КЛАПАН КОНТРОЛЯ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
HIGH PRESSURE CONTROL VALVE

Изобретение относится к арматуростроению и может найти применение в нефтегазодобывающей промышленности для автоматического перекрытия потока среды нефтяных и газовых скважин при изменении расчетных параметров потока рабочей среды.
Известно отсечное устройство, содержащее запорный элемент с поршневым пневмоприводом и пилотный клапан со штоком, источник управляющей среды, связанный с пилотным клапаном и с подпоршневой полостью пневмопривода посредством управляемого клапана и обратными клапанами, установленными в над- и подпоршневых полостях пневмопривода, причем обратный клапан подпоршневой полости соединен с управляемым клапаном и обратным клапаном надпоршневой полости шарнирно-рычажными связями и снабжен жестко связанным с ним подпружиненным толкателем, а на штоке пилотного клапана выполнена кольцевая канавка с возможностью взаимодействия с толкателем обратного клапана (а.с. СССР №1028932, МПК: F16K 17/32 от 03.12.81).
Недостатками известного технического решения являются значительная сложность конструкции, недостаточно широкий диапазон контролируемого давления в транспортируемой среде, сложность перенастройки.
Известен пневмоклапан с установленным в корпусе запорным органом, перемещаемым при помощи штока с управляющим поршнем, в котором выполнена расточка, причем диаметр расточки управляющего поршня равен диаметру штока, а в расточке поршня установлен вспомогательный поршень со сферическим концом, контактирующим с корпусом (а.с. СССР №653473, МПК: F16K 17/06 от 14.10.71).
Недостатками известного технического решения являются значительная сложность конструкции, недостаточно широкий диапазон контролируемого давления в транспортируемой среде, сложность перенастройки.
Известен пилотный клапан, связанный с запорным элементом и с источником управляющей среды, содержащий корпус со штуцерами входа, выхода и дренажа, шток, шарнирно-рычажные связи, причем подпружиненный шток с подпружиненным отсекателем имеет механизм переключения и связан с транспортируемой средой через мембранный узел, соединенный посредством шарнирно-рычажной связи, помимо подпружиненного штока, с механизмами настройки клапана, реагирующими на понижение и на повышение давления в транспортируемой среде, связанными посредством шайб и опор со сферической контактной поверхностью, установленных на противоположных концах коромысла, закрепленного в середине на оси, которое взаимодействует с шарнирно-рычажной связью (положительное решение по заявке на изобретение №2005126945 от 25.08.05, МПК: F16K 17/32).
Указанный пилотный клапан работает следующим образом.
Предварительно, при помощи механизмов настройки клапана, реагирующих на понижение и на повышение давления в транспортируемой среде, задается давление срабатывания клапана.
При изменении давления ниже минимального или выше максимального происходит срабатывание клапана на закрытие запорного элемента.
Недостатком клапана является то, что для его настройки на срабатывание в определенном диапазоне давлений требуется две пружины, одна из которых настраивается на верхнее значение давления, другая - на нижнее значение, что приводит к усложнению конструкции, росту массогабаритных характеристик и снижению точности настройки.
Известен пилотный клапан, содержащий корпус с линией подачи управляющего газа, механизмы настройки клапана, обеспечивающие срабатывание клапана при заданном давлении, исполнительный механизм с настроечной пружиной и мембраной, одна сторона которой обращена к полости, связанной с контролируемой средой, другая - контактирует с механизмом переключения, выполненным в виде рычага, консольно закрепленного одним концом на оси вращения и взаимодействующего с мембраной, а другим - связанного с механизмом фиксации подпружиненного штока, при этом один конец штока контактирует с устройством для его взведения, другой - с запорным элементом, перекрывающим полость управляющего газа при изменении параметров потока контролируемой среды, отличающийся тем, что рычаг взаимодействует с мембраной через стержень, расположенный на мембране, причем сторона рычага, обращенная к настроечной пружине исполнительного механизма, контактирует с настроечным элементом, выполненным в виде тела, имеющего две опорные сферические поверхности, одна из которых взаимодействует с ответной опорной поверхностью рычага, другая - с шайбой, воспринимающей усилие настроечной пружины исполнительного механизма (патент РФ №2337265, Заявка: 2007101667/06, 18.01.2007, МПК: F16K 17/32 - прототип).
Недостатком клапана является сложность конструкции, что приводит к снижению надежности работы, ухудшению массово-габаритных характеристик и снижению точности настройки.
Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков и создание пилотного клапана, конструкция которого позволяет обеспечить требуемую точность настройки и ее стабильность во времени и улучшить массово-габаритные характеристики.
Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенном клапане контроля высокого давления, содержащем корпус, в котором выполнены каналы подвода контролируемого рабочего тела, подвода и отвода гидравлической жидкости и установлен механизм настройки клапана, обеспечивающий срабатывание клапана при повышении давления контролируемого рабочего тела в заданных пределах, согласно изобретению на корпусе клапана, диаметрально противоположно, установлены корпус нижний с каналом подвода контролируемого рабочего тела и полый корпус пружины, один конец которого взаимодействует с корпусом клапана, а на другом конце установлен с возможностью осевого перемещения регулировочный винт для настройки давления срабатывания клапана, при этом внутри корпуса клапана установлена дополнительная камера, состоящая из нескольких частей, взаимодействующих между собой, причем в стенках упомянутой камеры выполнены сквозные радиальные каналы, открывающиеся в полости каналов подвода и отвода гидравлической жидкости и соединяющие полость внутри указанной камеры с полостями упомянутых каналов, при этом внутри самой камеры установлен с возможностью осевого перемещения плунжер, выполненный в виде катушки, содержащей центральную часть с профилированными цилиндрическими выступами на концах, причем на выступе, расположенном противоположно каналу подвода контролируемого рабочего тела, размещено кольцо уплотнительное, взаимодействующее с уплотнительной кромкой торца указанной камеры, при этом упомянутый плунжер одним концом взаимодействует с поршнем, установленным в канале контролируемого рабочего тела, а другим - с оправкой, на которой установлена пружина сжатия, одним концом упирающаяся в бурт на оправке, а другим концом взаимодействующая с основанием регулировочного винта, установленного в полом корпусе пружины, закрепленного одним концом в корпусе клапана, с возможностью осевого перемещения, при этом в одном крайнем положении плунжера уплотнительное кольцо взаимодействует с уплотнительной кромкой торца указанной камеры и разъединяет полости каналов подвода и отвода гидравлической жидкости и упомянутой камеры, в другом - упомянутое кольцо располагается от уплотнительной кромки торца указанной камеры на расстоянии, равном максимальному ходу плунжера, при этом полости каналов подвода и отвода гидравлической жидкости и упомянутой камеры соединяются между собой в этом крайнем положении и в любом другом промежуточном положении плунжера.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез клапана, на фиг. 2 - положение плунжера в момент, когда клапан находится в закрытом положении, на фиг. 3 - положение плунжера в момент, когда клапан находится в открытом положении.
Клапан контроля высокого давления (далее - клапан) содержит корпус 1, в котором выполнены каналы подвода контролируемого рабочего тела 2, подвода 3 и отвода гидравлической жидкости 4. На корпусе клапана 1, диаметрально противоположно, установлены корпус нижний 5 с каналом 6 подвода контролируемого рабочего тела и полый корпус 7 пружины 8. Один конец корпуса 7 пружины взаимодействует с корпусом клапана 1, а на другом конце установлен с возможностью осевого перемещения регулировочный винт 9 для настройки давления срабатывания клапана. Внутри корпуса клапана установлена дополнительная камера 10, состоящая из нескольких частей, взаимодействующих между собой (не обозначены). В стенках упомянутой камеры 10 выполнены сквозные радиальные каналы 11, открывающиеся в полости каналов подвода 3 и отвода 4 гидравлической жидкости и соединяющие полость 12 внутри указанной камеры 10 с полостями упомянутых каналов.
Внутри самой камеры установлен с возможностью осевого перемещения плунжер 13, выполненный в виде катушки, содержащей центральную часть 14 с профилированными цилиндрическими выступами 15 и 16 на концах. На выступе 15, расположенном противоположно каналу 2 подвода контролируемого рабочего тела, размещено кольцо уплотнительное 17, взаимодействующее с уплотнительной кромкой 18 торца указанной камеры. Плунжер 13 одним концом 19 взаимодействует с поршнем 20, установленным в канале 2 контролируемого рабочего тела, а другим 21 - с оправкой 22, на которой установлена пружина сжатия 8, одним концом упирающаяся в бурт 23 на оправке 21, а другим концом взаимодействующая с основанием регулировочного винта 9, установленного в полом корпусе 7 пружины 8, закрепленного одним концом в корпусе 1 клапана, с возможностью осевого перемещения. В одном крайнем положении плунжера 13 уплотнительное кольцо 17 взаимодействует с уплотнительной кромкой 18 торца камеры 10 и разъединяет полости каналов подвода 3 и отвода 4 гидравлической жидкости и упомянутой камеры 10. В другом крайнем положении плунжера 13 уплотнительное кольцо 17 располагается от уплотнительной кромки 18 торца камеры 10 на расстоянии, равном максимальному ходу плунжера 13, при этом полости каналов подвода 3 и отвода 4 гидравлической жидкости и упомянутой камеры 10 соединяются между собой в этом крайнем положении и в любом другом промежуточном положении плунжера 13.
Предложенный клапан контроля высокого давления работает следующим образом.
Клапан устанавливается на трубопроводе контролируемого рабочего тела при помощи нижнего корпуса 5 с каналом 6 подвода. Подвод и отвод гидравлической жидкости в клапан для приведения в действие исполнительных механизмов (не обозначены) управляемой запорно-регулирующей арматуры осуществляется при помощи каналов 3 подвода и отвода 4 соответственно.
Контролируемое рабочее тело поступает из канала 6 в канал 2 и начинает воздействовать на поршень 20, взаимодействующий с плунжером 13. С другой стороны, плунжер 13 взаимодействует с оправкой 22, в бурт 23 на которой упирается пружина 8, установленная в корпусе 7. Сила упругости пружины 8 задается путем перемещения вверх-вниз регулировочного винта 9, при этом сила упругости задается таким образом, чтобы плунжер 13 находился в равновесии, т.е. силы, с одной стороны, от давления контролируемого рабочего тела на поршень 20, с другой - от пружины 8, взаимно уравновешивали друг друга, и плунжер 13 находился в положении, при котором уплотнительное кольцо 17 взаимодействует с уплотнительной кромкой 18, и полости каналов 3 и 4 и полости 12 внутри камеры 10 разъединены. В этом случае клапан находится в рабочем нормально-закрытом положении.
При повышении давления контролируемого рабочего тела выше заданного, поршень 20 под воздействием давления контролируемого рабочего тела, преодолевая сопротивление пружины 8, поднимается, в данном случае, вверх, и перемещает плунжер 13, на выступе 15 которого располагается уплотнительное кольцо 17. Уплотнительное кольцо 17 перестает взаимодействовать с уплотнительной кромкой 18, полости каналов 3 и 4 и полость 12 внутри камеры 10 через каналы 11 оказываются соединенными между собой, и гидравлическая жидкость из канала подвода 3 сбрасывается в дренаж. При этом происходит сброс гидравлической жидкости из исполнительных механизмов контролируемой запорно-регулирующей арматуры с ее последующим закрытием.
Использование предложенного технического решения позволит упростить конструкцию клапана и повысить надежность его работы.