Результат интеллектуальной деятельности: ПРИВОД ЗАПОРНОЙ ТРУБОПРОВОДНОЙ АРМАТУРЫ

Изобретение относится к приводам запорной трубопроводной арматуры нефтяной и газовой промышленности, системам транспортирования жидкостей и газа и может быть применено в системах управления движением флюида в фонтанной арматуре в том числе и при глубоководной добычи в открытом море для открытия и закрытия продуктовых трубопроводов под высоким давлением.

В настоящее время существуют следующие типы приводов запорной трубопроводной арматуры, реализованные на применении механизмов с ручным, механическим, гидравлическим и электромеханическим приводами, которые обеспечивают работу запорной арматуры в различных условиях эксплуатации, в том числе и под водой.

В практике глубоководной добычи флюида обычно применяется комбинированный тип привода, обеспечивающий управляемое открытие трубопроводной арматуры гидравлическим приводом, а при снятии управляющего давления или аварийном закрытии арматуры (шиберной задвижки), срабатывание на закрытие происходит накопленной энергии пружины, которое осуществляется в два этапа: в период предварительного сжатия в процессе сборки механизма привода и добавочное сжатие в период управляемого открывания шиберной задвижки, т.к. в осевом перемещении они движутся совместно. Также при отсутствии управляющего давления приводом открытия шибера можно управлять посредством механического воздействия от телеуправляемого необитаемого подводного аппарата (ТНПА) через механизм преобразования энергии вращения в поступательное, которое и осуществляет открытие задвижки в аварийном ситуации. Известными зарубежными производителями шиберных задвижек для глубоководной добычи флюида являются компании: Pacson Valves, Bel Valves и ATV

Наиболее близким отечественным техническим решением к заявляемому является задвижка по SU № 367307, кл. F 16 K 3/00, опубл.23.01.1973, привод которой содержит шток, связанный с затвором, и сильфонную сборку, один торец которой жестко закреплен в корпусе. Роль привода здесь выполняет конструкция «поршень-цилиндр».

В известных конструкциях шиберных задвижек для глубоводной добычи флюида выявлены следующие недостатки:

- в конструкции движущего поршня и штоков применяются дорогостоящие системы уплотнений, требующих механическую обработку с высокими требованиями сопрягаемых деталей,

- срабатывание на закрытие происходит с помощью накопленной энергии сжатой пружины, которая физически занимает большое пространство и ее производство достаточно уникальное и дорогое.

Технической проблемой является устранение отмеченных недостатков. Технический результат заключается в повышение надежности работы трубопроводной арматуры, в частности шиберных задвижек. Создание сильфонных шиберных задвижек с применением системы сильфонных компенсаторов, обеспечивает надежную герметизацию и большой (около 1000 циклов) потенциал срабатываний привода, а также простоту в изготовлении и в процессе эксплуатации в системах управления транспортированием жидкостей и газа под высоким давлением (до 34,5 МПа), где нет возможности технического обслуживания оборудования.

Техническая проблема решается и технический результат достигается за счет того, что привод запорной трубопроводной арматуры содержит шток, связанный с затвором, и сильфонную сборку, один торец которой жестко закреплен в корпусе, при этом второй торец сборки герметично закрыт подвижной опорой, в которую с внутренней стороны опирается шток затвора, причем внешняя полость сборки в корпусе связана с управляющим давлением, а внутренняя – заполнена газовой смесью под давлением с возможностью ее сжатия в процессе открытия арматуры и обеспечения открытия после снятия управляющего давления. Подвижная опора с внешней стороны может быть кинематически связана с телеуправляемым необитаемым подводным аппаратом через интерфейс.

На Фиг.1 показан предлагаемый привод в положении «закрыто», на фиг. 2, то же, в положении «открыто».

Запорная трубопроводная арматура содержит корпус 1 с седлами 3 и затвор (шибер) 2. Привод включает в себя сильфонную сборку 15 и 16, один торец которой жестко закреплен патрубком 11 в корпусе 7, при этом второй торец сборки с патрубком 17 герметично закрыт подвижной опорой 19, в которую с одной стороны опирается направляющая труба 9, связанная со штоком 4. Другая сторона опоры кинематически связана через патрубок 20 с механизмом аварийного открывания. В созданное замкнутое пространство закачивается через газовый клапан 36 газовая смесь 37 под давлением (до 2-3 МПа). Для реализации гидравлического привода создаем замкнутое пространство (полость) 35 для гидравлической жидкости посредством трубы 38, которая с одной стороны соединена с неподвижным корпусом 7, а с другой стороны соединена с опорным фланцем 26. Созданное замкнутое пространство для гидравлической жидкости соединяется через гидравлический клапан 38 с корпусом 12 гидравлического компенсационного устройства и компенсатором 13, который компенсирует объемы гидравлической жидкости 34 в гидравлического приводе. В полости 33 находится газовая смесь под атмосферным давлением. Давление в полости 33 формируется через газовый клапан 32, а давление гидравлической жидкости в замкнутом пространстве (полости) 35 создается через гидравлический редуктор 24, которое определяется как необходимое давление из технической потребности на открытие шиберной задвижки определяется расчетом.

Для создания механизма аварийного открывания дистанционно управляемым ТНПА предусмотрена пара «винт-гайка» 23 и 21 соответственно, которая базируется на корпусе 25, который опирается на опорный фланец 26 и крепиться болтами 27 к корпусу рамы фонтанной арматуры 28. Также этими болтами крепится корпус 29 интерфейса, дистанционно управляемого ТНПА, который содержит патрубок 30 и ориентирующий фланец 31. Для передачи вращающего движения предусмотрен квадрат 40 на винте 23, который передает вращательное движение через пару «винт-гайка» 23 и 21 соответственно. Так как вращающийся винт 23 остается на своей позиции в осевом направлении, то гайка 21 движется поступательно относительно винта. Движение на открытие шиберной задвижки 2, возможно только после силового воздействия гайки 21 на торец подвижной опоры 19 в осевом направлении. Шпонка 22 обеспечивает опирание гайки на направляющий патрубок 20 и обеспечивает поступательное движение гайки 21 относительно винта 23. Шпоночный паз в направляющем патрубке 20 обеспечивает свободное перемещение всей шиберной задвижки при работе в автоматическом режиме.

Сильфонная шиберная задвижка работает следующим образом.

В исходном состоянии шибер 2 расположен в крайнем правом положении «закрыто», сильфоны10 и 16 в растянутом состоянии и направляющий патрубок 20 упирается в опорный фланец 26, также управляющее давление гидравлической жидкости 34 отсутствует. Продуктовый канал 39 перекрыт.

Работа на открытие шиберной задвижки. Во внешнюю полость 35 подается давление гидравлической жидкости через гидравлический редуктор 24, в результате чего повышается давление и создается рабочее усилие, действующее на подвижную опору 19. Далее усилие передается через направляющую трубу 9, шток4 к шиберу 2 и в результате приводит к открытию шиберной задвижки в крайнее левое положение «открыто». Шибер 2 упирается в корпус 1. В это же движение, параллельно происходит сжатие сильфонов 10 и 16 и сжатие замкнутой газовой смеси 37. В тоже время внешняя полость 35, заполненная гидравлической жидкостью, увеличивается в объеме и для его компенсации происходит перетечка гидравлической жидкости 34 из гидрокомпенсатора 12 и сильфона 13 через трубку 43 и клапан 42.

Работа на закрытие шиберной задвижки. Управляющее давление сбрасывается во внешней полости 35, далее начинает срабатывать сильфонный компенсатор 16, который был сжат на этапе открытия, под воздействием сжатой газовой смеси 37 создает усилие на подвижную опору 19, которое передается на направляющую трубу 9, шток 4 и шиберу 2, в результате приводит к закрытию шиберной задвижки в крайнее правое положение «закрыто», а направляющий патрубок 20 упирается в опорный фланец 26. В тоже время внешняя полость 35, заполненная гидравлической жидкостью, уменьшается в объеме и избыток гидравлической жидкости 34 перетекает из внешней полости 35 в гидрокомпенсаторе 12 в полость 34 и сильфон 13 через клапан 42 и трубку 43.

Работа шиберной задвижки, при аварийной ситуации, когда нет управляющего гидравлического давления, на открытие. В исходном состоянии шибер 2 расположен в крайнем правом положении «закрыто», сильфоны 10 и 16 в растянутом состоянии и направляющий патрубок 20 упирается в опорный фланец 26, также управляющее давление гидравлической жидкости 34 отсутствует. Гайка 21упирается в торец подвижной опоры 19.

Работа на открытие шиберной задвижки с помощью дистанционно управляемого ТНПА. ТНПА входит в контакт с интерфейсом фонтанной арматуры и получив команду на открытие шиберной задвижки, через квадрат 40 начинает вращать резьбовой винт 23 на такое количество витков, которое необходимо при данном шаге резьбы для осевого перемещения для открытия шиберной задвижки. Далее усилие передается через торец подвижной опоры19, направляющую трубу 9, шток 4 к шиберу 2 и в результате приводит к открытию шиберной задвижки в крайнее левое положение «открыто». Шибер 2 упирается в корпус 1. В это же движение, параллельно происходит сжатие сильфонов 10 и 16 и сжатие замкнутой газовой смеси 37. В то же время внешняя полость 35, заполненная гидравлической жидкостью, увеличивается в объеме и для компенсации разницы объема происходит перетечка гидравлической жидкости из полости гидрокомпенсатора 12 и сильфона 13 через клапан 42 во внешнюю полость 35.

Работа на закрытие шиберной задвижки с помощью дистанционно управляемого ТНПА, начинается после поступления команды на закрытие. ТНПА отрабатывает вращение резьбового винт 23 на такое количество витков, которое необходимо при данном шаге резьбы для осевого перемещения для закрытия шиберной задвижки или возврата в исходное положение. Далее начинает срабатывать сильфонный компенсатор 16, который был сжат на этапе открытия, под воздействием сжатой газовой смеси создает усилие на подвижную опору 19, которое передается на направляющую трубу 9, шток 4 и шиберу 2, в результате приводит к закрытию шиберной задвижки в крайнее правое положение «закрыто», а направляющий патрубок 20 упирается в опорный фланец 26.

В тоже время внешняя полость 35, заполненная гидравлической жидкостью, уменьшается в объеме и избыток гидравлической жидкости перетекает из внешней полости 35 в гидрокомпенсатор 12 в полость 34 и сильфон 13 через клапан 42 и трубку 43.

Сильфонная шиберная задвижка может встраиваться в трубопроводную систему непосредственно корпус 1 соединяется с ответными фланцами системы или с помощью приварных фланцев 41, может быть вварена в трубную систему.