Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ

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 А1, 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 С2, 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 аналога 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, 27.07.2008 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 α 60 градусов.

Недостатком аналога 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 CI, 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 аналога является отсутствие возможности своевременного предупреждения резкого повышения перепада давления при внезапном увеличении дебита рабочего продукта, что приводит к возможности появления аварийной ситуации.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к заявляемому изобретению является устройство для регулирования перепада давления (RU, патент №2603223 С2, F16K 3/06, F16K 31/122.01, 27.11.2016), 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 которых, образующих уплотняющие поверхности, выполнены канавки 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. Устройство 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.

Недостатком ближайшего аналога является отсутствие возможности своевременного предупреждения резкого повышения перепада давления при внезапном увеличении дебита рабочего продукта, что приводит к возможности появления аварийной ситуации, а также недостаточно быстрое открытие или закрытие шибером проходного сечения для прохождения рабочей среды, связанное с гидравлическим сопротивлением гидропривода.

Задачей изобретения является повышение надежности, быстродействия 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 в устройстве для регулирования перепада давления, содержащем корпус со съемным дном, крышку с перекрываемыми в них отверстиями, шибер с проходным отверстием, расположенный между корпусом и крышкой, плоский рычаг, размещенный в плоскости щели съемного дна с возможностью передачи через шестигранник и валик вращающего момента на шибер, 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 уплотняющие поверхности, выполнены канавки лабиринтного уплотнения и кромки 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 плоский рычаг устройства, размещенный в плоскости щели съемного дна с возможностью передачи через шестигранник и валик вращающего момента на шибер, шарнирно соединен через коленчатый вал с пружиной, другой конец которой связан через тягу со втулкой, подшипникового узла коленчатого вала, закрепленной на валу поплавка, при этом устройство снабжено ограничителем поворота коленчатого вала.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

Фиг. 1 - общий вид устройства;

Фиг. 2 - устройство с закрытым положением заслонки;

Фиг. 3 - устройство с открытым положением заслонки;

Фиг. 4 - сечение А-А на фиг. 2-3;

Фиг. 5 - сечение Б-Б на фиг. 1;

Фиг. 6 - ссечение Г-Г на фиг. 5;

Фиг. 7 - выноска с фиг. 5;

Устройство для регулирования перепада давления содержит корпус 1 (фиг. 1) со съемным дном 2, крышку 3 с перекрываемыми в них отверстиями 4, шибер 5 с проходным отверстием 6, расположенный между корпусом 1 и крышкой 3, плоский рычаг 7(фиг. 2), размещенный в плоскости щели съемного дна 2 с возможностью передачи через шестигранник 8 и валик 9 вращающего момента на шибер 5, дистанционное кольцо 10, установленное между крышкой 3 и съемным дном 2 корпуса 1. В гнездах 11 дна 2 корпуса 1 и крышки 3 герметизирующие сопряжения шибера 5 и крышки 3, шибера 5 и дна 2 корпуса 1 втулки 12 из жесткого антифрикционного материала, в торцах которых, образующих уплотняющие поверхности 13, выполнены канавки лабиринтного уплотнения 14. Кромки 15 втулок 12, сопрягаемые с шибером 5, имеют угол заострения а 60 градусов и плавающие в соответствующих гнездах 11 дна 2 корпуса 1 и крышки 3 втулки 12 из жесткого антифрикционного материала с лабиринтными уплотнениями 14 по торцам подпружинены относительно дна 2 гнезд И со стороны, противоположной лабиринтным уплотнениям 14, торцовыми жесткими пружинами 16 и прижаты тем самым лабиринтными 14 уплотняющими поверхностями 13 к плоскости шибера 5. На диаметральных поверхностях крышки 3 и съемного дна 2 корпуса 1, контактирующих со втулками 12, установлены уплотнительные кольца 17 круглого сечения из эластомера. При этом плоский рычаг 7 устройства, размещенный в плоскости щели съемного дна 2 с возможностью передачи через шестигранник 8 и валик 9 вращающего момента на шибер 5, шарнирно соединен через коленчатый вал 18 (фиг. 3) с пружиной 19, другой конец которой связан через тягу 20 со втулкой 21 (фиг. 4), подшипникового узла 22 коленчатого вала 18, закрепленной на валу 23 поплавка 24, и устройство снабжено ограничителем 25 поворота коленчатого вала 18.

Устройство работает следующим образом, например, при регулировании перепада давления потока жидкой среды в сепараторах.

В исходном состоянии устройства (фиг. 2), шибер 5 находится в положении «Закрыто», под воздействием вращающего момента получаемого через валик 9, шестигранник 8, размещенный в плоскости щели съемного дна 2 плоский рычаг 7, шарнирно соединенный и удерживаемый в верхнем положении в упоре 25 коленчатый вал 18, от натянутой пружины 19, другой конец которой связан через тягу 20 со втулкой 21 (фиг.4), подшипникового узла 22 коленчатого вала 18, закрепленной на вале 23 поплавка 24, который находится в верхнем положении. В сепарационной емкости поднимается перепад давления, и из емкости под действием возникающего перепада давления начинает выдавливаться жидкость. Поплавок 24 опускается вниз. При этом через вал поплавка 23 втулку 21, тяга 20 с движением поплавка 24 начинает растягивать пружину 19. При этом коленчатый вал 18 удерживается в верхнем положении на упоре 25. Одновременно с этим уменьшается крутящий момент удерживающий шибер 5 в положении «Закрыто».

По мере снижения уровня и переходом поплавка 24 середины уровня, пружина 19 от вала 23 поплавка 24, втулку 21 и тягу 20 максимально растягивается. С переходом середины уровня сепаратора поплавка 24, вместе с тягой 20, пружина 19 переходит ось вращения вала 23 поплавка 24. Под воздействием натянутой пружины 19 от тяги 20 появляется крутящий момент от натяжения пружины 19, для поворота шибера 5 в положение «Открыто», через коленчатый вал 18, соединенный шарнирно с плоским рычагом 7, размещенным в плоскости щели съемного дна 2 с возможностью передачи через шестигранник 8 и валик 9.

С достижением минимального уровня жидкости в сепараторе, соответствующего положения поплавка 24, крутящего момента, усилия равного или большего фрикционных сил, возникающих от сил нормального давления, прижимающих шибер 5 к герметизируемой поверхности 13 втулки 12, возникших от перепада давления, коленчатый вал 18 повернется в подшипниковом узле 22 до нижнего упора 25 и через шарнирное соединение с плоским рычагом 7, размещенном в плоскости щели съемного дна 2, через шестигранник 8 и валик 9, вместе с шибером 5, который займет положение «Открыто». Одновременно с этим в сепараторе снимается перепад давления и набирается уровень жидкости. С набором уровня жидкости происходит движение поплавка 24 вверх, который растягивает пружину 19. С переходом пружины 19 оси вращения поплавка 24, появляется крутящий момент от натянутой пружины 19, который поворачивает до верхнего положения в упоре 25 коленчатый вал 18, и через соединенный шарнирно с плоским рычагом 7, размещенном в плоскости щели съемного дна 2, через шестигранник 8 и валик 9, и шибер 5, который принимает положение «Закрыто». Поднимается перепад давления, жидкость из сепаратора выдавливается. Далее процесс повторяется

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 стабильной работы пружинного механизма открытия и закрытия шибером устройства регулирования перепада давления.

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.