УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ
DIFFERENTIAL PRESSURE CONTROL DEVICE

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, предназначено для регулирования перепада давления потока жидкой или газовой среды и может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности при регулировании уровня жидкой среды в газосепараторах, а также в качестве запорной арматуры на технологических линиях для перекрытия потока или создания заданного перепада давления.
Известна задвижка с вращающейся пластиной (патент № DE 3538404 A1, F6K 3/06, 30.04.1987), содержащая корпус с перекрываемым проходным отверстием, состоящий из двух частей, между которыми по уплотняемой поверхности с антифрикционными свойствами по дуге движется пластина задвижки с проходным отверстием.
Недостатком известной задвижки является небольшой срок службы из-за быстрого износа уплотняемой поверхности с антифрикционными свойствами и вследствие этого частичной потери герметичности сопряжения пластины с уплотняемой поверхностью, вызванных абразивным воздействием твердых частиц загрязнений природного газа или нефти на уплотняемые поверхности. Твердые частицы захватываются притуплением кромок пластины, сопрягаемых с уплотняемыми поверхностями, при движении ее относительно уплотняемых поверхностей, удерживаются там и при движении наносят глубокие царапины и борозды на уплотняемые поверхности.
Известно устройство для регулирования перепада давления (RU, патент №2191308 C2, F16K 3/06, 20.10.2002), содержащее корпус с перекрываемым отверстием, крышку, шибер с проходным отверстием спрофилированной формы, расположенный между корпусом и крышкой, уплотнительные элементы, рычаг, воздействующий на шибер через валик.
Недостатками известного устройства являются:
- нерациональность конструкции устройства, выражающаяся в том, что точность величины зазора между корпусом и крышкой, предназначенного для размещения шибера между ними, не обеспечивается автоматически сборкой сопрягаемых элементов, а требует настройки;
- недостаточно технологична конструкция корпуса для изготовления в мелкосерийном производстве, затруднителен процесс шлифования в глухом отверстии торца корпуса, сопрягаемого с шибером;
- износ шибера и вследствие этого частичная потеря герметичности сопряжения шибера и уплотнительных элементов, вызываемые тем, что твердые частицы загрязнений природного газа или нефти при движении шибера захватываются притуплением кромок уплотнительных элементов, сопрягаемых с поверхностью шибера, и заносятся под уплотняющую поверхность уплотнительного элемента, сопрягаемую с шибером, частично внедряются в тело уплотнительного элемента и удерживаются в нем, тем самым образуется как бы абразивный инструмент, наносящий глубокие риски на уплотняемой поверхности шибера. Это возможно по причине внедрения извне твердых частиц из-за значительной податливости материала уплотнительных элементов, например эластомера, определяемой функциональным назначением элементов.
Известно устройство для регулировки перепада давления (RU, патент №2330202 C1, F16K 3/06, 05.10.2006 г.), содержащее корпус со съемным дном и крышкой с перекрываемыми в них отверстиями, шибер с проходным отверстием, уплотнительные элементы, рычаг, валик. Между корпусом и крышкой установлено дистанционное кольцо. Сопряжения шибера и крышки, шибера и дна корпуса герметизируются плавающими уплотнительными элементами. Они выполнены в виде втулок из жесткого антифрикционного материала. Втулки подпружинены уплотнительными кольцами круглого сечения из эластомера. В торцах втулок выполнены канавки лабиринтного уплотнения. Сопрягаемые с шибером кромки втулок имеют угол заострения a≤60 градусов.
Недостатком известного устройства является потеря надежности работы, ресурса, герметичности устройства в процессе его эксплуатации. Недостаток проявляется в том, что в известном устройстве плавающие втулки с диаметральными и осевыми зазорами относительно гнезд съемного дна и крышки подпружинены относительно дна гнезд уплотнительными кольцами круглого сечения из эластомера, которые в процессе эксплуатации и контакта с загрязнениями меняют свою жесткость, форму и характеристики при переходных положениях шибера между состояниями устройства «Полный проход» и «Заперто». Это отрицательно сказывается на работе шибера, приводит к изменению вращающего момента на рычаге, связанном с шибером, потере надежности работы, ресурса и герметичности известного устройства.
Известно устройство для регулирования перепада давления (RU, патент №2466319 C1, F16K 3/06, F16K 3/30, 10.11.2012), содержащее корпус со съемным дном, крышку с перекрываемыми в них отверстиями, шибер с проходным отверстием, расположенный между корпусом и крышкой, рычаг, воздействующий на шибер через валик, дистанционное кольцо, установленное между крышкой и съемным дном корпуса. В гнездах дна корпуса и крышки герметизирующие сопряжения шибера и крышки, шибера и дна корпуса, втулки из жесткого антифрикционного материала, в торцах лабиринтного уплотнения. Кромки втулок, сопрягаемые с шибером, имеют угол заострения α≤60 градусов. Плавающие в соответствующих гнездах дна корпуса и крышки втулки из жесткого антифрикционного материала с лабиринтными уплотнениями по торцам подпружинены относительно дна гнезд со стороны, противоположной лабиринтным уплотнениям, торцовыми жесткими пружинами и прижаты тем самым лабиринтными уплотняющими поверхностями к плоскости шибера. На диаметральных поверхностях крышки и съемного дна корпуса, контактирующих со втулками, установлены уплотнительные кольца круглого сечения из эластомера.
Недостатком известного устройства является отсутствие возможности своевременного предупреждения резкого повышения перепада давления при внезапном увеличении дебита рабочего продукта, что приводит к возможности появления аварийной ситуации.
Данное известное устройство наиболее близко по технической сущности и достигаемым результатам к заявляемому изобретению.
Задачей изобретения является повышение надежности и ресурса устройства.
Технический результат - предупреждение возможности появления аварийной ситуации при резком повышении перепада давления при внезапном увеличении дебита рабочего продукта.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что устройство для регулирования перепада давления, содержащее корпус со съемным дном, крышку с перекрываемыми в них отверстиями, шибер с проходным отверстием, расположенный между корпусом и крышкой, рычаг, воздействующий на шибер через валик, дистанционное кольцо, установленное между крышкой и съемным дном корпуса, а в гнездах дна корпуса и крышки герметизирующие сопряжения шибера и крышки, шибера и дна корпуса, втулки из жесткого антифрикционного материала, в торцах которых, образующих уклоняющие поверхности, выполнены канавки лабиринтного уплотнения и крышки втулок, сопрягаемые с шибером, имеют угол заострения α≤60 градусов и плавающие в соответствующих гнездах дна корпуса и крышки, втулки из жесткого антифрикционного материала с лабиринтными уплотнениями по торцам подпружинены относительно дна гнезд со стороны, противоположной лабиринтным уплотнениям, торцовыми жесткими пружинами и прижаты тем самым лабиринтными уплотняющими поверхностями к плоскости шибера, а на диаметральных поверхностях крышки и съемного дна корпуса, контактирующих со втулками, установлены уплотнительные кольца круглого сечения из эластомера, согласно изобретению снабжено пружинным гидроцилиндром, который закреплен неподвижно относительно корпуса устройства, а шток пружинного гидроцилиндра через проушину и тягу шарнирно связан с плоским рычагом, размещенным в плоскости щели съемного дна с возможностью передачи через шестигранник и валик вращающего момента на шибер, при этом пружина установлена в пружинном гидроцилиндре с возможностью обратного движения поршня со штоком и поворота шибера на закрытие.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
Фиг. 1 - общий вид устройства;
Фиг. 2 - сечение АА на фиг. 1;
Фиг. 3 - сечение ББ на фиг. 1;
Фиг. 4 - выноска В на фиг. 3;
Фиг. 5 - схема применения устройства в технологической установке.
Устройство для регулирования перепада давления содержит корпус 1 (фиг. 1, 2) со съемным дном 2 с перекрываемым отверстием 3 (фиг. 3), шибер 4 с проходным отверстием 5 (фиг. 2), крышку 6 с перекрываемым отверстием 7. Крышка 6 и съемное дно 2 закреплены в корпусе 1 упорными плоскими пружинными кольцами 8. Между крышкой 6 и съемным дном 2 установлено дистанционное кольцо 9, в зазоре между крышкой 6 и съемным дном 2 корпуса 1, определяемом толщиной дистанционного кольца 9, установлен шибер 4, насаженный с возможностью передачи вращающего момента через шестигранник 10 на валик 11, на конце которого насажен с возможностью передачи вращающего момента плоский рычаг 12, размещенный в плоскости щели съемного дна 2. Зазоры между корпусом 1, крышкой 6 и съемным дном 2 уплотняются круглыми кольцами из эластомера 13, зазор между валиком 11 и съемным дном 2 также уплотнен круглым кольцом из эластомера 14. Установочный винт 15 и штифт 16 служат для фиксации взаимного положения относительно друг друга: корпуса 1, съемного дна 2, крышки 6 и дистанционного кольца 9. В гнездах 17 съемного дна 2 и крышки 6 установлены с диаметральными и осевыми зазорами относительно гнезд 17, обеспечивающими возможность «плавания», уплотнительные элементы 18 в виде втулок 19 из жесткого антифрикционного материала, например из антифрикционной бронзы или композитов на основе фторполимеров. Втулки 19 подпружинены относительно дна гнезд 17 (фиг. 4) торцовыми жесткими пружинами 20 и прижаты уплотняющей поверхностью 21 к шиберу 4. В торце втулки 19, образующем уплотняющую поверхность 21, выполнены канавки 22 лабиринтного уплотнения. Кромки 23 втулок 19 имеют угол заострения α≤60 градусов. На диаметральных поверхностях крышки 6 и съемного дна 2 корпуса 1, контактирующих со втулками 19, установлены уплотнительные кольца 24 круглого сечения из эластомера.
Устройство снабжено пружинным гидроцилиндром 25, который закреплен неподвижно относительно корпуса 1 устройства, а шток 26 пружинного гидроцилиндра 25 через проушину 27 и тягу 28, соединенных осью 29, шарнирно связан с плоским рычагом 12, размещенным в плоскости щели съемного дна 2 с возможностью передачи через шестигранник 10 и валик 11 вращающего момента на шибер 4.
В пружинном гидроцилиндре 25 установлена пружина 30, под действием которой происходит обратное движение поршня 31 со штоком 26 и поворот шибера 4 на закрытие.
На схеме применения устройства в технологической установке (фиг. 5) показана связь устройства с сепарационной емкостью 32 датчиком перепада давления 33 и гидроприводом 34 через микроконтроллер 35.
Под торцы шестигранника 10 установлены опорные шайбы 36 из антифрикционного материала, воспринимающие осевую нагрузку от валика 11 (фиг. 3).
Устройство работает следующим образом. Шибер 4 плоским рычагом 12 поворачивают в зазоре между крышкой 6 и съемным дном 2. Проходное отверстие 5 шибера 4 совмещают с перекрываемыми отверстиями 3 и 7 и тем самым открывают полный проход рабочей среды через устройство. При повороте в другую сторону шибера 4 сначала проходное отверстие 5 частично совмещают с перекрываемыми отверстиями 3 и 7, тем самым регулируя величину сечения канала для прохода потока рабочей среды, обеспечивая сопротивление для создания необходимого перепада давления потока рабочей среды в устройстве. При дальнейшем повороте шибера 4 перекрывают отверстия 3, 7 глухим участком шибера 4. Устройство заперто. Величина и точность зазора между съемным дном 2, крышкой 6 и шибером 4 образуется разницей толщин и допусков дистанционного кольца 9 и шибера 4 и реализуется при сборке устройства. Величина зазора, с одной стороны, должна обеспечивать свободное перемещение и координацию положения шибера 4 в пространстве, а с другой - препятствовать проникновению загрязнений в полость устройства при переходных положениях шибера 4 между состояниями устройства «Полный привод» и «Заперто». Подсасывающее воздействие потока рабочей среды через частично открытый канал прохода тоже препятствует проникновению загрязнений в полость устройства. Выполнение съемного дна 2 корпуса 1 отдельной деталью облегчает обработку шлифованием его поверхности, сопрягаемой с шибером 4. Втулка 19 уплотнительных элементов 18 уплотняющей поверхностью 21 прижата к шиберу 4 перепадом давления среды на втулке 19 и силой упругости торцовых жестких пружин 20.
Уплотнительные кольца 24 круглого сечения из эластомера, установленные на диаметральных поверхностях крышки 6 и съемного дна 2 корпуса 1, герметизируют сопряжения со втулками 19. Способность втулки 19 «плавать» в гнезде 17 обеспечивает равномерно распределенное по уплотняющей поверхности 21 усилие прижатия к шиберу 4 втулки 19 и равномерную притертость ее к сопрягаемой поверхности, что обуславливает беззазорное прилегание, являющееся гарантией надежной герметизации сопряжения шибера 4 и втулок 19. Канавки 22 лабиринтного уплотнения дополнительно увеличивают надежность герметизации.
Кромки 23 втулки 19 самозатачиваются и постоянно сохраняют остроту в дальнейшем при притирании втулки 19 к шиберу 4 по причине того, что угол заострения кромки 23 - α≤60 градусов. Остроугольная кромка 23 плотно примыкает к поверхности шибера 4, счищает с поверхности шибера 4 все загрязнения, уносимые потоком рабочей среды, и препятствует проникновению загрязнений в стык между втулкой 19 и шибером 4.
При увеличении уровня жидкости в регулируемой сепарационной емкости 32 в пружинный гидроцилиндр 25 поступает под давлением рабочая жидкость от гидропривода 34, включаемого по команде микроконтроллера 35 от датчика перепада давления 33 для снижения перепада давления.
В пружинном гидроцилиндре 25 под действием давления рабочей жидкости происходит сжатие пружины 30 и выдвижение штока 26, воздействующего на шарнирно соединенный плоский рычаг 12, поворачивающий шибер 4 на открытие и увеличение проходного отверстия 5, уменьшая перепад давления.
С уменьшением перепада давления от сигнала датчика перепада давления 33 микроконтроллер 35 дает команду на гидропривод 34 на прекращение подачи рабочей жидкости и под воздействием усилия сжатой пружины 30 происходит обратное движение поршня 31 со штоком 26 и поворот шибера 4 на закрытие, что приводит к закрытию шибером 4 проходного отверстия 5 и поддержанию перепада давления на установленном уровне.
При выводе устройства из режима регулирования перепада давления с помощью пружинного гидроцилиндра 25 управление шибером 4 осуществляется в ручном режиме, при этом пружинный гидроцилиндр 25 выводится из работы снятием оси 29, связывающей плоский рычаг 12 через тягу 28 со штоком 26 пружинного гидроцилиндра 25.
Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом повышает надежность, ресурс, эффективность работы устройства для регулирования перепада давления и предупреждает возможность появления аварийной ситуации при резком повышении перепада давления при внезапном увеличении дебита рабочего продукта за счет установки в качестве привода шибера пружинного гидроцилиндра, связанного с сепарационной емкостью, датчиком перепада давления и гидроприводом через микроконтроллер.
Предлагаемое устройство может быть использовано для регулирования перепада давления при измерении дебита скважины в качестве запорной арматуры на технологических линиях при транспортировке природного газа и нефтепродуктов.