных включений, способных разрушить втулку клеточную 3, изготовленную из достаточно «хрупких» твердосплавных материалов.
Сетка клеточная защитная 4 устанавливается на наружный диаметр втулки клеточной 3, с образованием между ними полости А, см.фиг.1. За счет данной полости А между втулкой клеточной 3 и сеткой клеточной защитной 4 образуется зазор, необходимый для размещения деформированного участка сетки клеточной защитной 4 при попадании в нее крупных абразивных включений.
Сетка клеточная защитная 4 предназначена для выполнения ряда задач:
-защиты втулки клеточной 3 из карбида вольфрама или иных твёрдосплавных материалов от разрушения и, как следствие, защиты от воздействия избыточного давления и повреждения оборудования, расположенного ниже по потоку;
- предотвращает серьезные потенциальные проблемы с безопасностью на объекте установки дроссельных клапанов.
Сетка клеточная защитная 4 пропорционально распределяет поток вокруг основного дроссельного элемента – втулки клеточной 3 из карбида вольфрама или иных твёрдосплавных материалов.
Сетка клеточная защитная 4 также, как и втулка клеточная 3 имеет на наружной поверхности перфорированные отверстия 5 для прохода среды. Количество отверстий, их размеры выполнены таким образом, чтобы обеспечить на ней минимальное сопротивление потоку, минимальный перепад давления.
Сетка клеточная защитная 4 может устанавливаться как отдельно в корпусе клапана, так и в составе запорно-регулирующего узла (дроссельной пары), как изображено на фиг.1.
Отличительной особенностью данного технического решения является наличие расстояния (зазора, образованного полостью А) между сеткой клеточной защитной 4 и втулкой клеточной 3, которая непосредственно осуществляет регулирование потока среды (дросселирование). При попадании в сетку клеточную защитную 4 крупной абразивной частицы с ударом от 660 дж и выше в ней может образоваться вмятина (фиг.2), которая не заденет и не передаст энергию удара на втулку клеточную 3, выполненную из твёрдосплавного материала (различные керамики/карбиды), осуществляющую регулирование (дросселирование).
Преимущества по сравнению с конструкциями, которые не используют данное техническое решение:
-незащищенные дорогостоящие детали из «хрупкого» карбида вольфрама способны выйти из строя при ударе имеющихся в потоке рабочей среды крупных абразивных включений (абразив, проппант) с силой от 660 Дж и выше, как правило, частично или полностью разрушая основную клетку 3;
-защитная клетка сетка 4 выполнена из нержавеющих материалов с вязкостью и механическими свойствами, а также толщиной стенки, позволяющими подвергаться ее деформации при ударе крупных абразивных включений (абразив, проппант) с силой от 660 Дж и выше без повреждения втулки клеточной 3, т.е. максимально возможная деформация сетки клеточной защитной 4 исключает контакт с втулкой клеточной 3;
-относительно низкая стоимость изготовления сетки клеточной защитной 4 по сравнению со стоимостью изготовления втулкой клеточной 3 из твердосплавных материалов;
-возможность оперативной замены защитной клетки сетки 4 из состава запасных принадлежностей на изделие.