Патент на изобретение №2300688

(54) УСТРОЙСТВО ОТСЕКАЮЩЕЕ

(57) Реферат:

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, а именно к отключающим устройствам с поворотным запорным органом, и предназначено для установки на скважинах нефтегазоконденсатных месторождений для автоматического перекрытия трубопровода высокого давления при аварийном понижении или повышении давления в нем. Устройство отсекающее содержит корпус, расположенный в нем поворотный запорный орган, удерживающий запорный орган в открытом положении фиксатор и чувствительный элемент. Запорный орган выполнен в виде поворотной заслонки с уплотнительной поверхностью и отверстием. Чувствительный элемент выполнен в виде нагруженного пружинами штока, причем шток чувствительного элемента связан с фиксатором. В отверстии поворотной заслонки расположен нагруженный тарельчатыми пружинами запорный клапан с уплотнительной поверхностью в открытом положении. На поворотной заслонке со стороны, противоположной уплотнительной поверхности, выполнено седло с возможностью взаимодействия с уплотнительной поверхностью запорного клапана при его закрытии. Изобретение позволяет упростить конструкцию устройства и обеспечить его надежность при срабатывании и перекрытии трубопровода. 2 ил.

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, а именно, к отключающим устройствам с поворотным запорным органом и может быть использовано для установки на скважинах нефтегазоконденсатных месторождений для автоматического перекрытия трубопровода высокого давления при аварийном понижении или повышении давления в нём.

Известен отсечной клапан, содержащий поворотный запорный орган типа заслонки и фиксирующий заслонку в открытом положении чувствительный элемент, выполненный в виде нагруженного пружиной штока, в конце которого выполнен выступ, а на заслонке – ответный по форме указанному выступу паз (а.с. № 855311, кл. F16K 27/04, F16K 15/03).

Недостатком известного клапана является то, что в нём происходит мгновенное перекрытие проходного отверстия, приводящее к полному гидравлическому удару на затворе и возникновению ударной волны, резко снижающей ресурс работы трубопровода и зачастую вызывающий его разрушение. Это затрудняет применение клапана на трубопроводах высокого давления при больших скоростях потока.

Известен отсекающий клапан, содержащий поворотный запорный элемент типа заслонки и удерживающее его в открытом положении средство, причём запорный элемент выполнен в виде нескольких поворотных заслонок, накладываемых одна на другую с уменьшающимися в них отверстиями вплоть до полного перекрытия проходного сечения, которые удерживаются индивидуальными фиксаторами и освобождаются для запирания штоком с упорами, приводимым в действие давлением среды со скоростью, задаваемой замедляющим устройством дроссельного типа (а.с. № 362961 кл. F16K 3/04).

Недостатком известного устройства является сложность конструкции.

Известно устройство отсекающее, содержащее корпус, расположенный в нём поворотный запорный орган, выполненный в виде накладываемых одна на другую двух поворотных заслонок, одна из которых разгрузочная с отверстием, а другая – глухая, перекрывающая отверстие разгрузочной заслонки, и удерживающий запорный орган в открытом положении основной фиксатор, при этом оно снабжено дополнительным фиксатором и двумя чувствительными элементами: один – пониженного давления, а другой – повышенного давления, выполненными в виде нагруженных пружинами штоков, причём шток чувствительного элемента пониженного давления связан с основным фиксатором, а шток чувствительного элемента повышенного давления связан с дополнительным фиксатором, установленным с возможностью взаимодействия с основным фиксатором (а.с. № 2103579, кл. F16K 3/04, 26.03.92).

Недостатком известного устройства является сложность конструкции, обусловленная наличием двух фиксаторов и двух чувствительных элементов.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков, выбранным в качестве прототипа, является устройство отсекающее, содержащее корпус, расположенный в нём поворотный запорный орган, выполненный в виде накладываемых одна на другую

двух поворотных заслонок, одна из которых – разгрузочная с отверстием, а другая – глухая, перекрывающая отверстие разгрузочной заслонки, удерживающий запорный орган в открытом положении фиксатор и чувствительный орган, выполненный в виде нагруженного пружинами штока, причём шток чувствительного элемента связан с фиксатором, при этом фиксатор удерживает в открытом положении разгрузочную поворотную заслонку с отверстием, а глухая поворотная заслонка выполнена с упором и установлена с возможностью взаимодействия упором со штоком чувствительного элемента (патент РФ № 2249138, 7 МПК: F16K 3/04, 02.06.2003 г).

Недостатком известного устройства является сложность конструкции, обусловленная наличием двух поворотных заслонок.

Наибольшую опасность для трубопровода представляет полный или прямой гидравлический удар, который происходит при мгновенном полном перекрытии прямолинейного участка трубопровода, заполненного движущейся жидкостью, при котором происходит полная потеря жидкостью скорости. Заброс ударного давления в трубопроводе уменьшается с повышением местных гидравлических потерь, которые вызывают также затухание (демпфирование) колебаний и уменьшают их длительность. Учитывая демпфирующий эффект местных сопротивлений, их часто используют для гашения гидравлического удара. Для этой цели в трубопровод устанавливают одну или несколько дроссельных шайб, с помощью которых достигается сглаживание фронта ударной волны и смягчение эффекта гидравлического удара на участке после дросселя.

Каждую фонтанную скважину нефтегазоконденсатных месторождений эксплуатируют создавая противодавление на устье путём установки диафрагмы с отверстием, получившей название штуцера, или штуцера с регулируемым проходным отверстием, которые располагаются перед устройством отсекающим и смягчают эффект гидравлического удара на участке между регулируемым штуцером и устройством отсекающим.

Задача, достигаемая изобретением, состоит в том, чтобы создать такое техническое решение, при использовании которого упрощалась конструкция устройства, а именно, использовалась одна поворотная заслонка и при этом обеспечивалась его надёжность при срабатывании и перекрытии трубопровода.

Для достижения названного технического результата устройство отсекающее содержит корпус, в котором расположены поворотный запорный орган, выполненный в виде поворотной заслонки с уплотнительной поверхностью и отверстием, удерживающий запорный орган в открытом положении фиксатор и чувствительный элемент, выполненный в виде нагруженного пружинами штока, причём шток чувствительного элемента связан с фиксатором.

Заявляемое устройство отсекающее отличается от прототипа тем, что в отверстии поворотной заслонки расположен нагруженный тарельчатыми пружинами запорный клапан с уплотнительной поверхностью в открытом положении, а на поворотной заслонке со стороны противоположной уплотнительной поверхности выполнено седло с возможностью взаимодействия с уплотнительной поверхностью запорного клапана при его закрытии.

Предлагаемое изобретение изображено на чертеже, где на фиг.1 изображён продольный разрез устройства в открытом положении, на фиг.2 – вид А на фиг.1.

Устройство отсекающее содержит корпус 1 с рабочей полостью 2 и седлом 3. В рабочей полости корпуса на оси 4 кронштейна 5 расположен поворотный запорный орган, выполненный в виде поворотной заслонки 6 с уплотнительной поверхностью 7, седлом 8 и отверстием 9. На уплотнительной поверхности заслонки установлен уплотнительный элемент 10, герметизирующий уплотнительные поверхности заслонки и седла.

В отверстии поворотной заслонки расположен нагруженный тарельчатыми пружинами 11 запорный клапан 12 с уплотнительной поверхностью 13 в открытом положении.

В рабочей полости корпуса расположен фиксатор 14 с упорами 15, установленный на оси 16 корпуса 17 чувствительного элемента с возможностью поворота на ней. В корпусе чувствительного элемента расположен нагруженный пружинами 18, 19 шток 20 с выступом 21, в котором выполнен паз 22. В пазу выступа штока расположен связанный с ним осью 23 фиксатор.

Фиксатор упорами удерживает в открытом положении поворотную заслонку. В горизонтальное (открытое) положение поворотная заслонка приводится с помощью рукоятки (не показана). Для выравнивания давления до и после поворотной заслонки перед её открытием установлен вентиль (не показан).

Пределы срабатывания чувствительного элемента от понижения и повышения давления от допустимого устанавливаются колпаками 24, 25.

Устройство работает следующим образом. В исходном положении (открыто) фиксатор 14 за счёт выталкивающей силы от давления транспортируемой среды, действующей на шток 20 с одной стороны и усилия пружины 19 с другой стороны, фиксируется в положении, при котором он упорами 15 удерживает в открытом положении поворотную заслонку 6.

При аварийном понижении давления ниже установленного колпаком 24 усилие пружины 18 преодолевает выталкивающее усилие от давления транспортируемой среды в рабочей полости 2 корпуса 1 и перемещает шток 20 внутрь полости 2. Выступ 21 штока 20, осью 23 связанный с фиксатором 14, поворачивает его на оси 16 корпуса 17 вниз, при этом упоры 15 фиксатора 14 освобождают поворотную заслонку 6, которая под собственным весом свободно поворачивается на оси 4 кронштейна 5 и опускается на седло 3, перекрывая поток транспортируемой среды и оставляя открытым только отверстие 9 в заслонке 6 для предотвращения гидравлического удара. После перекрытия седла 3 заслонкой 6 давление в полости 2 корпуса 1 начнёт возрастать до статического, при этом запорный клапан 12 под действием перепада давления на заслонке 6 начнёт перемещаться своей уплотнительной поверхностью 13 к седлу 8 заслонки 6, сжимая тарельчатые пружины 11 и герметично перекроет отверстие 9 заслонки 6 и поток транспортируемой среды.

Для открытия поворотной заслонки 6 необходимо открыть вентиль (не показан) и выравнять давление до и после заслонки. После этого с помощью рукоятки (не показана) повернуть заслонку в горизонтальное положение и зафиксировать фиксатором 14 в открытом положении.

При аварийном повышении давления выше установленного колпаком 25 выталкивающее усилие от давления транспортируемой среды в рабочей полости 2 корпуса 1 перемещает шток 20 из полости 2 наружу, преодолевая усилие пружины 19. Выступ 21 штока 20 осью 23, связанный с фиксатором 14, поворачивает его на оси 16 корпуса 17 вверх, при этом упоры 15 фиксатора 14 освобождают поворотную заслонку 6, которая под собственным весом свободно поворачивается на оси 4 кронштейна 5 и опускается на седло 3, перекрывая поток транспортируемой среды и оставляя открытым только отверстие 9 в заслонке 6 для предотвращения гидравлического удара. После перекрытия седла 3 заслонкой 6 давление в полости 2 корпуса 1 начнёт возрастать до статического, при этом запорный клапан 12 под действием перепада давления на заслонке 6 начнёт перемещаться своей уплотнительной поверхностью 13 к седлу 8 заслонки 6, сжимая тарельчатые пружины 11, и герметично перекроет отверстие 9 заслонки 6 и поток транспортируемой среды.

Благодаря упрощению конструкции устройства обеспечивается его надёжность при срабатывании и перекрытии трубопровода высокого давления.

Формула изобретения

Устройство отсекающее, содержащее корпус, расположенный в нем поворотный запорный орган, выполненный в виде поворотной заслонки с уплотнительной поверхностью и отверстием, удерживающий запорный орган в открытом положении фиксатор и чувствительный элемент, выполненный в виде нагруженного пружинами штока, причем шток чувствительного элемента связан с фиксатором, отличающееся тем, что в отверстии поворотной заслонки расположен нагруженный тарельчатыми пружинами запорный клапан с уплотнительной поверхностью в открытом положении, а на поворотной заслонке со стороны, противоположной уплотнительной поверхности, выполнено седло с возможностью взаимодействия с уплотнительной поверхностью запорного клапана при его закрытии.

РИСУНКИ