КОЛЬЦО СЕДЛА КЛАПАНА И МНОГОХОДОВОЙ КЛАПАН, ИМЕЮЩИЙ КОЛЬЦО СЕДЛА КЛАПАНА
VALVE SEAT RING AND MULTI-WAY VALVE HAVING VALVE SEAT RING

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к кольцу седла клапана, и, более конкретно, к кольцу седла клапана многоходового клапана, использующегося в нефтяной и химической отрасли, а также станции измерения потребления природного газа, и многоходовому клапану, имеющему кольцо седла клапана.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Как правило, многоходовой клапан используется для поочередного измерения производительности одиночной скважины, чтобы получить динамические данные о производительности скважины. Средняя часть клапана многоходового клапана снабжена кольцом седла клапана, а уплотнительная поверхность кольца седла клапана плотно прилегает к уплотнительной поверхности верхней части корпуса клапана. В настоящее время уплотнительная поверхность существующего кольца седла клапана приваривается/наплавляется на твердый сплав или металлокерамику, так, как описано в заявке на патент Китая ZL200420006528.1, заявке на патент Китая ZL200620167076.4 и заявке на патент Китая ZL200920291629.0.
При нормальном режиме работы многоходового клапана кольцо седла клапана совершает круговое движение вокруг осевого вала средней части клапана по уплотнительной поверхности верхней части корпуса клапана, а коэффициент уплотняющего давления уплотнительной поверхности кольца седла клапана к уплотнительной поверхности верхней части корпуса клапана преимущественно обеспечивается тарельчатой пружиной, поэтому, из-за ограничений упругой силы тарельчатой пружины, существующий многоходовой клапан может соответствовать только требованию испытания внутренней герметичности при низком дифференциальном давлении (DP). Если испытательное дифференциальное давление (DP) между отверстием для сбора и транспортировки и дозирующим отверстием многоходового клапана составляет вплоть до 6,9 МПа, т.е. 1000 фунт/кв. дюйм или даже выше, то это совсем не соответствует требованиям к отсутствию утечек уровня герметичности VI стандарта ANSI FCI-70.2 обеспечить коэффициент уплотняющего давления только посредством тарельчатой пружины. Кроме того, как и в конструкции традиционного кольца седла клапана, уплотнительная полоса на уплотнительной поверхности относительно широкая, из-за чего площадь соприкосновения уплотнения очень большая, и мощность, необходимая для достижения коэффициента уплотняющего давления, требуемого уровнем герметичности VI, большая. Таким образом, так как момент, который необходимо обеспечить для поворота средней части клапана, становится больше, особенно во время работы при высоком давлении, то, чем больше вращающий момент, тем больший диаметр осевого вала необходим для передачи момента, что является недостатком для проектирования конструкции корпуса клапана многоходового клапана и вынуждает выбирать электронный узел привода с более высокой мощностью.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
С учетом указанных выше проблем, существующих в известном уровне техники, техническая задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в создании кольца седла клапана, способного реализовать саморегулирующееся уплотнение посредством гидравлического давления, чтобы улучшить коэффициент внутреннего уплотняющего давления многоходового клапана и соответствовать требованиям к уровню уплотнения при высоком дифференциальном давлении.
Для решения вышеуказанной технической задачи настоящее изобретение имеет следующее техническое решение: кольцо седла клапана для использования в многоходовом клапане, многоходовой клапан содержит верхнюю часть корпуса клапана, нижнюю часть корпуса клапана и поворотную среднюю часть клапана, нижняя часть корпуса клапана снабжена камерой, в ней размещенной, верхняя часть корпуса клапана снабжена множеством каналов поступающей нефти, проходящих внутрь камеры, кольцо седла клапана находится в поворотной средней части клапана и плотно примыкает к уплотнительной поверхности верхней части корпуса клапана; кольцо седла клапана содержит цилиндрический корпус для установки в поворотную среднюю часть клапана, и корпус имеет сквозное отверстие, проходящее внутрь него в осевом направлении и способное сообщаться с каналом поступающей нефти, в котором первый кольцевой выступ расположен на наружной стенке корпуса, а второй кольцевой выступ расположен на внутренней стенке корпуса; как и верхняя поверхность первого кольцевого выступа, так и верхняя поверхность второго кольцевого выступа находятся на одном уровне с верхней поверхностью корпуса, образуя уплотнительную поверхность, которая плотно примыкает к уплотнительной поверхности верхней части корпуса клапана герметичным образом; между нижней поверхностью первого кольцевого выступа и поворотной средней частью клапана образован кольцевой зазор, благодаря чему жидкость в камере воздействует на нижнюю поверхность первого кольцевого выступа, создавая уплотняющую нагрузку; и жидкость в канале поступающей нефти воздействует на нижнюю поверхность второго кольцевого выступа, создавая уплотняющую нагрузку.
Предпочтительно, поперечное сечение канала поступающей нефти в многоходовом клапане имеет круглую форму, а первый кольцевой выступ и второй кольцевой выступ имеют кольцевую форму, которая соответствует форме канала поступающей нефти.
Предпочтительно, поперечное сечение горизонтального участка канала поступающей нефти имеет круглую форму, а поперечное сечение вертикального участка имеет веерообразную форму в многоходовом клапане, в котором первый кольцевой выступ и второй кольцевой выступ имеют веерообразную форму, которая соответствует форме поперечного сечения вертикального участка канала поступающей нефти.
Предпочтительно, верхняя поверхность первого кольцевого выступа снабжена по меньшей мере одним кольцевым углублением.
Предпочтительно, имеется от 1 до 2 кольцевых углублений.
Предпочтительно, поперечное сечение кольцевого углубления имеет U-образную форму, а глубина кольцевого углубления составляет от 0,05 мм до 0,2 мм.
Предпочтительно, первый кольцевой выступ и второй кольцевой выступ выполнены за одной целое с корпусом.
Настоящее изобретение также описывает многоходовой клапан, содержащий верхнюю часть корпуса клапана, нижнюю часть корпуса клапана и поворотную среднюю часть клапана. Нижняя часть корпуса клапана снабжена камерой, а верхняя часть корпуса клапана содержит в себе множество каналов поступающей нефти, проходящих внутрь камеры. Многоходовой клапан дополнительно содержит кольцо седла клапана, описанное выше, в котором корпус кольца седла клапана находится в поворотной средней части клапана, а уплотнительная поверхность кольца седла клапана плотно примыкает к уплотнительной поверхности верхней части корпуса клапана герметичным образом.
По сравнению с известным уровнем техники, кольцо седла клапана по настоящему изобретению и многоходовой клапан, имеющий кольцо седла клапана, обладают следующими преимуществами.
1. Так как кольцо седла клапана по настоящему изобретению дополнительно снабжено первым кольцевым выступом и вторым кольцевым выступом, то, при выполнении испытания многоходового клапана на внутреннюю герметичность, путем подачи давления в камеру через отверстие для сбора и транспортировки или путем подачи давления в канал поступающей нефти через дозирующее отверстие, жидкость в камере создает действующую силу, действующую на нижнюю поверхность первого кольцевого выступа, или жидкость в канале поступающей нефти создает действующую силу, действующую на нижнюю поверхность второго кольцевого выступа, вследствие чего создается приложенная вверх нагрузка, гидравлически действующая на кольцо седла клапана, реализуя гидравлическое саморегулирующееся уплотнение для кольца седла клапана и увеличивая коэффициент уплотняющего давления кольца седла клапана.
2. Так как уплотнительная поверхность кольца седла клапана по настоящему изобретению снабжена кольцевым углублением, площадь контактного уплотнения между верхней частью корпуса клапана и кольцом седла клапана уменьшается, и коэффициент уплотняющего давления увеличивается, следовательно, момент осевого вала уменьшается, и при условии, что уплотняющее дифференциальное давление (DP) составляет 6,9 МПа/1000 фунт/кв. дюйм (или даже выше), кольцо седла клапана достигает уровня герметичности VI стандарта ANSI FCI-70.2. К тому же, глубина кольцевого углубления на уплотнительной поверхности кольца седла клапана регулируется так, чтобы быть в диапазоне 0,05-0,2 мм и оно не дает вклада в площадь уплотнения, кроме того, сырая нефть с высокой концентрацией осадков не будет влиять на вращательное движение кольца седла клапана.
3. Многоходовой клапан по настоящему изобретению имеет рациональную конструкцию, плавный ход, уменьшенный вращающий момент и соответствует требованиям уровня уплотнения при высоком дифференциальном давлении, расширяя область применения многоходового клапана нефтяной скважины высокого давления или газовой скважины высокого давления с плоским жестким уплотнением.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 - вид сверху кольца седла клапана в соответствии с вариантом 1 осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2 - поперечное сечение, выполненное по линии А-А из фиг. 1.
Фиг. 3 - продольное сечение многоходового клапана, имеющего кольцо седла клапана в соответствии с вариантом осуществления 1 настоящего изобретения.
Фиг. 4 - вид сверху кольца седла клапана в соответствии с вариантом 2 осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 5 - поперечное сечение, выполненное по линии В-В из фиг. 4.
Фиг. 6 - продольное сечение многоходового клапана, имеющего кольцо седла клапана в соответствии с вариантом 2 осуществления настоящего изобретения.
Описание ссылочных номеров
1 - верхняя часть корпуса клапана
2 - нижняя часть корпуса клапана
3 - поворотная средняя часть клапана
4 - камера
5 - канал поступающей нефти
6 - дозирующее отверстие
7 - отверстие для сбора и транспортировки
8 - кольцо седла клапана
9 - первая уплотнительная поверхность
10 - корпус
11 - наружная стенка
12 - внутренняя стенка
13 - первый кольцевой выступ
14 - второй кольцевой выступ
15 - вторая уплотнительная поверхность
16 - кольцевой зазор
17 - кольцевое углубление
18 - сквозное отверстие
19 - тарельчатая пружина
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Далее приведено более подробное описание изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи и конкретные варианты осуществления, которые не должны рассматриваться как ограничение изобретения.
Вариант 1 осуществления
Кольцо седла клапана по варианту осуществления настоящего изобретения применяется в многоходовом клапане. В настоящем варианте осуществления поперечное сечение в любом месте канала поступающей нефти многоходового клапана имеет круглую форму. Как показано на фиг. 3, многоходовой клапан содержит верхнюю часть 1 корпуса клапана, нижнюю часть 2 корпуса клапана и поворотную среднюю часть 3 клапана. Нижняя часть 2 корпуса клапана снабжена камерой 4, а верхняя часть 1 корпуса клапана снабжена множеством каналов 5 поступающей нефти, которые проходят внутрь камеры 4. Нижняя часть 2 корпуса клапана снабжена дозирующим отверстием 6 и отверстием 7 для сбора и транспортировки, где дозирующее отверстие 6 может сообщаться с каналом 5 поступающей нефти через камеру в поворотной средней части 3 клапана, а отверстие 7 для сбора и транспортировки сообщается с камерой 4. Кольцо 8 седла клапана по настоящему варианту осуществления располагается в поворотной средней части 3 клапана и плотно примыкает к уплотнительной поверхности верхней части 1 корпуса клапана, и в этом случае уплотнительная поверхность верхней части 1 корпуса клапана определяется как первая уплотнительная поверхность 9.
Как показано на фиг. 1 и 2, кольцо 8 седла клапана по варианту осуществления настоящего изобретения содержит цилиндрический корпус 10 для установки в поворотную среднюю часть 3 клапана. Корпус 10 имеет сквозное отверстие 18, проходящее внутрь него в осевом направлении. Первый кольцевой выступ 13 располагается на наружной стенке 11 корпуса 10, при этом второй кольцевой выступ 14 располагается на внутренней стенке 12 корпуса 10; как и верхняя поверхность первого кольцевого выступа 13, так и верхняя поверхность второго кольцевого выступа 14 находятся на одном уровне с верхней поверхностью корпуса 10, образуя вторую уплотнительную поверхность 15, которая плотно примыкает к первой уплотнительной поверхности 9 верхней части 1 корпуса клапана герметичным образом; и между нижней поверхностью первого кольцевого выступа 13 и поворотной средней частью клапана образуется кольцевой зазор 16.
Как показано на фиг. 1, когда жидкость высокого давления подается в камеру 4 через отверстие 7 для сбора и транспортировки для проведения испытания на внутреннюю герметичность, жидкость высокого давления в камере 4 действует на нижнюю поверхность первого кольцевого выступа 13 таким образом, что к кольцу 8 седла клапана прикладывается направленная вверх сила, и эта действующая сила образует уплотняющую нагрузку кольца 8 седла клапана, чтобы обеспечить гидравлическое саморегулирование для уплотнения кольца 8 седла клапана, увеличивая коэффициент контактного уплотняющего давления кольца 8 седла клапана и, таким образом, выполняя требование уплотнения в многоходовом клапане на уровне герметичности уровня уплотнения VI при высоком дифференциальном давлении. Когда жидкость высокого давления подается в канал 5 поступающей нефти через дозирующее отверстие 6 для проведения испытания на внутреннюю герметичность, жидкость высокого давления в канале 5 поступающей нефти действует на нижнюю поверхность второго кольцевого выступа 14 таким образом, что к кольцу 8 седла клапана прикладывается направленная вверх сила, и эта действующая сила образует уплотняющую нагрузку кольца 8 седла клапана, чтобы обеспечить гидравлическое саморегулирование для уплотнения кольца 8 седла клапана, увеличивая коэффициент контактного уплотняющего давления кольца 8 седла клапана и, таким образом, выполняя требование уплотнения в многоходовом клапане на уровне герметичности уровня уплотнения VI при высоком дифференциальном давлении. Таким образом, саморегулирование для уплотнения кольца 8 седла клапана создается как в направлении от отверстия 7 для сбора и транспортировки к камере 4, так и в направлении от дозирующего отверстия 6 к каналу 5 поступающей нефти, где, когда дифференциальное давление (DP) между отверстием 7 для сбора и транспортировки и дозирующим отверстием 6 возрастает, коэффициент уплотняющего давления станет больше, и герметичность уплотнения становится меньше, соответственно.
Так как поперечное сечение канала 5 поступающей нефти многоходового клапана в настоящем варианте осуществления имеет круглую форму, то первый кольцевой выступ 13 и второй кольцевой выступ 14 имеют круглую форму, которая соответствует форме канала 5 поступающей нефти, как показано на фиг. 1 и 2.
Как показано на фиг. 1 и 2, благодаря первому кольцевому выступу 13 площадь уплотнительного контакта между первой уплотнительной поверхностью 9 и второй уплотнительной поверхностью 15 увеличивается, то есть кольцевая уплотнительная полоса относительно широкая. Это приведет к относительно большому крутящему моменту для перемещения поворотной средней части 3 клапана. Следовательно, как показано на фиг. 1 и 2, верхняя поверхность первого кольцевого выступа 13 снабжена по меньшей мере одним кольцевым углублением 17 и оно не дает вклада в площадь уплотнения, чтобы уменьшить площадь уплотнительного контакта. Количество и ширина кольцевого углубления 17 должны определяться в соответствии с площадью верхней поверхности первого кольцевого выступа 13. Если площадь верхней поверхности большая, то, соответственно, количество кольцевых углублений 17 нужно увеличить, и наоборот. Обычно, площадь уплотнительного контакта между первой уплотнительной поверхностью 9 и второй уплотнительной поверхностью 15 должна быть выполнена такой, чтобы соответствовать площади уплотнительного контакта традиционного многоходового клапана низкого давления, чтобы гарантировать, что крутящий момент для перемещения поворотной средней части 3 клапана не будет очень большой. В этом варианте осуществления предусмотрено два кольцевых углубления 17.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, поперечное сечение кольцевого углубления 17 имеет U-образную форму, а глубина кольцевого углубления 17 составляет от 0,05 мм до 0,2 мм. Так как глубина кольцевого углубления 17 относительно небольшая, частицы песка в сырой нефти с высокой концентрацией осадков не остаются в кольцевом углублении 17 и, таким образом, не влияют на вращательное движение кольца 8 седла клапана.
Вариант 2 осуществления
Принцип настоящего варианта осуществления полностью такой же, как и принцип варианта осуществления 1, за исключением следующего отличия: так как используются различные многоходовые клапаны, поперечное сечение горизонтального участка (участка для соединения с одиночной скважиной) канала 5 поступающей нефти многоходового клапана по настоящему варианту осуществления имеет круглую форму, при этом поперечное сечение вертикального участка (участка для состыковки с поворотной средней частью 3 клапана) имеет веерообразную форму. Чтобы соответствовать вертикальному участку канала 5 поступающей нефти многоходового клапана, формы первого кольцевого выступа 13 и второго кольцевого выступа 14 отличаются от таковых по варианту осуществления 1. Как показано на фиг. 4 и 5, корпус 10 кольца 8 седла клапана по настоящему варианту осуществления имеет цилиндрическую форму, как и в варианте осуществления 1, и имеет проходящее внутрь сквозное отверстие 18, где корпус 10 предназначен для состыковки с поворотной средней частью 3 клапана. И первый кольцевой выступ 13, и второй кольцевой выступ 14 имеют веерообразную форму, которая соответствует форме поперечного сечения вертикального участка канала 5 поступающей нефти, например веерообразную форму, похожую на лист рогоза, как показано на фиг. 4.
Настоящее изобретение также раскрывает многоходовой клапан, как показано на фиг. 3 и 6, содержащий верхнюю часть 1 корпуса клапана, нижнюю часть 2 корпуса клапана, поворотную среднюю часть 3 клапана и кольцо 8 седла клапана, как было описано выше. Камера 4 находится в нижней части 2 корпуса клапана, а множество каналов 5 поступающей нефти, проходящих внутрь камеры 4, находится в верхней части 1 корпуса клапана. Корпус 10 кольца 8 седла клапана располагается в поворотной средней части 3 клапана, и вторая уплотнительная поверхность 15 кольца 8 седла клапана плотно примыкает к первой уплотнительной поверхности 9 верхней части 1 корпуса клапана герметичным образом.
Так как внутреннее уплотняющее дифференциальное давление (DP), требуемое традиционным многоходовым клапаном низкого давления, относительно низкое, то достаточно обеспечить коэффициент уплотняющего давления кольца 8 седла клапана к верхней части 1 корпуса клапана посредством тарельчатой пружины 19, расположенной под кольцом седла клапана. Что же касается внутренней герметичности высококлассного многоходового клапана высокого давления, когда внутреннее уплотняющее дифференциальное давление (DP) достигает 6,9 МПа/1000 фунт/кв. дюйм (или даже выше), обеспечение коэффициента уплотняющего давления кольца 8 седла клапана к верхней части 1 корпуса клапана только посредством тарельчатой пружиной 19, расположенной под кольцом седла клапана, не достаточно, чтобы соответствовать уровню герметичности уровня VI. В настоящем изобретении, благодаря изменению конструкции кольца 8 седла клапана, за счет гидравлически действующей силы в камере 4 или канале 5 поступающей нефти, создается уплотняющая нагрузка, гидравлически действующая на кольцо 8 седла клапана, таким образом реализуется гидравлическое саморегулирующееся уплотнение кольца 8 седла клапана, и коэффициент контактного уплотняющего давления кольца 8 седла клапана увеличивается, выполняя требование к внутренней герметичности многоходового клапана высокого давления на уровне герметичности уровня уплотнения VI при высоком дифференциальном давлении (DP). Таким образом, кольцо 8 седла клапана по настоящему изобретению имеет рациональную конструкцию, которая улучшает уровень уплотнения при высоким дифференциальном давлении (DP), уменьшает вращающий момент поворотной средней части 3 клапана, снижает мощность выбранного электронного узла привода, а также расширяет область применения многоходового клапана нефтяной скважины высокого давления или газовой скважины высокого давления с плоским жестким уплотнением.
Приведенные выше варианты осуществления являются только типовыми вариантами осуществления настоящего изобретения и не предназначены для ограничения изобретения, при этом объем охраны определяется формулой изобретения. Специалистом в данной области техники могут быть выполнены различные модификации или эквивалентные замены в пределах сущности и объема изобретения, и такие модификации и эквивалентные замены следует рассматривать как попадающие в рамки объема настоящего изобретения.