ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Варианты выполнения изобретения, описанного в данном документе, относятся в целом к приводным поворотным клапанам, применяемым в поршневых компрессорах для нефтегазовой промышленности, и, в частности, к поступательно-поворотным клапанам, которые открываются путем поступательного перемещения поворотного элемента клапана от неподвижного элемента клапана и последующего поворота поворотного элемента клапана вокруг оси поворота для перекрывания отверстия поворотного элемента и отверстия неподвижного элемента в направлении потока текучей среды.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В патентном документе США №2001/001477 описан клапан с активным управлением для поршневого компрессора, содержащий клапанную пластину и противолежащую пластину, каждая из которых имеет проходные отверстия. При этом клапан также содержит приводное устройство, выполненное с возможностью поворота и жестко соединенное с клапанной пластиной для ее поворота относительно противолежащей пластины.
Компрессоры, применяемые в нефтегазовой промышленности, должны удовлетворять конкретным промышленным требованиям, которые учитывают, например, тот факт, что сжатая текучая среда часто является коррозионной и легко воспламеняемой. Американским Нефтяным Институтом (API), который является организацией, устанавливающей официальные отраслевые нормативы на оборудование, применяемое в нефтегазовой промышленности, был издан документ API618, в котором приведен полный перечень минимальных требований, предъявляемых к поршневым компрессорам.
Компрессоры могут быть подразделены на компрессоры объемного типа (например, поршневые, винтовые или лопаточные компрессоры) или динамические компрессоры (например, центробежные или осевые компрессоры). В компрессорах объемного типа газ сжимается вследствие захвата фиксированного объема газа и последующего уменьшения данного объема. В динамических компрессорах газ сжимается путем передачи кинетической энергии от вращающегося элемента (например, рабочего колеса) газу, сжимаемому в компрессоре.
Фиг. 1 изображает вид обычного двухкамерного поршневого компрессора 10, применяемого в нефтегазовой промышленности. Сжатие текучей среды происходит в цилиндре 20. Подлежащая сжатию текучая среда (например, природный газ) вводится в цилиндр 20 через впускное отверстие 30 и после сжатия выводится через выпускное отверстие 40. Сжатие представляет собой циклический процесс, при котором текучая среда сжимается в результате перемещения поршня 50 вдоль цилиндра 20, между головным концом 26 и концом 28 со стороны кривошипно-шатунного механизма. Фактически, поршень 50 делит цилиндр 20 на две камеры 22 и 24 сжатия, работающие в разные фазы цикла сжатия, при этом объем камеры 22 достигает минимального значения, когда объем камеры 24 максимален, и наоборот.
Всасывающие клапаны 32 и 34 открываются для обеспечения возможности прохождения сжимаемой текучей среды (то есть находящейся под первым давлением p1) от впускного отверстия 30 соответственно к камерам 22 и 24. Выпускные клапаны 42 и 44 открываются для обеспечения возможности вывода уже сжатой текучей среды (то есть находящейся под вторым давлением р2) соответственно из камер 22 и 24 через выпускное отверстие 40. Перемещение поршня 50 происходит благодаря энергии, передаваемой от коленчатого вала 60 через ползун 70 и шток 80 поршня.
Обычно клапаны всасывания и сжатия, используемые в поршневых компрессорах, представляют собой автоматические клапаны, которые переключаются между закрытым и открытым положениями вследствие перепада давления в клапане. Одной причиной низкой производительности поршневого компрессора, в котором используются автоматические клапаны, является объем мертвого пространства, то есть объем, из которого невозможно вывести сжатую текучую среду. Поворотные клапаны предусматривают меньший объем мертвого пространства, чем автоматические клапаны, но работают только при приведении в действие внешним усилием. Например, известны поворотные клапаны, описанные в патенте США №4328831 на имя Wolff и патенте США №6598851 на имя Schiavone и др.
На фиг. 2А и 2В изображен обычный поворотный клапан 200. Клапан содержит неподвижный элемент 210 и поворотный элемент 220. Элемент 210 и элемент 220 представляют собой коаксиальные диски с отверстиями, перекрывающими сектор одинакового размера вокруг вала 230. Элемент 210 может быть приведен в действие с обеспечением поворота вокруг вала 230 из первого положения (фиг. 2А), в котором отверстие 212 поворотного элемента перекрывает отверстие 222 неподвижного элемента, во второе положение (фиг. 2В), в котором отверстие 212 и отверстие 222 (показанное пунктирными линиями) перекрывают разные сектора. Когда элемент 220 находится в первом положении, поворотный клапан 200 открыт и обеспечивает возможность прохождения текучей среды с одной стороны поворотно-неподвижного узла на другую сторону поворотного элемента. При нахождении элемента 220 во втором положении клапан 200 закрыт и препятствует прохождению текучей среды с одной стороны поворотно-неподвижного узла на другую сторону поворотного элемента.
Поворотные клапаны поршневых компрессоров не применялись в нефтегазовой промышленности, поскольку невозможно обеспечить надежное уплотнение между неподвижным и поворотным элементами и необходимое малое время срабатывания. Более того, при активации поворотного элемента могут возникать большие силы трения, обусловленные (1) давлением в устройстве, толкающим поворотный элемент по направлению к неподвижному элементу, и (2) большой поверхностью трения.
Соответственно существует необходимость в создании устройств и способов, которые исключают вышеописанные проблемы и недостатки.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Данное изобретение описано в прилагаемой формуле изобретения.
Поступательно-поворотные клапаны представляют собой приводные поворотные клапаны, которые применяются в поршневых компрессорах для нефтегазовой промышленности и обеспечивают как хорошее уплотнение в закрытом состоянии, так и отсутствие трения при переключении клапанов в открытое состояние вследствие активации поворотного элемента путем его перемещения от неподвижного элемента и последующего поворота с обеспечением перекрывания отверстия поворотного элемента и отверстия неподвижного элемента в направлении потока текучей среды. Использование поворотных клапанов в поршневых компрессорах обеспечивает преимущество, заключающееся в увеличенной площади проходного сечения, что приводит к повышенной эффективности компрессора вследствие улучшения фазы всасывания и/или выпуска.
Согласно одному иллюстративному варианту выполнения предложен поворотный клапан, предназначенный для использования в поршневом компрессоре для нефтегазовой промышленности. Поворотный клапан содержит (1) неподвижный элемент, имеющий отверстие, (2) поворотный элемент, имеющий отверстие, и (3) приводное устройство. Приводное устройство выполнено с возможностью приема поворотного перемещения и приведения в действие поворотного элемента с совершением им осевого поступательного перемещения от неподвижного элемента и последующего поворота. Приводное устройство содержит наружный вал, предназначенный для приема поворотного перемещения, и внутренний вал, расположенный внутри наружного вала и предназначенный для поворота поворотного элемента. Наружный вал выполнен с возможностью поворота на заданное угловое расстояние с отодвиганием при этом поворотного элемента от неподвижного элемента перед вхождением наружного вала во взаимодействие с внутренним валом для его поворота вместе с поворотным элементом.
Согласно другому иллюстративному варианту выполнения поршневой компрессор для нефтегазовой промышленности содержит камеру сжатия и по меньшей мере один поворотный клапан. Указанный клапан содержит неподвижный элемент, имеющий отверстие, поворотный элемент, имеющий отверстие, и приводное устройство. Приводное устройство выполнено с возможностью приема поворотного перемещения и приведения в действие поворотного элемента с совершением им осевого поступательного перемещения от неподвижного элемента и последующего поворота. Приводное устройство содержит наружный вал, предназначенный для приема поворотного перемещения, и внутренний вал, расположенный внутри наружного вала и предназначенный для поворота поворотного элемента. Кроме того, наружный вал выполнен с возможностью поворота на заданное угловое расстояние с отодвиганием при этом поворотного элемента от неподвижного элемента перед вхождением наружного вала во взаимодействие с внутренним валом для его поворота вместе с поворотным элементом.
Согласно еще одному иллюстративному варианту выполнения предложен способ модернизации поршневого компрессора, изначально содержащего автоматические клапаны. Указанный способ включает удаление автоматического клапана и установку поворотного клапана в местоположении, из которого был удален автоматический клапан. Способ также включает установку приводного устройства, соединенного с поворотным элементом поворотного клапана и выполненного с возможностью приема поворотного перемещения для приведения в действие поворотного элемента с совершением им осевого поступательного перемещения от неподвижного элемента и последующего поворота. Приводное устройство содержит наружный вал, предназначенный для приема поворотного перемещения, и внутренний вал, расположенный внутри наружного вала и предназначенный для поворота поворотного элемента. Кроме того, наружный вал выполняют с возможностью поворота на заданное угловое расстояние с отодвиганием при этом поворотного элемента от неподвижного элемента перед введением наружного вала во взаимодействие с внутренним валом для его поворота вместе с поворотным элементом.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Прилагаемые чертежи, включенные в описание и составляющие его часть, изображают один или более вариантов выполнения и вместе с описанием служат для пояснения этих вариантов выполнения.
На чертежах:
фиг. 1 изображает схематический вид обычного двухкамерного поршневого компрессора,
фиг. 2А и 2В изображают виды обычного поворотного клапана,
фиг. 3 изображает разрез поворотного клапана согласно иллюстративному варианту выполнения,
фиг. 4А и 4В изображают виды поверхностей неподвижного и поворотного элементов поворотного клапана, содержащих уплотнительные профили, согласно иллюстративным вариантам выполнения,
фиг. 5 изображает разрез приводного устройства поворотного клапана согласно иллюстративному варианту выполнения,
фиг. 6 изображает еще один разрез поворотного клапана согласно иллюстративному варианту выполнения,
фиг. 7 изображает схематический вид компрессора, содержащего по меньшей мере один поворотный клапан согласно иллюстративному варианту выполнения,
фиг. 8 изображает схематический вид поворотного клапана, применяемого в качестве всасывающего клапана поршневого компрессора, согласно иллюстративному варианту выполнения,
фиг. 9 изображает схематический вид поворотного клапана, применяемого в качестве выпускного клапана поршневого компрессора, согласно иллюстративному варианту выполнения, и
фиг. 10 изображает блок-схему, иллюстрирующую этапы способа модернизации поршневого компрессора, изначально содержащего автоматические клапаны, согласно иллюстративному варианту выполнения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Нижеследующее описание иллюстративных вариантов выполнения приведено со ссылкой на прилагаемые чертежи. Одинаковые номера позиций на разных чертежах обозначают одинаковые или аналогичные элементы. Приведенное ниже подробное описание не ограничивает изобретение, объем которого определяется прилагаемой формулой изобретения. Для простоты приведенные ниже варианты выполнения описаны с учетом терминологии и устройства поршневых компрессоров, применяемых в нефтегазовой промышленности и содержащих поворотные клапаны.
Используемое на протяжении всего описания выражение «один вариант выполнения» или «вариант выполнения» означает, что конкретный признак, конструкция или характерная особенность, описанные в связи с вариантом выполнения, присущи по меньшей мере одному варианту выполнения рассматриваемого объекта изобретения. Таким образом, фразы «в одном варианте выполнения» или «в варианте выполнения», встречающиеся в разных местах на протяжении всего описания, не обязательно относятся к одному и тому же варианту выполнения. Кроме того, конкретные признаки, конструкции или характерные особенности могут сочетаться любым соответствующим образом в одном или более вариантах выполнения.
В некоторых вариантах выполнения, описанных ниже, приводные устройства предназначены для приведения в действие поворотного элемента поворотного клапана путем с совершением им осевого перемещения от неподвижного элемента и последующего поворота. При приведении поворотного клапана в действие таким образом трение уменьшается (или отсутствует) и соответственно обеспечивается улучшенное регулирование моментов срабатывания.
На фиг. 3 изображен разрез поворотного клапана 300 согласно иллюстративному варианту выполнения. Поворотный клапан 300 расположен между каналом и камерой сжатия, при этом жирной стрелкой 305 обозначена текучая среда, проходящая через клапан 300 при его нахождении в открытом состоянии. Клапан 300 содержит неподвижный элемент (или «седло») 310 и поворотный элемент 320. Неподвижный элемент 310 имеет отверстие 315, обеспечивающее возможность прохождения текучей среды через клапан 300 в направлении стрелки 305, от канала к камере сжатия. Поворотный элемент 320 имеет отверстие 325, обеспечивающее возможность прохождения текучей среды через клапан в направлении стрелки 305. Элемент 320 выполнен с возможностью поворота вокруг оси 330 между первым положением, в котором отверстие 325 поворотного элемента не перекрывает отверстие 315 неподвижного элемента, и вторым положением, в котором отверстие 325 перекрывает отверстие 315, как показано на фиг. 3.
Неподвижный элемент 315 и поворотный элемент 325 могут содержать соответственно уплотнительные профили 318 и 328, которые улучшают уплотнение между указанными элементами. Однако наличие таких уплотнительных профилей не является обязательным. На фиг. 4А и 4В изображены виды поверхностей соответственно элемента 315 и элемента 325, которые содержат уплотнительные профили 318 и 328 согласно иллюстративным вариантам выполнения.
Поворотный элемент 320 приводится в действие с помощью приводного устройства 340, предназначенного для приема от силового привода (не показан на фиг. 3) поворотного перемещения, выполняемого вокруг оси 330 поворота. При переключении клапана 300 из закрытого положения в открытое положение устройство 340 обеспечивает сначала линейное перемещение поворотного элемента 320 от неподвижного элемента 310 на расстояние D, а затем его поворот с обеспечением перекрывания отверстия 325 и отверстия 315.
Приводное устройство 340 содержит наружный вал 350, предназначенный для приема поворотного перемещения, и внутренний вал 360, расположенный внутри наружного вала 350 и предназначенный для поворота элемента 320. На фиг. 5 изображен разрез устройства 340 по линии А-А' (показанной на фиг. 3), перпендикулярной оси 330 поворота. Наружный вал 350 обеспечивает поворот на заданное угловое расстояние α перед его вхождением во взаимодействие с внутренним валом 360 для поворота вместе с элементом 320.
Поперечное сечение вала 360 содержит полный круг 362 с радиусом R1, частично окруженный (за исключением заданного углового сектора β) кольцом 364 с наружным радиусом R2 (превышающим радиус R1). Заданный угловой сектор β представляет собой выемку в наружной поверхности вала 360. Поперечное сечение наружного вала 350 содержит (1) кольцо 352, внутренний радиус которого примерно равен радиусу R2, а наружный радиус R3 больше радиуса R2, и (2) зубец 354, который выступает из кольца 352 по направлению к внутреннему валу 360 и выполнен с возможностью перемещения в пределах сектора β. Таким образом, зубец 354 является частью кольца, аналогичного кольцу 364, и его угловой размер равен разнице между заданным угловым сектором β и заданным угловым расстоянием α.
В соответствии с фиг. 3 наружный вал 350 имеет часть 356, проходящую между поворотным элементом 320 и неподвижным элементом 310, и профиль 358, выступающий из части 356 по направлению к поворотному элементу 320. Указанные особенности более понятны на разрезе В-В', изображенном на фиг. 6. На наружной поверхности 324 поворотного элемента 320 выполнена канавка 322, предназначенная для размещения профиля 358 вала 350. Глубина канавки 322 изменяется вдоль траектории, описываемой профилем 358, когда вал 350 совершает перемещение на заданное угловое расстояние α перед вхождением во взаимодействие с валом 360. Глубина канавки может изменяться с обеспечением минимизации сил трения, возникающих между канавкой и профилем, например глубина может меняться в соответствии с полиномиальной функцией. Общая разница по глубине вдоль траектории обозначена буквой D.
Кроме того, в соответствии с фиг. 3 вал 350 имеет буртик 359, расположенный со стороны неподвижного элемента 310, противоположной элементу 320. Между буртиком 359 и элементом 310 расположен вкладыш 370. Поворотный элемент 320 может быть поджат в направлении неподвижного элемента 310 с помощью пружины 380, расположенной под элементом 320.
Неподвижный элемент 310 установлен в проходе, который проходит через стенку 390 камеры сжатия. Уплотнение 392 препятствует выходу текучей среды между стенкой 390 и элементом 310. Другое уплотнение 316 расположено между элементом 310 и наружным валом 350. Еще одно уплотнение 394 расположено между наружным валом 350 и внутренним валом 360. Указанные уплотнения (392, 316, 394) препятствуют протечке текучей среды между камерой сжатия и каналом при нахождении клапана 300 в закрытом состоянии. Уплотнения могут представлять собой кольцевые уплотнения и могут быть изготовлены из любого подходящего материала, в том числе, но без ограничения этим, из полимеров, например полиэфирэфиркетона (ПЭЭК) и синтетических фторполимеров, таких как политетрафторэтилен (ПТФЭ).
Вблизи стенки 390, между поверхностью 314 неподвижного элемента 310 и поверхностью 324 поворотного элемента 320 имеется пространство 396. Пространство 396 проточно сообщается с камерой сжатия через тракт для текучей среды между элементом 320 и стенкой 390. Наличие пространства 396 облегчает осевое поступательное перемещение поворотного элемента 310, поскольку давление в пространстве 396 равно давлению в камере сжатия.
Клапан 300 может быть использован вместо любого из клапанов поршневого компрессора (однокамерного или двухкамерного). Например, на фиг. 7 изображен схематический вид двухкамерного поршневого компрессора 400, содержащего по меньшей мере один поворотный клапан 432 согласно иллюстративному варианту выполнения. Сжатие происходит в цилиндре 420. Подлежащая сжатию текучая среда (например, природный газ) вводится в цилиндр 420 через впускное отверстие 430 и после сжатия выводится через выпускное отверстие 440. Сжатие происходит в результате возвратно-поступательного перемещения поршня 450 вдоль цилиндра 420, между головным концом 426 и концом 428 со стороны кривошипно-шатунного механизма. Поршень 450 делит цилиндр 420 на две камеры 422 и 424 сжатия, работающие в разные фазы циклического процесса сжатия, при этом объем камеры 422 имеет минимальное значение, когда объем камеры 424 максимален, и наоборот.
Всасывающие клапаны 432 и 434 открываются для обеспечения возможности прохождения сжимаемой текучей среды (то есть находящейся под первым давлением p1) от впускного отверстия 430 соответственно в камеры 422 и 424. Выпускные клапаны 442 и 444 открываются для обеспечения возможности вывода уже сжатой текучей среды (то есть находящейся под вторым давлением р2) соответственно из камер 422 и 424 через выпускное отверстие 440. Перемещение поршня 450 происходит благодаря энергии, передаваемой от коленчатого вала (не показан) через ползун (не показан) и шток 480 поршня. На фиг. 7 клапаны 432, 434, 442 и 444 показаны расположенными на боковой стенке цилиндра 420. Однако клапаны 432 и 442, 434 и 444 могут быть расположены соответственно на головном конце 426 цилиндра 420 или на его конце 428 со стороны кривошипно-шатунного механизма.
Приводной поворотный клапан 432 открывается, когда привод 437 передает поворотное перемещение приводному устройству 435 для открытия клапана 432 путем обеспечения совершения поворотным элементом 433 осевого поступательного перемещения от неподвижного элемента 431 клапана 432 и последующего поворота для перекрывания отверстия элемента 433 и отверстия неподвижного элемента. Один или более клапанов поршневого компрессора 400 могут представлять собой поворотные клапаны, такие как приводной поворотный клапан 300. В некоторых вариантах выполнения также возможно использование комбинации приводных поворотных клапанов и автоматических клапанов. Например, в одном варианте выполнения всасывающие клапаны могут представлять собой приводные поворотные клапаны, такие как клапан 300, тогда как выпускные клапаны могут представлять собой автоматические клапаны. В другом варианте выполнения выпускные клапаны могут представлять собой приводные поворотные клапаны, такие как клапан 300, тогда как всасывающие клапаны могут представлять собой автоматические клапаны.
На фиг. 8 изображен схематический вид поворотного клапана 500, используемого в качестве всасывающего клапана поршневого компрессора, согласно иллюстративному варианту выполнения. Привод 510 передает поворотное перемещение приводному устройству 520, которое соответствует устройству 340, изображенному на фиг. 3. Устройство 520 обеспечивает сначала осевое поступательное перемещение поворотного элемента 530 от неподвижного элемента 540, а затем его поворот с перекрыванием отверстия 542 элемента 540 и отверстия 532 элемента 530 вдоль направления потока, что обеспечивает возможность прохождения текучей среды из канала 550 в камеру сжатия. Когда клапан закрыт, отверстие 542 элемента 540 и отверстие 532 элемента 530 не перекрывают друг друга, что, таким образом, препятствует прохождению текучей среды, при этом поворотный элемент 530 расположен вблизи неподвижного элемента 540 с обеспечением уплотнения между каналом и компрессором.
Поворотный элемент 530 расположен ближе к камере сжатия, чем неподвижный элемент 540. Между элементом 540 и устройством 520 выполнено динамическое уплотнение 560. Между элементом 540 и стенкой 570 камеры сжатия выполнено уплотнение 565. Клапанный узел, изображенный на фиг. 8, также может содержать крышку 580.
На фиг. 9 изображен схематический вид поворотного клапана 600, используемого в качестве выпускного клапана поршневого компрессора, согласно другому иллюстративному варианту выполнения. Привод 610 передает поворотное перемещение приводному устройству 620, которое аналогично устройству 340, изображенному на фиг. 3. Устройство 620 обеспечивает сначала осевое поступательное перемещение поворотного элемента 630 поворотного клапана от неподвижного элемента 640, а затем его поворот с перекрыванием отверстия 632 элемента 630 и отверстия 642 элемента 640 вдоль направления потока, что обеспечивает возможность прохождения текучей среды из канала 650 в камеру сжатия. Когда клапан закрыт, отверстие 642 элемента 640 и отверстие 632 элемента 630 не перекрывают друг друга, что, таким образом, препятствует прохождению текучей среды, при этом поворотный элемент 630 расположен вблизи неподвижного элемента 640 с обеспечением уплотнения между каналом и компрессором.
Поворотный элемент 630 расположен дальше от камеры сжатия, чем неподвижный элемент 640. Между элементом 640 и устройством 620 выполнено динамическое уплотнение 660. Между элементом 640 и стенкой 670 камеры сжатия выполнено уплотнение 665. Клапанный узел, изображенный на фиг. 9, также может содержать крышку 680.
Поршневой компрессор, изначально содержащий автоматические клапаны, может быть модернизирован с введением в его конструкцию одного или более приводных поворотных клапанов, таких как клапан 300. На фиг. 10 изображена блок-схема способа 700 модернизации поршневого компрессора, изначально содержащего автоматические клапаны. Способ 700 включает удаление автоматического клапана на этапе S710 и установку поворотного клапана в местоположении, из которого был удален автоматический клапан, на этапе S720. Способ 700 также включает установку на этапе S730 приводного устройства, соединенного с поворотным элементом поворотного клапана и выполненного с возможностью приема поворотного перемещения для приведения в действие поворотного элемента с совершением им осевого поступательного перемещения от неподвижного элемента поворотного клапана и последующего поворота. Приводное устройство содержит (1) наружный вал, предназначенный для приема поворотного перемещения, и (2) внутренний вал, предназначенный для поворота поворотного элемента, при этом наружный вал выполняют с возможностью поворота на заданное угловое расстояние с отодвиганием при этом поворотного элемента от неподвижного элемента перед вхождением наружного вала во взаимодействие с внутренним валом для его поворота вместе с поворотным элементом.
Этапы S710, S720 и S730 могут быть выполнены однократно для замены одного клапана либо несколько раз для замены нескольких или всех клапанов поршневого компрессора.
Описанные иллюстративные варианты выполнения обеспечивают поворотные клапаны, приводимые в действие путем перемещения поворотного элемента от неподвижного элемента, выполняемого до поворота указанного поворотного элемента, и поршневые компрессоры, в которых используются такие клапаны. Кроме того, предложены способы модернизации обычных поршневых компрессоров. Следует понимать, что данное описание не ограничивает изобретение. Напротив, предполагается, что иллюстративные варианты выполнения охватывают варианты, модификации и эквиваленты, находящиеся в рамках объема изобретения, определяемых прилагаемой формулой изобретения. Кроме того, в подробном описании иллюстративных вариантов выполнения для обеспечения всестороннего понимания изобретения приведены многочисленные конкретные детали. Однако специалисту должно быть понятно, что различные варианты выполнения могут быть реализованы без таких конкретных деталей.
Несмотря на то, что особенности и элементы представленных иллюстративных вариантов выполнения описаны в вариантах выполнения в конкретных комбинациях, каждая особенность или элемент может использоваться отдельно без других особенностей и элементов, либо в различных комбинациях с другими описанными особенностями и элементами или без них.
В предложенном описании примеры предложенного изобретения используются для обеспечения возможности реализации изобретения на практике, включая изготовление и использование любых устройств и установок и осуществление любых соответствующих или предусмотренных способов любым специалистом. Объем правовой охраны изобретения определен формулой изобретения и может охватывать другие примеры, очевидные специалистам в данной области техники. Подразумевается, что такие другие примеры находятся в рамках объема формулы изобретения.
Изобретение относится к приводным поворотным клапанам, применяемым в поршневых компрессорах, используемых в нефтегазовой промышленности. Поворотный клапан (300) содержит неподвижный элемент (310), имеющий отверстие (315), подвижный элемент (320), имеющий отверстие (325), и приводное устройство. Приводное устройство (340) выполнено с возможностью приема поворотного перемещения для приведения в действие поворотного элемента с совершением им осевого поступательного перемещения от неподвижного элемента и последующего поворота. Приводное устройство содержит наружный вал, предназначенный для приема поворотного перемещения, и внутренний вал, расположенный внутри наружного вала и предназначенный для поворота поворотного элемента. Наружный вал выполнен с возможностью поворота на заданное угловое расстояние с отодвиганием при этом поворотного элемента от неподвижного элемента перед вхождением наружного вала во взаимодействие с внутренним валом для его поворота вместе с поворотным элементом. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 10 ил.
1. Поворотный клапан (300), предназначенный для использования в поршневом компрессоре для нефтегазовой промышленности и содержащий
неподвижный элемент (310), имеющий отверстие (315),
поворотный элемент (320), имеющий отверстие (325), и
приводное устройство (340), выполненное с возможностью приема поворотного перемещения и приведения в действие поворотного элемента (320) с совершением им поступательного перемещения от неподвижного элемента (310) и последующего поворота, причем приводное устройство содержит
наружный вал (350), предназначенный для приема поворотного перемещения, и
внутренний вал (360), расположенный внутри наружного вала (350) и предназначенный для поворота поворотного элемента (320),
при этом наружный (350) вал выполнен с обеспечением поворота на заданное угловое расстояние с отодвиганием при этом поворотного элемента (320) от неподвижного элемента (310) перед вхождением наружного вала во взаимодействие с внутренним валом для его поворота вместе с поворотным элементом (320).
2. Поршневой компрессор (400) для нефтегазовой промышленности, содержащий
камеру (422, 424) сжатия и
по меньшей мере один поворотный клапан (432), содержащий
неподвижный элемент (310), имеющий отверстие (315),
поворотный элемент (320), имеющий отверстие (325), и
приводное устройство (340), выполненное с возможностью приема поворотного перемещения и приведения в действие поворотного элемента с совершением им осевого поступательного перемещения от неподвижного элемента и последующего поворота, причем приводное устройство содержит
наружный вал (350), предназначенный для приема поворотного перемещения, и
внутренний вал (360), расположенный внутри наружного вала и предназначенный для поворота поворотного элемента,
при этом наружный вал выполнен с возможностью поворота на заданное угловое расстояние с отодвиганием при этом поворотного элемента от неподвижного элемента перед вхождением наружного вала во взаимодействие с внутренним валом для его поворота вместе с поворотным элементом.
3. Поршневой компрессор по п. 2, в котором первое поперечное сечение внутреннего вала (360) содержит круг (362) с первым радиусом, частично окруженный, за исключением заданного углового сектора, первым кольцом (364) со вторым наружным радиусом, превышающим указанный первый радиус, а второе поперечное сечение наружного вала содержит второе кольцо (352) с внутренним радиусом, по существу равным второму наружному радиусу, и третьим наружным радиусом, превышающим второй наружный радиус, и зубец (354), выступающий из указанного второго кольца по направлению к внутреннему валу (360) и выполненный с возможностью перемещения в пределах указанного заданного углового сектора, при этом первое поперечное сечение и второе поперечное сечение по существу перпендикулярны оси поворота.
4. Поршневой компрессор по п. 3, в котором зубец (354) является частью кольца, аналогичного первому кольцу, и его угловой размер меньше указанного заданного углового сектора.
5. Поршневой компрессор по п. 2, в котором наружный вал (350) имеет часть, проходящую между поворотным элементом (320) и неподвижным элементом (310), и профиль, выступающий из указанной части по направлению к поворотному элементу (320), при этом на поверхности поворотного элемента (320), обращенной к неподвижному элементу, выполнена канавка (322), которая предназначена для размещения указанного профиля и глубина которой относительно поверхности изменяется вдоль траектории, описываемой указанным выступом профиля, при повороте наружного вала на указанное заданное угловое расстояние перед его вхождением во взаимодействие с внутренним валом.
6. Поршневой компрессор по п. 5, в котором указанная глубина канавки изменяется в соответствии с полиномиальной функцией.
7. Поршневой компрессор по п. 2, в котором наружный вал (350) имеет буртик, расположенный на стороне неподвижного элемента, противоположной поворотному элементу, а приводное устройство дополнительно содержит вкладыш, расположенный между указанным буртиком и неподвижным элементом.
8. Поршневой компрессор по п. 2, в котором между поверхностью неподвижного элемента (310), обращенной к поворотному элементу, и поверхностью поворотного элемента (320), обращенной к неподвижному элементу, имеется пространство, сообщающееся с камерой сжатия.
9. Поршневой компрессор по любому из пп. 2-8, дополнительно содержащий первое уплотнение (392), расположенное между неподвижным элементом (310) и стенкой (390) камеры сжатия, второе уплотнение (316), расположенное между наружным валом (350) и неподвижным элементом (310), и третье уплотнение (394), расположенное между наружным валом (350) и внутренним валом (360).
10. Способ модернизации поршневого компрессора (400), изначально содержащего автоматические клапаны, включающий
удаление автоматического клапана,
установку поворотного клапана (300) по п. 1 в местоположении, из которого был удален автоматический клапан, и
установку приводного устройства (340), соединенного с поворотным элементом (320) поворотного клапана (300).
| US 2001001477A1, 24.05.2001 | |||
| EP 1985834A1, 29.10.2008 | |||
| WO 2009146222A1, 03.12.2009 | |||
| US 5842680A, 01.12.1998 | |||
| US 4440382 A, 03.04.1984. |
