RU2374538C1

RU2374538C1 - Multipurpose valve

Info

Publication number: RU2374538C1
Application number: RU2008107659/06A
Authority: RU
Inventors: Николай Иванович Ворсин (RU); Николай Иванович Ворсин; Михаил Александрович Корженко (RU); Михаил Александрович Корженко; Алексей Васильевич Лихачев (RU); Алексей Васильевич Лихачев
Original assignee: Открытое акционерное общество "НПО "Промавтоматика"
Priority date: 2008-02-27
Filing date: 2008-02-27
Publication date: 2009-11-27
Also published as: RU2008107659A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: valve contains a body with inlet and outlet channels, in body there are located gates: controlling connected to rod moved by drive, multipurpose connected to rod and located in it elastic packing washer and additional gate - the end of rod. Shutoff gate is located concentric in bottom part of regulating gate forming annular channel connected by radial channels to its internal cavity. Saddle of additional gate is implemented in shutoff gate which allows axial channel. Saddle of shutoff gate is located under adjusting saddle. In the bottom part of shutoff gate it is implemented hollow in which there are located two elastic sealing elements compressed by spring through intermediate pressure ring with radial openings. External elastic sealing element is implemented from the material of more soft and elastic than internal, for instance from rubber. Internal contacting to rod from more rigid, for instance from fluoroplastic. Shutoff saddle is implemented from two parts between which it is formed cavity in which it is located elastic sealing ring. This cavity is connected to outlet branch pipes.

EFFECT: higher reliability and durability of valve operation.

2 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к трубопроводной арматуре высокого давления для загрязненных сред, например для регулирования расхода и перекрытия потока отсепарированных из потока природного газа жидкостей, и может быть использовано в газодобывающей, нефтехимической и других отраслях промышленности.The present invention relates to high pressure pipe fittings for contaminated environments, for example, to control the flow rate and shut off the flow of liquids separated from the natural gas stream, and can be used in gas production, petrochemical and other industries.

Надежность работы запорно-регулирующей арматуры на установках комплексной подготовки газа (УКПГ) к дальней транспортировке определяет безаварийность и стабильность работы установки и влияет на экономические показатели работы промыслов. Условия работы запорно-регулирующей арматуры в условиях газовых промыслов очень "жесткие". Перепад давлений на регулирующих клапанах в технологическом цикле достигает 8,5-13,0 МПа, а на затворах регулирующих клапанов скважин газопроводов 25 МПа. Рабочая среда - жидкость, выносимая газом из пласта, а также технологические жидкости, подаваемые в поток газа, содержат абразивные частицы - песок различных фракций, также выносимый газом из продуктивного пласта. Так, например, сбрасываемый из технологических аппаратов абсорбент диэтиленгликоль, подаваемый в них для осушки газа, содержит до 20 г/л твердых частиц. Регулирующий клапан при таких условиях подвергается абразивной и кавитационной эрозии. Его стойкость при применении наиболее прочных материалов в реальных условиях составляет от нескольких дней до нескольких месяцев. Размытый клапан, выполняющий роль гидрозатвора в аппаратах, не способен поддерживать уровень жидкости. Это может привести к прорыву газа в жидкостные линии и создать аварийную ситуацию. С целью предотвращения прорыва газа в жидкостные линии в трубопроводе перед регулирующим клапаном устанавливают отсечной клапан. С целью снижения перепада давлений на регулирующем клапане в трубопроводе устанавливают нерегулируемый дроссель. Однако он обеспечивает перераспределение давлений только на номинальных расходах. При уменьшении расхода его работа становится неэффективной и весь перепад реализуется на клапане.The reliability of the shut-off and control valves at the integrated gas treatment facilities (UKPG) for long-distance transportation determines the accident-free and stable operation of the installation and affects the economic performance of the fields. The operating conditions of shut-off and control valves in the conditions of gas fields are very "tough". The pressure drop on the control valves in the technological cycle reaches 8.5-13.0 MPa, and on the valves of the control valves of gas pipelines 25 MPa. The working medium is the fluid carried by the gas from the reservoir, as well as the process fluids supplied to the gas stream, contain abrasive particles - sand of various fractions, also carried by the gas from the reservoir. So, for example, the absorbent diethylene glycol discharged from technological devices, supplied to them for drying the gas, contains up to 20 g / l of solid particles. The control valve under such conditions undergoes abrasion and cavitation erosion. Its durability when using the most durable materials in real conditions is from several days to several months. The blurred valve, which acts as a water seal in the apparatus, is not able to maintain the liquid level. This can cause gas to leak into the liquid lines and create an emergency. In order to prevent gas leakage into the liquid lines in the pipeline, a shut-off valve is installed in front of the control valve. In order to reduce the pressure drop on the control valve in the pipeline set unregulated throttle. However, it provides pressure redistribution only at nominal flow rates. With a decrease in flow, its operation becomes ineffective and the entire differential is realized on the valve.

Известны запорно-регулирующие клапаны, рассчитанные для работы на больших перепадах давлений (Ю.Я.Казинер, М.С.Слободкин «Арматура систем автоматического управления (исполнительные устройства)». - М.: Машиностроение, 1977, с. 49, рис.23, 24). В таких клапанах дросселирующая часть затвора представляет собой полый цилиндр, на боковой поверхности которого круглые отверстия или прорези специальной конфигурации, реализующие совместно с седлом, выполненным в виде втулки, охватывающей затвор, дроссельный проход. Среда поступает через отверстия в затворе в его внутреннюю полость. В конце хода, при уменьшении расхода среды, затвор своим увеличенным диаметром "садится" на седло, обеспечивая герметичность затвора.Known shut-off and control valves designed for operation at high pressure drops (Yu.Ya. Kaziner, MS Slobodkin “Armature of automatic control systems (actuators).” - M .: Mechanical Engineering, 1977, p. 49, Fig. 23, 24). In such valves, the throttling part of the shutter is a hollow cylinder, on the lateral surface of which there are round holes or slots of a special configuration, which realize, together with a seat made in the form of a sleeve covering the shutter, a throttle passage. The medium enters through the openings in the shutter into its internal cavity. At the end of the stroke, with a decrease in the flow rate of the medium, the bolt "sits" on its saddle with its increased diameter, ensuring the shutter tightness.

Недостатком таких запорно-регулирующих клапанов является то, что в условиях загрязненных жидкостей, а также на чистых жидкостях при малых расходах дросселирование среды происходит по кольцевому зазору уплотнительных поверхностей затвора и седла и приводит к их быстрому абразивному и кавитационному размыву, герметичность клапана нарушается.The disadvantage of such shut-off and control valves is that in conditions of contaminated liquids, as well as on clean liquids at low flow rates, the throttling of the medium occurs along the annular gap of the sealing surfaces of the shutter and seat and leads to their rapid abrasive and cavitation erosion, the valve is leakproof.

Известен регулирующий клапан (Ду 50, Ру 10 МПа, А2Д 2.503.025 ТО, АЯД 2.503.023). В этом клапане затвор регулирующего органа выполнен в виде цилиндрической втулки с проходными окнами, перемещающейся в цилиндрической расточке корпуса. Регулируемый дроссельный проход образуется между торцом расточки в корпусе клапана и окнами затвора. Запорный элемент состоит из резинового кольца на затворе выше проходных окон и специальной втулки, посредством которой кольцо с затвором вводится в цилиндрическую расточку корпуса, обеспечивая герметичность затвора.Known control valve (DN 50, PN 10 MPa, A2D 2.503.025 TO, AYAD 2.503.023). In this valve, the shutter of the regulatory body is made in the form of a cylindrical sleeve with through-holes, moving in a cylindrical bore of the body. An adjustable throttle passage is formed between the end face of the bore in the valve body and the shutter windows. The locking element consists of a rubber ring on the shutter above the passage windows and a special sleeve, through which the ring with the shutter is inserted into the cylindrical bore of the housing, ensuring the shutter is tight.

Недостатком этого запорно-регулирующего клапана является то, что резиновое кольцо вводится во втулку при полном перепаде давлений на затворе. Кольцо пересекает торцевой зазор между специальной втулкой и торцевой поверхностью расточки в корпусе, который может быть не равным нулю вследствие попадания твердых частиц и размыва кромки расточки, что приводит к срезанию кольца и нарушению герметичности затвора.The disadvantage of this shut-off and control valve is that the rubber ring is inserted into the sleeve at a full differential pressure across the valve. The ring crosses the end gap between the special sleeve and the end surface of the bore in the housing, which may not be equal to zero due to the ingress of solid particles and erosion of the edge of the bore, which leads to ring cutting and a violation of the shutter tightness.

Известен клапан запорно-регулирующий (RU 2162179 С1, кл. F16K 1/44, опубл. 20.01.2001). Клапан содержит корпус с входным и выходным каналами. В корпусе размещены два затвора: регулирующий, соединенный с штоком, перемещаемым приводом, и запорный, связанный с штоком. Клапан снабжен дополнительным затвором. Седло дополнительного затвора закреплено в нижней части корпуса соосно с штоком. Запорный затвор выполнен тарельчатым, размещен на полом удлинении штока ниже регулирующего затвора по ходу потока среды, и его седло закреплено в корпусе соосно с штоком. В полом удлинении штока выполнены радиальные отверстия, расположенные над тарельчатым затвором. Регулирующий затвор выполнен многоступенчатым, его ступени связаны с штоком с возможностью синхронного открытия всех седел затвора при перемещении штока.Known shut-off valve (RU 2162179 C1, class F16K 1/44, publ. 01.20.2001). The valve comprises a housing with inlet and outlet channels. Two gates are located in the housing: a regulating valve connected to a rod, a movable actuator, and a shutter valve connected to the rod. The valve is equipped with an additional valve. The seat of the additional shutter is fixed in the lower part of the body coaxially with the stem. The shutter is disk-shaped, placed on the hollow extension of the stem below the control shutter in the direction of the medium flow, and its seat is fixed in the housing coaxially with the stem. In the hollow stem extension, radial holes are provided located above the poppet. The control shutter is multi-stage, its steps are connected to the stem with the possibility of synchronous opening of all valve seats when moving the rod.

Недостатком данного клапана является то, что тарельчатый затвор размещен подвижно на штоке и имеет подвижное уплотнение; седло дополнительного затвора размещено в нижней части корпуса и подвержено постоянному воздействию потока среды; клапан сброса утечек после регулирующих затворов выполнен в удлинении штока с радиальными каналами и имеет существенное сопротивление, что создает перепад давлений на тарельчатом затворе и затрудняет его открывание. Кроме того, седло запорного затвора закреплено в корпусе ниже регулирующего седла, по ходу потока среды, на величину дистанционной втулки, обусловленную перемещением запорного затвора, что увеличивает габариты клапана.The disadvantage of this valve is that the poppet is movably placed on the stem and has a movable seal; an additional shutter seat is located in the lower part of the housing and is subject to constant exposure to the flow of medium; the leakage relief valve after the control valves is made in the elongation of the stem with radial channels and has significant resistance, which creates a pressure differential on the poppet and makes it difficult to open. In addition, the shutter valve seat is fixed in the housing below the control seat, along the medium flow, by the size of the distance sleeve due to the movement of the shutter valve, which increases the dimensions of the valve.

Известен также клапан запорно-регулирующий (RU 2270391 С2, кл. F16K 1/44, 39/02 (2006.01), опубл. 20.10.2004), взятый за прототип. Клапан содержит корпус с входным и выходным каналами. В корпусе размещены затворы: регулирующий, соединенный со штоком, перемещаемым приводом, запорный, связанный со штоком, и дополнительный затвор - конец штока. Запорный затвор размещен концентрично в нижней части регулирующего затвора, образуя кольцевой канал, соединенный радиальными каналами с его внутренней полостью, седло дополнительного затвора выполнено в запорном затворе, который имеет осевой канал, седло запорного затвора размещено под регулирующим седлом.Also known is a shut-off and control valve (RU 2270391 C2, class F16K 1/44, 39/02 (2006.01), publ. 20.10.2004), taken as a prototype. The valve comprises a housing with inlet and outlet channels. The gates are located in the housing: control, connected to the rod, movable actuator, locking, connected to the rod, and an additional shutter - the end of the rod. The shutter is placed concentrically in the lower part of the control shutter, forming an annular channel connected by radial channels with its internal cavity, the seat of the additional shutter is made in the shutter, which has an axial channel, the shutter seat is located under the control seat.

Клапан обладает следующими недостатками. Дополнительный и основной затвор имеют уплотнение металл по металлу, которое требует для достижения герметичности трудоемкой операции притирки. Но при эксплуатации вследствие абразивного износа проходящей средой герметичность быстро нарушается.The valve has the following disadvantages. The additional and main shutters have a metal-to-metal seal, which requires tightness of the grinding operation to achieve tightness. But during operation due to abrasive wear by a passing medium, the tightness is quickly broken.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в том, чтобы создать такое техническое решение, при использовании которого было возможно устранение вышеуказанного недостатка и повышение надежности и долговечности работы клапана.The problem to which the invention is directed, is to create such a technical solution, using which it was possible to eliminate the above drawback and increase the reliability and durability of the valve.

Для достижения названного технического результата клапан запорно-регулирующий содержит корпус с входным и выходным каналами, в корпусе размещены затворы: регулирующий соединенный с штоком, перемещаемый приводом; запорный, связанный с штоком и размещенным в нем эластичным уплотнительным кольцом; и дополнительный затвор - конец штока, причем запорный затвор размещен концентрично в нижней части регулирующего затвора, образуя кольцевой канал, соединенный радиальными каналами с его внутренней полостью, седло дополнительного затвора выполнено в запорном затворе, который имеет осевой канал, седло запорного затвора размещено под регулирующим седлом.To achieve the aforementioned technical result, the shut-off and control valve comprises a housing with input and output channels, closures are located in the housing: a regulating valve connected to the rod, moved by the actuator; locking, associated with the rod and the elastic sealing ring placed therein; and an additional shutter - the end of the rod, and the shutter is placed concentrically in the lower part of the control shutter, forming an annular channel connected by radial channels with its internal cavity, the seat of the additional shutter is made in the shutter, which has an axial channel, the seat of the shutter is located under the control seat .

Заявляемый клапан отличается от прототипа тем, что в нижней части запорного затвора выполнено углубление, в котором размещены два эластичных уплотнительных элемента, прижимаемых пружиной через промежуточное нажимное кольцо с радиальными отверстиями, причем наружный эластичный уплотнительный элемент выполнен из материала более мягкого и упругого, чем внутренний, например из резины, а внутренний, контактирующий со штоком, из более жесткого, например из фторопласта.The inventive valve differs from the prototype in that a recess is made in the lower part of the shutter, in which two elastic sealing elements are placed, pressed by a spring through an intermediate pressure ring with radial holes, and the outer elastic sealing element is made of a material softer and more elastic than the inner one, for example, from rubber, and the inner one in contact with the stem, from harder, for example, from PTFE.

Запорное седло выполнено из двух частей, между которыми образована полость, в которой размещено эластичное уплотнительное кольцо, причем эта полость соединена с выходным патрубком.The locking seat is made of two parts, between which a cavity is formed in which an elastic o-ring is placed, this cavity being connected to the outlet pipe.

Предлагаемое изобретение изображено на чертеже, где на фиг. 1 изображен запорно-регулирующий клапан, на фиг.2 изображены увеличено регулирующий, запорный и дополнительный затворы.The invention is shown in the drawing, where in FIG. 1 shows a shut-off and control valve, figure 2 shows an enlarged control, shut-off and additional valves.

Клапан 1 содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 каналами. В корпусе размещены связанные со штоком 4 регулирующий 5 и запорный 6 затворы. Конец штока 4 служит дополнительным затвором 7. Шток связан с приводом 8. В корпусе также размещены регулирующее седло 9 с каналами 10, составное запорное седло с наружным 11 и внутренним 12 кольцами. Между кольцами образована полость 13, в которой размещено эластичное уплотнительное кольцо 14. Полость 13 кольцевым зазором 15 соединена с выходным патрубком 3. В нижней части запорного затвора 6 размещено составное вспомогательное седло, состоящее из внутреннего 16 и наружного 17 уплотнительных элементов, поджимаемых пружиной 18 через нажимное кольцо 19 с радиальными каналами 20. На штоке 4 выполнен буртик 21 для поджатия пружины 18 и перемещения регулирующего 5 и запорного 6 затворов. В нижней части запорного затвора 6 выполнено разгрузочное отверстие 22, а в верхней части находится гайка 23.Valve 1 comprises a housing 1 with inlet 2 and outlet 3 channels. In the housing are placed connected with the rod 4 regulating 5 and locking 6 shutters. The end of the stem 4 serves as an additional shutter 7. The stem is connected to the actuator 8. The regulating seat 9 with channels 10, a composite locking seat with the outer 11 and inner 12 rings are also placed in the housing. A cavity 13 is formed between the rings, in which an elastic o-ring is placed 14. The cavity 13 is annularly connected to the outlet pipe 3 by an annular gap 15. At the bottom of the shutter 6, a composite auxiliary seat is made up of an inner 16 and an outer 17 sealing elements, which are pressed by a spring 18 through a pressure ring 19 with radial channels 20. On the rod 4 there is a shoulder 21 for preloading the spring 18 and moving the regulating 5 and locking 6 shutters. An unloading hole 22 is made in the lower part of the shutter 6, and a nut 23 is in the upper part.

Клапан работает следующим образом. В исходном положении (закрыто) отверстия 10 седла 9 перекрыты регулирующим затвором 5, запорный затвор 6 поджат пружиной 18, приводом 8 и давлением среды к составному седлу 11, 12, 14, шток 4 своим нижним концом - вспомогательным седлом 7 прижат приводом 8 к эластичному уплотнительному кольцу 16, потока среды нет, клапан закрыт. При открывании клапана привод перемещает шток 4 вверх, вспомогательный затвор штока 7 отходит от эластичного уплотнительного кольца (седла) 16. Регулируемая среда из внутренней полости 23 через радиальные каналы 20 и осевой канал 22 получает выход в выходной канал 3, давление среды на запорный затвор 6 падает. Утечки среды через регулирующий затвор 5 по кольцевому зазору 24, через радиальные каналы 20 и осевой канал 22 также сбрасываются в выходной канал 3. При дальнейшем движении штока вверх запорный затвор 6 отходит от составного седла 11, 12, 14 запорного затвора, после чего регулирующий затвор 5 начинает открывать отверстия 10 в седле 9. Происходит регулирование протекающей среды. При этом уплотнительное кольцо 14 размещено в полости 13, выполненной по форме «ласточкиного хвоста», и соединяется через кольцевой зазор 15 с выходным каналом 3, т.е. перепад давления затягивает кольцо в полость. При закрытии клапана шток 4 перемещается вниз, регулирующий затвор 5 перекрывает отверстия 10, перекрывается основной поток среды. При дальнейшем движении штока 4 вниз запорный затвор 6 «садится» на составное седло 11, 12, 14 запорного затвора и прижимается пружиной 18. Утечки среды через кольцевой зазор 24 регулирующего затвора 5 сбрасывается через полость 23, радиальные каналы 20 и осевой канал 22 в выходной канал 3. В конце хода шток своим нижним концом - дополнительным затвором 7 «садится» на эластичное уплотнительное кольцо 16, проток среды прекращается, давление среды в полости 23 возрастает до входного и прижимает запорный затвор 6 к составному седлу. Клапан закрыт.The valve operates as follows. In the initial position (closed), the holes 10 of the saddle 9 are closed by a control valve 5, the locking valve 6 is pressed by a spring 18, the actuator 8 and the pressure of the medium to the composite seat 11, 12, 14, the rod 4 with its lower end - auxiliary seat 7 is pressed by the actuator 8 to the elastic O-ring 16, there is no fluid flow, the valve is closed. When the valve is opened, the actuator moves the stem 4 upward, the auxiliary shutter of the stem 7 moves away from the elastic sealing ring (seat) 16. The adjustable medium from the inner cavity 23 through the radial channels 20 and the axial channel 22 gets an exit to the output channel 3, the medium pressure on the shutter 6 falls. Leaks of the medium through the control valve 5 through the annular gap 24, through the radial channels 20 and the axial channel 22 are also discharged into the output channel 3. With a further upward movement of the rod, the shutter 6 moves away from the composite seat 11, 12, 14 of the shutter, and then the regulating shutter 5 begins to open holes 10 in the saddle 9. There is a regulation of the flowing medium. In this case, the sealing ring 14 is placed in the cavity 13, made in the form of a "dovetail", and is connected through an annular gap 15 with the output channel 3, i.e. differential pressure draws the ring into the cavity. When the valve is closed, the stem 4 moves downward, the control shutter 5 closes the openings 10, and the main medium flow is blocked. With further movement of the rod 4 downward, the shutter 6 "sits" on the composite saddle 11, 12, 14 of the shutter and is pressed by the spring 18. The leakage of the medium through the annular gap 24 of the control shutter 5 is discharged through the cavity 23, the radial channels 20 and the axial channel 22 to the output channel 3. At the end of the stroke, the rod with its lower end - an additional shutter 7 "sits" on the elastic o-ring 16, the medium flow stops, the medium pressure in the cavity 23 rises to the inlet and presses the shutter 6 against the composite seat. The valve is closed.

В настоящее время разрабатывается конструкторская документация на клапан для Ямбургского и Уренгойского газоконденсатных промыслов.The design documentation for the valve for the Yamburg and Urengoy gas condensate fields is currently being developed.

Экономическая эффективность от использования клапана по сравнению с ранее используемыми может быть получена за счет повышения надежности и стабильности работы установок, увеличения межремонтного периода и срока службы в условиях газовых промыслов и снижения трудоемкости по обслуживанию и ремонту.The economic efficiency from the use of the valve compared to previously used can be obtained by increasing the reliability and stability of the plants, increasing the overhaul period and service life in gas fields and reducing the complexity of maintenance and repair.

Claims

1. The shut-off and control valve, comprising a housing with input and output channels, gates are located in the housing: a control valve connected to the rod, a movable actuator, a shut-off valve connected to the rod and an elastic sealing ring placed in it, and an additional shutter — the end of the rod, the shutter is placed concentrically in the lower part of the control shutter, forming an annular channel connected by radial channels with its internal cavity, the seat of the additional shutter is made in the shutter, which has an axial the anal, the lock shutter seat is placed under the adjusting saddle, characterized in that a recess is made in the lower part of the lock shutter, in which there are two elastic sealing elements pressed by a spring through an intermediate pressure ring with radial holes, the outer elastic sealing element made of softer material and elastic, for example rubber, and the inner, in contact with the rod, from harder, for example, fluoroplastic.

2. The valve according to claim 1, characterized in that the locking seat is made of two parts, between which a cavity is formed in which an elastic o-ring is placed, and this cavity is connected to the outlet pipe.