УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТСЕЧЕНИЯ ПОТОКА ЖИДКОСТИ НА КОНТРОЛИРУЕМОМ УЧАСТКЕ И СПОСОБ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК E21B43/12 

Изобретение относится к средствам отсечения потока жидкости и может быть использовано в нефтяной промышленности для регулирования расхода жидкости в трубопроводах и резервуарах и для отсечения потока в аварийной ситуации.

Известно устройство для отсечения потока жидкости в трубопроводе в аварийной ситуации и способ отсечения потока жидкости. В скважинном клапане-отсекателе давлением газа создается противодавление, уравновешивающее давление жидкости в трубопроводе [1].

Недостатком является необходимость применения дополнительного источника энергии и ограниченные функциональные возможности.

Наиболее близким к заявленным являются скважинный клапан-отсекатель и способ его применения [2].

Известное устройство для отсечения потока жидкости на контролируемом участке, включающее корпус с размещенным внутри него цилиндром с рабочим поршнем, образующим приемную и внутреннюю полости, пружину, шток и запорный узел с площадями проходного сечения, входную и выходную линию [2].

Недостатками ближайшего аналога являются сложность конструкции, ограниченные функциональные и технологические возможности, невозможность регулирования и поддержания необходимого расхода жидкости.

Задачей изобретения является получение технического результата, заключающегося в расширении функциональных возможностей путем обеспечения регулирования расхода жидкости, включая аварийный режим, упрощение конструкции.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для отсечения потока жидкости на контролируемом участке, включающем корпус с размещенным внутри него цилиндром с рабочим поршнем, образующим приемную и внутреннюю полости, пружину, шток и запорный узел с площадями проходного сечения, входную и выходную линии, площади проходного сечения выполнены в виде продольных частей в стенке цилиндра и поршне с возможностью регулирования их размеров, шток изготовлен в виде регулировочного винта усилия пружины, которая размещена внутри рабочего поршня, а выходная линия устройства соединена стальной трубкой с внутренней полостью рабочего поршня.

Способствует достижению технического результата то, что выходная линия устройства распложена под углом относительно входной линии, предпочтительно 90^o.

Поставленная задача решается также тем, что способ применения устройства по п. 1 включает стендовую его настройку, установку на контролируемом участке, изменение проходного сечения потока жидкости при воздействии на пружину давления жидкости и компенсирующей силы пружины, при этом в качестве компенсирующей силы пружины дополнительно используют перепад давлений между входом и выходом устройства, причем допустимый диапазон перепада давлений задают в зависимости от необходимого расхода жидкости изменением натяжения пружины с помощью штока и регулировкой размеров проходного сечения продольных щелей в процессе вывода устройства на рабочий режим при его стендовой настройке.

На чертеже представлена схема устройства. Устройство содержит корпус 4 с размещенным внутри него цилиндром 5 с рабочим поршнем 8, образующим приемную и внутреннюю полости 3, 14. Шток 10 изготовлен в виде регулировочного винта усилия пружины 9, которая размещена внутри рабочего поршня 8. Выходная линия 15 устройства соединена стальной трубкой 11 с внутренней полостью 14 рабочего поршня 8. Запорный узел выполнен с площадями проходного сечения, которые представляют собой продольные щели в поршне 6 и в стенке цилиндра 7. Выходная линия 15 устройства распложена под углом относительно входной линии, связанной с фланцем 1, предпочтительно 90^o. Устройство содержит также верхний и нижний стаканы-ограничители 2, 12 и глухой фланец 13.

Устройство представляет собой конструкцию, отрегулированную на работу в определенном диапазоне перепада давления. В этом диапазоне устройство работает как стабилизатор расхода. Во всех остальных случаях оно срабатывает как отсекатель.

Устройство работает следующим образом.

При подаче рабочей жидкости на вход возникает сила, воздействующая на приемную полость 3 рабочего поршня 8, стремящаяся переместить последний.

Ее величину можно определить как
F₁ = P_вх • S_п,
где F₁ - сила, направленная на перемещение поршня;
P_вх - давление на выходе устройства;
S_п - площадь поперечного сечения рабочего поршня 8.

Этой силе противодействует сила F₂, которую можно определить как
F₂ = F_пр + P_вых • S_п,
где F_пр - сила сжатия пружины 9;
P_вых - давление на выходе устройства, передаваемое на подпружиненную поверхность поршня через стальную трубку 11.

Равенство этих сил (F₁ = F₂) и будет определять геометрическое положение рабочего поршня 8 в цилиндре 5.

После того как поршень придет в движение и продольные щели 6 в поршне 8 начнут совмещаться с продольными щелями 7 в цилиндре 5, возникнет движение рабочей жидкости через устройство, однако в режим стабилизации расхода устройство войдет только после того, как продольные щели 6 в рабочем поршне 8 полностью совместятся с продольными щелями в цилиндре 7.

Дальнейшее увеличение перепада давления между входом и выходом устройства, направленное на увеличение расхода жидкости, с одной стороны, будет перемещать рабочий поршень 8 в сторону сжатия пружины, изменяя относительное положение продольных щелей 6 и 7, тем самым уменьшая площадь проходного сечения для жидкости, с другой стороны, т.е. приводя значение расхода к прежнему значению начала режима стабилизации.

Если же перепад давления между входом и выходом примет значение, при котором рабочий поршень 8 займет положение, обеспечивающее нулевое проходное сечение для жидкости (одно из граничных положений поршня 8), это будет означать, что устройство сработало в режиме отсечения потока жидкости.

Способ осуществляется следующей последовательностью операций:
1. Регулировка натяжения пружины и размеров продольных щелей на необходимую разность давлений на входе и выходе контролируемого участка (стендовая настройка и вывод устройства на рабочий режим).

2. Пуск устройства в работу в качестве стабилизатора расхода жидкости.

3. При отклонении величины разности давлений от заданной - автоматическое отсечение потока жидкости на контролируемом участке.

Использование изобретения повышает технологичность и многофункциональность устройства.

Источники информации
1. Патент РФ N 2021490, E 21 В 34/06, БИ N 19, 1994 г.

2. Патент РФ N 2099505, E 21 В 34/06, БИ N 35, 1997 г.

Устройство используется, в частности, в нефтяной промышленности для регулировки расхода жидкости в трубопроводах и резервуарах и для отсечения потока в аварийной ситуации. Устройство включает корпус с размещенным внутри него цилиндром с рабочим поршнем, образующим приемную и внутреннюю полости. Площади проходного сечения запорного узла выполнены в виде продольных щелей в стенке цилиндра и поршне. Размеры продольных щелей регулируются. Шток изготовлен в виде регулировочного винта усилия пружины, которая размещена внутри рабочего поршня. Выходная линия устройства соединена стальной трубкой с внутренней полостью рабочего поршня. Выходная линия устройства расположена под углом относительно входной линии, предпочтительно 90^o. Осуществляют стендовую настройку устройства. Проходное сечение потока изменяют за счет давления жидкости и компенсирующей силы пружины. Используют дополнительно допустимый перепад давлений в качестве компенсирующей силы пружины. Расширяются функциональные возможности, упрощается конструкция. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для отсечения потока жидкости на контролируемом участке, включающее корпус с размещенным внутри него цилиндром с рабочим поршнем, образующим приемную и внутреннюю полости, пружину, шток и запорный узел с площадями проходного сечения, входную и выходную линии, отличающееся тем, что площади проходного сечения выполнены в виде продольных щелей в стенке цилиндра и поршне с возможностью регулирования их размеров, шток изготовлен в виде регулировочного винта усилия пружины, которая размещена внутри рабочего поршня, а выходная линия устройства соединена стальной трубой с внутренней полостью рабочего поршня. 2. Устройство по п.2, отличающееся тем, что выходная линия устройства расположена под углом относительно входной линии, предпочтительно 90^o. 3. Способ применения устройства по п.1, включающий стендовую его настройку, установку на контролируемом участке, изменение проходного сечения потока жидкости при воздействии на пружину давления жидкости и компенсирующей силы пружины, при этом в качестве компенсирующей силы пружины дополнительно используют перепад давлений между входом и выходом устройства, причем допустимый диапазон перепада давлений задают в зависимости от необходимого расхода жидкости изменением натяжения пружины с помощью штока и регулировкой размеров проходного сечения продольных щелей в процессе вывода устройства на рабочий режим при его стендовой настройке.