RU2612537C1

RU2612537C1 - Low pressure control valve

Info

Publication number: RU2612537C1
Application number: RU2015155060A
Authority: RU
Inventors: Владимир Дмитриевич Гриценко; Александр Петрович Шевцов; Иван Георгиевич Лачугин; Владимир Викторович Черниченко; Владимир Викторович Рягузов; Федор Александрович Белогубец
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Финансово-промышленная компания "Космос-Нефть-Газ"
Priority date: 2015-12-23
Filing date: 2015-12-23
Publication date: 2017-03-09

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: low-pressure control valve comprises a housing with supply channels of controlled working fluid, supply and discharge of hydraulic fluid. In the valve housing, a valve setting mechanism is installed providing for valve actuation during pressure decreasing of controlled working fluid within the predetermined limits. Inside the valve housing, an extra chamber is mounted consisting of several interacting parts. In the walls of the said chamber, through radial channels are made opening into the cavity of hydraulic fluid inlet and outlet channels and connecting the cavity inside the said chamber with the cavities of the said channels. The chamber contains a plunger, desinged for axial movement, in the form of a coil having a central part with cylindrical shaped protrusions at the ends. On the ledge, located in close proximity to the controlled working fluid inlet channel, a sealing ring is placed which interacts with the sealing edge of the end of the said chamber facing the mentioned channel. With one end, the plunger interacts with the piston mounted in the controlled working fluid channel, and with the other, with the mandrel on which a compression spring is installed. With one end, the spring rests against the mandrel shoulder, and with the other, interacts with the adjusting screw base. In one extreme position of the plunger, the sealing ring interacts with the sealing edge of the said chamber end and divides the cavities of hydraulic fluid inlet and outlet channels and the said chamber. In the other extreme position of the plunger, the said ring is located from the sealing edge of the said chamber end at the distance equal to the maximum plunger stroke. The cavities of hydraulic fluid inlet and outlet channels and the said chamber are interconnected in this extreme position and in any other intermediate position of the plunger.

EFFECT: valve design simplification and improved reliability of its work.

3 dwg

Description

Изобретение относится к арматуростроению и может найти применение в нефтегазодобывающей промышленности для автоматического перекрытия потока среды нефтяных и газовых скважин при изменении расчетных параметров потока рабочей среды.The invention relates to valve engineering and may find application in the oil and gas industry for automatically shutting off the medium flow of oil and gas wells when changing the calculated parameters of the working medium flow.

Известно отсечное устройство, содержащее запорный элемент с поршневым пневмоприводом и пилотный клапан со штоком, источник управляющей среды, связанный с пилотным клапаном и с подпоршневой полостью пневмопривода посредством управляемого клапана и обратными клапанами, установленными в над- и подпоршневых полостях пневмопривода, причем обратный клапан подпоршневой полости соединен с управляемым клапаном и обратным клапаном надпоршневой полости шарнирно-рычажными связями и снабжен жестко связанным с ним подпружиненным толкателем, а на штоке пилотного клапана выполнена кольцевая канавка с возможностью взаимодействия с толкателем обратного клапана (а.с. СССР №1028932, МПК: F16K 17/32 от 03.12.81).Known shut-off device containing a locking element with a piston pneumatic actuator and a pilot valve with a rod, a control medium source associated with the pilot valve and the piston cavity of the pneumatic actuator by means of a controlled valve and check valves installed in the over- and sub-piston cavities of the pneumatic actuator, the check valve of the piston cavity connected to the controlled valve and the check valve of the nadpiston cavity by articulated lever links and equipped with a spring-loaded pusher rigidly connected to it, and and the pilot valve stem is provided with an annular groove with the possibility of interaction with a check valve pusher (AS USSR No. 1028932, IPC: F16K 17/32 of 03/03/81).

Недостатками известного технического решения являются значительная сложность конструкции, недостаточно широкий диапазон контролируемого давления в транспортируемой среде, сложность перенастройки.The disadvantages of the known technical solutions are significant design complexity, not a wide range of controlled pressure in the transported medium, the complexity of the reconfiguration.

Известен пневмоклапан с установленным в корпусе запорным органом, перемещаемым при помощи штока с управляющим поршнем, в котором выполнена расточка, причем диаметр расточки управляющего поршня равен диаметру штока, а в расточке поршня установлен вспомогательный поршень со сферическим концом, контактирующим с корпусом (а.с. СССР №653473, МПК: F16K 17/06 от 14.10.71).A pneumatic valve is known with a locking member installed in the housing, which is moved by means of a rod with a control piston in which a bore is made, the diameter of the pilot piston bore being equal to the diameter of the rod, and an auxiliary piston with a spherical end in contact with the body installed in the piston bore (a.c. USSR No. 653473, IPC: F16K 17/06 dated 10/14/71).

Известен пилотный клапан, связанный с запорным элементом и с источником управляющей среды, содержащий корпус со штуцерами входа, выхода и дренажа, шток, шарнирно-рычажные связи, причем подпружиненный шток с подпружиненным отсекателем имеет механизм переключения и связан с транспортируемой средой через мембранный узел, соединенный посредством шарнирно-рычажной связи, помимо подпружиненного штока, с механизмами настройки клапана, реагирующими на понижение и на повышение давления в транспортируемой среде, связанными посредством шайб и опор со сферической контактной поверхностью, установленных на противоположных концах коромысла, закрепленного в середине на оси, которое взаимодействует с шарнирно-рычажной связью (положительное решение по заявке на изобретение №2005126945, МПК: F16K 17/32 от 25.08.05).Known pilot valve associated with the locking element and the source of the control medium, comprising a housing with inlet, outlet and drainage fittings, a rod, articulated linkages, and a spring-loaded rod with a spring-loaded shutoff has a switching mechanism and is connected to the transported medium through a membrane unit connected by means of a pivot-lever connection, in addition to a spring-loaded stem, with valve adjustment mechanisms that respond to lowering and increasing pressure in the transported medium, connected by washers and then with a spherical contact surface mounted on opposite ends of the beam, fixed in the middle on the axis, which interacts with articulated linkage (positive decision on the application for invention No. 2005126945, IPC: F16K 17/32 from 08.25.05).

Указанный пилотный клапан работает следующим образом.The specified pilot valve operates as follows.

Предварительно, при помощи механизмов настройки клапана, реагирующих на понижение и на повышение давления в транспортируемой среде, задается давление срабатывания клапана.Preliminarily, using valve adjustment mechanisms that respond to lowering and increasing pressure in the transported medium, the valve response pressure is set.

При изменении давления ниже минимального или выше максимального происходит срабатывание клапана на закрытие запорного элемента.When the pressure changes below the minimum or above the maximum, the valve activates to close the shut-off element.

Недостатком клапана является то, что для его настройки на срабатывание в определенном диапазоне давлений требуются две пружины, одна из которых настраивается на верхнее значение давления, другая - на нижнее значение, что приводит к усложнению конструкции, росту массогабаритных характеристик и снижению точности настройки.The disadvantage of the valve is that to set it to operate in a certain pressure range, two springs are required, one of which is adjusted to the upper pressure value, and the other to the lower value, which leads to a design complication, an increase in weight and size characteristics and a decrease in the adjustment accuracy.

Известен пилотный клапан, содержащий корпус с линией подачи управляющего газа, механизмы настройки клапана, обеспечивающие срабатывание клапана при заданном давлении, исполнительный механизм с настроечной пружиной и мембраной, одна сторона которой обращена к полости, связанной с контролируемой средой, другая - контактирует с механизмом переключения, выполненным в виде рычага, консольно закрепленного одним концом на оси вращения и взаимодействующего с мембраной, а другим - связанного с механизмом фиксации подпружиненного штока, при этом один конец штока контактирует с устройством для его взведения, другой - с запорным элементом, перекрывающим полость управляющего газа при изменении параметров потока контролируемой среды, отличающийся тем, что рычаг взаимодействует с мембраной через стержень, расположенный на мембране, причем сторона рычага, обращенная к настроечной пружине исполнительного механизма, контактирует с настроечным элементом, выполненным в виде тела, имеющего две опорные сферические поверхности, одна из которых взаимодействует с ответной опорной поверхностью рычага, другая - с шайбой, воспринимающей усилие настроечной пружины исполнительного механизма (патент РФ №2337265, Заявка: 2007101667/06, 18.01.2007, МПК: P16K 17/32 - прототип).Known pilot valve comprising a housing with a supply line of control gas, valve adjustment mechanisms that provide valve response at a given pressure, an actuator with a tuning spring and a membrane, one side of which faces the cavity associated with the controlled environment, the other is in contact with the switching mechanism, made in the form of a lever, cantileverly fixed at one end on the axis of rotation and interacting with the membrane, and the other associated with the spring-loaded rod fixing mechanism, while m one end of the rod is in contact with the device for cocking it, the other with a shut-off element that overlaps the control gas cavity when changing the parameters of the flow of the controlled medium, characterized in that the lever interacts with the membrane through a rod located on the membrane, the side of the lever facing the tuning the spring of the actuator, is in contact with the tuning element, made in the form of a body having two supporting spherical surfaces, one of which interacts with the reciprocal supporting surface lever arm, the other with a washer that receives the force of the adjusting spring of the actuator (RF patent No. 2337265, Application: 2007101667/06, 01/18/2007, IPC: P16K 17/32 - prototype).

Недостатком клапана является сложность конструкции, что приводит к снижению надежности работы, ухудшению массово-габаритных характеристик и снижению точности настройки.The disadvantage of the valve is the complexity of the design, which leads to a decrease in reliability, deterioration of mass-dimensional characteristics and reduced accuracy.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков и создание пилотного клапана, конструкция которого позволяет, при наличии одной настроечной пружины, его использование как клапана, работающего на срабатывание от определенного значения давления, так и клапана, работающего в заданном интервале давлений - верхнем и нижнем.The objective of the invention is to eliminate these drawbacks and create a pilot valve, the design of which allows, in the presence of one tuning spring, its use as a valve that operates on a certain pressure value, and a valve operating in a given pressure range - upper and lower.

Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенном клапане контроля низкого давления, содержащем корпус, в котором выполнены каналы подвода контролируемого рабочего тела, подвода и отвода гидравлической жидкости и установлен механизм настройки клапана, обеспечивающий срабатывание клапана при понижении давления контролируемого рабочего тела в заданных пределах, согласно изобретению на корпусе клапана, диаметрально противоположно, установлены корпус нижний с каналом подвода контролируемого рабочего тела и полый корпус пружины, один конец которого взаимодействует с корпусом клапана, а на другом конце установлен с возможностью осевого перемещения регулировочный винт для настройки давления срабатывания клапана, при этом внутри корпуса клапана установлена дополнительная камера, состоящая из нескольких частей, взаимодействующих между собой, причем в стенках упомянутой камеры выполнены сквозные радиальные каналы, открывающиеся в полости каналов подвода и отвода гидравлической жидкости и соединяющие полость внутри указанной камеры с полостями упомянутых каналов, при этом внутри самой камеры установлен с возможностью осевого перемещения плунжер, выполненный в виде катушки, содержащей центральную часть с профилированными цилиндрическими выступами на концах, причем на выступе, расположенном в непосредственной близости у канала подвода контролируемого рабочего тела, размещено кольцо уплотнительное, взаимодействующее с уплотнительной кромкой торца указанной камеры, обращенной к упомянутому каналу, при этом упомянутый плунжер одним концом взаимодействует с поршнем, установленным в канале контролируемого рабочего тела, а другим - с оправкой, на которой установлена пружина сжатия, одним концом упирающаяся в бурт на оправке, а другим концом взаимодействующая с основанием регулировочного винта, установленного в полом корпусе пружины с возможностью осевого перемещения, при этом в одном крайнем положении плунжера уплотнительное кольцо взаимодействует с уплотнительной кромкой торца указанной камеры и разъединяет полости каналов подвода и отвода гидравлической жидкости и упомянутой камеры, в другом - упомянутое кольцо располагается от уплотнительной кромки торца указанной камеры на расстоянии, равном максимальному ходу плунжера, при этом полости каналов подвода и отвода гидравлической жидкости и упомянутой камеры соединяются между собой в этом крайнем положении и в любом другом промежуточном положении плунжера.The solution to this problem is achieved by the fact that in the proposed low pressure control valve, comprising a housing in which the channels for supplying a controlled working fluid, supply and discharge of hydraulic fluid are made and a valve setting mechanism is installed that provides valve response when the pressure of the controlled working fluid is reduced within specified limits, according to the invention, on the valve body, diametrically opposite, a lower body with a supply channel for a controlled working fluid and a hollow others, one end of which interacts with the valve body, and on the other end there is an axial adjustment screw for adjusting the valve operating pressure, while an additional chamber is installed inside the valve body, consisting of several parts interacting with each other, and in the walls of the said chamber through radial channels are made, opening in the cavity of the channels for supplying and discharging hydraulic fluid and connecting the cavity inside the chamber with the cavities mentioned to analyses, while inside the chamber itself, a plunger is installed with the possibility of axial movement, made in the form of a coil containing a central part with profiled cylindrical protrusions at the ends, and on the protrusion located in the immediate vicinity of the supply channel of the controlled working fluid, a sealing ring interacting with the sealing edge of the end of the specified chamber facing the said channel, while the said plunger at one end interacts with a piston installed in the channel controlled working fluid, and the other with a mandrel on which a compression spring is installed, resting on one end against the shoulder on the mandrel, and interacting with the base of the adjusting screw installed in the hollow spring housing with the possibility of axial movement, while in one extreme position of the plunger the sealing ring interacts with the sealing edge of the end of the specified chamber and separates the cavity of the channels for supplying and discharging hydraulic fluid and said chamber, in another, said ring is located agaetsya end of the sealing lip of said chamber at a distance equal to the maximum stroke of the plunger, the cavity channels for supplying and discharging hydraulic fluid and said chamber are interconnected in this extreme position and in any other intermediate position of the plunger.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез клапана, на фиг. 2 - положение плунжера в момент, когда клапан находится в закрытом положении, на фиг. 3 - положение плунжера в момент, когда клапан находится в открытом положении.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a longitudinal section through a valve; FIG. 2 - the position of the plunger at the moment when the valve is in the closed position, in FIG. 3 - the position of the plunger at the moment when the valve is in the open position.

Клапан контроля низкого давления (далее -клапан) содержит корпус 1, в котором выполнены каналы подвода контролируемого рабочего тела 2, подвода 3 и отвода гидравлической жидкости 4. На корпусе клапана 1, диаметрально противоположно, установлены корпус нижний 5 с каналом 6 подвода контролируемого рабочего тела и полый корпус 7 пружины 8. Один конец корпуса 7 пружины взаимодействует с корпусом клапана 1, а на другом конце установлен с возможностью осевого перемещения регулировочный винт 9 для настройки давления срабатывания клапана. Внутри корпуса клапана установлена дополнительная камера 10, состоящая из нескольких частей, взаимодействующих между собой (не обозначены). В стенках упомянутой камеры 10 выполнены сквозные радиальные каналы 11, открывающиеся в полости каналов подвода 3 и отвода 4 гидравлической жидкости и соединяющие полость 12 внутри указанной камеры 10 с полостями упомянутых каналов.The low pressure control valve (hereinafter referred to as the “valve”) comprises a housing 1, in which channels for supplying a controlled working fluid 2, supply 3 and a discharge of hydraulic fluid 4 are made. On the valve body 1, diametrically opposite, a lower housing 5 with a channel 6 for supplying a controlled working fluid is installed and the hollow body 7 of the spring 8. One end of the body 7 of the spring interacts with the valve body 1, and at the other end is installed with the possibility of axial movement of the adjusting screw 9 to adjust the pressure of the valve. Inside the valve body, an additional chamber 10 is installed, consisting of several parts interacting with each other (not indicated). The walls of said chamber 10 are provided with through radial channels 11, which open in the cavity of the channels for supplying 3 and outlet 4 of the hydraulic fluid and connecting the cavity 12 inside the chamber 10 with the cavities of the said channels.

Внутри самой камеры установлен с возможностью осевого перемещения плунжер 13, выполненный в виде катушки, содержащей центральную часть 14 с профилированными цилиндрическими выступами 15 и 16 на концах. На выступе 15, расположенном непосредственно у канала 2 подвода контролируемого рабочего тела, размещено кольцо уплотнительное 17, взаимодействующее с уплотнительной кромкой 18 торца указанной камеры. Плунжер 13 одним концом 19 взаимодействует с поршнем 20, установленным в канале 2 контролируемого рабочего тела, а другим 21 - с оправкой 22, на которой установлена пружина сжатия 8, одним концом упирающаяся в бурт 23 на оправке 22, а другим концом взаимодействующая с основанием регулировочного винта 9, установленного в полом корпусе 7 пружины 8, закрепленного одним концом в корпусе 1 клапана, с возможностью осевого перемещения. В одном крайнем положении плунжера 13 уплотнительное кольцо 17 взаимодействует с уплотнительной кромкой 18 торца камеры 10 и разъединяет полости каналов подвода 3 и отвода 4 гидравлической жидкости и упомянутой камеры 10. В другом крайнем положении плунжера 13 уплотнительное кольцо 17 располагается от уплотнительной кромки 18 торца камеры 10 на расстоянии, равном максимальному ходу плунжера 13, при этом полости каналов подвода 3 и отвода 4 гидравлической жидкости и упомянутой камеры 10 соединяются между собой в этом крайнем положении и в любом другом промежуточном положении плунжера 13.Inside the chamber itself, a plunger 13 is mounted with the possibility of axial movement, made in the form of a coil containing a central part 14 with profiled cylindrical protrusions 15 and 16 at the ends. On the protrusion 15, located directly at the channel 2 for supplying a controlled working fluid, a sealing ring 17 is placed, interacting with the sealing edge 18 of the end face of the specified chamber. The plunger 13 interacts with one end 19 with the piston 20 installed in the channel 2 of the controlled working fluid, and the other 21 with the mandrel 22, on which the compression spring 8 is mounted, resting on the shoulder 23 on the mandrel 22 at one end, and interacting with the adjustment base at the other end a screw 9 installed in the hollow body 7 of the spring 8, fixed at one end in the valve body 1, with the possibility of axial movement. In one extreme position of the plunger 13, the sealing ring 17 interacts with the sealing edge 18 of the end of the chamber 10 and separates the cavity of the channels for supplying 3 and the outlet 4 of the hydraulic fluid and the said chamber 10. In the other extreme position of the plunger 13, the sealing ring 17 is located from the sealing edge 18 of the end of the chamber 10 at a distance equal to the maximum stroke of the plunger 13, while the cavity of the supply channel 3 and the outlet 4 of the hydraulic fluid and said chamber 10 are interconnected in this extreme position and in any other m intermediate position of the plunger 13.

Предложенный клапан контроля низкого давления работает следующим образом.The proposed control valve low pressure operates as follows.

Клапан устанавливается на трубопроводе контролируемого рабочего тела при помощи нижнего корпуса 5 с каналом 6 подвода. Подвод и отвод гидравлической жидкости в клапан для приведения в действие исполнительных механизмов (не обозначены) управляемой запорно-регулирующей арматуры осуществляется при помощи каналов 3 подвода и отвода 4 соответственно.The valve is installed on the pipeline of the controlled working fluid using the lower body 5 with a supply channel 6. The supply and withdrawal of hydraulic fluid to the valve for actuating the actuators (not indicated) of the controlled shut-off and control valves is carried out using the channels 3 of the inlet and outlet 4, respectively.

Контролируемое рабочее тело поступает из канала 6 в канал 2 и начинает воздействовать на поршень 20, взаимодействующий с плунжером 13. С другой стороны, плунжер 13 взаимодействует с оправкой 22, в бурт 23 на которой упирается пружина 8, установленная в корпусе 7. Сила упругости пружины 8 задается путем перемещения вверх-вниз регулировочного винта 9, при этом сила упругости задается таким образом, чтобы плунжер 13 находился в равновесии, т.е. силы, с одной стороны, от давления контролируемого рабочего тела на поршень 20, с другой- от пружины 8, взаимно уравновешивали друг друга и плунжер 13 находился в положении, при котором уплотнительное кольцо 17 взаимодействует с уплотнительной кромкой 18 и полости каналов 3 и 4 и полости 12 внутри камеры 10 разъединены. В этом случае клапан находится в рабочем закрытом положении.A controlled working fluid enters from channel 6 to channel 2 and begins to act on the piston 20 interacting with the plunger 13. On the other hand, the plunger 13 interacts with the mandrel 22, on the shoulder 23 on which the spring 8 mounted in the housing 7 abuts. Spring elastic force 8 is set by moving up and down the adjusting screw 9, while the elastic force is set so that the plunger 13 is in equilibrium, i.e. forces, on the one hand, from the pressure of the controlled working fluid on the piston 20, on the other hand, from the spring 8, mutually balanced each other and the plunger 13 was in a position in which the sealing ring 17 interacts with the sealing edge 18 and the cavity of the channels 3 and 4 and the cavities 12 inside the chamber 10 are disconnected. In this case, the valve is in the operating closed position.

При понижении давления контролируемого рабочего тела ниже заданного поршень 20, связанный с плунжером 13, под воздействием пружины 8 переместится вниз и сдвинет плунжер 13, на выступе 15 которого располагается уплотнительное кольцо 17. Уплотнительное кольцо 17 перестанет взаимодействовать с уплотнительной кромкой 18, при этом полости каналов 3 и 4 и полость 12 внутри камеры 10 через каналы 11 окажутся соединенными между собой и гидравлическая жидкость из канала подвода 3 сбросится в дренаж. При этом произойдет сброс гидравлической жидкости из исполнительных механизмов контролируемой запорно-регулирующей арматуры с ее последующим закрытием.When the pressure of the controlled working fluid decreases below a predetermined one, the piston 20 associated with the plunger 13, under the influence of the spring 8, will move down and slide the plunger 13, on the protrusion 15 of which there is a sealing ring 17. The sealing ring 17 will cease to interact with the sealing edge 18, while the channel cavities 3 and 4 and the cavity 12 inside the chamber 10 through the channels 11 will be interconnected and the hydraulic fluid from the supply channel 3 will be discharged into the drainage. In this case, the hydraulic fluid will be discharged from the actuators of the controlled shut-off and control valves with its subsequent closure.

Использование предложенного технического решения позволит упростить конструкцию клапана и повысить надежность его работы.Using the proposed technical solution will simplify the design of the valve and increase the reliability of its operation.

Claims

A low pressure control valve, comprising a housing in which the channels for supplying a controlled working fluid, supply and discharge of hydraulic fluid are made, and a valve setting mechanism is installed that provides valve response when the pressure of the controlled working fluid is reduced within specified limits, characterized in that it is diametrically on the valve body on the contrary, a lower casing with a supply channel for a controlled working fluid and a hollow spring casing, one end of which interacts with the valve casing, are installed, and on the other end, an adjusting screw is mounted for axial movement to adjust the valve operating pressure, while an additional chamber is installed inside the valve body, consisting of several parts interacting with each other, and through the radial channels made in the walls of the chamber opening in the cavity of the supply channels and drainage of hydraulic fluid and connecting the cavity inside the specified chamber with the cavities of the said channels, while inside the chamber itself is installed with the possibility axial movement of the plunger, made in the form of a coil containing a central part with profiled cylindrical protrusions at the ends, moreover, on the protrusion located in the immediate vicinity of the supply channel of the controlled working fluid, there is a sealing ring interacting with the sealing edge of the end of the specified chamber facing the said channel wherein said plunger interacts with one end with a piston installed in the channel of the controlled working fluid, and with the other with a mandrel, on which the compression spring is installed, which at one end abuts against the shoulder on the mandrel, and at the other end interacts with the base of the adjusting screw mounted in the hollow spring housing with the possibility of axial movement, while in one extreme position of the plunger the sealing ring interacts with the sealing edge of the end of the specified chamber and disconnects the cavity of the channels for supplying and discharging hydraulic fluid and said chamber, and in the other extreme position of the plunger, said ring is located from the sealing edge the end of the specified chamber at a distance equal to the maximum stroke of the plunger, while the cavity of the channels for supplying and discharging hydraulic fluid and the said chamber are interconnected in this extreme position and in any other intermediate position of the plunger.