ПРЯМОТОЧНЫЙ ЗАПОРНЫЙ ВЕНТИЛЬ

Полезная модель относится к нефтяной промышленности и может быть использована в качестве затвора на устьевом нефтепромысловом оборудовании, трубопроводах и технологических линиях, а при изготовлении корпусных деталей из коррозионно-стойкой стали - в нефтехимической и химической промышленности при работе с высоковязкими и агрессивными жидкостями.
Известна конструкция регулирующего вентиля, в корпусе которого размещены запорный орган, управляемый шпинделем с дифференциальной резьбой, образующей винтовые пары с корпусом и запорным органом, и средство, предотвращающее проворот запорного органа, выполненного в виде взаимодействующих между собой продольных выступов, выполненных в корпусе и запорном органе (Авт. свид. СССР №836430 F 16 К 1/02 «Регулирующий вентиль»).
Недостатками данного изобретения являются:
- повышение вероятности заклинивания золотника;
- крупные габаритные размеры;
- осложнение ремонта, так как уплотнительная кромка выполнена в корпусе.
Существует также вентиль, содержащий корпус, в котором помещен шпиндель и закрепленный на нем с зазором запорный орган с уплотнительной прокладкой, взаимодействующий через прокладку с седлом, уплотнительная поверхность которого выполнена с волнообразными выступами (Авт. свид. СССР №1504452 F 16 К 1/42 «Вентиль»).
К недостаткам этого технического решения относится следующее:
- поток рабочей среды делает два поворота, в результате в нижней части корпуса образуется зона застоя, которая является местом скопления твердых частиц;
- сложность изготовления корпуса и ненадежность конструкции золотника, что существенно ограничивает область применения.
Известен запорный вентиль, содержащий кованый корпус с приваренными к нему фланцами, ввинченное внутри корпуса седло, игольчатый клапан, связанный со штоком, который, в свою очередь ввинчен в крышку корпуса. Для создания герметичности в месте прохождения штока через крышку корпуса набивается сальник, уплотняемый нажимной гайкой. При вращении шток перемещается вверх или вниз, увлекая за собой клапан, открывая - закрывая при этом проходное отверстие вентиля. (Муравьев В.М. «Эксплуатация нефтяных и газовых скважин », М., «Недра», с.190. рис.88.).
Недостатками известного устройства являются:
- сложность изготовления и ограниченная область применения, обусловленная малым диаметром сечения прохода рабочей среды;
- ненадежное уплотнение запорного органа, вызванное «схватыванием» клапана при прилегании к седлу.
В настоящее время в нефтяной промышленности используются угловые вентили конусообразной формы с острой кромкой седла. Во время прохождения потока рабочей среды, особенно на высокодебитных скважинах, золотник плотно прилегает к седлу, вследствие чего происходит повреждение уплотнительной поверхности (царапины, риски) и быстрый износ вентиля, Из-за слабого крепления конусного клапана со шпинделем происходят срывы стопорного кольца золотника при открывании вентиля до упора, что и приводит к его поломке.
Существенными недостатками вышеперечисленных вентилей являются повышенное гидравлическое сопротивление, невозможность применения на потоках загрязненных сред, а также на средах с высокой вязкостью.
Задачей полезной модели является повышение эксплуатационных качеств путем увеличения диаметра проходного сечения и надежности герметизации, продление срока службы прямоточного запорного вентиля, а также выполнение условий охраны окружающей среды.
Поставленная задача решается предлагаемым прямоточным запорным вентилем, содержащим корпус-тройник с опорным выступом и входным и выходным патрубками, уплотняющую манжету, седло и золотник со штоком с втулкой и контргайкой, взаимодействующей со шпинделем, стойку с сальниковым узлом и маховик.
Новым является то, что седло и золотник выполнены съемными, пара седло и золотник симметричны оси прохода рабочей среды, при этом поверхность соприкосновения золотника с седлом выполнена сферической. Ось шпинделя расположена под углом к оси прохода рабочей среды, а в верхней резьбовой части шпинделя имеется коническая фаска для перекрытия рабочей среды.
Прямоточный запорный вентиль имеет следующую конструкцию, которая поясняется чертежами.
На фиг.1 изображен общий вид прямоточного запорного вентиля в закрытом положении запорного органа.
На фиг.2 изображен прямоточный запорный вентиль в рабочем положении запорного органа (открыто).
Прямоточный запорный вентиль состоит из корпуса-тройника 1 с опорным выступом «г», седла 2 со сферическим выступом «а», уплотняющей манжеты 3, входного патрубка 4 и выходного патрубка 14, золотника 5, штока 6, втулки 7, контргайки 8, шпинделя 9, стойки 10с сальниковым узлом 11 и маховиком 12 с болтом 13. У стойки 10 прямоточного запорного вентиля угол между осью прохода и осями патрубков 4 и 14 составляет 45°. На верхней резьбовой части шпинделя 9 выполнена коническая фаска «б», а на внутренней стороне стойки 10 острая кромка «в» внутри прохода шпинделя 9. Внутренняя часть корпуса-тройника 1 имеет прямое сечение «d» и соответствует диаметру входного 4 и выходного 14 патрубков, а опорный выступ «г» и седло 2, расположены соосно-симметрично данным патрубкам. Седло 2 имеет коническую проточку, а золотник 5 имеет сферическое прилегание к конической фаске седла 2. Корпус седла 2 надежно уплотнен к внутренней части корпуса-тройника 1, в связи с наличием уплотняющей манжеты 3 и сферического
выступа «а», что обеспечивает уплотнение по типу «выступ-паз». Седло 2 со стороны конической проточки под углом а соответствует углу а опорного выступа «г» внутри корпуса-тройника 1 (фиг.1), что исключает смещение при завинчивании до упора седла 2 к опорному выступу «г». Диаметр проходного сечения открывает полный проход рабочей среды по отношению входного 4 и выходного 14 патрубков, что исключает поворот потока рабочей среды (изменение направления рабочей среды).
В конструкции прямоточного запорного вентиля седло 2 и золотник 5-съемные и расположены симметрично оси прохода рабочей среды.
Сборка прямоточного запорного вентиля производится в следующем порядке: в корпус-тройник 1 со стороны опорного выступа «г» соосного патрубка вставляются седло 2 до упора и уплотняющая манжета 3, которые затягиваются входным патрубком 4. С другой стороны соосного патрубка корпуса-тройника 1 навинчивается выходной патрубок 14, далее в шток 6 вставляется золотник 5, с резьбовой стороны штока 6 опускается втулка 7, которая навинчивается в золотник 5. Между втулкой 7 и штоком 6 имеются зазор «h» и выступ, что исключает вращение золотника 5 относительно седла 2. Затем в шток 6 навинчивается контргайка 8, далее навинчивается в сборе шток 6 в шпиндель 9 и контргайкой 8 затягивается. В сборе шпиндель 9 завинчивается в стойку 10 и поджимается. Возвратно-поступательное движение прямоточного запорного вентиля осуществляется маховиком 12 со шпинделем 9 в качестве привода.
Прямоточный запорный вентиль работает следующим образом: для его открытия вращается маховик 12 против часовой стрелки, шпиндель 9 отворачивается по резьбе внутри стойки 10 вместе со штоком 6, увлекая за собой золотник 5. Поворачивая маховик 12 до упора, коническая фаска «б» шпинделя 9, расположенная в верхней части резьбы соприкасается с острой кромкой «в» стойки 10, внутри которой проход для шпинделя 9 выполняет роль уплотнительного седла, и когда шпиндель 9 поднят полностью, коническая фаска «б» соприкасается с острыми кромками «в» стойки 10, доступ среды к сальниковому узлу 11 прекращается. Открывается полное проходное сечение
входного патрубка 4 и выходного патрубка 14, тем самым прямоточный запорный вентиль дает выход рабочей среде. Процесс закрытия происходит в обратном порядке вращением маховика 12 по часовой стрелке.
Наличие съемных уплотнительных деталей (седла 2 и золотника 5) позволяет осуществлять ремонт прямоточного запорного вентиля в полевых условиях, а конструкция шпинделя 9 позволяет заменить набивку сальникового узла 11 без остановки скважины или технологического оборудования без отключения линии (при открытом положении запорного органа), для чего предусматривается верхнее уплотнение (коническая фаска «б» шпинделя 9 и острая кромка «в» стойки 10).
Прямоточный запорный вентиль имеет следующие преимущества:
- повышенная герметичность затвора запорного органа и его узлов, посредством золотника, имеющего сферическую поверхность соприкосновения с седлом, что значительно уменьшает вероятность повреждения уплотнения и позволяет использовать прямоточный запорный вентиль при более высоком давлении.
- возможность замены деталей уплотнения в полевых условиях и его ремонтопригодность - все детали разборные;
- компактность конструкции;
- малое гидравлическое сопротивление и отсутствие зон застоя;
- расширение области применения, в частности, в нефтехимической и химической промышленности при работе с высоковязкими, агрессивными и абразивными жидкостями;
- соблюдение правил безопасности труда, сохранение экологии и защита окружающей среды.
Прямоточный запорный вентиль может быть изготовлен промышленным способом, что подтверждают испытания опытного образца, проводящиеся в настоящее время.
Таким образом, предлагаемый прямоточный запорный вентиль является высокоэффективным техническим решением и при широком внедрении принесет существенный экономический эффект.