КЛАПАН ПЕРЕПУСКНОЙ МАГНИТОРЕГУЛИРУЕМЫЙ ДЛЯ ДВУХФАЗНЫХ СРЕД (ВАРИАНТЫ)
MAGNET-CONTROLLED BYPASS VALVE FOR TWO-PHASE MEDIA (VERSIONS)

Изобретение относится к арматуростроению и может быть использовано в качестве перепускного клапана для двухфазной рабочей среды, включающей жидкую и газовую фазы, в частности в устройствах для измерения дебита скважин в нефтедобывающей промышленности, с возможностью аварийного сброса газового «пузыря», поступившего из скважины.
Известен магнитоуправляемый клапан, содержащий седло, якорь с золотником, размещенный в разделительной трубке, выполненный из магнитомягкого материала, и постоянный магнит, размещенный между двумя дисками из магнитомягкого материала, неподвижно установленными на разделительной трубке, и заключенный в обойму из магнитомягкого материала, выполненную с возможностью осевого перемещения (SU, авторское свидетельство №406483 от 25.02.72, F16K 31 /08).
Недостатками известного магнитоуправляемого клапана являются:
- отсутствие возможности регулирования величин: усилия пружины и магнитного потока, - с целью настройки магнитоуправляемого клапана на заранее заданный перепад давления рабочей среды на его запорном органе, что сужает область применения клапана по перепаду давления;
- отсутствие возможности экстренного сброса рабочей среды в случае аварийного роста ее давления, что может привести, например, к разрушению оборудования, оснащенного клапаном;
- отсутствие возможности увеличения площади расходного проходного сечения при смене рабочей среды с газовой на жидкую, что сужает область применения клапана по расходу.
Известен клапан, содержащий корпус, подпружиненный запорный орган со штоком, седло, дроссель, пружину, снабженный шайбой из магнитного материала, установленной на штоке и расположенной между двумя кольцевыми магнитами, размещенными в двух магнитопроводах, жестко прикрепленных к корпусу, и поочередно взаимодействующими с шайбой в крайних ее положениях при ее перемещении со штоком, при этом одноступенчатый дроссель в виде дросселирующего диска установлен в проходном сечении патрубка седла клапана и жестко закреплен на запорном органе (RU, патент №2199662 С2 на изобретение от 29.05.2001, Е21В 47/10).
Недостатками известного клапана являются:
отсутствие возможности регулирования величин: усилия пружины и удерживающей магнитной силы магнитной цепи, образованной из кольцевого магнита, магнитопровода и шайбы; с целью настройки клапана на заранее заданные величины перепада давления рабочей среды на нем в моменты начала открытия и начала закрытия его, что сужает область применения клапана по перепаду давления;
- отсутствие возможности экстренного сброса рабочей среды при аварийном росте ее давления, что может привести к перегрузке и разрушению оборудования, оснащенного клапаном;
- вероятность разрушения кольцевых постоянных магнитов в результате ударного соприкосновения с ними шайбы при ее перемещениях в крайние положения, обусловленного хрупкостью материала магнитов, и размагничивания их при ударе;
- нерациональность формы магнитопроводов, приводящая к рассеиванию магнитного потока в кольцевых магнитах и, как следствие этого, к снижению потенциальной величины магнитной удерживающей силы;
- отсутствие возможности увеличения площади расходного проходного сечения при смене рабочей среды с газовой на жидкую, что сужает область применения клапана по расходу.
Известен клапан перепускной с магнитной фиксацией, содержащий корпус с крышкой на резьбе, запорный орган со штоком, седло в виде патрубка с уплотнительной манжетой на его конце, сопрягаемое с запорным органом, дросселирующий диск, жестко скрепленный с запорным органом, установленный в проходном канале патрубка, пружину, установленную в распор между крышкой и запорным органом, два кольцевых постоянных магнита, закрепленных в кольцевых магнитопроводах с сечением П-образной формы и посаженных глухими торцами друг к другу в гильзу из немагнитного материала, сопрягаемую с корпусом с возможностью перемещения, магнитопроводную шайбу, закрепленную на втулке, посаженной во внутреннюю цилиндрическую поверхность кольцевых магнитопроводов и на соосный ей шток, с возможностью перемещения в обоих сопряжениях, ограниченного в одну сторону магнитным элементом, на конце штока, и нагруженную дополнительной пружиной относительно штока поперечную перегородку корпуса с направляющей втулкой (Патент на полезную модель RU №53747 U1 от 27.05.2006, F16K 31/08, F16K 17/04).
Недостатками известного клапана являются:
- отсутствие возможности плавного регулирования величин удерживающей магнитной силы магнитных цепей, образованных кольцевыми постоянными магнитами, кольцевыми магнитопроводами, магнитопроводной шайбой или магнитным элементом, с целью настройки клапана на заранее заданный перепад давления рабочей среды на нем в моменты начала его открытия или закрытия. Настройку можно осуществить только подбором кольцевых постоянных магнитов из имеющегося ассортимента магнитов различной магнитной силы;
- недостаточное увеличение пропускной способности клапана для аварийного сброса рабочей среды при экстренном росте ее давления, что приводит к увеличению времени сброса. Это поясняется следующим образом: пропускная способность клапана определяется не только перепадом давления на нем, но и суммой величин гидравлического сопротивления сопряжения дросселирующего диска с проходным каналом патрубка и гидравлического сопротивления кольцевой щели между седлом и поднятым над ним запорным органом. При любой величине подъема запорного органа над седлом дросселирующий диск не выходит из сопряжения с проходным каналом и величина гидравлического сопротивления сопряжения не меняется. При нормальном перепаде давления запорный орган поднимается над седлом до тех пор, пока магнитопроводная шайба не коснется магнитопровода нижнего постоянного магнита. В этом случае сумма величин гидравлических сопротивлений определяет нормальную пропускную способность клапана. При экстренном росте давления рабочей среды запорный орган поднимается еще больше, шток, сжимая обе пружины, скользит во втулке магнитопровода, обеспечивая дальнейший подъем запорного органа. Величина щели между седлом и запорным органом выросла, величина гидравлического сопротивления щели уменьшилась, что привело к снижению суммы величин гидравлических сопротивлений и росту пропускной способности клапана сверх нормы. Этим обеспечивается аварийный сброс рабочей среды. Но этого недостаточно, поскольку гидравлическое сопротивление сопряжения дросселирующего диска с проходным каналом патрубка не меняется, остается по величине лимитирующим, в конечном счете, определяющим сумму величин гидравлических сопротивлений. Проходной канал патрубка не открывается, остается загроможденным дросселирующим диском, что значительно увеличивает время аварийного сброса и может усугубить ситуацию, вызванную экстренным ростом давления рабочей среды;
- нерациональность формы кольцевых магнитопроводов, приводящая к рассеиванию магнитного потока в кольцевых постоянных магнитах и, как следствие этого, к снижению потенциальной величины магнитной удерживающей силы;
- отсутствие возможности увеличения площади проходного сечения, определяющего расход, при смене рабочей среды с газовой на жидкую, что ограничивает область применения клапана по расходу;
- электрохимический износ штока в сопряжении с направляющей втулкой;
- неадекватность формы профиля поверхностей магнитопроводной шайбы и магнитного элемента, контактирующих с открытыми торцами магнитопроводов, ступенчатой форме сочетания торца постоянных магнитов и открытого торца магнитопроводов, что предопределяет наличие зазора между торцом постоянных магнитов и контактной поверхностью магнитопроводной шайбы и магнитного элемента, что, в свою очередь, резко снижает потенциальную величину магнитной удерживающей силы.
Известный клапан наиболее близок к изобретению по технической сути и достигаемьм техническим результатам.
Технической задачей изобретения является клапан перепускной магниторегулируемый для двухфазных сред, конструкция которого позволяет: плавно регулировать удерживающую магнитную силу, фиксирующую запорный орган в крайних положениях, значительно, во много раз, увеличить пропускную способность клапана при аварийном сбросе рабочей среды, вызванном экстренным ростом ее давления, в том числе при прорыве газового «пузыря», и при смене рабочей среды с газовой на жидкую предотвращать удары замыкающего магнитную цепь звена о магниты при перемещении в крайние положения запорного органа и амортизировать удары последнего о седло, не допускать рассеивания магнитного потока в магнитах.
1
3
0
Техническая задача по клапану перепускному магниторегулируемому для двухфазных сред, I-й вариант (см. фиг.1, 2, 3), содержащему корпус с крышкой на резьбе, запорный орган со штоком, седло в виде патрубка с уплотнительной манжетой на его конце, сопрягаемое с запорным органом, дросселирующий диск, скрепленный с запорным органом, установленный с радиальным зазором вверху проходного канала патрубка, пружину, установленную в распор между крышкой и запорным органом, поперечную перегородку корпуса с направляющей втулкой, два кольцевых постоянных магнита, закрепленных в двух кольцевых магнитопроводах с кольцевым сечением П-образной формы, установленных глухими торцами друг к другу в корпусе с возможностью перемещения, магнитопроводную шайбу, закрепленную на втулке, посаженной во внутреннюю цилиндрическую поверхность кольцевых магнитопроводов и на соосный ей шток, с возможностью перемещения в обоих сопряжениях, ограниченного в одну сторону магнитным элементом на конце штока, и нагруженную дополнительной пружиной с другой стороны относительно штока, решается согласно изобретению тем, что крышка выполнена в виде магнитопровода, третьего по счету, в котором закреплен третий кольцевой постоянный магнит, на внутренних цилиндрических поверхностях магнитопроводов, охватывающих постоянные магниты, выполнены цилиндрические проточки, конфигурация контактных поверхностей магнитного элемента и магнитопроводной шайбы, сопрягаемых с контактными поверхностями сочетаний торца постоянного магнита с открытым торцом магнитопровода, адекватна профилю контактных поверхностей сочетаний, причем высота выступа конфигурации меньше глубины ответной выступу впадины профиля на величину Δ=(0,1÷03) мм, внизу проходного канала патрубка, с радиальным зазором, установлен на штоке «жидкостный» дросселирующий диск, в дополнение к имеющемуся «газовому» дросселирующему диску, поднимающемуся над торцом патрубка на величину Δ при максимальном ходе - S штока, ограниченном вверх упором магнитного элемента в открытый торец третьего магнитопровода, вниз - упором в торец патрубка запорного органа, посаженного с возможностью смещения на шток, подпружиненного снизу и сверху через подвижную на штоке антифрикционную гильзу, посаженную с возможностью перемещения в направляющую втулку из неэлектропроводного материала, кроме того, внутренняя цилиндрическая втулка магнитопроводов выполнена в виде разрезной гильзы с фланцами, зафиксированной пресс-втулкой, стопорящей постоянный магнит в магнитопроводах, при этом нижний и средний из них посажены в корпус с радиальным зазором между крышкой и пружиной в распор, обеспечиваемый подвижными дистанционными немагнитопроводными гильзами, плотно посаженными в корпус, а верхний и нижний магнитопроводы содержат каждый подвижное замыкающее магнитопроводное звено с резьбовой короной, зубцы которой пропущены через отверстия перфорации глухого торца магнитопроводов и сопрягаются резьбой в одном случае с резьбовой немагнитопроводной пробкой, установленной в крышке, в другом случае с немагнитопроводной гайкой, установленной в зазоре, между глухими торцами среднего и нижнего магнитопроводов, обеспечиваемом дистанционной немагнитопроводной втулкой, причем зубчатый венец гайки сопрягается с торцевыми пазами резьбовой гильзы, установленной с возможностью вращения и зафиксированной от осевого смещения в расточке корпуса, при этом крышка ввернута в резьбовую гильзу.
1
3
0
Техническая задача по клапану перепускному магниторегулируемому для двухфазных сред, II-й вариант (см. фиг.1, 2, 4), содержащему корпус с крышкой на резьбе, запорный орган со штоком, седло в виде патрубка с уплотнительной манжетой на его конце, сопрягаемое с запорным органом, дросселирующий диск, скрепленный с запорным органом, установленный с радиальным зазором вверху проходного канала патрубка, пружину, установленную в распор между крышкой и запорным органом, поперечную перегородку корпуса с направляющей втулкой, два кольцевых постоянных магнита, закрепленных в двух кольцевых магнитопроводах с кольцевым сечением П- образной формы и установленных глухими торцами друг к другу в корпусе с возможностью перемещения, магнитопроводную шайбу, закрепленную на втулке, посаженной во внутреннюю цилиндрическую поверхность кольцевых магнитопроводов, и на соосный ей шток, с возможностью перемещения в обоих сопряжениях, ограниченного в одну сторону магнитным элементом на конце штока, и нагруженную дополнительной пружиной с другой стороны относительно штока, решается согласно изобретению тем, что крышка выполнена в виде магнитопровода, третьего по счету, в котором закреплен третий кольцевой постоянный магнит, на внутренних цилиндрических поверхностях магнитопроводов, охватывающих постоянные магниты, выполнены цилиндрические проточки, конфигурация контактных поверхностей магнитного элемента и магнитопроводной шайбы, сопрягаемых с контактными поверхностями сочетаний торца постоянного магнита с открытым торцом магнитопровода, адекватна профилю контактных поверхностей сочетаний, причем высота выступа конфигурации меньше глубины ответной выступу впадины профиля на величину Δ=(0,1÷03) мм, внизу проходного канала патрубка, с радиальным зазором, установлен на штоке «жидкостный» дросселирующий диск, в дополнение к имеющемуся «газовому» дросселирующему диску, поднимающемуся над торцом патрубка на величину Δ при максимальном ходе - S штока, ограниченном вверх упором магнитного элемента в открытый торец третьего магнитопровода, вниз - упором в торец патрубка запорного органа, посаженного с возможностью смещения на шток, подпружиненного снизу и сверху через подвижную на штоке антифрикционную гильзу, посаженную с возможностью перемещения в направляющую втулку из неэлектропроводного материала, кроме того, постоянные магниты закреплены клеевым соединением в магнитопроводах, при этом нижний и средний из них посажены в корпус с радиальным зазором между крышкой и пружиной в распор, обеспечиваемый подвижными дистанционными немагнитопроводными гильзами, плотно посаженными в корпус, а верхний и нижний магнитопроводы содержат каждый подвижное замыкающее магнитопроводное звено с резьбовой короной, зубцы которой пропущены через отверстия перфорации глухого торца магнитопроводов и сопрягаются резьбой в одном случае с резьбовой немагнитопроводной пробкой, установленной в крышке, в другом случае с немагнитопроводной гайкой, установленной в зазоре между глухими торцами среднего и нижнего магнитопроводов, обеспечиваемом дистанционной немагнитопроводной втулкой, причем зубчатый венец гайки сопрягается с торцевыми пазами резьбовой гильзы, установленной с возможностью вращения и зафиксированной от осевого смещения в расточке корпуса, при этом крышка ввернута в резьбовую гильзу.
1
3
0
Техническая задача по клапану перепускному магниторегулируемому для двухфазных сред, III-й вариант (см. фиг.2, 5, 6), содержащему корпус с крышкой на резьбе, запорный орган со штоком, седло в виде патрубка с уплотнительной манжетой на его конце, сопрягаемое с запорным органом, дросселирующий диск, скрепленный с запорным органом, установленный с радиальным зазором вверху проходного канала патрубка, пружину, установленную в распор между крышкой и запорным органом, поперечную перегородку корпуса с направляющей втулкой, два кольцевых постоянных магнита, закрепленных в двух кольцевых магнитопроводах с кольцевым сечением П-образной формы и установленных глухими торцами друг к другу в корпусе с возможностью перемещения, магнитопроводную шайбу, закрепленную на втулке, посаженной во внутреннюю цилиндрическую поверхность кольцевых магнитопроводов, и на соосный ей шток, с возможностью перемещения в обоих сопряжениях, ограниченного в одну сторону магнитным элементом на конце штока, и нагруженную дополнительной пружиной с другой стороны относительно штока, решается согласно изобретению тем, что крышка выполнена в виде магнитопровода, третьего по счету, в котором закреплен третий кольцевой постоянный магнит, на внутренних цилиндрических поверхностях магнитопроводов, охватывающих постоянные магниты, выполнены цилиндрические проточки, конфигурация контактных поверхностей магнитного элемента и магнитопроводной шайбы, сопрягаемых с контактными поверхностями сочетаний торца постоянного магнита с открытым торцом магнитопровода, адекватна профилю контактных поверхностей сочетаний, причем высота выступа конфигурации меньше глубины ответной выступу впадины профиля на величину Δ=(0,1÷03) мм, внизу проходного канала патрубка, с радиальным зазором, установлен на штоке «жидкостный» дросселирующий диск, в дополнение к имеющемуся «газовому», дросселирующему диску, поднимающемуся над торцом патрубка на величину Δ при максимальном ходе - S штока, ограниченном вверх упором магнитного элемента в открытый торец третьего магнитопровода, вниз - упором в торец патрубка запорного органа, посаженного с возможностью смещения на шток, подпружиненного снизу и сверху через подвижную на штоке антифрикционную гильзу, посаженную с возможностью перемещения в направляющую втулку из неэлектропроводного материала, кроме того, внутренняя цилиндрическая втулка магнитопроводов выполнена в виде разрезной гильзы с фланцами, зафиксированной пресс-втулкой, стопорящей постоянный магнит в магнитопроводах, при этом нижний и средний из них посажены в корпус с радиальным зазором между крышкой и пружиной в распор, обеспечиваемый подвижными дистанционными немагнитопроводными гильзами, плотно посаженными в корпус, а верхний и нижний магнитопроводы содержат каждый подвижное замыкающее магнитопроводное звено с резьбовой короной, зубцы которой пропущены через отверстия перфорации глухого торца магнитопроводов и сопрягаются резьбой в одном случае с резьбовой немагнитопроводной пробкой, установленной в крышке, в другом случае с немагнитопроводной гайкой, установленной в зазоре между глухими торцами среднего и нижнего магнитопроводов, обеспечиваемом дистанционной немагнитопроводной втулкой, причем венец гайки с зубьями цилиндрической косозубой эвольвентной передачи сопрягается с цилиндрическим червяком, установленном в приделе к корпусу, с возможностью вращения, и зафиксированном по оси.
1
3
0
Техническая задача по клапану перепускному магниторегулируемому для двухфазных сред, IV-й вариант (см. фиг.2, 7), содержащему корпус с крышкой на резьбе, запорный орган со штоком, седло в виде патрубка с уплотнительной манжетой на его конце, сопрягаемое с запорным органом, дросселирующий диск, скрепленный с запорным органом, установленный с радиальным зазором вверху проходного канала патрубка, пружину, установленную в распор между крышкой и запорным органом, поперечную перегородку корпуса с направляющей втулкой, два кольцевых постоянных магнита, закрепленных в двух кольцевых магнитопроводах с кольцевым сечением П-образной формы, установленных глухими торцами друг к другу в корпусе с возможностью перемещения, магнитопроводную шайбу, закрепленную на втулке, посаженной во внутреннюю цилиндрическую поверхность кольцевых магнитопроводов, и на соосный ей шток, с возможностью перемещения в обоих сопряжениях, ограниченного в одну сторону магнитным элементом на конце штока, и нагруженную дополнительной пружиной с другой стороны относительно штока, решается согласно изобретению тем, что крышка выполнена в виде магнитопровода, третьего по счету, в котором закреплен третий кольцевой постоянный магнит, на внутренних цилиндрических поверхностях магнитопроводов, охватывающих постоянные магниты, выполнены цилиндрические проточки, конфигурация контактных поверхностей магнитного элемента и магнитопроводной шайбы, сопрягаемых с контактными поверхностями сочетаний торца постоянного магнита с открытым торцом магнитопровода, адекватна профилю контактных поверхностей сочетаний, причем высота выступа конфигурации меньше глубины ответной выступу впадины профиля на величину Δ=(0,1÷03) мм, внизу проходного канала патрубка, с радиальным зазором, установлен на штоке «жидкостный» дросселирующий диск, в дополнение к имеющемуся «газовому» дросселирующему диску, поднимающемуся над торцом патрубка на величину Δ при максимальном ходе - S штока, ограниченном вверх упором магнитного элемента в открытый торец третьего магнитопровода, вниз - упором в торец патрубка запорного органа, посаженного с возможностью смещения на шток, подпружиненного снизу и сверху через подвижную на штоке антифрикционную гильзу, посаженную с возможностью перемещения в направляющую втулку из неэлектропроводного материала, кроме того, внутренняя цилиндрическая втулка магнитопроводов выполнена в виде разрезной гильзы с фланцами, зафиксированной пресс-втулкой, стопорящей постоянный магнит в магнитопроводах, при этом нижний и средний из них посажены в корпус с радиальным зазором между крышкой и пружиной в распор, обеспечиваемый подвижными дистанционными немагнитопроводными гильзами, плотно посаженными в корпус, а верхний и нижний магнитопроводы содержат каждый подвижное замыкающее магнитопроводное звено с резьбовой короной, зубцы которой пропущены через отверстия перфорации глухого торца магнитопроводов и сопрягаются резьбой в одном случае с резьбовой немагнитопроводной пробкой, установленной в крышке, в другом случае с немагнитопроводной гайкой, установленной в зазоре между глухими торцами среднего и нижнего магнитопроводов, обеспечиваемом дистанционной немагнитопроводной втулкой, причем цевочный венец гайки сопрягается с торцевыми цевками вала, установленного в приделе к корпусу с возможностью вращения и зафиксированного по оси.
Сущность изобретения поясняется чертежами:
фиг.1 - общий вид клапана в разрезе, 1-й вариант, верхняя часть изображения по линии раздела Z-Z;
фиг.2 - Общий вид клапана в разрезе, нижняя часть изображения от линии раздела Z-Z - общая для верхних частей изображений клапанов по вариантам: I, II, III и IV;
фиг.3 - Сечение А-А клапана по 1-му варианту с фиг.1;
фиг.4 - Выноска Б с фиг.1, фрагмент изображения клапана П-го варианта;
фиг.5 - Общий вид клапана в разрезе, 111-й вариант, верхняя часть изображения по линию раздела Z-Z;
фиг.6 - Сечение В-В клапана по 111-му варианту с фиг.5;
фиг.7 - Общий вид клапана в разрезе, IV-й вариант, верхняя часть изображения по линию раздела Z-Z;
фиг.8 - Общий вид разрезной гильзы в разрезе;
фиг.9 - Вид Г с фиг.8.
Клапан перепускной магниторегулируемый для двухфазных сред, по 1-му варианту исполнения (см. фиг.1, 2, 3, 8, 9), в дальнейшем тексте «клапан», содержит корпус 1, в расточке 2 которого с возможностью вращения установлена резьбовая гильза 3 с крышкой на резьбе 4. Резьбовая гильза 3 зафиксирована в расточке 2 корпуса 1 от осевого смещения пружинным упорным плоским кольцом 5 и накидной гайкой 6. Клапан содержит шток 7, на котором с возможностью смещения установлен запорный орган 8, сопрягаемый с седлом 9 в виде патрубка 10 с уплотнительной манжетой 11 на его конце. На конце штока 7 в проходном канале патрубка 10 установлены с радиальным зазором: имеющийся «газовый» сверху и в дополнение к нему «жидкостный» снизу дросселирующие диски 12, 13 с отверстиями. Запорный орган 8 поджат пружиной 14 снизу и пружиной 15 сверху через антифрикционную гильзу 16, посаженную с возможностью перемещения на шток 8 и в направляющую втулку 17 из неэлектропроводного материала, закрепленную в поперечной перегородке 18 корпуса 1. В клапане имеются три кольцевых постоянных магнита 19, 20, 21, нижний, средний, верхний, закрепленные в кольцевых магнитопроводах 22, 23, 24, нижнем, среднем, верхнем. Магнитопроводы 22, 23, 24 имеют кольцевое сечение П-образной формы.
1
1
1
2
1
3
Верхний магнитопровод 24 образован крышкой 4. Средний и нижний магнитопроводы 23, 22 обращены своими глухими торцами друг к другу, разделены зазором, обеспеченным дистанционной немагнитопроводной втулкой 25, и посажены с радиальным зазором t в корпус 1 с резьбовой гильзой 3. Между крышкой 4 и запорным органом 8 установлена пружина 26 в распор, обеспечиваемый подвижными дистанционными немагнитопроводными гильзами 27, 28, магнитопроводами 22, 23, втулкой 25, опорой 29, штоком 7, шайбой 30, пружиной 15, гильзой 16. Гильзы 27, 28 плотно посажены в корпус 1 с резьбовой гильзой 3. На шток 7 посажена, с возможностью перемещения, антифрикционная немагнитопроводная втулка 31 с закрепленной на ней магнитопроводной шайбой 32, сопрягаемой с нижним магнитопроводом 22. Втулка 31 посажена также во внутреннюю цилиндрическую поверхность магнитопроводов 22, 23 с возможностью перемещения. Перемещение втулки 31 относительно штока 7 вверх ограничено магнитным элементом 33, закрепленным на конце штока 7. Снизу шайба 32 с втулкой 31 нагружена дополнительной пружиной 34, опирающейся на опору 35 на штоке 7. В магнитопроводы 22 и 24 вставлены с возможностью перемещения только по оси подвижные магнитопроводные звенья 36, 37, замыкающие между торцами постоянных магнитов 19, 21 и магнитопроводами 22, 24 магнитную цепь. Звенья 36, 37 оснащены резьбовыми коронами 38, 39, зубцы которых пропущены через отверстия 40, 41 перфораций глухих торцов магнитопроводов 22, 24 и сопряжены резьбой: корона 39 - с резьбовой немагнитопроводной пробкой 42, установленной с возможностью вращения и фиксацией по оси в крышке 4, корона 38 - с немагнитопроводной гайкой 43, установленной в зазоре между магнитопроводами 22, 23 с возможностью вращения. Зубчатый венец 44 гайки 43 сопрягается с торцевыми пазами 45 гильзы 3. Внутренняя цилиндрическая втулка 46 магнитопроводов 22, 23, 24 выполнена в виде разрезной гильзы 47 с фланцами и зафиксированной во внутренней цилиндрической поверхности магнитов 19, 20, 21 и на глухом торце магнитопроводов 22, 23,24 пресс-втулкой 48, запрессованной в гильзу 47. Фланцы гильзы 47 плотно крепят магниты 19, 20, 21 в магнитопроводах 22, 23, 24, на внутренних цилиндрических поверхностях которых, охватывающих магниты 19, 20, 21, выполнены цилиндрические выточки 49. Выточки 49, как и радиальный зазор - t между магнитопроводами 22, 23 и корпусом 1 с гильзой 3, немагнитопроводные пробка 42, гайка 43, втулка 31, гильзы 27, 28, втулка 25 служат для минимизации потерь рассеиванием магнитного потока постоянных магнитов 19, 20, 21 и в магнитопроводах 22, 23, 24 путем предотвращения прямых контактов последних с примыкающими к ним деталями клапана. Конфигурация контактных поверхностей магнитного элемента 33, причем с двух сторон, и магнитопроводной шайбы 32, соприкасающихся с открытыми торцами магнитопроводов 23, 24 и открытым торцом магнитопровода 22 соответственно, выполнены адекватными профилю контактных поверхностей, образованных сочетаниями торцов магнитов 19, 20, 21 и открытых торцов магнитопроводов 22, 23, 24. Высота - h выступа конфигурации контактных поверхностей магнитного элемента 33 и высота выступа - h магнитопроводной шайбы 32 меньше на величину Δ=(0,1÷03) мм глубины - h ответной выступу впадины профиля контактных поверхностей сочетаний торцов магнитов 19, 20, 21 и открытых торцов магнитопроводов 22, 23, 24. Это выполнено с целью предотвращения прямых ударов по торцам магнитов 19, 20, 21 выступами 50, 51, 52 магнитопроводной шайбы 32 и магнитного элемента 33. Максимальный ход штока 7 ограничен вверх упором магнитного элемента 33 о магнитопровод 24, вниз - упором запорного органа 8 о торец патрубка 10. Для амортизации удара о торец патрубка 10 запорного органа 8 последний посажен на шток 7 с возможностью смещения и подпружинен сверху пружиной 15 и снизу пружиной 14. Предварительное усилие сжатия пружины 15 превышает сумму максимальных усилий сжатия пружин 26, 34, развиваемых ими в процессе работы клапана. Предварительное усилие сжатия пружины 14 превышает усилие, необходимое для монтажной деформации уплотнительного эластомерного кольца 53. Предварительные усилия сжатия пружин 26, 34 регулируются перестановкой опор 29, 35 на штоке 7 и фиксацией их штифтами 54. Герметичность внутреннего пространства клапана, а также предотвращение самопроизвольного отворачивания резьбовых сопряжений и движения кинематических пар обеспечивается уплотнительными эластомерными кольцами.
II-й вариант исполнения клапана (см. фиг.1, 2, 4) в основном идентичен 1-му варианту и отличается тем, что отсутствуют разрезные гильзы 47 и пресс-втулки 48, а внутренняя цилиндрическая втулка 46 магнитопроводов 22, 23, 24 выполнена заодно с остальным телом магнитопроводов 22, 23, 24 как часть единого целого. Крепление магнитов 19, 20, 21 в магнитопроводах 22, 23, 24 выполнено с помощью клеевого соединения.
III-й вариант исполнения клапана (см. фиг.2, 5, 6) в основном идентичен 1-му варианту за исключением того, что отсутствуют резьбовая втулка 3, расточка 2 корпуса 1, упорное кольцо 5, накидная гайка 6, зубчатый венец 44 гайки 43. Корпус 1 имеет на верхнем конце резьбу, в которую ввернута крышка 4, гайка 43 наделена венцом 55 с зубьями цилиндрической косозубой эвольвентной передачи, сопрягаемой с цилиндрическим червяком 56, установленным в придел 57 к корпусу 1 с возможностью вращения и осевой фиксации.
IV-й вариант исполнения клапана (см. фиг.2, 7) в основном идентичен 111-му варианту за исключением того, что отсутствуют венец 55, червяк 56, придел 57 к корпусу 1. Гайка 43 наделена цевочным венцом 58, сопрягаемым с торцевыми цевками 59 вала 60, установленного в приделе 61 корпуса 1 с возможностью вращения и осевой фиксацией.
макс
2
1
мин
Клапан перепускной магниторегулируемый для двухфазных сред работает следующим образом (см. фиг.1, 2, З): запорный орган 8 сидит на торце патрубка 10 и перекрывает поток рабочей среды под действием дисбаланса сил, действующих на него. Манжета 11 герметизирует сопряжение запорного органа 8 с седлом 9. С одной стороны на запорный орган 8 действует усилие, создаваемое перепадом давлений среды до и после клапана, которое меньше суммы усилий предварительного сжатия пружины 26 и магнитной удерживающей силы магнитной цепи: средний постоянный магнит 20, средний магнитопровод 23 и соприкасающийся с ним магнитный элемент 33 как замыкающее звено магнитной цепи. Таким образом, осуществляется фиксация клапана в крайнем положении «Закрыто». Величину магнитной удерживающей силы регулируют ввинчиванием крышки 4 по резьбе. При этом гильзой 27 сдвигают магнитопровод 23 вниз, подпираемый о запорный орган 8 пружиной 26 через втулку 25, магнитопровод 22, гильзу 28, опору 29. Нижнее крайнее положение магнитного элемента 33 постоянно, поскольку его положение определяется упором запорного органа 8 о торец патрубка 10. При движении вниз магнитопровода 23 между ним и магнитным элементом 33 образуется и увеличивается по величине зазор, являющийся сопротивлением в магнитной цепи. При вывинчивании крышки 4 зазор уменьшается, поскольку магнитопровод 23 сдвигается вверх под усилием пружины 26. Таким образом, увеличивая или уменьшая величину зазора, то есть увеличивая или уменьшая величину сопротивления в магнитной цепи, регулируют величину магнитной удерживающей силы. При достижении перепада давлений газовой фазы среды на клапане максимальной величины - ΔP дисбаланс сил нарушается и меняет направление. Запорный орган 8 со штоком 7 отрывается от седла 9, открывает проход рабочей среде. Также отрывается от магнитопровода 23 магнитный элемент 33 и удерживающая магнитная сила магнитной цепи стремительно падает по величине до нуля. Клапан расфиксирован из положения «Закрыто». Газодинамическое воздействие потока газовой фазы рабочей среды из проходного канала седла 9 под воздействием перепада давлений на клапане действует на запорный орган 8 и основной «газовый» дросселирующий диск 12, сопрягаемый с проходным каналом патрубка 10, с усилием, превышающим по величине усилие предварительного сжатия пружины 26 на величину максимальной удерживающей магнитной силы магнитной цепи. Запорный орган 8 со штоком 7, а вместе с ними и магнитопроводная шайба 32, поджатая дополнительной пружиной 34, под действием этого дисбаланса сил стремительно поднимается вверх до упора с ударом магнитопроводной шайбы 32 в магнитопровод 22. Выступ 50 магнитопроводной шайбы 32 не достигает плотного контакта с торцом магнита 19 на величину Δ=(0,1÷0,3) мм минимум, что предотвращает удар по магниту 19. Дальнейший подъем вверх прекращается, поскольку сумма усилия предварительного сжатия дополнительной пружины 34 и усилия сжатия пружины 26 превышает по величине усилие газодинамического воздействия потока газовой фазы на запорный орган 8 и «газовый» дросселирующий диск 12. Газодинамическое воздействие потока газовой фазы на «жидкостный» дросселирующий диск 13 крайне незначительно по величине усилия и может не приниматься в расчет, поскольку он в этот момент находится в расточке 62 патрубка 10, диаметр которой значительно больше диаметра проходного канала патрубка 10, а суммарная площадь отверстий в нем значительно больше, поскольку рассчитана на пропуск жидкой фазы, суммарной площади отверстий в «газовом» дросселирующем диске 12. При замыкании магнитопроводной шайбой 32 магнитной цепи: магнитопровод 22, магнитопроводное звено 36, постоянный магнит 19; возникает удерживающая магнитная сила, в сумме с усилием газодинамического воздействия потока рабочей среды из седла 9 на запорный орган 8 и «газовый» дросселирующий диск 12 превышает по величине усилие сжатия пружины 26, и этим дисбалансом сил фиксирует в этом положении запорный орган 8 со штоком 7. Таким образом, клапан зафиксирован в промежуточном положении «Открыто» для пропуска газовой фазы. Ход запорного органа 8 со штоком 7 - S. При понижении перепада давлений рабочей среды до и после клапана до минимальной величины - ΔР дисбаланс сил нарушается и меняет направление. Клапан расфиксируется из положения «Открыто», магнитная шайба 32 отрывается от магнитопровода 22, удерживающая магнитная сила магнитной цепи падает по величине до нуля. Сила сжатия пружины 26 превышает усилие газодинамического воздействия потока рабочей среды из сопла 9 на запорный орган 8 и «газовый» дросселирующий диск 12 на величину максимальной удерживающей магнитной силы магнитной цепи. Под воздействием этого дисбаланса сил магнитопроводная шайба 32 со штоком 7 вместе с запорным органом 8 стремительно опускается вниз до упора с ударом запорного органа 8 в торец патрубка 10. Поток рабочей среды перекрыт. Клапан зафиксирован в положении «Закрыто», как показано выше. Величину удерживающей магнитной силы магнитной цепи: магнитопровод 22, магнитопроводное звено 36, постоянный магнит 19, магнитопроводная шайба 32; регулируют перемещением магнитопроводного звена 36, увеличивая или уменьшая зазор между ним и торцом магнита 19, то есть увеличивая или уменьшая сопротивление в магнитной цепи. Достигают это вращением немагнитопроводной гайки 43 с помощью вращения резьбовой гильзы 3 в 1-м и 11-м вариантах исполнения клапана, в 111-м варианте - цилиндрического червяка 56, а в IV-м варианте - вала 60.
Подобным же образом регулируют величину удерживающей магнитной силы в магнитной цепи: магнитопровод 24, магнитопроводное звено 37, постоянный магнит 21, магнитный элемент 33; вращением немагнитопроводной пробки 42. Удар запорного органа 8 о торец патрубка 10 амортизируют пружиной 15, при этом шток 7 сдвигается, с возвратом, относительно запорного органа 8, и для предотвращения раскрытия стыка между запорным органом 8 и вставкой 63 служит пружина 14. При перемещении в магнитных полях постоянных магнитов магнитопроводной шайбы и магнитного элемента в конструкции клапана-аналога возникали блуждающие электротоки, перетекающие с корпуса на шток, поскольку направляющая втулка была выполнена из электропроводного материала, служившего причиной электрохимической коррозии штока в этом месте. Поэтому направляющая втулка 17 заявляемого клапана выполнена из неэлектропроводного материала. При протекании жидкой фазы через клапан работа его происходит следующим образом: по достижении перепада давлений жидкой фазы на клапане максимальной величины -
макс
3
2
0
мин
2
макс
мин
макс
ΔР, клапан расфиксируется из положения «Закрыто» и переходит в промежуточное положение «Открыто», далее магнитопроводная шайба 32 с немагнитопроводной втулкой 31 остается зафиксированной у нижнего магнитопровода 22, а шток 7 с запорным органом 8 и магнитным элементом 33 продолжают двигаться далее вверх, скользя в немагнитопроводной втулке 31, преодолевая усилие предварительного сжатия дополнительной пружины 34 и усилие сжатия пружины 26 под гидродинамическим воздействием потока жидкой фазы из сопла 9 на запорный орган 8, на «газовый» дросселирующий диск 12 в начале движения и на «жидкостный» дросселирующий диск 13 в конце движения. В конце движения «газовый» дросселирующий диск 12 выходит из сопряжения с проходным каналом патрубка 10 и поднимается над его торцом на величину Δ, то есть практически крайне незначительно участвует в силовом взаимодействии с потоком жидкой фазы, а «жидкостный» дросселирующий диск 13 выходит из расточки 62 патрубка 10 и вступает в сопряжение с проходным каналом патрубка 10, то есть полностью участвует в силовом взаимодействии с потоком жидкой фазы и определяет усилие взаимодействия и расход жидкой фазы через клапан. Усилие гидродинамического воздействия потока жидкой фазы значительно больше усилия газодинамического воздействия потока газовой фазы на «газовый» дросселирующий диск 12 при равной величине перепада давлений рабочих сред на клапане. Этим объясняется то обстоятельство, что шток 7 с запорным органом 8 и магнитным элементом 33 продолжает дальше двигаться вверх после достижения клапаном промежуточного положения «Открыто» до соприкосновения магнитного элемента 33 как замыкающего магнитную цепь звена с магнитопроводом 24. Величина хода этого движения - S. Клапан фиксируется в крайнем положении «Максимально открыто». Запорный орган 8 поднимается на максимальную величину - S, величина проходного сечения сопряжения «жидкостного» дросселирующего диска 13 с проходным каналом патрубка 10 максимально возможная, значительно больше, чем в случае «газового» дросселирующего диска 12. Поэтому принят «газовый»дросселирующий диск 12 для газовой фазы и «жидкостный» дросселирующий диск 13 для жидкой фазы. Удерживающая магнитная сила магнитной цепи: магнитный элемент 33, магнитопровод 24, постоянный магнит 21 и магнитопроводное звено 37; в сумме с усилием гидродинамического воздействия потока жидкой фазы из сопла 9, под воздействием перепада давлений жидкой фазы на клапане, на запорный орган 8 и «жидкостный» дросселирующий диск 13 в сопряжении с проходным каналом патрубка 10 значительно больше суммы усилий сжатия пружин 26 и 37. Этот дисбаланс сил фиксирует клапан в крайнем положении «Максимально открыто». При падении перепада давлений до минимальной величины - ΔР дисбаланс сил нарушается и меняет направление, магнитный элемент 33 отрывается от магнитопровода 24, удерживающая магнитная сила магнитной цепи падает по величине до нуля. Сумма усилий сжатия пружин 26, 37 превышает на величину максимальной удерживающей магнитной силы магнитной цепи усилие гидродинамического воздействия потока жидкой фазы из сопла 9 на запорный орган 8 и «жидкостный» дросселирующий диск 13. Под действием этого дисбаланса сил шток 7 с запорным органом 8 устремляется вниз, разгоняется на протяжении хода - S, ударяет магнитным элементом 33 по торцу немагнитопроводной втулки 31, отрывает магнитопроводную шайбу 32 от магнитопровода 22 и устремляется далее до упора запорного органа 8 в торец патрубка 10. Магнитный элемент 33, достигнув магнитопровода 23, фиксирует клапан в крайнем положении «Закрыто». Подобная же картина работы клапана от крайнего положения «Закрыто» до крайнего положения «Максимально открыто» и обратно будет при поступлении газового «пузыря» из скважины, поскольку в этом случае величина перепада давлений газовой фазы на клапане будет многократно превышать величину - ΔР. Клапан быстро сбросит излишнюю порцию газовой фазы. Регулируя по величине предварительные усилия сжатия пружин 26, 34, а также удерживающие магнитные силы магнитных цепей по величине, можно настроить клапан на необходимые величины перепадов давлений рабочей среды на клапане - ΔР÷ΔP.
Использование изобретения на практике позволит создать клапан, наделенный возможностью плавно регулировать рабочий диапазон перепада давления рабочей среды и обеспечить эффективную защиту от аварийного роста давления рабочей среды перед клапаном, а также сократить объем наладочных и регулировочных работ, повысить точность, надежность, качество и эффективность его работы.