КЛАПАН С ФИКСИРОВАННЫМ ПОЛОЖЕНИЕМ ЗАТВОРА

Техническое решение относится к области узлов и деталей машин, обеспечивающих их нормальную эксплуатацию, а именно, области клапанов, предпочтительно, обеспечивающих прохождение газового или жидкостного потоков, и может быть использовано в любой области науки и техники, использующей регулируемое перемещение жидкостных и газовых потоков, в частности, в газовой, нефтехимической и химической отраслях промышленности.
Известно клапанное устройство (DE, заявка 4023845 F16К 51/00, 1999), содержащее корпус с расположенным в нем подпружиненным запорным органом и пневмопривод в виде двух последовательно установленных поршней.
Недостатком известного устройства следует признать невозможность его использования в пневмосистемах с дублированным сбросом управляющего давления для открытия проходного сечения, поскольку в данном клапане нижний поршень выполнен только с возможностью предварительного открытия запорного органа.
Известно клапанное устройство (RU, патент 2066010 F16К 17/06, 1996), содержащее корпус с входным и выходным патрубками и установленными в его каналах, по меньшей мере, двумя запорными элементами, нагруженными в сторону седла посредством пружинных механизмов, установленных соосно с указанными каналами. Входной и выходной патрубки расположены соосно и перпендикулярно указанным каналам, а пружинные механизмы размещены в выполненных в корпусе цилиндрических отверстиях, сообщенных с входным патрубком в открытом положении клапана и с выходным патрубком при закрытом положении клапана.
Недостатком известного устройства следует признать сложность его конструкции, приводящую к понижению надежности использования клапана.
Известно клапанное переключающее устройство (RU, патент 2217639 F16К 17/00, 2005), содержащее корпус с установленным в корпусе рабочим органом, причем рабочий орган (клапан) закреплен на подвижном штоке, расположенном в одном из патрубков, на боковых сторонах корпуса расположены участки магистрали управляющего давления, сообщенные с управляющим органом, также на боковых сторонах корпуса имеются отводки, на концах которых размещены предохранительные клапаны, а на боковой поверхности - магистраль подвода газовой среды. Шток может быть выполнен полым. В оптимальном варианте реализации соотношение наименьшего внутреннего диаметра его корпуса и наибольшего диаметра штока составляет не более 500.
Известное устройство работает следующим образом.
По магистрали высокого давления подают газ. При превышении номинального давления в этой магистрали срабатывает один из предохранительных клапанов, при этом газ высокого давления сбрасывается в одну из магистралей низкого давления. После срабатывания предохранительного клапана магистраль высокого давления необходимо переключить на второй предохранительный клапан. Это достигается перемещением рабочего органа (клапана на штоке) в левое положение. Для этого предварительно выравнивают давление в полостях корпуса и отводков корпуса, подавая высокое давление по магистрали подвода газовой среды в полость под вторым предохранительным клапаном. Затем по магистрали управляющего давления давление сбрасывают, а затем переводят рабочий орган в левое положение.
Недостатком известно клапанного переключающего устройства следует признать недостаточную плотность прилегания клапана к седлу, что приводит к недостаточной герметизации полости клапанного переключающего устройства.
Техническая задача, решаемая посредством предлагаемого технического решения, состоит в разработке конструкции клапанного устройства повышенной надежности.
Технический результат, получаемый в результате реализации изобретения, состоит в обеспечении плотного прилегания клапана к седлу и, следовательно, повышенной герметизации полостей клапанного устройства.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать клапан разработанной конструкции. Разработанный клапан с фиксированным положением затвора, применяемый при добыче жидких полезных ископаемых, содержит седло, затвор, упругий элемент с отверстием в центральной части, крышку и штифт с головкой, причем упругий элемент расположен между затвором и крышкой, в затворе со стороны крышки выполнено несквозное отверстие для размещения штифта с головкой. Упругий элемент предпочтительно выполнен пружинным или тарельчатым с окнами для прохода потока среды. Посадочная поверхность седла клапана может иметь форму конуса, сферы, плоскости или состоять из нескольких выше перечисленных форм. Соответственно посадочная поверхность затвора клапана также может иметь форму конуса, сферы, плоскости или состоять из нескольких выше перечисленных форм. Упругий элемент может быть выполнен из одной и более пластин или одного и более лепестков. Наружная поверхность головки штифта выполнена с плоской, сферической или скругленной поверхностью. В одном из вариантов реализации затвор клапана в открытом положении может быть зафиксирован за счет упора головки штифта в крышку, пружинными пластинами, прижатия затвора к пружинным пластинам, а также за счет любого сочетания указанных действий. Поверхность касания затвора и упругого элемента может иметь форму конуса, сферы или скругленную форму. Затвор клапана в закрытом положении может быть зафиксирован за счет поджатия упругим элементом. Плоскость расположения упругого элемента по отношению к оси клапана может быть ориентирована под углом до 90о. В некоторых вариантах реализации разработанного устройства упругий элемент может быть прикреплен к крышке или седлу клапана или зажат между крышкой и седлом клапана. В некоторых вариантах реализации крепление крышки к седлу клапана может быть осуществлено дополнительными штифтами с головкой. Предпочтительно крепление клапана к другим элементам скважинного оборудования осуществляют с использованием седла как элемента крепления.
Разработанная конструкция клапана представлена на фиг.1 (открытое положение) и фиг.2 (закрытое положение), при этом использованы следующие обозначения: седло 1, затвор 2, упругий элемент 3, крышка 4 и штифт с головкой 5. В нормальном состоянии клапан может находиться как в открытом, так и закрытом положении. Переключение клапана может происходить под действием перепада давления или изменения направления движения потока. Причем за счет жесткости пружины можно регулировать момент срабатывания клапана (его открытие или закрытие).
Клапан разработанной конструкции с некоторыми ее модификациями может быть использован в пассивной системе регулирования направления движения потоков внутри скважины при различных режимах ее эксплуатации: установки оборудования в скважину, добычи нефти, гидроразрыва пласта, промывки скважины и др.
При установке фильтра в скважину для уменьшения силы трения фильтра о стенки скважины внутреннюю трубу фильтра заполняют воздухом. При этом фильтр за счет выталкивающей силы всплывает в потоке жидкости, находящейся снаружи, тем самым, уменьшая общее усилие на проталкивание устанавливаемого оборудования в скважину, длина которого может достигать более километра. Для обеспечения такого технологического режима необходимо перекрытие каналов выхода потока жидких полезных ископаемых из нефтяного пласта в трубу фильтра, что можно реализовать при использовании клапана разработанной конструкции. Для открытия клапана и доступа нефти из около скважинной области в трубу фильтра достаточно понизить давление в скважине ниже давления в пласте. Под действием перепада давления клапан перейдет в фиксированное открытое положение, обеспечивая проход жидких полезных ископаемых на поверхность земли.