ШТУЦЕРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПОТОКОМ РАБОЧЕГО АГЕНТА Российский патент 2020 года по МПК F16K3/03 F16K3/30 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в качестве устройства для управления потоком рабочего агента, перекачиваемого через трубопровод, в частности через устьевую фонтанную арматуру нефтегазовой скважины или через пульпопровод.

При добыче нефти для регулировки расхода жидкости, перекачиваемого через устьевую фонтанную арматуру нефтегазовой скважины, используют штуцерные устройства. Однако, стандартные штуцерные устройства не позволяют центрировать перекачиваемый поток жидкости и одновременно плавно регулировать диаметр его проходного сечения в зависимости от параметров системы «пласт - скважина - штуцерное устройство», например, от величин давления и температуры на забое, величин устьевого и затрубного давления, величин устьевой и затрубной температуры, от значения обводненности перекачиваемого потока жидкости, и количества механических примесей и содержания газа в нем. Причем резкое сужение диаметра проходного сечения штуцерного устройства может привести к повышению его гидравлического сопротивления, образованию парафиновых и гидратных пробок в нем и, как следствие, к чрезмерному повышению давления на забое. Это может привести к аварии. Резкое расширение диаметра проходного сечения штуцерного устройства приводит к внутрипластовому разгазированию нефти и снижению фазовой проницаемости скважины.

Лепестки в стандартном механизме ирисовой диафрагмы, позволяющим центрировать перекачиваемый поток жидкости и одновременно плавно регулировать диаметр его проходного сечения, слишком тонкие. Это приводит к быстрому износу и, как следствие, к выходу из строя стандартного механизма ирисовой диафрагмы.

Поэтому актуальной задачей является разработка надежного и технологичного при эксплуатации штуцерного устройства для плавного управления перекачиваемым потоком рабочего агента.

Известно устройство для регулировки расходом жидкости, описанное в (RU 2246652 С1, МПК F16K 3/06, F16K 27/04, опубл. 20.02.2015), содержащее дисковый шибер с зубчатым сектором, взаимодействующим с приводной шестерней, причем зубчатый сектор на дисковом шибере выполнен замкнутым, дисковый шибер имеет не менее двух проходных отверстий разного диаметра, оси которых расположены на одинаковом расстоянии друг от друга, равном 0.85…1.2 диаметра наибольшего проходного отверстия.

Недостатком известного устройства является то, что его конструкция не обеспечивает плавную регулировку расхода жидкости, перекачиваемой через устьевую фонтанную арматуру нефтегазовой скважины.

Наиболее близким к заявленному является устройство для управления потоком рабочего агента, описанное в (WO 2017011575 А1, СПК F16K 3/03, опубл. 19.01.2017), содержащее привод и корпус с круглым проходным сечением, внутри которого размещен механизм диафрагмы, содержащий кулачковое кольцо с множеством пазов, кинематически связанное с приводом, базовое кольцо с множеством опорных отверстий, расположенных на одинаковом расстоянии от его центра и на равных расстояниях друг от друга, и множество лепестков, выполненных в виде дугообразных пластин, ориентированных по окружности в плоскости проходного сечения штуцерного устройства, при этом каждая дугообразная пластина установлена с возможностью вращения на соответствующем опорном стрежне, установленном в соответствующем опорном отверстии на базовом кольце, и с возможностью смещения на соответствующем скользящим стрежне, установленном в соответствующем пазе на кулачковом кольце, причем количество пазов на кулачковом кольце равно количеству дугообразных пластин, при этом в открытом состоянии штуцерного устройства диаметр его проходного сечения определен внутренним диаметром кулачкового кольца, равного внутреннему диаметру базового кольца.

Недостатком известного устройства является то, что в процессе дросселирования перекачиваемого потока рабочего агента в промежуточных положениях тонкие лепестки механизма диафрагмы подвергается сильному и быстрому износу вследствие воздействия на нее агрессивной среды, имеющей механические примеси. Другим недостатком известного устройства является высокая вероятность замерзания и скопления отложений под направляющими клапана, что может привести к заклиниванию всего устройства.

Технической задачей, решаемой изобретением, является создание надежного и технологичного при эксплуатации штуцерного устройства для плавной регулировки диаметра его проходного сечения и одновременного центрирования потока рабочего агента, перекачиваемого через трубопровод, в частности через устьевую фонтанную арматуру нефтегазовой скважины или через пульпопровод.

Поставленная задача решается тем, что в штуцерном устройстве для управления потоком рабочего агента, содержащим привод и корпус с круглым проходным сечением, внутри которого размещен механизм диафрагмы, содержащий кулачковое кольцо с множеством пазов, кинематически связанное с приводом, базовое кольцо с множеством опорных отверстий, расположенных на одинаковом расстоянии от его центра и на равных расстояниях друг от друга, и множество лепестков, выполненных в виде дугообразных пластин, ориентированных по окружности в плоскости проходного сечения штуцерного устройства, при этом каждая дугообразная пластина установлена с возможностью вращения на соответствующем опорном стрежне, установленном в соответствующем опорном отверстии на базовом кольце, и с возможностью смещения на соответствующем скользящим стрежне, установленном в соответствующем пазе на кулачковом кольце, причем количество пазов на кулачковом кольце равно количеству дугообразных пластин, при этом в открытом состоянии штуцерного устройства диаметр его проходного сечения определен внутренним диаметром кулачкового кольца, равного внутреннему диаметру базового кольца, согласно изобретению механизм диафрагмы содержит размещенную между кулачковым и базовыми кольцами сборку лепестков, содержащую множество промежуточных колец с опорными отверстиями, соединенных друг с другом посредством опорных стержней, множество скользящих стержней и множеством дугообразных пластин, ориентированных ступенчато по винтовой спирали в объеме проходного сечения штуцерного устройства, при этом в упомянутой сборке лепестков механизма диафрагмы на внутренней стенке каждого промежуточного кольца выполнены два рабочих паза и множество вспомогательных пазов, а каждая дугообразная пластина, установленная внутри соответствующего промежуточного кольца, снабжена двумя проушинами, размеры которых ответны размерам рабочих пазов на внутренней стенке соответствующего промежуточного кольца, при этом в упомянутой сборке лепестков механизма диафрагмы каждый опорный стержень вставлен в одну из проушин каждой дугообразной пластины и в соответствующие опорные отверстия на промежуточных кольцах, а один из торцов каждого скользящего стержня, размещенного в соответствующих вспомогательных пазах на внутренних стенках промежуточных колец, закреплен в другой проушине каждой дугообразной пластины.

В частном случае использования заявленного устройства привод, кинематически связанный с кулачковым кольцом, связан с микроконтроллером, соответствующие входные порты которого соответственно соединены с выходными портами датчика положения дугообразных пластин в упомянутой сборке лепестков механизма диафрагмы, датчика перепада давления в штуцерном устройстве, датчика забойного давления, датчика затрубного давления, датчика температуры забоя, датчика температуры устья, датчика расхода потока жидкости, датчика обводненности потока жидкости и блока для определения количества механических примесей в потоке жидкости, а приемопередающие порты микроконтроллера соединены с приемопередающими портами приемопередающего блока пульта оператора.

В частном случае использования заявленного устройства привод, кинематически связанный с кулачковым кольцом, связан с микроконтроллером, соответствующие входные порты которого соответственно соединены с выходными портами датчика положения дугообразных пластин в упомянутой сборке лепестков механизма диафрагмы, датчика перепада давления в штуцерном устройстве и датчика расхода потока пульпы, а приемопередающие порты микроконтроллера соединены с приемопередающими портами приемопередающего блока пульта оператора.

В частном случае использования заявленного устройства в упомянутой сборке лепестков механизма диафрагмы каждая дугообразная пластина имеет форму с наименьшим гидравлическим сопротивлением.

Также в этом частном случае использования заявленного устройства в упомянутой сборке лепестков механизма диафрагмы по крайней мере одна из дугообразных пластин снабжена выступом, выполненным на ее внутренней торцевой поверхности.

Также в этом частном случае использования заявленного устройства в упомянутой сборке лепестков механизма диафрагмы по крайней мере одна из дугообразных пластин снабжена двумя выступами, соответственно выполненными на ее внешней и внутренних торцевых поверхностях.

В частном случае использования заявленного устройства в упомянутой сборке лепестков механизма диафрагмы скользящие стрежни выполнены различной длины.

В частном случае использования заявленного устройства пазы на кулачковом кольце имеет дугообразную форму.

В частном случае использования заявленного устройства кулачковое кольцо кинематически связано с приводом посредством шестерни, установленной на валу привода.

За счет того, что в конструкции заявленного устройства механизм диафрагмы содержит размещенную между кулачковым и базовыми кольцами сборку лепестков, содержащую множество промежуточных колец с опорными отверстиями, соединенных друг с другом посредством опорных стержней, множество скользящих стержней и множеством дугообразных пластин, ориентированных ступенчато по винтовой спирали в объеме проходного сечения штуцерного устройства, достигается плавность регулировки диаметра его проходного сечения с одновременным центрированием потока рабочего агента, перекачиваемого через трубопровод, в частности через устьевую фонтанную арматуру нефтегазовой скважины или через пульпопровод. Как следствие, это повышает надежность и технологичность при эксплуатации заявленного устройства.

Кроме того, ступенчатое по винтовой спирали размещение дугообразных пластин в объеме проходного сечения штуцерного устройства в упомянутой сборке лепестков механизма диафрагмы позволяет использовать в механизме диафрагмы заявленного устройства толстые лепестки, что снижает износ таких лепестков механизма диафрагмы в процессе дросселирования перекачиваемого потока рабочего агента в промежуточных положениях штуцерного устройства. Также такое размещение дугообразных пластин в упомянутой сборке лепестков механизма диафрагмы обеспечивает закручивание перекачиваемого потока рабочего агента и, как следствие, снижение вероятности замерзания и зарастания отложениями проходного сечения штуцерного устройства, установленного в трубопроводе.

За счет того, что в частном случае использования заявленного устройства привод, кинематически связанный с кулачковым кольцом, связан с микроконтроллером, соответствующие входные порты которого соответственно соединены с выходными портами датчика положения дугообразных пластин в упомянутой сборке лепестков механизма диафрагмы, датчика перепада давления в штуцерном устройстве, датчика забойного давления, датчика затрубного давления, датчика температуры забоя, датчика температуры устья, датчика расхода потока жидкости, датчика обводненности потока жидкости и блока для определения количества механических примесей в потоке жидкости, а приемопередающие порты микроконтроллера соединены с приемопередающими портами приемопередающего блока пульта оператора, обеспечивается возможность автоматического плавного управления расходом потока жидкости, перекачиваемого через устьевую фонтанную арматуру нефтегазовой скважины, в зависимости от основных параметров системы «пласт - скважина - штуцерное устройство».

Основными параметрами системы «пласт - скважина - штуцерное устройство» являются местоположение дугообразных пластин в упомянутой сборке лепестков механизма диафрагмы, величина перепада давления в штуцерном устройстве, величины забойного и затрубного давлений, величины температур забоя и устья, величина объема расхода потока жидкости, перекачиваемого через устьевую фонтанную арматуру нефтегазовой скважины, а также значение его обводненности и количество механических примесей в нем.

За счет того, что в частном случае использования заявленного устройства привод, кинематически связанный с кулачковым кольцом, связан с микроконтроллером, соответствующие входные порты которого соответственно соединены с выходными портами датчика положения дугообразных пластин в упомянутой сборке лепестков механизма диафрагмы, датчика перепада давления в штуцерном устройстве и датчика расхода потока пульпы, а приемопередающие порты микроконтроллера соединены с приемопередающими портами приемопередающего блока пульта оператора, обеспечивается возможность автоматического плавного управления расходом потока пульпы, перекачиваемого через пульпопровод, в зависимости от основных параметров системы «пульпопровод - штуцерное устройство».

Основными параметрами системы «пульпопровод - штуцерное устройство» являются местоположение дугообразных пластин в упомянутой сборке лепестков механизма диафрагмы, величина перепада давления в штуцерном устройстве и величина объема расхода потока пульпы, перекачиваемого через пульпопровод.

Автоматизация управления расходом потока рабочего агента, перекачиваемого через трубопровод, в частности через устьевую фонтанную арматуру нефтегазовой скважины или через пульпопровод, в зависимости от перечисленных выше параметров системы «пласт - скважина - штуцерное устройство» или «пульпопровод - штуцерное устройство» соответственно, обеспечивает повышение надежности работы штуцерного устройства, а также снижение затрат энергии на регулировку диаметра его проходного сечения.

Кроме того, такая автоматизация управления расходом перекачиваемого потока рабочего агента обеспечивает повышение технологичности при эксплуатации штуцерного устройства за счет подстройки местоположения дугообразных пластин в упомянутой сборке лепестков механизма диафрагмы в случае засорения заявленного устройства, когда резко уменьшается диаметр его проходного сечения, или в случае износа дугообразных пластин, когда резко увеличивается диаметр проходного сечения заявленного устройства.

При этом автоматизация управления расходом потока жидкости, перекачиваемого через устьевую фонтанную арматуру нефтегазовой скважины, в зависимости от перечисленных выше параметров системы «пласт - скважина - штуцерное устройство» также обеспечивает повышение объема добычи нефти и газа за счет:

- поддержания постоянной оптимальной величины депрессии на пласт,

- увеличения срока фонтанирования нефтегазовой скважин,

- снижения вероятности образования парафиновых и гидратных пробок,

- уменьшения негативного влияния газового фактора,

- снижения токовых нагрузок погружного электродвигателя электронасоса при выводе скважин на режим,

- оптимизации работ по исследованию скважин.

За счет того, что в частном случае использования заявленного устройства каждая дугообразная пластина имеет форму с наименьшим гидравлическим сопротивлением, обеспечивается снижение гидравлического сопротивления дугообразных лепестков в упомянутой сборке лепестков механизма диафрагмы.

При этом выполнение выступов на внешней торцевой поверхности дугообразных пластин также обеспечивает снижение их гидравлического сопротивления, а выполнение выступов на внутренней торцевой поверхности дугообразных пластин центрирует и синхронизирует их движения в упомянутой сборке лепестков механизма диафрагмы, а так же повышает герметичность их соединения.

Сущность заявленного устройства иллюстрируется графическими материалами, на которых:

на фиг. 1а схематично изображено заявленное устройство в поперечном разрезе;

на фиг. 1б схематично изображена принципиальная схема автоматического управления потоком жидкости;

на фиг. 1в - принципиальная схема автоматического управления потоком пульпы;

на фиг. 2 изображен сбоку в разобранном виде механизм диафрагмы в заявленном устройстве;

на фиг. 3 - спереди по направлению к перекачиваемому потоку рабочего агента в сборке механизм диафрагмы в заявленном устройстве;

на фиг. 4 - сверху внешний вид промежуточного кольца;

на фиг. 5 - сверху внешний вид кулачкового кольца;

на фиг. 6 - сверху внешний вид дугообразной пластины;

на фиг. 7 изображена аксонометрическая проекция дугообразной пластины;

на фиг. 8 представлен сверху по направлению к перекачиваемому потоку рабочего агента внешний вид заявленного устройства в положении «открыто»;

на фиг. 9 и 10 - внешний вид заявленного устройства в промежуточных положениях;

на фиг. 11 - внешний вид заявленного устройства в положении «закрыто».

Штуцерное устройство для управления потоком рабочего агента, установленное в трубопроводе, содержит привод 1 и корпус с круглым проходным сечением, внутри которого размещен механизм диафрагмы (см. фиг. 1а)

В частном случае использования заявленное устройство, установленное на устьевой фонтанной арматуре нефтегазовой скважины, также содержит микроконтроллер 2, связанный с приводом 1, датчик 3 положения дугообразных пластин в упомянутой сборке лепестков механизма диафрагмы, датчик 4 перепада давления в штуцерном устройстве, датчик 5 забойного давления, датчик 6 затрубного давления, датчик 7 температуры забоя, датчик 8 температуры устья, датчик 9 расхода потока жидкости, датчик 10 обводненности потока жидкости, блок 11 для определения количества механических примесей в потоке жидкости и приемопередающий блок 12 пульта оператора (см. фиг. 1б). Соответствующие входные порты микроконтроллера 2 соответственно соединены с выходными портами датчика 3 положения дугообразных пластин в упомянутой сборке лепестков механизма диафрагмы, датчика 4 перепада давления в штуцерном устройстве, датчика 5 забойного давления, датчика 6 затрубного давления, датчика 7 температуры забоя, датчика 8 температуры устья, датчика 9 расхода потока жидкости, датчика 10 обводненности потока жидкости и блока 11 для определения количества механических примесей в потоке жидкости, а приемопередающие порты микроконтроллера 2 соединены с приемопередающими портами приемопередающего блока 12 пульта оператора (см. фиг. 1б).

В частном случае использования заявленное устройство, установленное в пульпопроводе, также содержит микроконтроллер 2, связанный с приводом 1, датчик 3 положения дугообразных пластин в упомянутой сборке лепестков механизма диафрагмы, датчик 4 перепада давления в штуцерном устройстве, датчик 13 расхода потока пульпы и приемопередающий блок 12 пульта оператора (см. фиг. 1в). Соответствующие входные порты микроконтроллера 2 соответственно соединены с выходными портами датчика 3 положения дугообразных пластин в упомянутой сборке лепестков механизма диафрагмы, датчика 4 перепада давления в штуцерном устройстве и датчика 13 расхода потока пульпы, а приемопередающие порты микроконтроллера 2 соединены с приемопередающими портами приемопередающего блока 12 пульта оператора (см. фиг. 1в).

Корпус заявленного устройства содержит первую 14, промежуточную 15 и последнюю 16 секции, соединенные друг с другом. Корпус заявленного устройства снабжен уплотнительными элементами 17. Уплотнительные элементы 17 размещены в местах соединения друг с другом упомянутых секций корпуса заявленного устройства. Кроме того, уплотнительные элементы 17 соответственно размещены в местах соединения первой 14 и последней 16 секций корпуса заявленного устройства с трубопроводом.

Как видно на фиг. 1а и 2, механизм диаграммы содержит кулачковое кольцо 18, базовое кольцо 19 и сборку лепестков, содержащую множество промежуточных колец 20, соединенных друг с другом посредством опорных стержней 21, множество скользящих стержней 22, и множеством лепестков, выполненных в виде дугообразных пластин 23, ориентированных по окружности в плоскости и ступенчато по винтовой спирали в объеме проходного сечения штуцерного устройства.

Количество промежуточных колец 20 равно количеству дугообразных пластин 23. Количество скользящих стержней 22 также равно количеству дугообразных пластин 23.

Кулачковое кольцо 18, кинематически связанное с приводом 1, размещено в полости, образованной соединением первой 14 и промежуточной 15 секций корпуса заявленного устройства. Место размещения кулачкового кольца 18 в упомянутой полости снабжено уплотнительными элементами 24.

В частном случае использования заявленного устройства кулачковое кольцо 18 кинематически связано с приводом 1 посредством шестерни 25, установленной на валу привода. Вал привода также размещен в упомянутой полости. Место размещения вала привода в упомянутой полости снабжено уплотнительными элементами 26.

Как видно на фиг. 1а и 2 упомянутая сборка лепестков размещена между кулачковым 18 и базовыми 19 кольцами. Базовое кольцо 19 вместе с упомянутой сборкой лепестков размещены в полости, выполненной в торце последней 16 секции корпуса заявленного устройства.

На торцевой поверхности базового кольца 19 выполнено множество опорных отверстий, расположенных на одинаковом расстоянии от его центра и на равных расстояниях друг от друга (см. фиг. 2).

На торцевой поверхности кулачкового кольца 18 выполнено множество пазов D, расположенных на одинаковом расстоянии от его центра и на равных расстояниях друг от друга. Причем количество пазов D на кулачковом кольце 18 равно количеству дугообразных пластин 23.

В частном случае использования заявленного устройства пазы D на кулачковом кольце 18 имеет дугообразную форму (см. фиг. 2, 3 и 5). Причем кривизна дуги отдельного паза D на кулачковом кольце 18 определена траекторией движения скользящего стержня 22.

В упомянутой сборке лепестков механизма диафрагмы на торцевой поверхности каждого промежуточного кольца 20 выполнено множество сквозных опорных отверстий С, а его внутренней стенке выполнены два рабочих А и В паза и множество вспомогательных пазов (см. фиг. 4).

В упомянутой сборке лепестков механизма диафрагмы каждая дугообразная пластина 23 установлена внутри соответствующего промежуточного кольца 20 (см. фиг. 2).

В упомянутой сборке лепестков механизма диафрагмы каждая дугообразная пластина 23, установленная внутри соответствующего промежуточного кольца 20, снабжена двумя проушинами F и Е, размеры которых ответны размерам рабочих пазов А и В на внутренней стенке соответствующего промежуточного кольца 20 (см. фиг. 2 и 6). Причем в упомянутой сборке лепестков механизма диафрагмы проушины F и Е на внешней стенке каждой дугообразной пластины 23 соответственно вставлены в рабочие пазы А и В на внутренней стенке соответствующего промежуточного кольца 20.

В частном случае использования заявленного устройства каждая дугообразная пластина 23 имеет форму с наименьшим гидравлическим сопротивлением. При этом в упомянутой сборке лепестков механизма диафрагмы на внутренней торцевой поверхности каждой дугообразной пластины 23, внешняя торцевая поверхность которой в первую очередь контактирует с перекачиваемым потоком рабочего агента, выполнен выступ G₂, а каждая дугообразная пластина 23, внешняя торцевая поверхность которой контактирует во вторую очередь с перекачиваемым потоком рабочего агента, снабжена двумя выступами G₁ и G₂, соответственно выполненными на ее внешних и внутренних торцевых поверхностях (см. фиг. 7).

В упомянутой сборке лепестков механизма диафрагмы каждая дугообразная пластина 23 установлена с возможностью вращения на соответствующем опорном стрежне 21, вставленном в одну из ее проушин (F) и в соответствующие опорные отверстия на промежуточных кольцах 20. Причем один из торцов каждого опорного стрежня 21 установлен в соответствующем опорном отверстии на базовом кольце 19, а другой торец каждого опорного стрежня 21 закреплен в соответствующим отверстии на соответствующим промежуточном кольце 20. При этом в упомянутой сборке лепестков механизма диафрагмы каждая дугообразная пластина 23 установлена с возможностью смещения к центру проходного сечения штуцерного устройства или от него на соответствующем скользящим стрежне 22, один из торцов которого закреплен в другой ее проушине (Е). Другой торец каждого скользящего стержня 22, размещенного в соответствующих вспомогательных пазах на внутренних стенках промежуточных колец 20, установлен в соответствующем пазе D на кулачковом кольце 18 (см. фиг. 3).

В частном случае использования заявленного устройства в упомянутой сборке лепестков механизма диафрагмы скользящие стрежни 22 выполнены различной длины.

В упомянутой сборке лепестков механизма диафрагмы рабочие пазы А и В внутренних стенках промежуточных колец 20 сдвинуты относительно друг друга таким образом, что в объеме проходного сечения штуцерного устройства дугообразные пластины 23 ориентированы ступенчато по винтовой спирали (см. фиг. 2).

При этом в открытом состоянии заявленного устройства диаметр его проходного сечения определен внутренним диаметром кулачкового кольца 18, равного внутреннему диаметру базового кольца 19 (см. фиг. 8).

Заявленное устройство работает следующим образом.

Привод 1 приводит во вращение кулачковое кольцо 18. В частном варианте реализации привод 1 приводит во вращение шестерню 25, установленную на валу привода, которая посредством зубчатого зацепления вращает кулачковое кольцо 18.

В режиме ручного или автоматического управления при вращении кулачкового кольца 18 в зависимости от направления его вращения скользящие стержни 22 перемещаются в его соответствующих пазах D на кулачковом кольце 18. Дугообразные пластины 23, вращающиеся на опорных стрежнях 21, плавно перемещаться на скользящих стержнях 22 либо к центру проходного сечения заявленного устройства (фиг. 9-11), либо, наоборот, от его центра. Ступенчатое по винтовой спирали размещение дугообразных пластин 23 в объеме проходного сечения штуцерного устройства приводит к тому, что перемещение в параллельных друг другу плоскостях дугообразных пластин 23 обеспечивает закручивание потока рабочего агента, перекачиваемого в трубопроводе. Это приводит к снижению замерзания и осаждения отложений в заявленном устройстве. В результате плавного перемещения дугообразных пластин 23 перекачиваемый поток в проходном сечении центрируется и одновременно диаметр проходного сечения заявленного устройства плавно регулируется (см. фиг. 9-11).

В частном варианте реализации заявленное устройство установлено на устьевой фонтанной арматуре нефтегазовой скважины. Основными параметрами системы «пласт - скважина - штуцерное устройство» являются местоположение дугообразных пластин 23 в упомянутой сборке лепестков механизма диафрагмы, величина перепада давления в штуцерном устройстве, величины забойного и затрубного давлений, величины температур забоя и устья, величина объема расхода потока жидкости, перекачиваемого через устьевую фонтанную арматуру нефтегазовой скважины, а также значение его обводненности и количество механических примесей в нем. Сигналы с датчиков 3-11 поступают на соответствующие входные порты микроконтроллера 2, связанного с приводом 1. В микроконтроллере 2 в режиме реального времени измеренные величины перечисленных выше параметров системы «пласт - скважина - штуцерное устройство» сравниваются со значениями, сохраненными в памяти микроконтроллера 2. Одновременно измеренные величины перечисленных выше параметров системы «пласт - скважина - штуцерное устройство» передают на приемопередающий блок 26 пульта оператора. При аварии или в связи с производственной необходимостью корректирующие сигналы с пульта оператора посредством приемопередающего блока 26 поступают на соответствующие приемопередающие порты микроконтроллера 2.

В частном варианте реализации заявленное устройство установлено в пульпопроводе. Основными параметрами системы «пульпопровод -штуцерное устройство» являются местоположение дугообразных пластин в упомянутой сборке лепестков механизма диафрагмы, величина перепада давления в штуцерном устройстве и величина объема расхода потока пульпы, перекачиваемого через пульпопровод.

Сигналы с датчиков 3, 4 и 13 поступают на соответствующие входные порты микроконтроллера 2, связанного с приводом 1. В микроконтроллере 2 в режиме реального времени измеренные величины перечисленных выше параметров системы «пульпопровод - штуцерное устройство» сравниваются со значениями, сохраненными в памяти микроконтроллера 2. Одновременно измеренные величины перечисленных выше параметров системы «пульпопровод - штуцерное устройство» передают на приемопередающий блок 26 пульта оператора. При аварии или в связи с производственной необходимостью корректирующие сигналы с пульта оператора посредством приемопередающего блока 26 поступают на соответствующие приемопередающие порты микроконтроллера 2.

В результате сравнения измеренных величин параметров соответствующих систем с сохранными микроконтроллер 2 выдает управляющий сигнал, поступающий непосредственно на исполнительный элемент привода (на фигурах не показан). Привод 1, кинематически связанный с кулачковым кольцом 18, плавно регулирует диаметр проходного сечения заявленного устройства в зависимости от перечисленных выше параметров соответствующих систем.

В случае засорения заявленного устройства, когда резко уменьшается диаметр его проходного сечения, сигнал с датчика 4 перепада давления в штуцерном устройстве поступает на микроконтроллер 2, где он обрабатывается. В результате по управляющему сигналу с микроконтроллера 2 посредством привода 1, кинематически связанного с кулачковым кольцом 18, дугообразные пластины 23 перемещаются от центра проходного сечения заявленного устройства. В результате диаметр его проходного сечения увеличивается до величины, обеспечивающей удаление засорения. После удаления засорения диаметр проходного сечения заявленного устройства возвращается к исходной величине, соответствующей оптимальным настройкам.

В случае износа дугообразных пластин 23, когда резко увеличивается диаметр проходного сечения заявленного устройства, сигнал с датчика 4 перепада давления в штуцерном устройстве поступает на микроконтроллер 2, где он обрабатывается. В результате по управляющему сигналу с микроконтроллера 2 посредством привода 1, кинематически связанного с кулачковым кольцом 18, дугообразные пластины 23 перемещаются к центру проходного сечения заявленного устройства, плавно смыкаясь.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в качестве устройства для управления потоком рабочего агента, перекачиваемого через трубопровод. Штуцерное устройство для управления потоком рабочего агента, установленное в трубопроводе, содержит привод 1 и корпус с круглым проходным сечением, внутри которого размещен механизм диафрагмы, механизм диаграммы содержит кулачковое кольцо 18, базовое кольцо 19 и сборку лепестков, содержащую множество промежуточных колец 20, соединенных друг с другом посредством опорных стержней 21, множество скользящих стержней 22, и множество лепестков, выполненных в виде дугообразных пластин 23, ориентированных по окружности в плоскости и ступенчато по винтовой спирали в объеме проходного сечения штуцерного устройства, а также необходимые кинематические связи между ними. Изобретение направлено на создание надежного и технологичного при эксплуатации штуцерного устройства для плавной регулировки диаметра его проходного сечения и одновременного центрирования потока рабочего агента, перекачиваемого через трубопровод, в частности через устьевую фонтанную арматуру нефтегазовой скважины или через пульпопровод. 8 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Штуцерное устройство для управления потоком рабочего агента, содержащее привод и корпус с круглым проходным сечением, внутри которого размещен механизм диафрагмы, содержащий кулачковое кольцо с множеством пазов, кинематически связанное с приводом, базовое кольцо с множеством опорных отверстий, расположенных на одинаковом расстоянии от его центра и на равных расстояниях друг от друга, и множество лепестков, выполненных в виде дугообразных пластин, ориентированных по окружности в плоскости проходного сечения штуцерного устройства, при этом каждая дугообразная пластина установлена с возможностью вращения на соответствующем опорном стрежне, установленном в соответствующем опорном отверстии на базовом кольце, и с возможностью смещения на соответствующем скользящим стрежне, установленном в соответствующем пазе на кулачковом кольце, причем количество пазов на кулачковом кольце равно количеству дугообразных пластин, при этом в открытом состоянии штуцерного устройства диаметр его проходного сечения определен внутренним диаметром кулачкового кольца, равного внутреннему диаметру базового кольца, отличающееся тем, что механизм диафрагмы содержит размещенную между кулачковым и базовыми кольцами сборку лепестков, содержащую множество промежуточных колец с опорными отверстиями, соединенных друг с другом посредством опорных стержней, множество скользящих стержней и множеством дугообразных пластин, ориентированных ступенчато по винтовой спирали в объеме проходного сечения штуцерного устройства, при этом в упомянутой сборке лепестков механизма диафрагмы на внутренней стенке каждого промежуточного кольца выполнены два рабочих паза и множество вспомогательных пазов, а каждая дугообразная пластина, установленная внутри соответствующего промежуточного кольца, снабжена двумя проушинами, размеры которых ответны размерам рабочих пазов на внутренней стенке соответствующего промежуточного кольца, при этом в упомянутой сборке лепестков механизма диафрагмы каждый опорный стержень вставлен в одну из проушин каждой дугообразной пластины и в соответствующие опорные отверстия на промежуточных кольцах, а один из торцов каждого скользящего стержня, размещенного в соответствующих вспомогательных пазах на внутренних стенках промежуточных колец, закреплен в другой проушине каждой дугообразной пластины.

2. Штуцерное устройство для управления потоком рабочего агента по п. 1, отличающееся тем, что привод, кинематически связанный с кулачковым кольцом, связан с микроконтроллером, соответствующие входные порты которого соответственно соединены с выходными портами датчика положения дугообразных пластин в упомянутой сборке лепестков механизма диафрагмы, датчика перепада давления в штуцерном устройстве, датчика забойного давления, датчика затрубного давления, датчика температуры забоя, датчика температуры устья, датчика расхода потока жидкости, датчика обводненности потока жидкости и блока для определения количества механических примесей в потоке жидкости, а приемопередающие порты микроконтроллера соединены с приемопередающими портами приемопередающего блока пульта оператора.

3. Штуцерное устройство для управления потоком рабочего агента по п. 1, отличающееся тем, что привод, кинематически связанный с кулачковым кольцом, связан с микроконтроллером, соответствующие входные порты которого соответственно соединены с выходными портами датчика положения дугообразных пластин в упомянутой сборке лепестков механизма диафрагмы, датчика перепада давления в штуцерном устройстве и датчика расхода потока пульпы, а приемопередающие порты микроконтроллера соединены с приемопередающими портами приемопередающего блока пульта оператора.

4. Штуцерное устройство для управления потоком рабочего агента по п. 1, отличающееся тем, что в упомянутой сборке лепестков механизма диафрагмы каждая дугообразная пластина имеет форму с наименьшим гидравлическим сопротивлением.

5. Штуцерное устройство для управления потоком рабочего агента по п. 4, отличающееся тем, что в упомянутой сборке лепестков механизма диафрагмы по крайней мере одна из дугообразных пластин снабжена выступом, выполненным на ее внутренней торцевой поверхности.

6. Штуцерное устройство для управления потоком рабочего агента по п. 4, отличающееся тем, что в упомянутой сборке лепестков механизма диафрагмы по крайней мере одна из дугообразных пластин снабжена двумя выступами, соответственно выполненными на ее внешней и внутренних торцевых поверхностях.

7. Штуцерное устройство для управления потоком рабочего агента по п. 1, отличающееся тем, что в упомянутой сборке лепестков механизма диафрагмы скользящие стрежни выполнены различной длины.

8. Штуцерное устройство для управления потоком рабочего агента по п. 1, отличающееся тем, что пазы на кулачковом кольце имеет дугообразную форму.

9. Штуцерное устройство для управления потоком рабочего агента по п. 1, отличающееся тем, что кулачковое кольцо кинематически связано с приводом посредством шестерни, установленной на валу привода.