Дисковый переключатель потока жидкости Российский патент 2023 года по МПК F16K5/04 F16K11/85 

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для использования в качестве распределяющего устройства на трубопроводах различного назначения, может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности, в частности в качестве переключателя потока жидкости из скважин, направляемой по трубопроводам в групповые замерные установки объектов нефтедобычию

Известен кран шаровой трехходовой (патент РФ № 2182270, МПК F16K 11/087, F16K 11/087, F16К 5/06, опубл. 10.05.2002), содержащий корпус с центральным каналом, установленным в нем поворотным штоком, расположенным в пазу шарового затвора с возможностью взаимодействия с шаровым затвором. Шаровой затвор снабжен проходными отверстиями, расположенными перпендикулярно к оси поворота, и опирается на уплотнительные седла, размещенные в корпусе и резьбовых втулках, которые поджимаются к затвору. Уплотнительные седла в корпусе выполнены в виде единого углового элемента с рабочей частью меньшей, чем рабочая часть установленных во втулках седел. Последние размещены во втулках с возможностью плавающего перемещения вместе с затвором относительно втулок при затяжке до положения, соответствующего совпадению осей корпуса, штока и затвора. Сами седла выполнены с односторонним скосом на толщину седла. Шаровой затвор выполнен из корундовой керамики с содержанием окиси алюминия не менее 96±0,5% массы, прочностью не менее 360 МПа и средним размером зерна, не превышающим 8 мкм ±12%, с профилем стенок паза, выполненным в виде эвольвенты, и зазором по отношению к штоку, в котором установлен демпфирующий элемент.

Недостатками данной конструкции являются:

- сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей (поворотный шток шаровой затвор с проходными отверстиями, резьбовые втулки, демпфирующий элемент и т.д.);

- ограниченные функциональные возможности, так как конструкция крана не позволяет переключать потоки жидкости из трубопровода в нескольких направлениях;

- низкая степень герметичности, определяемая площадью контакта шарового затвора и седла, и как следствие протечки через устройства приводят к нарушениям точности и высоким погрешностям замеров дебитов добывающих скважин;

- сложность и дороговизна изготовления шарового затвора, выполненного из корундовой керамики с содержанием окиси алюминия не менее 96±0,5% массы, прочностью не менее 360 МПа и средним размером зерна, не превышающим 8 мкм ±12%, с профилем стенок паза, выполненным в виде эвольвенты, и зазором по отношению к штоку. Всё это приводит к удорожанию устройства в целом.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является шаровой трехходовой кран с верхним разъемом (патент РФ № 2282087, МПК F16K 11/087, F16К 5/06, опубл. 20.08.2006), содержащий корпус с верхним фланцем и патрубки, в котором расположены цельные седла, взаимодействующие с шаровой пробкой, расположенной в опорах между ними, причем седла постоянно нагружены пружинами в сторону шаровой пробки, устройство разжима седел, размещенное со стороны верхнего фланца, при этом кран снабжен дополнительным подпружиненным "глухим" седлом, ось которого расположена в плоскости осей установленных седел, при этом каждое седло со стороны шаровой пробки снабжено буртиком и цилиндрической поверхностью перед ним с возможностью образования полости между соседними седлами, а устройство разжима седел снабжено четырьмя штырями, расположение которых соответствует расположению седел в корпусе крана с возможностью установки их в образованные между соседними седлами полости, причем каждый штырь снабжен двумя клиновыми поверхностями, расположенными перпендикулярно друг другу с внешней стороны устройства.

Недостатками данного устройства являются:

- сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей (цельные сёдла, шаровая пробка, устройство разжима сёдел, снабжённое четырьмя штырями и т.д.);

- высокая себестоимость изготовления, а именно штырей, снабженных двумя клиновыми поверхностями, расположенными перпендикулярно друг другу с внешней стороны устройства, шарового седла, пружины, пробки и т.д.

- низкая герметичность из-за протечек в местах сопряжения сёдел с шаровой пробкой в процессе эксплуатации. Это обусловлено тем, что сёдла постоянно нагружены пружинами в сторону шаровой пробки, со временем в процессе эксплуатации под знакопеременными нагрузками сжатия и растяжения пружины изнашиваются и ломаются, что и приводит к потере герметичности устройства, и как следствие, к нарушениям точности и высоким погрешностям замеров дебитов добывающих скважин;

- ограниченные функциональные возможности, так как конструкция устройства не позволяет переключать потоки жидкости из трубопровода в нескольких направлениях;

- продолжительность и трудоемкость сборки (разборки) устройства, связанная с её сложной конструкцией, что увеличивает затраты на его обслуживание.

Техническими результатами изобретения являются упрощение конструкции и снижение себестоимости изготовления устройства, а также исключение негерметичности при работе устройства, расширение функциональных возможностей устройства, и снижение продолжительности и трудоемкости сборки (разборки) устройства при его обслуживании.

Технический результат достигается дисковым переключателем потока жидкости, содержащим корпус с пробкой и уплотнительные элементы, установленные на сопрягаемых поверхностях корпуса и пробки, штырь.

Новым является то, что корпус выполнен в виде заглушенного снизу полого цилиндра и оснащён тремя входными и одним выходным отверстием, а в верхней части корпуса выполнена наружная резьба, а ниже корпус оснащён сквозными вырезами, расположенными друг напротив друга, при этом пробка выполнена в виде диска с кольцевой проточкой на нижнем торце и внутренней кольцевой проточкой в верхней части пробки, причём пробка вставлена внутрь корпуса и зафиксирована относительно корпуса от осевого перемещения вкладышами, вставленными во внутреннюю кольцевую проточку пробки через сквозные вырезы корпуса, при этом сверху на наружную резьбу корпуса ввёрнута крышка, причём нижний конец крышки внутренней поверхностью фиксирует вкладыши от радиального перемещения наружу, при этом в пробке выполнены сегментный вырез с углом 135° и радиальный сквозной канал, гидравлически сообщающиеся друг с другом, причём сегментный вырез пробки сообщается с выходным отверстием корпуса, а радиальный сквозной канал при повороте пробки относительно корпуса имеет возможность последовательного сообщения в трёх положениях с выходными отверстиями корпуса, расположенными под углом 45° между двумя близлежащими выходными каналами, при этом в каждом из трёх положений радиального сквозного канала относительно выходных отверстий корпуса пробка имеет возможность жёсткой фиксации относительно корпуса с помощью штыря, размещённого в отверстии крышки и вставляемого в отверстия, выполненные на верхнем торце пробки, причём на верхнем торце крышки жёстко закреплена ручка.

На фиг. 1 изображен вид сверху дискового переключателя потока жидкости.

На фиг. 2 изображено поперечное сечение А-А дискового переключателя потока жидкости.

На фиг. 3 изображено продольное сечение Б-Б дискового переключателя потока жидкости.

На фиг. 4 изображено продольное сечение В-В в 1 положении дискового переключателя потока жидкости.

На фиг. 5 изображено продольное сечение В-В во 2 положении дискового переключателя потока жидкости.

На фиг. 6 изображено продольное сечение В-В в 3 положении дискового переключателя потока жидкости.

В связи с имеющейся в отечественной нефтедобывающей промышленности проблемой недолговечности, низкой ремонтопригодностью, высокой трудоемкостью и стоимостью в обслуживании корпусов, сёдел кранов или переключателей потоков жидкости, установленных на трубопроводе узлов групповой замерной установки, что приводит к нарушениям точности, и, как следствие, высоким погрешностям замеров дебитов добывающих скважин, техническое решение, сформулированное в настоящем изобретении позволяет исключить вышеуказанные проблемы.

Переключатель потока жидкости содержит корпус 1 (фиг. 1 и 2, 3, 4, 5, 6) с пробкой 2 и уплотнительные элементы, установленные на сопрягаемых поверхностях корпуса 1 и пробки 2 (на фиг. 1-6 показаны условно).

Корпус 1 (фиг. 1 и 2, 3) выполнен в виде заглушенного снизу полого цилиндра и оснащён тремя входными 3 (фиг. 1, 4, 5, 6), 4 (фиг. 1, 2, 4, 5, 6) и 5 (фиг. 1, 4, 5, 6) и одним выходным 6 (фиг. 1, 2, 4, 5, 6) отверстиями.

В верхней части корпуса 1 выполнена наружная резьба 7 (фиг. 2), а ниже корпус 1 оснащён сквозными вырезами 8 ' и 8", расположенными друг напротив друга.

Пробка 2 выполнена в виде диска с кольцевой проточкой 9 (фиг. 2) на нижнем торце и внутренней кольцевой проточкой 10 (фиг. 2, 3) в боковой части пробки 2.

Пробка 2 вставлена внутрь корпуса 1 и зафиксирована относительно корпуса 1 от осевого перемещения вкладышами 11' и 11" (фиг. 2, 3), вставленными во внутреннюю кольцевую проточку 10 пробки 2 через соответствующие сквозные вырезы 8' и 8" корпуса 1.

Сверху на наружную резьбу 7 корпуса 1 ввёрнута крышка 12 (фиг. 1 и 2, 3).

Нижний конец 13 (фиг. 2) крышки 12 фиксирует внутренней поверхностью 14 (фиг. 2) вкладыши 11' и 11" от радиального перемещения наружу.

В пробке 2 выполнены сегментный вырез 15 (фиг. 2, 4, 5, 6) с углом 135° и радиальный сквозной канал 16 гидравлически сообщающиеся друг с другом.

Сегментный вырез 15 пробки 2 сообщается с выходным отверстием 6 корпуса 1.

Радиальный сквозной канал 16 при повороте пробки 2 относительно корпуса 1 имеет возможность последовательного сообщения в трёх (1, 2, 3) положениях (фиг. 4, 5, 6) с входными отверстиями корпуса 3, 4, 5 соответственно, расположенными под углом 45° между двумя близлежащими входными каналами (3 и 4), (4 и 5).

В каждом из трёх положений (1, 2, 3) радиального сквозного канала 16 относительно входных отверстий 3, 4, 5 корпуса 1 пробка 2 имеет возможность жёсткой фиксации относительно корпуса 1 с помощью штыря 17 (фиг. 1, 2), размещённого в отверстии 18 (фиг. 2) крышки 12 и вставляемого в отверстия 19', 19", 19"' (фиг. 1), выполненные на верхнем торце пробки 2. На верхнем торце крышки 2 жёстко закреплена ручка 20 (фиг. 1, 2), например с помощью сварки.

Кольцевая проточка 9 позволяет снизить усилие поворота пробки 2 относительно корпуса 1 с помощью ручки 20 из-за снижения площади контакта пробки 2 относительно корпуса 1.

Несанкционированные перетоки жидкости исключаются уплотнительными кольцами, установленными на сопрягаемых поверхностях входных отверстий 3, 4 и 5 корпуса 1 с пробкой 2.

Устройство работает следующим образом.

Дисковый переключатель потока жидкости устанавливается на трубопроводах с помощью фланцевых соединений (на фиг. 1-6 не показано) и предназначен для использования в качестве переключателя скважин в групповых замерных установках объектов нефтедобычи. Рассмотрим порядок измерения дебита, например их трёх добывающих скважин (на фиг. 1-6 не показано). Напорный трубопровод каждой из добывающих скважин подключен соответственно к входным отверстиям 3, 4, 5, соответственно.

Для установки пробки 2 относительно корпуса 1 в первое положение с помощью ручки 20 поворачивают пробку относительно корпуса на 45° по часовой стрелке, при этом отверстие 18 в крышке 12 совпадает с отверстием 19', выполненное на верхнем торце пробки 2. Через отверстие 18 в крышке 12 устанавливают штырь 17 в отверстие 19' в пробке 2. Таким образом дисковый переключатель потока жидкости занимает первое положение, при этом радиальный сквозной канал 16 размещается напротив входного отверстия 3 корпуса 1, а входное отверстие 3 (фиг. 4) гидравлически сообщается с выходным отверстием 6 корпуса 1. В первом положении продукция из первой добывающей скважины поступает через входное отверстие 3 корпуса 1 в радиальный сквозной канал 16 пробки 2, и далее продукция через сегментный вырез 15 пробки 2 и выходное отверстие 6 корпуса 1 направляется на замер дебита продукции первой скважины в замерную установку.

После замера дебита нефти из первой добывающей скважины устанавливают пробку 2 относительно корпуса 1 во второе положение. Для этого сначала вынимают штырь 17 из отверстия 18 в крышке 12 и из отверстия 19' в пробке 2. С помощью ручки 20 поворачивают пробку 2 относительно корпуса на 45° по часовой стрелке, при этом отверстие 18 в крышке 12 совпадает с отверстием 19" (фиг. 5), выполненное на верхнем торце пробки 2. Через отверстие 18 в крышке 12 устанавливают штырь 17 в отверстие 19" в пробке 2. Таким образом дисковый переключатель потока жидкости занимает второе положение, при этом радиальный сквозной канал 16 размещается напротив входного отверстия 4 корпуса 1, а входное отверстие 4 (фиг. 5) гидравлически сообщается с выходным отверстием 6 корпуса 1. Во втором положении продукция из второй добывающей скважины поступает через входное отверстие 4 корпуса 1 в радиальный сквозной канал 16 пробки 2, и далее продукция через сегментный вырез 15 пробки 2 и выходное отверстие 6 корпуса 1 направляется на замер дебита продукции второй скважины в замерную установку.

После замера дебита нефти из второй добывающей скважины устанавливают пробку 2 относительно корпуса 1 в третье положение. Для этого сначала вынимают штырь 17 из отверстия 18 в крышке 12 и из отверстия 19" в пробке 2. С помощью ручки 20 поворачивают пробку 2 относительно корпуса на 45° по часовой стрелке, при этом отверстие 18 в крышке 12 совпадает с отверстием 19"' (фиг. 6), выполненное на верхнем торце пробки 2. Через отверстие 18 в крышке 12 устанавливают штырь 17 в отверстие 19'" в пробке 2. Таким образом дисковый переключатель потока жидкости занимает третье положение, при этом радиальный сквозной канал 16 размещается напротив входного отверстия 5 корпуса 1, а входное отверстие 5 (фиг. 5) гидравлически сообщается с выходным отверстием 6 корпуса 1. В третьем положении продукция из третьей добывающей скважины поступает через входное отверстие 5 корпуса 1 в радиальный сквозной канал 16 пробки 2, и далее продукция через сегментный вырез 15 пробки 2 и выходное отверстие 6 корпуса 1 направляется на замер дебита продукции третьей скважины в замерную установку.

Таким образом цикл работы устройства закончен по окончании работы переключатель потока жидкости демонтируют и в дальнейшем используют при необходимости.

Упрощается конструкция устройства, так как из конструкции исключены цельные сёдла, шаровая пробка, устройство разжима сёдел снабжённое четырьмя штырями и другие.

Снижается себестоимость изготовления, так как из конструкции исключены технически сложные в изготовлении узлы и детали.

Исключается негерметичность из-за отсутствия протечек на сопрягаемых поверхностях устройства в процессе эксплуатации, что достигнуто исключением пружин из конструкции устройства и применения пробки в виде диска, установленного в корпус, выполненного в виде заглушенного полого цилиндра с тремя входными и одним выходным отверстием. Всё это обеспечивает высокую точность замеров дебитов добывающих скважин на групповых замерных установках.

Расширяются функциональные возможности, так как конструкция устройства позволяет переключать потоки жидкости из трубопровода в нескольких направлениях, а именно в трёх фиксированных положениях.

Сокращаются продолжительность и трудоемкость сборки (разборки) устройства из-за простоты конструкции, так как, чтобы разобрать устройство для обслуживания (чистка промывка, замена уплотнений), необходимо отвернуть крышку, снять по бокам корпуса два вкладыша и вынуть пробку из корпуса. Процесс разборки окончен. Сборка устройства проводится в обратной последовательности. Всё это снижает затраты на обслуживание устройства.

Дисковый переключатель потока жидкости позволяет:

- получить простую конструкцию устройства;

- снизить себестоимость изготовления устройства;

- исключить негерметичности при работе устройства и повысить точность измерения;

- расширить функциональные возможности устройства;

- снизить продолжительность и трудоемкость сборки (разборки) устройства при его обслуживании.

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для использования в качестве распределяющего устройства на трубопроводах различного назначения, может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности. Дисковый переключатель потока жидкости содержит корпус с пробкой и уплотнительные элементы, установленные на сопрягаемых поверхностях корпуса и пробки, штырь. Корпус выполнен в виде заглушенного снизу полого цилиндра и оснащён тремя входными и одним выходным отверстием, а в верхней части корпуса выполнена наружная резьба, а ниже корпус оснащён сквозными вырезами, расположенными друг напротив друга, при этом пробка выполнена в виде диска с кольцевой проточкой на нижнем торце и внутренней кольцевой проточкой в верхней части пробки, причём пробка вставлена внутрь корпуса и зафиксирована относительно корпуса от осевого перемещения вкладышами, вставленными во внутреннюю кольцевую проточку пробки через сквозные вырезы корпуса, при этом сверху на наружную резьбу корпуса ввёрнута крышка, причём нижний конец крышки внутренней поверхностью фиксирует вкладыши от радиального перемещения наружу, при этом в пробке выполнены сегментный вырез с углом 135° и радиальный сквозной канал, гидравлически сообщающиеся друг с другом, причём сегментный вырез пробки сообщается с выходным отверстием корпуса, а радиальный сквозной канал при повороте пробки относительно корпуса имеет возможность последовательного сообщения в трёх положениях с выходными отверстиями корпуса, расположенными под углом 45° между двумя близлежащими выходными каналами, при этом в каждом из трёх положений радиального сквозного канала относительно выходных отверстий корпуса пробка имеет возможность жёсткой фиксации относительно корпуса с помощью штыря, размещённого в отверстии крышки и вставляемого в отверстия, выполненные на верхнем торце пробки, причём на верхнем торце крышки жёстко закреплена ручка. Изобретение направлено на упрощение конструкции, повышение герметичности, расширение функциональных возможностей устройства, и снижение продолжительности и трудоемкости сборки (разборки) устройства при его обслуживании. 6 ил.

Дисковый переключатель потока жидкости, содержащий корпус с пробкой и уплотнительные элементы, установленные на сопрягаемых поверхностях корпуса и пробки, штырь, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде заглушенного снизу полого цилиндра и оснащён тремя входными и одним выходным отверстием, а в верхней части корпуса выполнена наружная резьба, а ниже корпус оснащён сквозными вырезами, расположенными друг напротив друга, при этом пробка выполнена в виде диска с кольцевой проточкой на нижнем торце и внутренней кольцевой проточкой в верхней части пробки, причём пробка вставлена внутрь корпуса и зафиксирована относительно корпуса от осевого перемещения вкладышами, вставленными во внутреннюю кольцевую проточку пробки через сквозные вырезы корпуса, при этом сверху на наружную резьбу корпуса ввёрнута крышка, причём нижний конец крышки внутренней поверхностью фиксирует вкладыши от радиального перемещения наружу, при этом в пробке выполнены сегментный вырез с углом 135° и радиальный сквозной канал, гидравлически сообщающиеся друг с другом, причём сегментный вырез пробки сообщается с выходным отверстием корпуса, а радиальный сквозной канал при повороте пробки относительно корпуса имеет возможность последовательного сообщения в трёх положениях с выходными отверстиями корпуса, расположенными под углом 45° между двумя близлежащими выходными каналами, при этом в каждом из трёх положений радиального сквозного канала относительно выходных отверстий корпуса пробка имеет возможность жёсткой фиксации относительно корпуса с помощью штыря, размещённого в отверстии крышки и вставляемого в отверстия, выполненные на верхнем торце пробки, причём на верхнем торце крышки жёстко закреплена ручка.