ПРОБКОВЫЙ КРАН Российский патент 2005 года по МПК F16K5/04 

Изобретение относится к области горного дела, в частности, к нефтегазодобывающей, нефтеперерабатывающей промышленности и может быть использовано в запорных устройствах устьевого оборудования на водонагнетательных, нефтегазодобывающих скважинах, в системах трубопроводов.

Известны пробковые краны, содержащие корпус с проходными каналами, пробку и уплотнительные элементы (SU 1606789 А1, МПК 7 F 16 К 5/16, 15.11.1999; FR 2694362 А1, МПК 7 F 16 К 5/04, 04.02.1994).

Недостатками известных пробковых кранов являются сложность в изготовлении, ненадежность в процессе эксплуатации, особенно при высоких давлениях и для больших проходных каналов для протока жидкости или газа.

Известен пробковый кран, содержащий корпус с каналами для входа и выхода потока жидкости, цилиндрическую пробку, соединенную с корпусом при помощи шаров для облегчения вращения пробки (RU 2168091 С2, МПК 7 F 16 К 5/04, 27.05.2001).

Недостатками известного пробкового крана являются ненадежность регулирования герметичности цилиндрической пробки относительно корпуса крана в результате его деформации, например размораживания на нефтегазовых месторождениях Западной Сибири, отсутствие управляемой гидравлической связи между входным и выходным каналами потока жидкости в закрытом положении пробкового крана.

Задача изобретения состоит в возможности надежного, безопасного регулирования герметичности цилиндрической пробки в корпусе крана в полевых условиях, например в устьевом оборудовании на нагнетательной или нефтегазодобывающей скважине, в обеспечении управляемой гидравлической связи между входным и выходным каналами потока жидкости в закрытом положении пробкового крана в процессе его эксплуатации.

Технический результат достигается тем, что в пробковом кране, содержащем корпус с каналами для входа и выхода потока жидкости, цилиндрическую пробку, соединенную с корпусом при помощи шаров для облегчения вращения пробки, согласно изобретению в каналах корпуса крана для входа и выхода потока жидкости выполнены цилиндрические выточки и установлены распорные втулки, выполненные в виде усеченных цилиндров, взаимодействующие косыми плоскостями с соответствующими косыми плоскостями вкладышей с уплотнительными элементами при радиальном перемещении регулировочных винтов и распорных втулок, связанных между собой через пазы трапециевидной формы, выполненные в распорных втулках и соответствующие трапециевидные выступы, выполненные на концах регулировочных винтов, установленных в корпусе крана.

Для выравнивания неуравновешенных нагрузок, действующих на цилиндрическую пробку в закрытом положении крана, в результате перепадов давлений на входе и выходе пробкового крана, на цилиндрической поверхности пробки выполнены входное и выходное отверстия, а в направлении оси вращения пробки установлен герметизирующий шток для управления гидравлической связью между входным и выходным каналами пробкового крана в процессе эксплуатации.

Для обеспечения надежности герметизации уплотнительными элементами цилиндрической пробки в корпусе крана регулировочные винты на концах имеют выступы, соответствующие пазы выполнены во вкладышах для фиксации поверхностей уплотнительных элементов относительно уплотняемых поверхностей цилиндрической пробки в процессе эксплуатации.

На фиг.1 изображен пробковый кран - общий вид.

На фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.

На фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1.

На фиг.4 - сечение В-В на фиг.3.

В статическом положении элементы пробкового крана взаимодействуют следующим образом.

В цилиндрические выточки 3, выполненные в каналах для входа и выхода потока жидкости 2 корпуса 1 устанавливают распорные втулки 4 и фиксируют их регулировочными винтами 13, установленными в корпусе 1, через пазы трапециевидной формы 24, выполненные в распорных втулках, и соответствующие трапециевидные выступы 25, выполненные на концах регулировочных винтов 13.

Для обеспечения герметичности регулировочные винты 13 устанавливаются в корпусе 1 через уплотнения 14.

Вкладыши 10 с уплотнительными элементами 9 устанавливаются в корпус 1 через каналы для входа и выхода потока жидкости 2.

При этом выступы 26, выполненные на концах регулировочных винтов 13 совпадают с пазами 27, выполненные во вкладышах 10, при одновременном совпадении косых плоскостей 11 распорных втулок и вкладышей.

Цилиндрическая пробка 17, с уплотнениями 18, с рычагами вращения пробки 15 и с герметизирующим штоком 16 с уплотнениями 20 устанавливается в корпус 1 через шары 7.

Через нажимную крышку 5, установленную в цилиндрической пробке 17 через манжету 8 и резьбовое соединение производится регулировка вращения цилиндрической пробки относительно корпуса 1 через шары 7 при одновременном обеспечении равномерного уплотнения соединения по окружности уплотнениями 18.

Шары 7 в соединении корпус-цилиндрическая пробка защищены от воздействия внешней среды резьбовой пробкой 22.

В свою очередь нажимная крышка 5 фиксируется от самооткручивания в процессе эксплуатации фиксатором 6, а герметизирующий шток 16 фиксируется стопором 21.

На технологическом стенде производят регулировку и проверку пробкового крана, используя для этого регулировочные гайки 12.

Ввинчиванием регулировочных гаек 12 регулировочные винты 13 совместно с распорными втулками 4 взаимодействующие через трапециевидные пазы 24 и выступы 25 (фиг.4), смещаются в радиальном направлении и одновременно, в результате взаимодействия косых плоскостей 11, вкладыши 10 с уплотнительными элементами 9 равномерно поджимаются к уплотняемым поверхностям цилиндрической пробки 17 и тем самым обеспечивается надежная герметизация пробкового крана.

Кроме вышеизложенного, для повышения надежности герметизации уплотнительными элементами 9 цилиндрической пробки 17 и удобства выполнения сборочных операций пробкового крана, регулировочные винты 12 на концах имеют выступы 26, взаимодействующие с соответствующими пазами 27, выполненные во вкладышах 10, обеспечивают постоянное положение уплотнительных элементов 9 относительно уплотняемых поверхностей цилиндрической пробки 17 в процессе эксплуатации.

В полевых условиях, например в устьевом оборудовании, на скважине, пробковый кран работает следующим образом.

Вращением цилиндрической пробки 17 посредством рычагов 15 прерывают гидравлическую связь между каналами для входа и выхода потока жидкости 2 в корпусе 1 пробкового крана.

При открывании пробкового крана для выравнивания неуравновешенных нагрузок, действующих на цилиндрическую пробку в закрытом положении (особенно для больших проходов, например, ДУ 1000 мм) в результате перепадов давлений (до 21 МПа и выше) на входе и выходе пробкового крана герметизирующим штоком 16 обеспечивают гидравлическую связь между входным и выходным каналами через входное 19 и выходное 23 отверстия и выравнивают давления на входе и выходе в каналах пробкового крана.

Это техническое решение позволяет из ряда типоразмеров запорных устройств исключить электроприводы управления запорными кранами, не нарушая при этом требований промышленной и экологической безопасности в нефтяной и газовой промышленности.

В процессе эксплуатации по техническим или технологическим причинам останавливаются водонагнетательные, нефтегазовые скважины, трубопроводы.

В зимнее время как в устьевом оборудовании, так и в трубопроводах может находиться вода или нефтегазоводяная смесь, которую не успевают удалить.

При замерзании воды разрушаются трубопроводы, деформируются разрываются (особенно по сварочным стыкам) корпуса запорных устройств.

Основной объем ремонта запорных устройств, связанных с их герметичностью - это результаты их эксплуатации в зимних условиях (особенно это показательно в нефтегазодобывающем регионе Западной Сибири).

Предложенный пробковый кран представляет техническую возможность восстановления герметичности выполнять в полевых условиях, без демонтажа пробкового крана, посредством ввинчивания регулировочных гаек 12 и радиальных смещений регулировочных винтов 13 и распорных втулок 4 при одновременных смещений, в результате взаимодействия косых плоскостей 11, вкладышей 10 с уплотнительными элементами 9 к уплотняемым поверхностям цилиндрической пробки 17.

Пробковый кран предназначен для использования в области нефтегазодобывающей и нефтегазоперерабатывающей промышленности. Пробковый кран содержит корпус с каналами для входа и выхода потока жидкости и цилиндрическую пробку. В каналах корпуса для входа и выхода потока жидкости выполнены цилиндрические выточки и установлены распорные втулки. Последние выполнены в виде усеченных цилиндров. Последние взаимодействуют косыми плоскостями с соответствующими косыми плоскостями вкладышей с уплотнительными элементами при радиальном перемещении регулировочных винтов и распорных втулок. Регулировочные винты и распорные втулки связаны между собой через выполненные в распорных втулках пазы трапециевидной формы и соответствующие трапециевидные выступы. Последние выполнены на концах установленных в корпусе крана регулировочных винтов. Обеспечивается надежное регулирование герметичности цилиндрической пробки в корпусе крана в полевых условиях. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Пробковый кран, содержащий корпус с каналами для входа и выхода потока жидкости, цилиндрическую пробку, соединенную с корпусом при помощи шаров для облегчения вращения пробки, отличающийся тем, что в каналах корпуса для входа и выхода потока жидкости выполнены цилиндрические выточки и установлены распорные втулки, выполненные в виде усеченных цилиндров, взаимодействующие косыми плоскостями с соответствующими косыми плоскостями вкладышей с уплотнительными элементами при радиальном перемещении регулировочных винтов и распорных втулок, связанных между собой через пазы трапециевидной формы, выполненные в распорных втулках, и соответствующие трапециевидные выступы, выполненные на концах регулировочных винтов, установленных в корпусе крана.2. Пробковый кран по п.1, отличающийся тем, что на цилиндрической поверхности пробки выполнены входное и выходное отверстия, а в направлении оси вращения пробки установлен герметизирующий шток для управления гидравлической связью между входным и выходным каналами пробкового крана.3. Пробковый кран по пп.1, 2, отличающийся тем, что регулировочные винты на концах имеют выступы, соответствующие пазы выполнены во вкладышах для фиксации поверхностей уплотнительных элементов относительно уплотняемых поверхностей цилиндрической пробки.