Кран шаровой высокого давления Советский патент 1993 года по МПК F16K5/06 

Изобретение относится к устройствам, применяемым в горном деле при бурении нефтяных и газовых скважин, предназначается для перекрытия канала бурильной колонны при предупреждении и ликвидации проявлений и выбросов в процессе бурения нефтяных и газовых скважин.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности работы поворотного вкладыша крана.

На фиг.1 изображен вид крана в разрезе; на фиг.2 - вид в фиг.1; на фиг.З - вид в фиг.1 в изометрии; на фиг.4 - общий вид вкладыша в изометрии; на фиг.5 - общий вид запорного элемента в изометрии; на фиг.6 - общий вид опорного элемента в изометрии; на фиг.7 - манжета в разрезе.

Шаровой кран состоит из корпуса 1 цилиндрической формы с проходным каналом

2 и присоединительными резьбами 3 и 4. В корпусе 1 под присоединительной резьбой

3 имеется цилиндрическая резьба 5 и соос- ные боковые отверстия б и 7. Отверстие 7 на внутренней поверхности переходит в паз 8, выполненный перпендикулярно оси вращения запорного элемента. В резьбе 5 ввернута опорная гайка 9 с проходным многогранным отверстием 10.

На наружной нижней поверхности гайка 9 имеется проточка, в которой установлена уплотнительная манжета 11.

Ниже опорной гайки 9 помещено седло 12, состоящее из обоймы 13 с проходным отверстием и расточкой, в которой размещена манжета 14, выполненная в виде шайбы 15 и раструба 16 в форме усеченного подого конуса, соединенных между собой своими малыми диаметрами, Внутренняя поверхность 17 раструба 16 выполнена в виде сферы с радиусом Ry меньше радиуса RUJ запорного элемента 18.

Центр радиуса Ry сферической поверхности 17 расположен на общей оси шайбы 15 и раструба 16.

К седлу 12 поджимается шаровой запорный элемент 18 с проходным каналом 19. На поверхности шарового элемента 18 перпендикулярно оси вращения имеются две параллельные поверхности 20 и 21, на которых имеются два диаметрально расположенных углубления 22 и 23, выполненные треугольной формы. Грани 24 и 25 каждого из углублений сопряжены между собой цилиндрической поверхностью 26 с радиусом Rc и расположены под углом друг к другу, равным углу поверхности шарового запорного элемента 18. В отверстии 6 корпуса 1 установлен поворотный вкладыш 27, цилиндрическая часть 28 которого имеет уп- лотнительное кольцо 29 и многогранное

гнездо 30 под ключ. Цилиндрическая масть 28 переходит в цилиндрическую часть 31 большего диаметра, на которой выполнен палец 32 соосно с осью вкладыша 27 и водило 33. На палец 32 установлен эластичный кольцевой амортизатор 34, радиус Ra которого равен радиусу Rc цилиндрической поверхности 26 сопряжения граней 24 и 25. В отверстии 7 и продольном пазе 8 ус0 тановлен опорный элемент 35, цилиндрическая часть 36 которого имеет уплотнительное кольцо 37. Призматическая головка 38 опорного элемента 35 имеет закругленные ребра и на ней выполнен палец

5 39 и ограничитель поворота 40,

На палец 39 установлен эластичный кольцевой амортизатор 41, радиус Ra которого равен радиусу Rc цилиндрической поверхности 23 сопряжения граней 24 и 25.

0 Кран собирается следующим образом: вначале в боковое отверстие46 корпуса 1 вставляется поворотный вкладыш 27 с одетыми на него уплотнительным кольцом 29 и эластичным кольцевым амортизатором 34,

5 затем в боковое отверстие 7 и паз 8 корпуса 1 вставляется опорный элемент 35 с одетым на него уплотнительным кольцо 37 и эластичным кольцевым амортизатором 41. После в корпус 1 вкладывается шар 18,

0 который за счет треугольных углублений 22 и 23 свободно перемещается до упора закруглений 26 в пальцы 32, 39, точнее в кольцевые амортизаторы 34,41, одетые на пальцы 32,39. Шар 18 в системе корпуса 1

5 пальцы 32,39 и водило 35 может только поворачиваться и то всего на 90°. Такая конструкция позволяет установить шар 18 так, что ось его отверстия может располагаться либо перпендикулярно коси корпуса 1 крана, ли0 бо параллельно. Сверху на шар 18 устанавливается седло 3}состоящее из обоймы 43 и манжеты 14. Седло 3 к шару 18 поджимается опорной гайкой 9, так, что ось поворота шара 18 совмещается с осью поворота вклады5 ша 27, Раструб 16 манжеты 14 и амортизаторы 34,41 вводятся в напряженное состояние, обеспечивая тем самым начальную герметизацию контакта манжеты 14 с шаром 18. При росте давления оно,

0 действуя на шар 18, прижимает его к,манже- те 14, деформируя ее до полного сопряжения сферической поверхности 17 манжеты 14 с поверхностью шара 18, обеспечивая тем самым надежную герметизацию.

5 в процессе бурения при начинающемся нефтезагопроявлении кран шаровой, установленный при помощи замковых резьб 3,4 на бурильном инструменте, для предотвращения выброса жидкости из труб, поворотом вкладыша 27 и шара 18 переводится в

положение закрыто. Этим действием перекрывается канал 2 крана и колонны бурильных труб. Шар 18 при его повороте поворачивается на своих закругленных вершинах 26, треугольных углублениях 22,23 и таким образом всегда остается подвешенным на эластичных кольцах-амортизаторах 34,41. Наружный диаметр амортизаторов 34, 41 такой же,как и диаметр закруглений 26 треугольных углублений 22, 23 на шаре 18. Перемещение шара вниз (фиг.ограничено стенками корпуса 1 и пальцами 32,39. В закрытом положении крана гидравлические усилия по мере их роста действуют на шар 18 так, что несколько смещают его вверх и создают в манжете 14 напряжения, вызывая деформацию,способствующей герметизации перекрытия и одновременно напряжения, стремящиеся оттолкнуть шар 18 как тарельчатая пружина, Это обуславлива- ется тем, что сфера раструба 16 выполнена с меньшим радиусом радиус Rm шара 18. Нагрузка на эластичные кольца амортизаторов 34,41 в этих случаях будет тем меньше, чем больше давление под шаром 18. Такое размещение эластичных кольцевых амортизаторов 34,41,помимо сказанного на закруглениях 26 при повороте шара 18 за счет снижения коэффициента трения между амортизаторами 34,41, которые могут изго- тавливаться, например, из резины, фторопласта, капралона или других пластиков имеющих малый коэффициент трения и закругления 26, углублений 22,23 шара 18,бу- дет резко снижаться усилие, необходимое

для поворота шара 18, находящееся под давлением, в открытое положение.

Предлагаемая конструкция крана шарового, несмотря на упрощенную конструкцию, позволяет обеспечить его высокую надежность при ежевахтных проверках его работоспособности и, при необходимости, в аварийных ситуациях, закрывать и открывать его под давлением при 35 МПа без создания противодавления.

Применение предлагаемых кранов даст экономический эффект и за счет повышения надежности.

Формула изобретения Кран шаровой высокого давления, содержащий установленные в корпусе седло и шаровой запорный элемент, на поверхности которого выполнены две диаметрально расположенные выборки, выполненные в виде сектора, причем две грани каждой выборки сопряжены между собой цилиндрической поверхностью и расположены под прямым углом одна к другой, при этом в одной выборке размещен кулачок поворотного вкладыша, а вдру- гой - опорный элемент, отличающийся тем, что поворотный вкладыш снабжен цилиндрическим пальцем, расположенным соосно с осью вкладыша с установленным кольцевым эластичным амортизатором, контактирующим с цилиндрической поверхностью выборки, а его кулачок выполнен в виде частиц цилиндрического кольцеобразного ребра, причем на опорном элементе установлен дополнительный эластичный амортизатор.

Изобретение относится к арматуростро- ению и может использоваться при бурении нефтяных газовых скважин в качестве уст- ройста для перекрытия канала бурильной колонны при предупреждении и ликвидации проявлений и выбросов, Целью изобретения является повышение надежности работы путем снабжения поворотного вкладыша крана и опорного элемента эластичными амортизаторами. Установленный в корпусе 1 шаровой запорный элемент 18 содержит две диаметрально расположенные выборки, грани которых сопряжены между собой цилиндрической поверхностью, опирающейся при повороте элемента 18 на снабженные эластичными амортизаторами поворотный вкладыш 27 и опорный элемент 35, 7 ил.

(в)