RU2605685C1

RU2605685C1 - Check valve

Info

Publication number: RU2605685C1
Application number: RU2015133907/06A
Authority: RU
Inventors: Александр Васильевич Бутаков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "КВАНТ"
Priority date: 2015-08-12
Filing date: 2015-08-12
Publication date: 2016-12-27

Abstract

FIELD: pipes.

SUBSTANCE: invention relates to valves, namely to control valves for prevention of medium backflow in field pipelines after release of excessive pressure of gas from after-pipe space, and is intended for use in set with wellhead valves in oil production, mainly at low temperatures. Check valve comprises body with hole, seat, hinged gate and permanent magnets. Permanent magnets are arranged in symmetry about vertical axis behind ring, installed in end part of body and protruding beyond its limits with gap. Magnets and ring are arranged coaxially with hole. Hinged gate is equipped with plate, size of which exceeds external diameter of ring. Ring and plate are made of lyophobic material. Width of metal part of gate, extending beyond plate, is equal to or greater than diameter of magnet. End part of body and ring ledge form seat.

EFFECT: invention aims at increase of reliability of check valve, mainly at its operation at low temperatures.

4 cl, 4 dwg

Description

Заявляемое изобретение относится к области арматуростроения, в частности к фонтанной арматуре, предназначенной для предотвращения обратного потока среды в промысловых трубопроводах после стравливания избыточного давления газа из затрубья, и может быть использовано в комплекте с устьевой арматурой при добыче нефти, преимущественно при низких температурах.The claimed invention relates to the field of valve engineering, in particular to fountain valves, designed to prevent the backflow of medium in field pipelines after bleeding the excess gas pressure from the annulus, and can be used in conjunction with wellhead valves in oil production, mainly at low temperatures.

Из уровня техники известен клапан обратный межфланцевый «Хлопушка», состоящий из цилиндрического корпуса, оснащенного подвеской, при этом в корпусе выполнено сквозное отверстие, в котором установлена втулка, а также закреплен затвор, шарнирно соединенный с опорой (см. http:astraheat.ru, 28.04.2009 г.).The prior art known is an interflange check valve "Popper", consisting of a cylindrical body equipped with a suspension, while a through hole is made in the body in which the sleeve is installed, and a bolt pivotally connected to the support is fixed (see http: astraheat.ru, April 28, 2009).

Недостатки известного клапана обусловлены тем, что для его изготовления используют только металлические детали, что снижает надежность клапана в условиях низких температур, так как с появлением изморози приводит к слипанию элементов устройства и, как следствие, к замерзанию клапана.The disadvantages of the known valve are due to the fact that only metal parts are used for its manufacture, which reduces the reliability of the valve at low temperatures, since with the appearance of frost it leads to sticking of the device elements and, as a consequence, to the valve freezing.

Известен обратный клапан, содержащий корпус, седло, рабочий орган в виде тарелки с углублением, обращенный углубленной поверхностью к входу клапана и расположенный на оси с возможностью поворота относительно нее, при этом рабочий орган снабжен ребрами, расположенными равномерно на углубленной поверхности, выполненными толщиной 3-5 мм при расстоянии между ними 6-10 мм (заявка на изобретение №2009115812 «Обратный клапан (варианты)», дата подачи 28.04.2009 г., дата публикации заявки 10.11.2010 г.).Known check valve containing a housing, a seat, a working body in the form of a plate with a recess, facing a recessed surface to the inlet of the valve and located on the axis with the possibility of rotation relative to it, while the working body is equipped with ribs located evenly on the recessed surface, made of 3- 5 mm with a distance between them of 6-10 mm (application for invention No. 2009115812 "Check valve (options)", filing date 04/28/2009, publication date of the application 10/11/2010).

Недостатки данного решения связаны с тем, что рабочий орган имеет большую контактную площадь, которая при температурах, близких к 0°C, будет примерзать к ответной поверхности, при этом вещества в виде смолистых фракций и парафинов, неравномерно скапливаясь, со временем образуют зазоры в клапане и, как следствие, снижают его герметичность.The disadvantages of this solution are that the working body has a large contact area, which at temperatures close to 0 ° C, will freeze to the counter surface, while substances in the form of resinous fractions and paraffins, unevenly accumulate, form gaps in the valve over time and, as a result, reduce its tightness.

Кроме того, известен обратный затвор, содержащий цилиндрический корпус с седлом и размещенный в корпусе на оси поворотный диск с коническими уплотнительными поверхностями, одна из образующих которых параллельна оси корпуса, причем поворотный диск выполнен изогнутым, разделенным поперечной линией сгиба на две плоские выполненные с уплотнениями части, одна из которых расположена ближе к оси поворотного диска, а другая удалена от нее, на периферии диска выполнена канавка, в которой наплавлены уплотнения частей диска, причем уплотнение части изогнутого диска, расположенной ближе к оси диска, выполнено из материала с высокой твердостью и меньшими коэффициентами теплопроводности и линейного расширения, например, из стеллита, а уплотнение другой части изогнутого диска выполнено из материала с большими коэффициентами теплопроводности и линейного расширения, например, из бронзы (А.С. №1820119 «Обратный затвор», дата подачи 30.10.1990 г., опубликовано 07.06.1993 г.).In addition, a check valve is known that comprises a cylindrical body with a seat and a rotary disk with conical sealing surfaces located on the axis on the axis, one of the generators of which is parallel to the axis of the body, and the rotary disk is made curved, divided by a transverse fold line into two flat parts made with seals , one of which is closer to the axis of the rotary disk, and the other is removed from it, a groove is made on the periphery of the disk, in which the seals of the disk parts are welded, and the seal is hour The curved disk located closer to the axis of the disk is made of a material with high hardness and lower coefficients of thermal conductivity and linear expansion, for example, of stellite, and the seal of the other part of the curved disk is made of material with high coefficients of thermal conductivity and linear expansion, for example, of bronze (AS No. 1820119 “Reverse Shutter”, filing date 10/30/1990, published on 06/07/1993).

Известен запорный клапан, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, расположенные соосно входному патрубку уплотняющую пробку и седло с коническими поверхностями, причем седло и пробка выполнены из несмачиваемого материала и имеют углы раскрытия конусов, равные соответственно 45-60° и 90-105°, и отношение диаметров со стороны, противоположной входному патрубку, больше 1,0 (А.С. №1317188 «Устройство для защиты вакуумной камеры от паров рабочей жидкости вакуумного насоса и запорный клапан», дата подачи 18.06.1985 г., опубликовано 15.06.1987 г.).Known shut-off valve comprising a housing with inlet and outlet nozzles, a sealing plug and a saddle with conical surfaces located coaxially with the inlet nozzle, the saddle and the plug made of non-wettable material and have cone opening angles of 45-60 ° and 90-105 °, respectively and the ratio of the diameters on the side opposite the inlet pipe is greater than 1.0 (A.S. No. 1317188 "Device for protecting the vacuum chamber from the vapor of the working fluid of the vacuum pump and shut-off valve", submission date 06/18/1985, published 06/15/1987 g.).

Недостатки данного решения связаны с трудностями, возникающими при использовании несмачиваемого материала в агрессивных средах, т.к. материал вступает в химическое взаимодействие со средой, что приводит к его разрушению.The disadvantages of this solution are associated with difficulties arising when using non-wettable material in aggressive environments, as the material enters into chemical interaction with the medium, which leads to its destruction.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является обратный клапан, содержащий корпус с крышкой, в котором размещены седло, затвор, шарнирно соединенный с опорой, подвеска и упор затвора, причем на обращенных друг к другу поверхностях затвора и опоры выполнены встречные пазы, а подвеска выполнена в виде ряда серьг с плоской поверхностью, обращенной к затвору, установленных в пазах с возможностью перемещения в опоре и ограниченного вращения в затворе, при этом шарниры серьг установлены по оси центра тяжести затвора, а упор размещен на крышке и выполнен в виде цилиндрической втулки с наклонной опорной поверхностью, обращенной к затвору (см. патент РФ на изобретение №2076975 «Обратный клапан», дата подачи 13.05.1993 г., опубликовано 10.04.1997 г.).The closest technical solution to the claimed invention is a non-return valve, comprising a housing with a cover, in which a saddle, a shutter pivotally connected to a support, a suspension and a stop of the shutter are placed, and counter slots are made on the surfaces of the shutter and the support facing each other, and the suspension is made in the form of a series of earrings with a flat surface facing the bolt, installed in the grooves with the possibility of movement in the support and limited rotation in the bolt, while the hinges of the earrings are installed along the axis of the center of gravity of the bolt, emphasis is placed on the lid and is designed as a cylindrical sleeve with an inclined bearing surface, facing the gate (see. RF patent №2076975 «return valve" filing date of 13.05.1993, published on 10.04.1997 g).

Недостатками известного устройства являются громоздкость конструкции, полностью изготовленный из металла, в частности, массивный затвор препятствует применению клапана в арматуре промыслового трубопровода при низких температурах из-за того, что на поверхностях, обращенных к жидкости, состоящей из смеси нефти, воды и газа, начинают накапливаться твердые фракции, в частности асфальтены, смолистые вещества и парафины, что приводит устройство в нерабочее состояние из-за прилипания металлических элементов друг к другу. При применении клапана в газовой среде с внутренней стороны затвора, обращенной к текучей среде, накапливаются гидраты и легколетучие жидкости, которые, в свою очередь, могут перекрыть центральное отверстие клапана и привести к замерзанию устройства. Процесс усиливается и ускоряется, если на поверхности металлического клапана со временем образуются очаги коррозии. Отогрев, очистка или замена клапана требуют больших затрат как временных, так и финансовых.The disadvantages of the known device are the bulkiness of the structure, made entirely of metal, in particular, a massive shutter prevents the use of the valve in the valves of the field pipeline at low temperatures due to the fact that on the surfaces facing the liquid consisting of a mixture of oil, water and gas, solid fractions, in particular asphaltenes, tarry substances and paraffins, accumulate, which makes the device inoperative due to the adhesion of metal elements to each other. When the valve is used in a gaseous medium, hydrates and volatile liquids accumulate on the inside of the shutter facing the fluid, which, in turn, can block the valve’s central opening and cause the device to freeze. The process is enhanced and accelerated if corrosion foci form on the surface of the metal valve over time. Heating, cleaning, or replacing a valve is expensive, both time and financial.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является повышение надежности, преимущественно при работе в условиях низких температур.The technical result, the achievement of which the claimed invention is directed, is to increase reliability, mainly when operating at low temperatures.

Кроме того, дополнительным результатом является упрощение конструкции.In addition, an additional result is a simplification of the design.

Указанный технический результат достигается тем, что клапан обратный, включающий корпус с отверстием, седло, шарнирно соединенный затвор, согласно изобретению дополнительно содержит постоянные магниты, размещенные симметрично вертикальной оси за кольцом, установленным в торцевой части корпуса и выступающим за его пределы с образованием зазора, магниты и кольцо размещены соосно отверстию, затвор, шарнирно соединенный с корпусом, снабжен пластиной, размер которой превышает внешний диаметр кольца, при этом кольцо и пластина изготовлены из лиофобного материала, ширина металлической части затвора, выходящей за пределы пластины, равна или больше диаметра магнита, а торцевая часть корпуса и выступ кольца образуют седло.The specified technical result is achieved by the fact that the check valve, comprising a housing with a hole, a saddle, a pivotally connected shutter, according to the invention further comprises permanent magnets placed symmetrically to the vertical axis behind the ring installed in the end part of the housing and protruding beyond it to form a gap, magnets and the ring is placed coaxially with the hole, the shutter pivotally connected to the housing is provided with a plate whose size exceeds the outer diameter of the ring, while the ring and plate are made of liquophobic material, the width of the gate metal, going beyond the plate, equal to or greater than the diameter of the magnet, and the end portion of the housing and a protrusion ring forms a seat.

Заявляемое изобретение поясняется чертежами, гдеThe invention is illustrated by drawings, where

фиг. 1 - клапан обратный в разрезе;FIG. 1 - sectional check valve;

фиг. 2 - разрез А-А;FIG. 2 - section aa;

фиг. 3 - затвор в положении «закрыто»;FIG. 3 - shutter in the closed position;

фиг. 4 - затвор в положении «открыто».FIG. 4 - shutter in the "open" position.

Предлагаемый к защите клапан обратный состоит из корпуса 1, выполненного в виде уплотнительного кольца, торцевые выступы которого предназначены для ответного взаимодействия с канавками фланцев устьевой арматуры, в которую клапан монтируется. Торцевые выступы могут иметь в сечении форму трапеции или полуокружности. В центральной части корпуса 1 выполнено сквозное отверстие 2. В верхней части корпуса шарнирно закреплен металлический затвор 3, в который соосно отверстию запрессована пластина 4 из лиофобного материала, в качестве которого применяют модифицированные эластомеры, например полиуретан или резину, или полимерное покрытие - полимер - фторопласт. Диаметр лиофобной пластины меньше диаметра металлического затвора. Шарнирное соединение включает две полуоси 5, на поверхность которых нанесено антифрикционное коррозионно-стойкое покрытие, например диффузионный цинк. Полуоси 5 снабжены дополнительными антифрикционными прокладками 6 и закреплены на корпусе 1 посредством крепежного соединения, например винтов 7.The non-return valve proposed for protection consists of a housing 1 made in the form of an o-ring, the end protrusions of which are designed for reciprocal interaction with the grooves of the flanges of the wellhead fittings into which the valve is mounted. The end protrusions may be in the shape of a trapezoid or a semicircle in cross section. A through hole 2 is made in the central part of the housing 1. A metal shutter 3 is pivotally fixed to the upper part of the housing, into which a plate 4 of a lyophobic material is pressed coaxially to the hole, using modified elastomers, for example polyurethane or rubber, or a polymer coating - polymer - fluoroplastic . The diameter of the lyophobic plate is less than the diameter of the metal shutter. The swivel connection includes two half shafts 5, on the surface of which an antifriction corrosion-resistant coating, for example diffusion zinc, is applied. The axle shafts 5 are provided with additional anti-friction gaskets 6 and are fixed to the housing 1 by means of a fastener, for example screws 7.

В торцевой части корпуса 1 соосно сквозному отверстию запрессовано изготовленное из лиофобного материала кольцо 8, выступающее над корпусом 1 с образованием зазора 9. Торцевая часть корпуса и кольцо в совокупности выполняют функцию седла.A ring 8 made of lyophobic material is pressed coaxially through the through hole in the end part of the housing 1 and protrudes above the housing 1 to form a gap 9. The end part of the housing and the ring collectively act as a saddle.

За кольцом 8 симметрично вертикальной оси корпуса размещены постоянные магниты 10, запрессованные заподлицо с торцевой поверхностью, обращенной к затвору 2. За счет применения постоянных магнитов устраняется необходимость использования в конструкции седел наклонных поверхностей. Кроме того, при монтаже клапана в вертикальном положении не требуется точной регулировки. Это связано с тем, что сила сцепления магнитов удерживает затвор с отклонением не менее чем на 15° от вертикальной оси в противоположную от затвора сторону. Для эффективной работы магнитов ширина расположенной напротив них металлической части затвора 11, выходящей за пределы пластины, должна быть равна или больше диаметра магнита.Permanent magnets 10 are placed behind the ring 8 symmetrically to the vertical axis of the housing, pressed flush with the end surface facing the shutter 2. By using permanent magnets, the need to use inclined surfaces in the saddle design is eliminated. In addition, when mounting the valve in an upright position, precise adjustment is not required. This is due to the fact that the adhesion force of the magnets holds the shutter with a deviation of at least 15 ° from the vertical axis in the opposite direction from the shutter. For the magnets to work effectively, the width of the metal part of the shutter 11 opposite them, extending beyond the plate, must be equal to or greater than the diameter of the magnet.

В положении «закрыто» затвор пластиной 4 упирается в кольцо 8, в положении «открыто» - в трубу 12 продуктопровода, по которому перекачивается текучая среда.In the "closed" position, the shutter plate 4 rests on the ring 8, in the "open" position - in the pipe 12 of the product pipeline, through which fluid is pumped.

Пластина 4 запрессована заподлицо и соосна внутренней поверхности затвора, ее диаметр превышает диаметр сквозного отверстия и внешний диаметр кольца 8.The plate 4 is pressed flush and aligned with the inner surface of the shutter, its diameter exceeds the diameter of the through hole and the outer diameter of the ring 8.

Размер пластины 4 и размер зазора 9 влияют на совокупную величину магнитной индукции и, в результате, на величину усилия срабатывания обратного клапана.The size of the plate 4 and the size of the gap 9 affect the total magnitude of the magnetic induction and, as a result, the magnitude of the response force of the check valve.

Верхняя часть затвора 2 с полуосями 5 образуют подшипники скольжения.The upper part of the shutter 2 with half shafts 5 form bearings.

Кольцо 8, выступающее за корпус 1, своей сферической поверхностью контактирует с плоской поверхностью пластины 4 затвора. Контакт «сфера-плоскость» является минимальным по сравнению с контактами любых других поверхностей, например, «плоскость-плоскость».Ring 8, protruding beyond the housing 1, its spherical surface is in contact with the flat surface of the plate 4 of the shutter. The sphere-plane contact is minimal in comparison with the contacts of any other surfaces, for example, plane-plane.

Гладкая поверхность препятствует образованию точек роста кристаллов гидратов, поэтому параметры шероховатости поверхности кольца и пластины затвора должны быть не более 1,6 мм, что также способствует повышению герметичности клапана и его морозостойкости и, в результате, повышению надежности.The smooth surface prevents the formation of growth points of hydrate crystals, therefore, the surface roughness parameters of the ring and shutter plate should be no more than 1.6 mm, which also helps to increase the tightness of the valve and its frost resistance and, as a result, increase reliability.

Конструкция клапана с использованием постоянных магнитов, а также конструкция затвора с применением облегченной пластины позволяет значительно снизить вес затвора.The design of the valve using permanent magnets, as well as the design of the shutter using a lightweight plate, can significantly reduce the weight of the shutter.

В вертикальном положении закрытие затвора без использования магнитов осуществляется только за счет сил гравитации, при этом в недостаточной мере обеспечивается герметичность клапана, особенно тогда, когда значения давления, оказываемого текучей средой до и после клапана, равны между собой. В этом случае для обеспечения герметичности требуется увеличение веса затвора.In the vertical position, the shutter is closed without the use of magnets only due to gravitational forces, and the valve is not sufficiently tight, especially when the pressure exerted by the fluid before and after the valve is equal to each other. In this case, an increase in shutter weight is required to ensure tightness.

Осуществление изобретения подтверждается примерами конкретного выполнения.The implementation of the invention is confirmed by examples of specific performance.

Клапан монтируют в канавки фланцев устьевой арматуры.The valve is mounted in the grooves of the flanges of the wellhead fittings.

При возникновении давления, оказываемого текучей средой, например газом, затвор поворачивается на полуосях шарнирного соединения. Полуоси с диффузионным покрытием обладают коррозионной стойкостью, повышенной твердостью и антифрикционностью, что в совокупности с неподвижными антифрикционными прокладками значительно повышает ресурс работы клапана. Затвор в открытом положении полностью открывает отверстие, упираясь своей внешней металлической поверхностью в упор, в качестве которого служит труба продуктопровода. Дополнительного дросселирования газа не происходит и, в результате, его температура не снижается. При понижении давления, угол раскрытия затвора будет уменьшаться до величины, при которой силовые линии магнитов, в качестве которых используют, например, неодимовые магниты с магнитной индукцией 1,22 Тесла, начинают взаимодействовать с металлической частью затвора, не покрытой пластиной, и принудительно закрывать клапан. При аварийной ситуации, когда давление текучей среды резко повышается, значительно повышается скорость движения затвора на закрывание, при этом центробежная сила увеличивается и пропорционально ей увеличивается сила удара затвора о седло. Кольцо 8, изготовленное из лиофобного материала, гасит силу удара.When pressure is exerted by a fluid, such as gas, the shutter rotates on the axle shafts of the swivel. Shafts with diffusion coating have corrosion resistance, increased hardness and antifriction, which, in combination with fixed antifriction gaskets, significantly increases the valve service life. The shutter in the open position completely opens the hole, abutting its external metal surface against the stop, which is the product pipe. Additional throttling of the gas does not occur and, as a result, its temperature does not decrease. With decreasing pressure, the opening angle of the shutter will decrease to a value at which the force lines of the magnets, which are used, for example, neodymium magnets with a magnetic induction of 1.22 Tesla, begin to interact with the metal part of the shutter, not covered by a plate, and forcefully close the valve . In an emergency, when the pressure of the fluid rises sharply, the shutter speed to close increases significantly, while the centrifugal force increases and the shutter impact force on the saddle increases proportionally to it. Ring 8, made of lyophobic material, dampens the force of impact.

Постоянное действие магнитов создает условия стабильной герметичности клапана. Благодаря небольшому весу затвора, существенно снижаются изгибающие напряжения в затворе. Помимо этого пропорционально снижению веса затвора уменьшается и момент силы в полуосях, причем магниты, расположенные ближе к ним, компенсируют часть этой силы.The constant action of the magnets creates the conditions for stable valve tightness. Due to the light weight of the shutter, bending stresses in the shutter are significantly reduced. In addition to this, the moment of force in the half-axes decreases in proportion to the decrease in the weight of the shutter, and the magnets located closer to them compensate for part of this force.

Claims

1. The check valve, comprising a housing with a hole, a seat, a pivotally connected shutter, characterized in that it further comprises permanent magnets placed symmetrically to the vertical axis behind the ring installed in the end part of the body and protruding beyond it to form a gap, the magnets and the ring are placed coaxial to the hole, the shutter pivotally connected to the housing is provided with a plate whose size exceeds the outer diameter of the ring, while the ring and plate are made of lyophobic material, the width of the metal part the shutter extending beyond the plate is equal to or greater than the diameter of the magnet, and the end part of the housing and the protrusion of the ring form a saddle.

2. The check valve according to claim 1, characterized in that modified elastomers or a polymer coating are used as a lyophobic material.

3. The check valve according to claim 2, characterized in that, for example, polyurethane or rubber is used as modified elastomers, and polymer-fluoroplastic is used as a polymer coating.

4. The check valve according to claim 2, characterized in that the roughness parameter of the lyophobic material does not exceed 1.6 mm.