DE69208950T2 - Ventilvorrichtung mit stationären und mobilen oder drehbaren Ventilkörpern - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem Druckreduzierventil oder einer Drossel, welche die Erosion verzögern. Das erfindungsgemäße Ventil besteht aus einem Ventilgehäuse, welches eine mit einem Einlauf und mit einem Auslauf verbundene Ventilkammer abgrenzt, sowie aus einem in der Kammer vorgesehenen stationären ersten Ventilkörper.
• In Verbindung mit der Gewinnung von Öl und von Gas werden Druckreduzierventile oder Drosseln verwendet, um den Druck und den Strom des Öles und des Gases aus den unterirdischen Speichern zu kontrollieren.
• Normalerweise sitzen diese Drosseln in einem Steigrohrkopf einer einzelnen Erdölquelle. Sie sind so angeordnet, daß sie für die Wartung oder die Auswechselung demontiert werden können.
• Die Drosseln werden oft unter sehr schwierigen Bedingungen bei hoher Temperatur und hohem Druck sowie bei hohen Strömungsgeschwlndigkeiten betrieben. Oft enthalten das Öl und das Gas Sandpartikeln und die Erosion kann in den ausgesetzten Teilen der Drosseln des öfteren extreme Ausmaße annehmen. Folglich müssen diese Teile oder ganze Drosseln nach einer kurzen Zeitspanne ersetzt werden.
• Auswechselung und Instandhaltung der Drosseln sind, infolge des hohen Drucks unter dem sie betrieben werden, riskant. Spezielle Sicherheitsmaßnahmen müssen angewandt werden, um die Gefahr der Verschmutzung flir die Umgebungen zu reduzieren und um die Verletzung von Personen, die mit der Wartung und dem Auswechseln beauftragt sind, zu vermeiden.
• Wenn Öl und Gas in großen unterseeischen Tiefen gewonnen werden, dann sind die Drosseln auf einem mit den Strukturen am Meeresboden verbundenen Steigrohrkopf angeordnet. Das Auswechseln und Warten der Drosseln in solchen Anlagen ist besonders riskant und schwierig, und die Kosten sind hoch. Es liegt eindeutig fest, daß die Verlängerung der Lebensdauer der Drosseln eine Verminderung der Kosten für Auswechselung/Wartung mit sich bringen kann. Danim sind Bemühungen gemacht worden, um regulierbare Drosseln mit erosionsbeständigen Eigenschaften zu entwickeln. Die U.S. Patentschrift Nr.4.732.364 offenbart eine Drossel in der Form eines Ventilsitzes mit einem drehbaren und axial verschiebbaren Stift, welcher sich in ein Rohr in einem Ventilgehäuse hinein erstreckt. Der Stift weist einen konischen Teil auf, welcher einem komplementären konischen Teil in dem Futterrohr entspricht. Die konischen Teile des Stiftes und des Rohres sind mit polykristallinen Diamantplatten bekleidet, um die Erosionsbeständigkeit zu steigern. Der Flüssigkeitsstrom durch das Ventil wird durch Drehen des Stiftes reguliert. Das Ventil kann vollständig geschlossen werden, und zwar dadurch, daß der Stift so gedreht wird, daß ein vorstehender Teil des Stiftes gegen einen sitzähnlich geformten Teil am oberen Ende des Rohres anliegt. Das in diesem Patent bekanntgegebene Ventil hat keine praktische Anwendung gefunden, da sich die Platten lockern und abfallen. Das Ventil ist ebenfalls teuer in der Herstellung, sowohl weil die große Anzahl der speziell gestalteten Platten teuer in der Produktion ist als auch weil eine sorgfältige Arbeit verlangt wird, um die Platten zu befestigen.
• Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Drossel oder ein Druckreduzierventil mit einer beträchtlich verlängerten Lebensdauer bereitzustellen, d.h. ein Ventil mit einer beträchtlich vergrößerten Erosionsbeständigkeit im Vergleich zu derjenigen der herkömmlichen Ventile. Ein anderes Ziel besteht darin, ein Druckreduzierventil zu besorgen, das beträchtlich billiger in der Herstellung und einfacher in der Wartung ist.
• Das erfindungsgemäße Ventil ist dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Ventilkörper so angeordnet ist, daß er sich im Verhältnis zu dem ersten Ventilkörper über den Weg einer Spindel oder dergleichen drehen oder verschieben kann, wobei der erste und der zweite Ventilkörper ein jeder mit entsprechenden Durchflußöffnungen versehen sind, wobei der durch das Ventil hindurchtretende Strom durch Drehen oder durch Verschieben des drehbaren/verschiebbaren zweiten Ventilkörpers gegenüber dem ersten reguliert wird, und daß die Öffnungen in den Ventilkörpern mit Futterrohren ausgestattet sind, welche aus einem Stück eines polykristallinen Diamanten hergestellt sind.
• Die abhängigen Ansprüche 2-6 definieren vorteilhafte Merkmale der Erfindung.
• Die Erfindung soll nunmehr anhand eines Beispieles und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden. In den Zeichnungen ist:
• Fig. 1 ein senkrechter und ein waagerechter Schnitt (entlang der Linie A-A) durch ein Ausführungsbeispiel der erfinderischen Drossel.
• Fig. 2 ein Querschnitt und eine Draufsicht eines Futterrohres, welches entsprechend der Erfindung vorgesehen ist.
• Fig. 3 ein senkrechter und ein waagerechter Schnitt (entlang der Linie B-B) eines anderen Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Ventils.
• So wie dies bereits zuvor dargelegt worden ist, zeigt Fig. 1 senkrechte und waagerechte Schnitte durch das erfindungsgemaße Ventil. Das Ventil umfaßt ein Ventilgehäuse 1, dieses begrenzt eine mit einem Einlauf 3 und mit einem Auslauf 4 in Verbindung stehende Ventilkammer 2. Ein im wesentlichen zylindrischer stationärer erster Ventilkörper 6 ist in der Ventilkammer 2 angeordnet. Der stationäre Ventilkörper 6 ist mit radialen Öffnungen 5 versehen. Der Ventilkörper 6 ist mittels einer durch einen Verschluß 13 nach unten gedrückten Muffe 12 an einem Ventilgehäuse 1 befestigt. Ein zweiter Ventilkörper 7 ist im Inneren des stationären Ventilkörpers 6 angeordnet. Ein Ventilschaft 14 kann den zweiten Ventilkörper axial verschieben. Der axial verschiebbare Ventilkörper 7 ist an die innere Form des stationären Ventilkörpers 6 angepaßt und er ist mit Öffnungen 8 versehen, welche den Öffnungen 5 in dem stationären Ventilkörper 6 entsprechen.
• Der Strom des flüssigen Mediums durch das erfindungsgemaße Ventil kann durch Verschieben des zweiten Ventilkörpers 7 mittels der Spindel 14 in einer axialen Richtung reguliert werden, dies auf solche Art, daß der Durchflußbereich zwischen den Öffnungen vergrößert oder verkleinert wird. Das erfindungsgemäße Ventil kann durch Verschieben des zweiten Ventilkörpers 7 vollständig geschlossen werden und hierdurch gelangen die Öffnungen 8 an den Öffnungen 5 in dem stationären Ventilkörper 6 vorbei.
• Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß die Öffnungen 5 und 8 in den Ventilkörpern 6 und 7 mit Futterrohren 15 ausgestattet sind, welche aus einem einteiligen polykristallinen Diamanten hergestellt sind. Die Futterrohre 15 können mittels eines Aufschrumpfprozeßes, durch Löten oder auf eine andere Art und Weise an den Ventilkörpern 6,7 befestigt werden.
• Die Futterrohre 15, die aus diesem Material hergestellt sind, können vorteilhafterweise an äußeren Futterrohren oder Ringen 16 aus Wolframkarbid oder aus ähnlich passendem Material, so verankert werden wie dies in Fig. 2 dargestellt ist.
• Fig. 3 zeigt ein alternativ geformtes erfindungsgemaßes Ventil, welches auf demselben Prinzip beruht, aber ein wenig anders gestaltet ist als das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel. Der Unterschied besteht darin, daß anstatt der Ventilkörper 6,7 mit radialen Öffnungen zwei Scheiben zum Einsatz kommen. Eine Scheibe ist eine untere stationäre Scheibe 17, und die andere ist eine obere drehbare Scheibe 18. Jede Scheibe 17, 18 wird mit axialen entsprechenden Öffnungen 19 mit Futterrohren 20 aus polykristallinem Diamant versehen. Die Scheiben sind in einer Spindelführung für Ventile 21 in dem Ventilgehäuse 22 angeordnet. Die obere Scheibe 18 kann rotiert werden unter Zuhilfenahme eines drehbar in einem Verschluß 24 angeordneten Ventilschaftes 23. Durch Rotieren der oberen Scheibe 18 in Bezug auf die untere Scheibe 17 kann die Durchflußmenge reguliert werden, oder es kann in einem anderen Fall das Ventil geschlossen werden.
• Der Zugang zu den Ventilkarninern für beide in den Fig. 1-3 gezeigten erfindungsgemaßen Ventilausführungen ist einfach dadurch zu erzielen, daß die Verschlüsse 13 und 24 abgeschraubt (demontiert) werden. Auf diese Weise können die Ventilkörper bei der Wartung leicht entfernt und ersetzt werden.
• Um die Erosion von besonders ausgesetzten Teilen des Ventils zu vermindern, kann es wünschenswert sein, diese Teile aus erosionsbeständigem Material zu liefern. In den Fig. 1 und 3, sind Beispiele veranschaulicht bei welchen der Ventilkörper 6 und die Führung 21 mit Wolframkarbidplatten 25, 26 ausgestattet sind, welche über ein Dampfabscheidungsverfahren mit einer Diamantschicht überzogen sind.
• In den Zeichnungen werden erlindungsgemaße Ventile mit vier Öffnungen gezeigt.
• In Bezug auf die Erfindung, so wie sie in den Patentanspruchen definiert ist, können die erfindungsgemaßen Ventile größer, in kleinerer Zahl oder mit mehr Öffnungen geliefert werden, was von der gewünschten Kapazität, den Druckbedingungen usw. abhängt. Auf ähnliche Weise kann die Anzahl der Futterrohre 20 in der Richtung des Stromes größer als eine Einheit sein.

Claims (6)

1. Erosionsbeständiges Druckreduzierventil oder Drossel mit einem Ventilgehäuse (1,22), welches eine mit einem Einlauf (3) und mit einem Auslauf (4) verbundene Ventilkammer (2) abgrenzt, sowie mit einem in der Kammer vorgesehenen stationären ersten Ventilkörper (6,17), dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Ventilkörper (7,18) so angeordnet ist, daß er sich im Verhältnis zu dem ersten Ventilkörper über den Weg einer Spindel oder dergleichen (14,23) drehen oder verschieben kann, wobei der erste und der zweite Ventilkörper ein jeder mit entsprechenden Durchflußöffnungen (19,28) versehen sind, wobei der durch das Ventil hindurchtretende Strom durch Drehen oder durch Verschieben des drehbaren/verschiebbaren zweiten Ventilkörpers gegenüber dem ersten reguliert wird, und daß die Öffnungen in den Ventilkörpern (6,7,17,18) mit Futterrohren (15,20) ausgestattet sind, welche aus einem Stück eines polykristallinen Diamanten hergestellt sind.

2. Ventil gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Futterrohre aus polykristalinem Diamant an äußeren Rohren (16) aus Wolfrannrbid, aus rostfreiem Stahl oder aus einem anderen passenden Material verankert sind.

3. Ventil gemäß den Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilkörper aus zwei im wesentlichen konzentrischen Zylindern (6,7) bestehen, m welchen radial angeordnete Öffnungen (5,8) vorgesehen sind und von welchen der Außenzylinder (6) stationär ist, während der Innenzylinder (7) axial bewegt werden kann.

4. Ventil gemäß Patentanspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilkörper aus zwei Scheiben mit Öffnungen (19,28) gebildet sind welche sich durch die Scheiben hindurch erstrecken, wobei die eine Scheibe (17) stationär in einer Spindelführung für Ventile (21) angeordnet ist, während die andere Scheibe (18) drehbar an der stationären Scheibe angeordnet ist.

5. Ventil gemäß den vorangehenden Patentansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilkörper in der Richtung des Stromes mit einem Futterrohr oder mit mehreren aufeinanderfolgenden Futterrohren (15.20) aus polykristallinem Diamant ausgestattet sind.

6. Ventil gemäß den vorangehenden Patentansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilkörper in der Richtung des Stromes mit einem Futterrohr oder mit mehreren aufeinanderfolgenden Futterrohren aus Wolframkarbid, säurebeständigem Stahl oder ähnlichen erosionsbeständigen Matetialien ausgestattet sind.