ПЕРЕПУСКНОЙ КЛАПАН

Полезная модель относится к области арматуростроения, в частности, к гидравлическим перепускным (обратно-подпорным) клапанам, устанавливаемым в выкидных трубопроводах, преимущественно, в системах транспорта нефти и газа, на устьях нефтедобывающих скважин.
Известен обратный клапан (Авт. свид-во СССР №475785, кл. F16К 15/04, опубл. 1975 г.), предназначенный, например, для установки в гидравлических системах механизированных крепей, состоящий из корпуса, установленного в нем седла, самоустанавливающейся шайбы, размещенного на шарообразном затворе подпружиненного упора затвора и подпружиненного толкателя разгрузки, причем на указанной самоустанавливающейся шайбе, на торце, обращенном к седлу, выполнены пазы, отводящие основной поток рабочей среды в сторону от продольной оси клапана. Известный клапан обеспечивает его долговечность за счет устранения вращения шарообразного затвора.
Недостатком указанного известного клапана является то, что в случае срабатывания клапана происходит резкое увеличение проходного сечения, и, как следствие, - резкое падение давления, что может привести к закрытию клапана, а значит - к работе в пульсирующем режиме. Указанный недостаток ведет к ускоренному выходу клапана из строя.
Также известен обратно-разгрузочный клапан, содержащий корпус с полостями высокого (впускное отверстие) и низкого (выпускное отверстие) давления, седло, шарообразный затвор и разгрузочный поршень с толкателем, при этом в полости высокого давления установлен дросселирующий элемент, выполненный в виде втулки с окнами
(радиальными каналами) и помещенным в нее колпачком, взаимодействующим с затвором, а в полости низкого давления размещен дополнительный поршень со сквозным осевым отверстием, в котором установлен разгрузочный поршень, причем разность хода дополнительного поршня и расстояния от торца толкателя до затвора меньше расстояния от торца колпачка, обращенного к седлу, до втулки (Авт. свид-во СССР №861816, кл. F16К 15/04, опубл. 1981 г.). При работе указанного известного клапана исключается гидроудар, а значит - повышается надежность его работы.
Однако обеспечение указанной цели достигается довольно сложной конструкцией и наличием большого количества дополнительных узлов. Это приводит к сложности настройки клапана.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по принципу действия является перепускной клапан, описанный в патенте РФ №2133901, кл. F16К 17/06, опубл. 1999 г. Указанный известный клапан содержит корпус с осевым каналом, а также с впускным отверстием, обеспечивающим проход жидкости в осевой канал, и с выпускным отверстием, направляющую втулку с размещенными в ней седлом и подпружиненным запорным элементом, установленным с возможностью взаимодействия с седлом и с возможностью перемещения между открытым положением, при котором запорный элемент поднят относительно выпускного отверстия с обеспечением прохода жидкости в осевой канал, и закрытым положением, при котором выпускное отверстие закрыто запорным элементом, причем в качестве запорного элемента клапан содержит плунжер с подпружиненным шпинделем. Указанный известный клапан успешно работает в системах с вязкими жидкостями, предотвращая выпадение осадка.
Однако большинство клапанов с плунжерами и посадкой его в седло не обеспечивают надежную работу при наличии в прокачиваемой
жидкости значительного количества механических примесей, которые не позволяют создать герметичность закрытия клапана. Это требует частой замены клапанов и приводит к их ненадежной работе.
Технический результат, обеспечиваемый предлагаемой полезной моделью, заключается в повышении надежности и стабильности работы клапана при использовании в трубопроводах с любым типом транспортируемых жидкостей, в том числе, вязких и с большим содержанием механических примесей, и газов за счет исключения гидроударов, примерзания и обеспечения герметичности перекрытия, при одновременном упрощении конструкции.
Указанный технический результат обеспечивается предлагаемым перепускным клапаном, включающим корпус с осевым каналом, а также с впускным отверстием, обеспечивающим проход жидкости в осевой канал, и с выпускным отверстием, направляющую втулку с размещенными в ней седлом и подпружиненным запорным элементом, установленным с возможностью взаимодействия с седлом и с возможностью перемещения между открытым положением, при котором запорный элемент поднят относительно впускного отверстия с обеспечением прохода жидкости в осевой канал корпуса, и закрытым положением, при котором впускное отверстие перекрыто запорным элементом, при этом новым является то, что в качестве запорного элемента клапан содержит шаровой затвор и установленный с возможностью взаимодействия с ним П-образный плунжер, подпружиненный коаксиально установленной на его торцевой части, пружиной, которая в свою очередь дополнительно снабжена опорным средством, служащим опорой для указанной пружины и для регулировки диапазона давления настройки, причем упомянутое опорное средство выполнено со сквозным осевым каналом, обеспечивающим при работе клапана гидравлическое
сообщение надплунжерного пространства с выпускным отверстием, при этом направляющая втулка дополнительно снабжена радиальным гидравлическим каналом, выполненным в зоне выпускного отверстия и перекрытым плечиками П-образного плунжера в закрытом положении запорного элемента и открытым при перемещении его в открытое положение.
В качестве опорного средства клапан содержит регулировочный винт, зафиксированный контргайкой.
Оси впускного и выпускного отверстий расположены в корпусе соосно или перпендикулярно.
На поверхности контакта наружной поверхности плунжера с внутренней поверхностью направляющей втулки в теле плунжера установлено уплотнение.
Приведенный технический результат достигается за счет следующего.
Благодаря тому, что в качестве запорного элемента клапан содержит одновременно шаровой затвор и взаимодействующий с ним П-образный плунжер исключаются гидроудары при перепуске жидкости (т.к. плунжер подпружинен и не позволяет шаровому затвору резко отходить от седла), и одновременно с этим механические частицы не задерживаются в седле (благодаря его сферической поверхности под шаровой затвор), т.е. клапан работает стабильно и надежно даже при перекачке вязких жидкостей и с наличием в них механических примесей.
Снабжение пружины опорным средством, например, регулировочным винтом, обеспечивает ее фиксацию и простоту регулировки давления настройки в зависимости от требуемых технологических условий.
Выполнение в упомянутом опорном средстве сквозного осевого канала, обеспечивающим гидравлическую связь надплунжерного пространства (в области размещения пружины) с выпускным отверстием
(полость низкого давления), позволяет исключить эффект сжимаемости среды в надплунжерном пространстве и достичь плавность воздействия на плунжер
Снабжение направляющей втулки радиальными каналами, выполненными в зоне выпускного отверстия, позволяет жидкости перетекать по пути: впускное отверстие → осевой канал корпуса → седло → радиальные каналы → выпускное отверстие, при открытом положении клапана, когда давление жидкости превышает допустимое и запорный элемент, в том числе, П-образный плунжер, поднят и его плечики не перекрывают указанные радиальные каналы.
Благодаря тому, что плунжер имеет П-образную форму, обеспечивается надежность связи: шаровой затвор - плунжер, и вместе с этим увеличивается диапазон настраиваемого давления за счет варьирования длины плечиков плунжера и места размещения радиальных каналов.
Выполнение клапана с соосным или перпендикулярным расположением осей впускного и выпускного отверстий зависит от способа установки клапана и позволяет применять его в различных типах арматуры скважин и трубопроводов.
Предлагаемый клапан снабжен рядом уплотнений для герметичности, исключения протечек жидкости и исключения незапланированного снижения давления при работе.
Указанное конструктивное выполнение клапана обеспечивает надежность и стабильность его работы при различных характеристиках прокачиваемой жидкости.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором изображено поперечное сечение заявляемого перепускного клапана.
Предлагаемый перепускной клапан содержит корпус 1 с осевым каналом 2 и с впускным отверстием 3 (полость высокого давления) и выпускным отверстием 4 (полость низкого давления) и направляющую втулку 5. В указанной втулке 5 размещено седло 6 и подпружиненный пружиной 7 запорный элемент, состоящий из шарового затвора 8 и установленного с возможностью взаимодействия с ним П-образного плунжера 9. В стенке направляющей втулки 5 выполнены радиальные каналы 10, размещенные в области выпускного отверстия 4 и перекрытые плечиками 11 плунжера 9 в закрытом положении запорного элемента и открытые при перемещении его в открытое положение.
Пружина 7 зафиксирована опорным средством 12, например, регулировочным винтом с контргайкой, которое служит опорой указанной пружины 7 и для регулировки давления настройки. Опорное средство 12 выполнено со сквозным осевым каналом 13, обеспечивающим при работе клапана гидравлическое сообщение надплунжерного пространства 14 с выпускным отверстием 4.
Работа заявляемого перепускного клапана осуществляется следующим образом.
Клапан устанавливают на арматуре скважин и трубопроводов таким образом, чтобы впускное отверстие 3 было подсоединено со стороны движения жидкости, а выпускное отверстие 4 к выкидному трубопроводу. При достижении в полости впускного отверстия 3 давления жидкости выше давления настройки пружины 7, шаровой затвор 8 вместе с плунжером 9 отходят от седла 6, открывая доступ жидкости в подплунжерное пространство. Учитывая, что при этом не сразу открываются радиальные каналы 10 для сброса этой жидкости в выпускное отверстие 4, а процесс их открывания происходит постепенно за счет подъема плечиков 11 плунжера 9, обеспечивается плавность работы клапана без гидроударов и пульсирующего режима. Далее жидкость через каналы 10 перетекает в выпускное отверстие 4 и уходит в
трубопровод, сбрасывая таким образом давление жидкости и уменьшая воздействие такого давления на поверхность шарового затвора 8. Когда это давление упадет ниже «установленного» давления настройки пружины 7, поверхность шарового затвора 8 устанавливается в седле 6, перекрывая осевой канал 2, и жидкость прекращает перетекать через клапан. Таким образом, при использовании заявляемого клапана давление на линии трубопровода не будет превышать технологически необходимого. И при этом исключается пульсирующий режим работы и достигается стабильность в работе (указанная стабильность также обеспечивается за счет гидравлического сообщения надплунжерного пространства 14 через сквозной осевой канал 13 с выпускным отверстием 4, благодаря чему исключается эффект сжимаемости среды в надплунжерном пространстве и достигается плавность воздействия на плунжер).
Благодаря вышеуказанному повышается надежность работы клапана, его технологичность.