Патент на изобретение №2204073

(54) КРАН УСТЬЕВОЙ ДВУХШАРОВЫЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к запорной арматуре нефтегазодобывающего оборудования. Кран содержит корпус с центральным отверстием и клапанной камерой. Внутри камеры соосно установлены два шаровых затвора с цапфами. Фиксирующие разрезные кольца размещены в соответствующих кольцевых расточках корпуса, имеется по два седла, одно из которых установлено в кольцевой расточке корпуса. Каждый из затворов установлен в опорной разрезной втулке с отверстиями для цапф и снабжен ограничителем поворота шарового затвора. Опорные разрезные втулки расположены с возможностью взаимодействия с соответствующими фиксирующими разрезными кольцами через регулировочные кольца, резьбовые втулки, сочлененные с гайками, наружная кольцевая проточка которых контактирует с фиксирующими разрезными кольцами, образуя единый узел. Седла выполнены подпружиненными, три из них установлены в резьбовых втулках. Последние выполнены с одинаковым внутренним диаметром под их установку, равным диаметру расточки корпуса под установку седла. Изобретение обеспечивает высокую надежность и герметичность. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к запорной арматуре устьевого нефтегазодобывающего оборудования, а именно к шаровым кранам, устанавливаемым для перекрытия канала с целью возможности фонтанирования потока рабочей среды из скважины.

Известен двойной двухходовой шаровый кран для попеременной работы рабочих механизмов, содержащий корпус с проходным отверстием с противолежащими выводами для присоединения трубопроводов, двойной шаровый кран, каждый шар снабжен проходным отверстием и уплотнен уплотнительными кольцами, плоскости которых взаимно параллельны и перпендикулярны относительно отверстия в корпусе. Недостатком данного технического решения является невозможность применения его для работы с большим давлением (пат. DE 4332221, F 16 K 5/06).

Известен шаровый кран, содержащий корпус с внутренней кольцевой расточкой, клапанную камеру, в которой установлен шаровый затвор с цапфами, опорную разрезную втулку с фиксатором, выполненным в форме разрезного кольца, размещенного в выполненной в корпусе проточке, плавающие уплотнительные элементы, с наружной стороны которых выполнена проточка для удержания разрезного кольца, причем фиксатор и опорная разрезная втулка изолированы от воздействия рабочей среды уплотняемым элементом, а ограничитель поворота выполнен в виде сегментной шпонки, расположенной в проушине опорной разрезной втулки (а.с. 1536133, F 16 K 5/06). Недостатком данного изобретения является недостаточная надежность и герметичность крана при работе с большим давлением рабочей среды (70 МПа и более). Седла, взаимодействующие с шаровыми затворами, уплотнены в корпусе крана, из-за чего при большом давлении рабочей среды (70-105 МПа) на пару седло – шаровой затвор действует большие осевые силы, создающие большие силы трения в зоне уплотнения и на цапфах шарового затвора, что приводит к быстрому износу, разрушению пар уплотнения, потере герметичности, к большим моментам при управлении шаровым краном.

Известен двухшаровый кран, содержащий корпус с центральным отверстием, клапанную камеру, в которой соосно установлены два шаровых затвора с цапфами, фиксирующие разрезные кольца, размещенные в соответствующих кольцевых расточках корпуса, по два седла (пат. США 5643754, F 16 K 5/06). Недостатком данной технической разработки является недостаточная надежность при возникновении больших осевых нагрузок, создающих большой момент при управлении шаровым краном, ведущий к быстрому износу и разрушению пар уплотнений.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности и герметичности шарового крана, легко управляемого в условиях высокого давления.

Данная техническая задача решается за счет создания крана устьевого двухшарового (кран), содержащего корпус с центральным отверстием, клапанной камерой, в которой установлены два шаровых затвора, каждый из которых имеет опорную разрезную втулку с отверстиями для цапф, соединенную с фиксирующим разрезным кольцом с помощью регулирующего кольца, резьбовой втулки, сочлененной с гайкой, наружная кольцевая проточка которой контактирует с фиксирующим разрезным кольцом, образуя единый узел. Три седла установлены в резьбовые втулки, имеющие одинаковый внутренний диаметр под их установку, равный диаметру расточки в корпусе под установку нижнего седла. Седла, расположенные между шаровыми затворами, установлены в одной втулке, а ограничитель поворота шарового затвора состоит из штифта, ввернутого в корпус, взаимодействующего с пазом, выполненным на дуге 90^o в шаровом затворе. Три седла уплотнены по внутреннему диаметру резьбовых втулок, которые в свою очередь уплотнены относительно корпуса. Четвертое (нижнее) седло уплотнено относительно корпуса. Такая конструкция крана устьевого двухшарового позволяет приблизить максимально диаметр, по которому уплотнены седла, к диаметру проходного отверстия, что позволяет существенно снизить осевую силу от давления рабочей среды на запорные элементы, уменьшить силу трения и удельное давление в уплотнительных элементах и на цапфах шарового затвора, следовательно, повысить надежность и герметичность работы крана и облегчить управление им.

На фиг. 1 изображен кран устьевой двухшаровый в разрезе, на фиг.2 – разрез А-А.

Кран устьевой двухшаровый состоит из корпуса 1 с центральным отверстием 2, клапанной камерой, внутри которой соосно установлены два шаровых затвора 3 с цапфами 4, четыре седла 5, 6, 7, 8 с уплотнительными элементами 9 и тарельчатыми пружинами 10. Каждый шаровой затвор 3 установлен в разрезной опорной втулке 11 с отверстиями для цапф 4. Разрезная опорная втулка 4 представляет собой полый цилиндр, разрезанный на две части, причем плоскость разреза перпендикулярна продольной оси цилиндра и совпадает с осью цапф 4 шарового затвора 3. Цапфы 4 шарового затвора 3 взаимодействуют с разрезными опорами втулками 11 посредством радиальных подшипников 12. Одно из седел 5 установлено в кольцевой расточке 13 корпуса 1; седла 6 и 7, расположенные между шаровыми затворам 3, установлены в резьбовой втулке 14, а седло 8 – в резьбовой втулке 15. Резьбовые втулки 14 и 15 закреплены гайками 16 и 17 соответственно, наружная кольцевая проточка которых контактирует с разрезными фиксирующими кольцами 18, установленными в кольцевой расточке 19 корпуса 1.

Резьбовые втулки 14 и 15 выполнены в виде ступенчатого цилиндра. На торце большей ступени резьбовых втулок 14 и 15 со стороны гаек 16 и 17 с упором в разрезные фиксирующие кольца 18 установлены регулировочные кольца 20. Резьбовая втулка 14 на внутреннем диаметре имеет выступ 21, а седло 8 установлено во внутренней расточке резьбовой втулки 15. Внутренние диаметры резьбовых втулок 14 и 15, которыми они контактируют с наружным диаметром седел 6, 7, 8, равны между собой и равны диаметру кольцевой расточки 13 корпуса 1 под седло 5. Т.е. диаметры, по которым уплотнены седла 5, 6, 7, 8, равны и они максимально приближены к диаметру проходного сечения крана.

Гайка 16, резьбовая втулка 14, регулировочное кольцо 20, разрезное фиксирующее кольцо 18 и гайка 17, резьбовая втулка 15, регулировочное кольцо 20 и разрезное фиксирующее кольцо 18 вместе с разрезными опорными втулками 11 представляют собой единое целое. В корпусе 1 перпендикулярно его продольной оси установлены штифты 22, каждый из которых взаимодействует с пазом 23, выполненными по радиусу на дуге 90^o на торце каждого шарового затвора 3, обеспечивая поворот шарового затвора 3 на 90^o из положения “открыто”, когда проходные отверстия в шаровых затворах совпадают с отверстием в корпусе, обеспечивая прохождение рабочей среды в положение “закрыто”, когда проходные отверстия в шаровых затворах 3 расположены перпендикулярно отверстию в корпусе 1, прекращая прохождение рабочей среды. Каждый шаровой затвор 3 одной из цапф 4 сочленен со шпинделем 24 посредством паза. С наружного торца каждого шпинделя 24 выполнен вертикальный паз П, в который вставляется рукоятка управления шаровым затвором (не показано).

Для обеспечения точности установки шаровых затворов 3 в опорах, исключения влияния допусков размерной цепи, обеспечения собираемости крана устьевого двухшарового необходимо, чтобы разница размеров Г и Д, Е и Ж не превышала 0,03. ..0,05 мм. Г – это размер от нижнего торца разрезной опорной втулки 11 до нижнего торца резьбового фиксирующего кольца 18, Д – размер от нижнего торца клапанной камеры до верхнего торца регулировочного кольца 20, Е – размер от нижнего торца опорной втулки 11 до нижнего торца фиксирующего кольца 18, Ж – размер от верхнего торца резьбовой втулки 14 до верхнего торца регулировочного кольца 20. Кран устьевой двухшаровый имеет присоединительные резьбы 25 и 26.

Кран устьевой двухшаровый через присоединительные резьбы 25 и 26 присоединяется с одной стороны к трубной колонне, опускаемой в скважину, а с другой – к компрессору. При установке его оба шаровых затвора находятся в положении “закрыто”. После пуска компрессора и достижения на кране устьевом двухшаровом перепада давления 10 МПа (100 кгс/см²) оба шаровых затвора 3 последовательно открываются. С помощью рукоятки, установленной в паз П шпиндель 24, соединенный с цапфой 4 верхнего затвора 3, поворачивает его в положение “открыто”, затем точно так же производят поворот нижнего шарового затвора 3 в положение “открыто”. При этом отверстия шарового затвора 3 устанавливаются соосно проходному отверстию 2 корпуса крана. Затем начинается закачивание скважины при давлении, превышающем на 10 МПа давление в скважине. После завершения работ или в случае крайней необходимости шаровые затворы последовательно в обратном порядке переводятся в положение “закрыто”, т. е. с помощью рукоятки, установленной в паз П нижнего шарового затвора 3, шпинделя 24, установленного в цапфе 4, нижний шаровой затвор 3 поворачивается на 90^o в положение “закрыто”, при этом отверстие шарового затвора 3 устанавливается перпендикулярно проходному отверстию 2 корпуса 1 клапана, штифт 22, установленный в корпусе 1 одним концом, а другим контактирующий с пазом 23, ограничивает поворот шарового затвора 3 только на 90^o. Затем точно так же производят закрытие верхнего шарового затвора 3. После чего останавливают компрессор.

Таким образом, данная конструкция крана устьевого двухшарового обеспечивает надежную работу и высокую степень герметизации, позволяет легко управлять им в условиях высокого давления.

Формула изобретения

1. Кран устьевой двухшаровый, содержащий корпус с центральным отверстием, клапанную камеру, в которой соосно установлены два шаровых затвора с цапфами, фиксирующие разрезные кольца, размещенные в соответствующих кольцевых расточках корпуса, по два седла, одно из которых установлено в кольцевой расточке корпуса, отличающийся тем, что каждый шаровой затвор установлен в опорной разрезной втулке с отверстиями для цапф и снабжен ограничителем поворота шарового затвора, при этом опорные разрезные втулки расположены с возможностью взаимодействия с соответствующими фиксирующими разрезными кольцами через регулировочные кольца, резьбовые втулки, сочлененные с гайками, наружная кольцевая проточка которых контактирует с фиксирующими разрезными кольцами, образуя единый узел, причем седла выполнены подпружиненными и три из них установлены в резьбовые втулки, выполненные с одинаковым внутренним диаметром под их установку, равным диаметру расточки в корпусе под установку седла.

2. Кран устьевой двухшаровый по п. 1, отличающийся тем, что седла, расположенные между шаровыми затворами, установлены в одной резьбовой втулке.

3. Кран устьевой двухшаровый по п. 1, отличающийся тем, что ограничитель поворота шарового затвора состоит из штифта, ввернутого в корпус, взаимодействующего с пазом, выполненным на дуге 90^o в шаровом затворе.

РИСУНКИ