КЛАПАН МАГНИТОРЕГУЛИРУЕМЫЙ Российский патент 2010 года по МПК F16K31/08 

Изобретение относится к запорной арматуре и может быть использовано в устройствах измерения дебита нефтяных скважин для перепуска рабочей среды из сосуда в сосуд.

Известен магнитный клапан, содержащий немагнитные корпус с седлом и установленные в нем по оси два регулируемых цилиндрических постоянных магнита, между которыми установлен запорный орган с размещенным в нем кольцевым постоянным магнитом, и расположенный в корпусе со стороны седла дополнительный кольцевой постоянный магнит, коаксиальный магниту в запорном органе и ближнему к седлу регулируемому магниту, причем полюс последнего и также одноименный ему полюс дополнительного магнита направлены к разноименному им полюсу магнита в запорном органе, другой полюс которого направлен к одноименному ему полюсу регулируемого магнита в противоположном седлу конце корпуса, при этом в торце запорного органа выполнены цилиндрические проточки с возможностью ввода в них полюсов регулируемых магнитов для фиксирования запорного органа в крайних положениях (SU, авторское свидетельство №1180627 от 23.09.85, МПК F16K 31/08).

Известный клапан имеет ряд недостатков:

- ослаблена потенциальная возможность силового взаимодействия магнитных полей постоянных магнитов наличием на них слоя немагнитного материала, а также тем, что все магниты расположены по отношению друг к другу коаксиально, не полюс в полюс, и, вследствие этого, силовое взаимодействие магнитных полей осуществляется значительно ограниченной их частью;

- возможно лишь регулирование величины перепада давления рабочей среды на клапане только на момент его открытия, регулирование же величины перепада давления рабочей среды на момент закрытия ограничено;

- диапазон регулирования величины перепада давления рабочей среды при открытии определяется только потенциальными возможностями магнитов, что значительно сужает область применения клапанов по перепаду давления рабочей среды на нем.

- отсутствие возможности сброса давления после запорного органа для безопасного производства работ по техническому обслуживанию.

Известен клапан, содержащий корпус, подпружиненный запорный орган со штоком, седло, дроссель, пружину, снабженный шайбой из магнитного материала, установленной на штоке и расположенной между двумя кольцевыми магнитами, размещенными в двух магнитопроводах, жестко прикрепленных к корпусу, и поочередно взаимодействующими с шайбой в крайних ее положениях при ее перемещении со штоком, при этом одноступенчатый дроссель в виде дросселирующего диска установлен в проходном сечении патрубка седла клапана и жестко закреплен на запорном органе (RU, патент №2199662, С2 на изобретение от 29.05.2001, Е21В 47/10).

Недостатками известного клапана являются:

- отсутствие возможности регулирования величин: усилия пружины и удерживающей магнитной силы магнитной цепи, образованной из кольцевого магнита, магнитопровода и шайбы; с целью настройки клапана на заранее заданные величины перепада давления рабочей среды на нем в моменты начала открытия и начала закрытия его, что сужает область применения клапана по перепаду давления;

- отсутствие возможности экстренного сброса рабочей среды при аварийном росте ее давления, что может привести к перегрузке и разрушению оборудования, оснащенного клапаном;

- отсутствие возможности сброса давления после запорного органа для безопасного производства работ по техническому обслуживанию;

- вероятность разрушения кольцевых постоянных магнитов, в результате ударного соприкосновения с ними шайбы при ее перемещениях в крайние положения, обусловленного хрупкостью материала магнитов, и размагничивания их при ударе;

- нерациональность формы магнитопроводов, приводящая к рассеиванию магнитного потока в кольцевых магнитах и, как следствие этого, к снижению потенциальной величины магнитной удерживающей силы.

Известен клапан магниторегулируемый, содержащий корпус с перегородкой, выполненной из металла, подпружиненный запорный орган со штоком, выполненные из металла, пружину, седло, шайбу из магнитного материала на штоке, два кольцевых постоянных магнита, два магнитопровода, дроссель в виде металлического дросселирующего диска в проходном канале седла, жестко скрепленный с запорным органом, манжету из эластомера, закрепленную на седле, распорную втулку из немагнитного материала между магнитопроводами, один из которых выполнен в виде втулки, ввернутой на резьбе в корпус, и резьбовой пробки в ней (RU, патент №2307279, С2 на изобретение от 27.09.2007, МПК F16K 31/08).

Известный клапан магниторегулируемый имеет ряд недостатков:

- незначительность диапазона регулирования величины перепада давления рабочей среды на клапане по причине ограниченности возможностей кольцевых постоянных магнитов, что значительно сужает область применения клапана;

- размагничивание постоянных магнитов и выход из строя эластомерной манжеты вследствие значительной величины скорости перемещения подвижной системы элементов (шток с шайбой и запорным органом с дросселем), что приводит к излишней величине ударного воздействия подвижной системы элементов в крайних точках хода штока на постоянные магниты и эластомерную манжету. При посадке с ударом запорного органа на седло, а также при соприкосновении с ударом шайбы с магнитопроводами, ударные воздействия приводят к постепенному размагничиванию кольцевых магнитов из-за их сотрясения и к разрушению манжеты в результате динамической деформации ее сверх пределов упругости эластомера;

- не обеспечивается сброс давления после запорного органа для безопасного производства работ по техническому обслуживанию.

В закрытом положении клапана при сбросе давления до запорного органа всегда остается остаточное давление после запорного органа. Этим остаточным давлением запорный орган еще сильнее прижимается к уплотнительной манжете. Для сброса давления после запорного органа обычно устанавливается вентиль, соединяющий полость запорного органа с атмосферой. Установка вентиля (задвижки) для сброса давления с полостей после запорного органа не всегда удобна, ввиду того что рабочая среда, обычно вредная для здоровья, выделяется в атмосферу, где находится персонал, производящий работы по техническому обслуживанию этого оборудования.

Известный клапан магниторегулируемый наиболее близок к изобретению по технической сути и достигаемым техническим результатам.

Задачей изобретения является обеспечение безопасного производства работ по техническому обслуживанию, повышение долговечности и надежности работы клапана магниторегулируемого путем снижения вероятности размагничивания постоянных магнитов, расширение диапазона регулирования перепада давления рабочей среды на клапане увеличением силового взаимодействия магнитных полей постоянных магнитов, путем установки дополнительных магнитов и эффективным их взаиморасположением и повышение пропускной способности клапана за счет возможности осевого перемещения магнитопровода.

Задача по клапану магниторегулируемому (см. фиг.1, 2, 3), содержащему металлический корпус с резьбовой крышкой, основанием и перегородкой, подпружиненный запорный орган со штоком, седло, в виде патрубка с уплотнительной манжетой на торце, шайбу из магнитного материала на штоке, постоянные магниты, два магнитопровода верхний и нижний, дросселирующий диск, установленный в проходном сечении патрубка седла и жестко скрепленный с запорным органом через дистанционную втулку, решается согласно изобретению тем, что в резьбовой крышке металлического корпуса закреплен полый болт с торцовым уплотнением и зафиксирован контргайкой, а в полости болта размещена с уплотнительными кольцами резьбовая шпилька с возможностью осевого перемещения для фиксации со штоком запорного органа, при этом осевое положение резьбовой шпильки фиксируется контргайкой по торцу полого болта и резьбовая шпилька с контргайкой закрывается пробкой по наружной резьбе полого болта, причем постоянные магниты, выполненные в виде дисков, установлены в закрепленной на штоке шайбе в кольцевых расточках на верхней и нижней ее поверхностях вплотную друг другу по окружностям кольцевых расточек и верхний магнитопровод установлен с возможностью осевого перемещения в крышке корпуса, зафиксирован стопорным кольцом и снабжен пружиной, нижняя плоскость верхнего магнитопровода имеет кольцевую расточку, создающую контактный зазор между постоянными магнитами и верхним магнитопроводом при максимальном ходе штока, несущим шайбу с постоянными магнитами.

Сущность изобретения поясняется чертежами:

Фиг.1 - Общий вид клапана в разрезе. Клапан закрыт;

Фиг.2 - Общий вид клапана в разрезе. Клапан открыт для технического обслуживания, пробка поз.23 снята;

Фиг.3 - Сеч. А-А клапана на фиг.1 и фиг.2.

Клапан магниторегулируемый, в дальнейшем тексте «клапан» (см. фиг.1, 2, 3) содержит металлический корпус 1 с резьбовой крышкой 2, основанием 3 и перегородкой 4, подпружиненный запорный орган 5 со штоком 6 и пружиной 7, седло 8 в виде патрубка с уплотнительной манжетой 9 на торце, шайбу 10 из магнитного материала на штоке 6 с контргайкой 11, постоянные магниты 12, два магнитопровода верхний 13 и нижний 14, дросселирующий диск 15, установленный в проходном сечении патрубка седла 8 и жестко скрепленный с запорным органом 5 через дистанционную втулку 16.

В резьбовой крышке 2 металлического корпуса 1 закреплен полый болт 17 с торцовым уплотнением 18 и зафиксирован контргайкой 19, а в полости болта 17 размещена с уплотнительными кольцами 20 резьбовая шпилька 21 с возможностью осевого перемещения для фиксации с контргайкой 11 и штоком 6 запорного органа 5, при этом осевое положение резьбовой шпильки 21 фиксируется контргайкой 22 по торцу полого болта 17, и резьбовая шпилька 21 с контргайкой 22 закрывается пробкой 23 по наружной резьбе полого болта 17.

Постоянные магниты 12, выполненные в виде дисков, установлены в закрепленной на штоке 6 шайбе 10 в кольцевых расточках на верхней и нижней ее поверхностях вплотную друг другу по окружностям кольцевых расточек, и верхний магнитопровод 13 установлен с возможностью осевого перемещения в резьбовой крышке 2 металлического корпуса 1, зафиксирован стопорным кольцом 24 и снабжен пружиной 25, причем нижняя плоскость верхнего магнитопровода 13 имеет кольцевую расточку, создающую контактный зазор между постоянными магнитами 12 и верхним магнитопроводом 13 при максимальном ходе штока 6, несущем шайбу 10 с постоянным магнитами 12.

Клапан магниторегулируемый работает следующим образом. На запорный орган 5 и дросселирующий диск 15 воздействует, с одной стороны, гидродинамическое усилие потока рабочей среды через канал седла 8 клапана, обусловленное перепадом давлений рабочей среды до и после клапана, с другой стороны, через шток 6 воздействуют усилие пружины 7 и действующие на шайбу 10 магнитные силы постоянных магнитов 12.

Клапан имеет два крайних зафиксированных положения: «Открыто» и «Закрыто». Промежуточных зафиксированных положений клапан не имеет и перемещение из одного крайнего положения в другое происходит без остановок.

Фиксация клапана в крайних положениях осуществляется дисбалансом сил: гидродинамическое усилие, сила пружины 7, 25 и удерживающая сила одной из магнитных цепей, создаваемых магнитами 12. При восстановлении баланса сил происходит расфиксация клапана из крайних положений и при дальнейшем нарастании тенденции изменения состоявшегося соотношения сил клапан перемещается из одного крайнего положения в другое. Например, клапан фиксируется в положении «Открыто» дисбалансом сил: гидродинамическая сила в сумме с удерживающей силой верхней магнитной цепи (магнит 12, шайба 10, верхний магнитопровод 13, пружина 25) превышают усилие сжатия пружины 7. При понижении перепада давлений до величины - ΔРмин восстанавливается баланс сил и, как следствие, происходит расфиксация клапана из положения «Открыто», далее происходит отрыв шайбы 10 от верхнего магнитопровода 13 и, вследствие этого, резкое падение величины, удерживающей силы верхней магнитной цепи практически до нуля, после чего подвижный комплекс элементов (запорный орган 5, шток 6, шайба 10 с магнитом 12, дросселирующий диск 15, дистанционная втулка 16), под воздействием дисбаланса сил, воздействующих на него, стремительно опускается вниз до упора в торец седла 8. Подвижный комплекс элементов занял крайнее нижнее положение, запорный орган 5 сел на манжету 9, шайба 10 с магнитом 12 включились в нижнюю магнитную цепь. Тем самым клапан зафиксирован в положении «Закрыто» дисбалансом сил. Расфиксация клапана из положения «Закрыто» происходит при повышении перепада давления до величины - ΔРмакс аналогично расфиксации клапана из положения «Открыто».

Величины перепадов давления рабочей среды - ΔРмин и ΔРмакс, при которых происходит дискретная смена положений клапана из «Закрыто» в «Открыто» и обратно, регулируются величиной силы предварительного сжатия пружины 7, 18, величиной удерживающей силы магнитных цепей, сменой дисковых магнитов 12 (на более или менее мощные), величиной перемещения верхнего магнитопровода 13 в крышке 2 корпуса 1.

Величина верхнего предела перепада давления рабочей среды определяется суммой предварительного усилия сжатия пружины 7, 25 и удерживающей магнитной силы, нижнего предела - разностью предварительного усилия сжатия пружины 7, 25 и удерживающей магнитной силы.

Возможность подъема верхнего магнитопровода 13 в крышке 2 корпуса 1 и дросселирующего диска 15 выше верхнего торца седла 8 обеспечивают повышение пропускной способности клапана.

Кольцевая расточка нижней плоскости верхнего магнитопровода 13 обеспечивает эффективное использование силовых воздействий постоянных магнитов магнитной системы клапана.

При техническом обслуживании, производстве ремонтных работ, ревизии клапана магниторегулируемого необходимо перед его вскрытием произвести сброс давления со всех полостей клапана до и после запорного органа 5.

Перед сбросом давления запорный орган 5 фиксируется в открытом положении через резьбовую кинематическую связь со штоком 6 и контргайкой 22 по торцу полого болта 17.

В открытом положении запорного органа 5 обе полости клапана до и после запорного органа 5 соединяются, и тем самым давление сбрасывается в атмосферу через систему трубопроводов, предусмотренную для этой операции.

Регулирование клапана магниторегулируемого надежнее всего производить на стенде, частичную подстройку можно осуществлять на устройстве применения во время эксплуатации.

Реализация конструкции, предложенной изобретением, позволит создать клапан долговечный и надежный в работе, с широким диапазоном регулирования перепада давления рабочей среды на нем и обеспечение безопасного производства работ по техническому обслуживанию.

Изобретение относится к запорной арматуре и предназначено для использования в устройствах измерения дебита нефтяных скважин для перепуска рабочей среды из сосуда в сосуд. Клапан магниторегулируемый содержит металлический корпус с резьбовой крышкой, основанием и перегородкой, подпружиненный запорный орган со штоком, седло в виде патрубка с уплотнительной манжетой на торце, шайбу из магнитного материала на штоке, постоянные магниты, два магнитопровода верхний и нижний, дросселирующий диск. Последний установлен в проходном сечении патрубка седла и жестко соединен с запорным органом. В крышке корпуса закреплен полый болт с торцевым уплотнением и зафиксирован контргайкой. В полости болта размещена резьбовая шпилька с уплотнительными кольцами и с возможностью осевого перемещения для фиксации со штоком запорного органа. Постоянные магниты выполнены в виде дисков. Магниты установлены в закрепленной на штоке шайбе в кольцевых расточках на верхней и нижней ее поверхностях вплотную друг к другу по окружностям кольцевых расточек. Верхний магнитопровод установлен с возможностью осевого перемещения в крышке корпуса и зафиксирован стопорным кольцом и снабжен пружиной. Нижняя плоскость верхнего магнитопровода имеет кольцевую расточку. Изобретение направлено на создание долговечного и надежного в работе клапана, с широким диапазоном регулирования перепада давления рабочей среды на нем. 3 ил.

Клапан магниторегулируемый, содержащий металлический корпус с резьбовой крышкой, основанием и перегородкой, подпружиненный запорный орган со штоком, седло в виде патрубка с уплотнительной манжетой на торце, шайбу из магнитного материала на штоке, постоянные магниты, два магнитопровода верхний и нижний, дросселирующий диск, установленный в проходном сечении патрубка седла и жестко скрепленный с запорным органом через дистанционную втулку, отличающийся тем, что в резьбовой крышке металлического корпуса закреплен полый болт с торцовым уплотнением и зафиксирован контргайкой, а в полости болта размещена с уплотнительными кольцами резьбовая шпилька с возможностью осевого перемещения для фиксации со штоком запорного органа, при этом осевое положение резьбовой шпильки зафиксировано контргайкой по торцу полого болта и резьбовая шпилька с контргайкой закрыта пробкой по наружной резьбе полого болта, причем постоянные магниты, выполненные в виде дисков, установлены в закрепленной на штоке шайбе в кольцевых расточках на верхней и нижней ее поверхностях вплотную друг к другу по окружностям кольцевых расточек, и верхний магнитопровод установлен с возможностью осевого перемещения в крышке корпуса, зафиксирован стопорным кольцом и снабжен пружиной, нижняя плоскость верхнего магнитопровода имеет кольцевую расточку, создающую контактный зазор между постоянными магнитами и верхним магнитопроводом при максимальном ходе штока, несущего шайбу с постоянными магнитами.