ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН Российский патент 1997 года по МПК F16K17/14 

Изобретение относится к арматуростроению и может быть использовано для защиты гидросистем от повышения давления сверх допустимого.

Известен предохранительный клапан, в корпусе которого размещено седло, перекрываемое запорным органом с эластичным уплотнителем, содержащий шток, входной и выходной патрубки и разрушаемый элемент, выполненный в виде тарированного стержня и взаимодействующий со штоком, при этом разрушаемый элемент расположен на одном конце штока, а запорный элемент на другом [1]
Однако эластичный уплотнит ель данного устройства имеет непродолжительный срок службы, что снижает надежность всего устройства в работе.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому при использовании результату является предохранительный клапан, содержащий корпус, в полости которого размещено седло, перекрываемое запорным органом с эластичным уплотнителем, шток, состоящий из двух телескопически связанных частей, между которыми установлена пружина. На одной из указанных частей штока выполнен паз, через который проходит штифт, соединяющий две части штока с возможностью перемещения их относительно друг друга вдоль его продольной оси при изменении давления в системе. Входной патрубок (высокого давления) расположен соосно со штоком, а выходной (низкого давления) под углом к продольной оси этого штока. Седло с запорным органом разъединяет полости высокого и низкого давления. На противоположном от запорного органа конце штока расположен разрушаемый элемент, выполненный в виде тарированного стержня и соединяющий шток с корпусом [2]
Наличие пружины, расположенной между двумя частями штока, хотя и способствует снижению величины динамических нагрузок, воздействующих на разрушаемый элемент, но не может оказать решающее влияние на повышение надежности и срока службы устройства в целом, так как ненадежным его звеном является эластичный уплотнитель запорного органа.

Поскольку на торец эластичного уплотнителя запорного органа данного устройства воздействует высокое давление, то уплотнитель тем сильнее прижимается к стенкам седла, чем больше это давление, и тем больше он испытывает силу трения. Если давление в системе постоянное и запорный орган находится в состоянии покоя, эластичный уплотнитель может прилипать к стенкам седла так, что это может привести к срабатыванию клапана при несанкционированных давлениях. А если давление в системе непостоянное, то одна часть штока относительно другой совершает поступательно-возвратные движения, что приводит к повышенному износу сильно прижатого к стенкам седла эластичного элемента. Более того, при срабатывании (срезании тарированного стержня) клапана запорный орган с эластичным уплотнителем переходит из зоны высокого давления в зону низкого давления. При этом деформации сжатия эластичного уплотнителя при высоком давлении приводит к деформации растяжения и разрушению этого уплотнителя.

Ненадежность в работе известных предохранительных клапанов чревата еще и возникновением аварийных ситуаций на нефтяных и газовых скважинах, т.к. для замены разрушенного эластичного уплотнителя запорного органа требуется полная разборка клапана. Поскольку этот процесс занимает значительное время, что за этот период может затвердеть тампонажный раствор; из бурового раствора может выпасть осадок и произойти прихват инструмента и т.д.

Задачей изобретения, на решение которой оно направлено, является повышение надежности и срока службы клапана.

Технический результат достигается тем, что в предохранительном клапане, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, в полости которого размещены седло, запорный орган с эластичным уплотнителем и штоком, состоящим из двух телескопически связанных частей, между которыми установлена пружина, и, по крайней мере, один разрушаемый элемент, выполненный в виде тарированного стержня, размещенного в корпусе с возможностью взаимодействия с одной телескопической частью штока, согласно изобретению, входной патрубок расположен под углом к продольной оси штока, а выходной соосно со штоком, при этом седло размещено в выходном патрубке, а часть телескопического штока с запорным органом выполнена ступенчатой, ступени соединены между собой по резьбе, запорный орган с эластичным уплотнителем установлен на ступени меньшего диаметра, а ступень большего диаметра снабжена дополнительным эластичным уплотнителем, между которым и эластичным уплотнителем запорного органа установлена дистанционная втулка, взаимодействующая своими торцами с упомянутыми уплотнителями.

В данном случае запорный орган при срабатывании клапана переходит из зоны низкого давления в зону высокого давления, где его эластичный уплотнитель подвергается всестороннему сжатию, что повышает сопротивляемость уплотнителя разрушению. Кроме того, уплотнитель при работе клапана и колебаний давления в системе меньше изнашивается, поскольку не подвергается воздействию высокого давления и прижимается к стенкам седла практически с постоянным усилием.

Наличие дистанционной втулки и резьбового соединения у различных по диаметру ступеней штока позволяет регулировать глубину посадки запорного органа в седло, а также изменить диаметры эластичных уплотнений при их изнашивании путем изменения длины ступени с меньшим диаметром подкручиванием резьбового соединения. Все это способствует повышению надежности и увеличению срока службы предохранительного клапана.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где изображен предохранительный клапан, содержащий корпус 1, в полости которого размещено седло 2, перекрываемое запорным органом 3 с эластичным уплотнителем 4, шток, состоящий из двух телескопически связанных частей 5 и 6, между которыми установлена пружина 7. Части 5 и 6 штока соединены между собой штифтами 8, расположенными в пазу 9, выполненном на части 6 штока с возможностью его частей 5 и 6 перемещаться относительно друг друга под действием давления в системе и пружины 7. Входной патрубок 10 высокого давления расположен под углом к продольной оси штока, а выходной патрубок 11 низкого давления соосно с этим штоком. На противоположном от запорного органа 3 конце штока расположены разрушаемые элементы 12, выполненные в виде тарированных стержней и соединяющие шток с корпусом 1. Для предотвращения выпадения этих элементов предусмотрен защитный колпак 13. Часть 6 штока с запорным органом 3 выполнена ступенчатой, при этом ступени с большим и меньшим диаметром 14 и 15 соответственно соединены между собой резьбовым соединением 16, на ступени 15 меньшего диаметра расположен запорный орган 3, а ступень 14 большего диаметра снабжена эластичным уплотнителем 17. Между эластичными уплотнителями 17 и 4 установлена дистанционная втулка 18, взаимодействующая своими торцами с указанными уплотнителями 4 и 17. Входной патрубок 10 высокого давления расположен в зоне установки дистанционной втулки 18.

Устройство работает следующим образом.

Среда, находящаяся в патрубке 10, оказывает воздействие на ступень 14 большего диаметра. При повышении давления в системе часть 6 штока перемещается в сторону части 5 этого штока и сжимает пружину 7. При понижении давления в системе часть 6 штока под действием сжатой пружины 7 совершает перемещение в обратном направлении. При превышении давлением некоторого критического значения воздействие, передаваемое через шток на разрушаемые элементы 12, приводит к срезанию последних. При этом шток устремляется в сторону защитного колпака 13, запорный орган 3 выходит из седла 2, а полости входного и выходного патрубков 10 и 11 соединяются. Происходит сброс избыточного давления системы. Для того чтобы снизить воздействия ударных нагрузок на узлы клапана, возникающих в момент его срабатывания, предусмотрены амортизаторы 19. Поскольку запорный орган 3 в момент срабатывания клапана попадает из зоны низкого давления в зону высокого давления, то под действием этого давления эластичный уплотнитель 4 запорного органа 3 обжимается вокруг ступени 15 меньшего диаметра, тем самым предотвращается его разрушение.

Техническим результатом при использовании изобретения является снижение эксплуатационных затрат и возможных аварийных ситуаций из-за выхода из строя запорного элемента клапана.

Использование: в арматуростроении, в частности для защиты пневмо- и гидросистем от повышения давления сверх допустимого. Сущность изобретения: входной патрубок предохранительного клапана расположен под углом к продольной оси штока, а выходной - соосно со штоком. В выходном патрубке размещено седло. Шток выполнен из двух телескопически связанных частей. Разрушаемый тарированный стержень размещен в корпусе клапана с возможностью взаимодействия с одной из частей штока. Другая часть штока выполнена из двух соединенных по резьбе ступеней. На ступени меньшего диаметра установлен запорный орган с эластичным уплотнителем. Ступень большего диаметра снабжена дополнительным эластичным уплотнителем. Между уплотнителями размещена дистанционная втулка, взаимодействующая с ними своими торцами. 1 ил.

Предохранительный клапан, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, в полости которого размещены седло, запорный орган с эластичным уплотнителем и штоком, состоящим из двух телескопически связанных частей, между которыми установлена пружина, и по крайней мере один разрушаемый элемент, выполненный в виде тарированного стержня, размещенного в корпусе с возможностью взаимодействия с одной телескопической частью штока, отличающийся тем, что входной патрубок расположен под углом к продольной оси штока, а выходной соосно со штоком, при этом седло размещено в выходном патрубке, а часть телескопического штока с запорным органом выполнена ступенчатой, ступени соединены между собой по резьбе, запорный орган с эластичным уплотнителем установлен на ступени меньшего диаметра, а ступень большего диаметра снабжена дополнительным эластичным уплотнителем, между которым и эластичным уплотнителем запорного органа установлена дистанционная втулка, взаимодействующая своими торцами с упомянутыми уплотнителями.