RU2657370C2

RU2657370C2 - Safety valve

Info

Publication number: RU2657370C2
Application number: RU2016136018A
Authority: RU
Inventors: Аркадий Викторович Волохин; Али Вейсович Алиев; Виктор Аркадьевич Волохин
Original assignee: Учреждение частное профессиональная орагнизация "Нефтяной техникум"; Аркадий Викторович Волохин; Виктор Аркадьевич Волохин
Priority date: 2016-09-06
Filing date: 2016-09-06
Publication date: 2018-06-13
Also published as: RU2016136018A; RU2016136018A3

Abstract

FIELD: valves production.

SUBSTANCE: invention relates to pipe fittings, in particular to valves of hydraulic systems loaded with a spring and provided with a breakable element. Novelty of the invention is that the guide rod is designed as a two-stage hollow nozzle. First stage of the rod is made in the form of a polyhedron and is movably interfaced to the inner surface of the guide bushing. Second stage of the rod is cylindrical, in its upper part through holes are made, and at its end there is a carbide tip. Locking nut is mounted on the valve body, which is designed to mount a hydropneumatic compensator or a flexible hose for connection to an autonomous hydropneumatic compensator.

EFFECT: technical result consists in simplification of design and higher valve reliability.

8 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, а именно к клапанам гидравлических систем, нагруженных пружиной и снабженных разрушаемым элементом, предназначенным для защиты гидропневмосистем от повышения давлений рабочий среды сверх допустимого уровня. Техническое решение может использоваться в нефтегазовой, оборонной, сельскохозяйственной промышленности, строительстве, а также в коммунальном хозяйстве.The invention relates to pipe fittings, and in particular to valves of hydraulic systems loaded with a spring and provided with a destructible element designed to protect hydropneumatic systems from increasing the pressure of the working medium above an acceptable level. The technical solution can be used in the oil and gas, defense, agricultural industries, construction, as well as in utilities.

Из уровня техники известен предохранительный клапан (RU 2084736 С1, МПК F16K 17/14, опубл. 20.07.1997), содержащий корпус с входным и выходным патрубками, в полости которого размещены седло, запорный орган с эластичным уплотнителем и штоком, состоящим из двух телескопически связанных частей, между которыми установлена пружина, и по крайней мере один разрушаемый элемент, выполненный в виде тарированного стержня, размещенного в корпусе с возможностью взаимодействия с одной телескопической частью штока.The safety valve is known from the prior art (RU 2084736 C1, IPC F16K 17/14, publ. 07/20/1997), comprising a housing with inlet and outlet nozzles, in the cavity of which there is a seat, a locking member with an elastic seal and a rod, consisting of two telescopically related parts, between which a spring is installed, and at least one destructible element, made in the form of a calibrated rod placed in the housing with the possibility of interaction with one telescopic part of the rod.

Недостатком известного технического решения является низкая технологичность клапана, вследствие того, что разрушаемые элементы, являются одноразовыми, что приводит к необходимости ремонта клапана после его срабатывания.A disadvantage of the known technical solution is the low manufacturability of the valve, due to the fact that destructible elements are disposable, which leads to the need to repair the valve after it is triggered.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является предохранительный клапан (RU 2511797 C1, МПК F16K 17/14, опубл. 10.04.2014), содержащий корпус с входным и выходным патрубками, в полости которого размещены седло, перекрываемое запорным органом, нагруженным пружиной возврата, тарированный подпружиненный стержень, установленный перпендикулярно перемещению запорного органа, срезающий элемент, контактирующий с тарированным стержнем. Запорный орган выполнен со сквозным изогнутым каналом, вход канала совмещен с входным патрубком, выход канала совмещен с торцом тарированного стержня, а срезающий элемент установлен на запорном органе.The closest technical solution to the claimed invention is a safety valve (RU 2511797 C1, IPC F16K 17/14, publ. 04/10/2014), comprising a housing with inlet and outlet nozzles, in the cavity of which a saddle is placed, which is blocked by a shut-off element loaded with a return spring, a calibrated spring-loaded rod installed perpendicular to the movement of the locking element, a cutting element in contact with the calibrated rod. The locking body is made with a through curved channel, the channel input is aligned with the inlet pipe, the channel output is aligned with the end face of the calibrated rod, and the cutting element is mounted on the locking body.

Недостатками известного технического решения являются сложность изготовления рабочего органа, выполненного в виде полого поршня с изогнутым внутренним отверстием, а также низкая надежность клапана, вследствие отсутствия возможности компенсации им гидродинамических ударных колебаний малой и средней мощности, возникающих в гидропневмосистемах и создающих в них гидравлические удары. Указанные недостатки уменьшают срок службы клапана и могут привести к аварийному отказу, как самого предохранительного клапана, так и всего защищаемого клапаном оборудования.The disadvantages of the known technical solution are the complexity of manufacturing a working body made in the form of a hollow piston with a curved inner hole, as well as the low reliability of the valve, due to the lack of ability to compensate for hydrodynamic shock vibrations of low and medium power that arise in hydropneumatic systems and create hydraulic shocks in them. These shortcomings reduce the life of the valve and can lead to an emergency failure of both the safety valve itself and all equipment protected by the valve.

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является расширение функциональных возможностей предохранительного клапана и повышение его технологичности, путем упрощения конструкции, с возможностью унификации отдельных узлов устройства.The technical problem to which the claimed invention is directed is to expand the functionality of the safety valve and increase its manufacturability by simplifying the design, with the possibility of unifying individual components of the device.

Указанный технический результат достигается тем, что предохранительный клапан содержит корпус с входным и выходным патрубками, в полости которого размещено седло, перекрываемое запорным органом с направляющим штоком, нагруженным пружиной возврата, тарированный подпружиненный стержень, установленный перпендикулярно перемещению запорного органа и срезающий элемент, контактирующий с тарированным стержнем.The specified technical result is achieved by the fact that the safety valve comprises a housing with inlet and outlet nozzles, in the cavity of which there is a seat overlapped by a locking element with a guide rod loaded with a return spring, a calibrated spring-loaded rod installed perpendicular to the movement of the locking element and a cutting element in contact with the calibrated the core.

Запорный орган выполнен в виде плунжера, обеспечивающего по всей своей длине герметичное перекрытие выходного отверстия, соединенного с патрубком аварийного сброса, с помощью торцевых уплотнителей, установленных на внешней поверхности плунжера.The shut-off element is made in the form of a plunger, providing a tight seal of the outlet opening along its entire length connected to the emergency discharge pipe using mechanical seals installed on the outer surface of the plunger.

Направляющий шток выполнен полым и двухступенчатым, при этом его первая ступень, механически закрепленная на верхнем торце плунжера, например сваркой, выполнена в своем наружном поперечном сечении в виде многогранника и подвижно в осевом направлении сопряжена с внутренней поверхностью направляющей втулки, причем форма упомянутой поверхности повторяет форму первой ступени штока. Такое соединение первой ступени штока и направляющей втулки обеспечивает компенсацию поперечных и круговых смещений всех подвижных узлов клапана.The guide rod is hollow and two-stage, while its first stage, mechanically fixed on the upper end of the plunger, for example by welding, is made in its outer cross section in the form of a polyhedron and axially movably mates with the inner surface of the guide sleeve, and the shape of the said surface repeats the shape the first stage of the stem. Such a connection of the first stage of the stem and the guide sleeve provides compensation for lateral and circular displacements of all movable valve assemblies.

Вторая ступень направляющего штока выполнена цилиндрической, герметично и подвижно в осевом направлении сопряженной с герметизирующим устройством, выполненным, например, в виде сальника, при этом герметизирующее устройство разделяет клапан на пружинно-механический и рабочий-гидродинамический отсеки. В верхней части второй ступени выполнены сквозные отверстия, связывающие внутреннюю полость плунжера через направляющий шток с рабочим-гидродинамическим отсеком, а на ее торце установлен твердосплавной наконечник.The second stage of the guide rod is cylindrical, hermetically and axially movable conjugated with a sealing device made, for example, in the form of an oil seal, while the sealing device divides the valve into spring-mechanical and working-hydrodynamic compartments. Through holes are made in the upper part of the second stage, connecting the inner cavity of the plunger through the guide rod with the working-hydrodynamic compartment, and a carbide tip is installed at its end.

Направляющая втулка механически соединена с герметизирующим устройством, например, посредством резьбового соединения, а герметизирующее устройство, аналогичным способом, - с запорной гайкой, на торце которой выполнено сквозное отверстие, с установленным в нем упором с внутренним коническим седлом, выполненным с возможностью плотного прилегания к нему твердосплавного наконечника второй ступени направляющего штока. Запорная гайка закреплена на корпусе клапана и выполнена с возможностью установки на нее гидропневмокомпенсатора или с возможностью закрепления в ее сквозном отверстии гибкого шланга, подключенного к автономному гидропневмокомпенсатору.The guide sleeve is mechanically connected to the sealing device, for example, by means of a threaded connection, and the sealing device, in a similar way, is equipped with a lock nut, on the end of which a through hole is made, with a stop installed in it with an internal conical seat made with a tight fit to it carbide tip of the second stage of the guide rod. The locking nut is fixed on the valve body and is configured to install a hydropneumatic compensator on it or with the possibility of fixing a flexible hose connected to an autonomous hydropneumatic compensator in its through hole.

Положительный технический результат, обеспечиваемый приведенной совокупностью конструктивных признаков клапана, состоит в расширении его функциональных возможностей по компенсации гидродинамических ударных нагрузок. При этом компенсация малых и средних нагрузок происходит без смещения запорного органа, за счет выполнения запорной гайки с возможностью установки на нее гидропневмокомпенсатора, а при гидродинамическом ударе, когда запорный орган выполняет сброс давления через выходной патрубок, направляющая втулка блокирует вращение плунжера вокруг оси и под действием пружины возврата обеспечивает его автоматическое возвращение в исходное положение после сброса давления.A positive technical result provided by the given set of design features of the valve consists in expanding its functionality to compensate for hydrodynamic shock loads. In this case, the compensation of small and medium loads occurs without displacement of the locking element, due to the execution of the locking nut with the possibility of installing a hydropneumatic compensator, and during hydrodynamic shock, when the locking element performs pressure relief through the outlet pipe, the guide sleeve blocks the rotation of the plunger around the axis and under the action of spring return ensures its automatic return to its original position after depressurization.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен предохранительный клапан; на фиг. 2 - узел контакта первой ступени направляющего штока с направляющей втулкой (разрез А-А на фиг. 1); на фиг. 3 - герметизирующее устройство (вид Б на фиг. 1); на фиг. 4 - узел контакта тарированного стержня с запорным органом (вид В на фиг. 1); на фиг. 5 - патрубок с магнитной заглушкой; на фиг. 6 - седло упора, установленного в отверстие запорной гайки (вид Г на фиг. 1).The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 presents a safety valve; in FIG. 2 - the contact node of the first stage of the guide rod with the guide sleeve (section AA in Fig. 1); in FIG. 3 - sealing device (type B in Fig. 1); in FIG. 4 - node contact calibrated rod with a locking body (type In in Fig. 1); in FIG. 5 - pipe with a magnetic plug; in FIG. 6 - a saddle of an emphasis installed in an aperture of a lock nut (type G in Fig. 1).

Предохранительный клапан состоит из корпуса 1 с входным патрубком 2, выходным патрубком 3 и седлом 4, фиксируемым в корпусе прижимной втулкой 5. Седло 4 перекрывается запорным органом 6, нагруженным пружиной возврата 7, расположенной в пружинно-механическом отсеке, которая установлена на первой ступени направляющего штока 8, между запорным органом и нижним торцом направляющей втулки 9.The safety valve consists of a housing 1 with an inlet pipe 2, an outlet pipe 3 and a seat 4 fixed in the housing by the pressure sleeve 5. The seat 4 is closed by a locking member 6, loaded with a return spring 7 located in the spring-mechanical compartment, which is installed on the first stage of the guide rod 8, between the locking body and the lower end of the guide sleeve 9.

Запорный орган 6 выполнен в виде плунжера, обеспечивающего по всей своей длине герметичное перекрытие отверстия выходного патрубка 3, путем установки на внешней поверхности плунжера торцевых уплотнений 10, изолирующих пружинно-механический отсек от внутренней полости плунжера.The locking element 6 is made in the form of a plunger, providing a tight seal over the entire opening of the outlet pipe 3 along its entire length by installing mechanical seals 10 on the outer surface of the plunger that isolate the spring-mechanical compartment from the inner cavity of the plunger.

Направляющий шток 8 выполнен в виде двухступенчатого полого патрубка, сообщающегося с внутренней полостью плунжера через отверстие 11. Первая ступень 12 направляющего штока механически соединена с запорным органом 6, например, при помощи сварки и выполнена в своем наружном поперечном сечении в виде многогранника или другой формы, обеспечивающей продольное движение по направляющей втулке 9 и компенсацию поперечных и круговых смещений всех подвижных узлов клапана.The guide rod 8 is made in the form of a two-stage hollow pipe, communicating with the inner cavity of the plunger through the hole 11. The first stage 12 of the guide rod is mechanically connected to the locking member 6, for example, by welding and made in its outer cross section in the form of a polyhedron or other shape, providing longitudinal movement along the guide sleeve 9 and compensation of transverse and circular displacements of all movable valve assemblies.

Вторая ступень направляющего штока 8 выполнена цилиндрической, что позволяет ей осуществлять продольное поступательное передвижение через герметизирующее устройство 13, разделяя компоновку клапана на пружинно-механический и рабочий-гидродинамический отсеки, обеспечивая надежную работу клапана и всех гидросистем, как при малых и средних гидродинамических нагрузках, так и при аномально высоких нагрузках гидроудара. В верхней части второй ступени направляющего штока выполнены боковые отверстия 14, а на его торце, например, с помощью резьбового соединения, устанавливается твердосплавный наконечник 15.The second stage of the guide rod 8 is cylindrical, which allows it to perform longitudinal translational movement through the sealing device 13, dividing the valve arrangement into spring-mechanical and working-hydrodynamic compartments, ensuring reliable operation of the valve and all hydraulic systems, both at low and medium hydrodynamic loads, and at abnormally high loads of water hammer. Side holes 14 are made in the upper part of the second stage of the guide rod, and a carbide tip 15 is mounted at its end, for example, by means of a threaded connection.

Запорная гайка 16 закреплена на корпусе 1 клапана и выполнена с возможностью установки на нее гидропневмокомпенсатора 17 или с возможностью закрепления в ее сквозном отверстии гибкого шланга, подключенного к автономному гидропневмокомпенсатору.The locking nut 16 is mounted on the valve body 1 and is configured to install a hydropneumatic compensator 17 on it or to be able to fix a flexible hose connected to an autonomous hydropneumatic compensator in its through hole.

Внутренняя полость запорного органа совмещена с выходным патрубком 3 и направляющим штоком 8, причем выходное отверстие в нейтральном состоянии совмещено с торцом подпружиненного тарированного стержня 18, расположенного между входным и выходным патрубками 2 и 3.The internal cavity of the locking body is combined with the outlet pipe 3 and the guide rod 8, and the outlet in the neutral state is aligned with the end face of the spring-loaded tared rod 18 located between the inlet and outlet pipes 2 and 3.

Выходное отверстие 19 запорного органа 6 совмещено с выходным патрубком 3 и выполнено с опорным буртиком, в нижней части которого до буртика установлен срезающий элемент 20 в виде запрессованого в отверстие кольца из высокопрочного материала (фиг. 3). Таким образом, снижен износ запорного органа, и при проведении ремонтных работ достаточно заменить срезающий элемент, а не весь запорный орган.The outlet 19 of the locking member 6 is combined with the outlet pipe 3 and is made with a supporting collar, in the lower part of which a cutting element 20 is installed up to the collar in the form of a ring of high-strength material pressed into the hole (Fig. 3). Thus, the wear of the locking element is reduced, and during repair work it is enough to replace the cutting element, and not the entire locking element.

Срезающий элемент 20 контактирует с боковой поверхностью подпружиненного тарированного стержня 18, который выполнен, преимущественно, с кольцевыми проточками, одинаковой глубины, размещенными через равные промежутки по длине стержня. Причем глубина проточек соразмерна с установленным давлением для их среза, что при превышении давления жидкости сверх установленного или его снижении, обеспечивает автоматизацию процесса.The cutting element 20 is in contact with the lateral surface of the spring-loaded tared rod 18, which is made mainly with annular grooves of the same depth, placed at regular intervals along the length of the rod. Moreover, the depth of the grooves is commensurate with the set pressure for their cutoff, which, when the fluid pressure exceeds the set pressure or decreases, provides automation of the process.

Предохранительный клапан работает следующим образом.The safety valve operates as follows.

При повышении давления в гидросистеме сверх допустимого (гидроудар), запорный орган 6 отходит от седла 4, срезая часть тарированного стержня 18, и перемещается в крайнее положение до совмещения выходного отверстия 19 запорного органа 6 с отверстием выходного патрубка 3, в результате чего осуществляется аварийный сброс избытка жидкости в патрубок 21 с магнитной заглушкой 22.When the pressure in the hydraulic system increases beyond the permissible level (water hammer), the locking member 6 moves away from the seat 4, cutting off a part of the calibrated rod 18, and moves to the extreme position until the outlet 19 of the locking member 6 coincides with the opening of the outlet pipe 3, resulting in an emergency discharge excess fluid in the pipe 21 with a magnetic plug 22.

Под давлением перекачиваемой жидкости срезанная часть тарированного стержня 12 вместе с избытком жидкости перемещается через выходной патрубок 3 и попадает в патрубок 21 с магнитной заглушкой 22, который служит контейнером для сбора срезанных частей тарированного стержня. Одновременно с этим твердосплавный наконечник 15 попадает в седло упора 23, установленного в отверстии запорной гайки 16 и полностью блокирует доступ рабочей жидкости в гидропневмокомпенсатор, предотвращая его поломку. При снижении давления в гидросистеме до условно низкого или среднего, запорный орган 6 приходит в первоначальное положение под воздействием на него пружины возврата 7. После чего подпружиненный тарированный стержень 18 выдвигается до опорного буртика выходного отверстия 19 запорного органа 6.Under the pressure of the pumped liquid, the cut-off part of the calibrated rod 12, together with the excess liquid, moves through the outlet pipe 3 and enters the pipe 21 with a magnetic plug 22, which serves as a container for collecting cut-off parts of the calibrated rod. At the same time, the carbide tip 15 enters the saddle of the stop 23 installed in the hole of the lock nut 16 and completely blocks the access of the working fluid to the hydropneumatic compensator, preventing its breakage. When the pressure in the hydraulic system drops to a conditionally low or medium, the locking member 6 comes to its original position under the influence of a return spring 7. After that, the spring-loaded tared rod 18 extends to the supporting flange of the outlet 19 of the locking member 6.

В случае компенсации малых и средних колебаний давления предохранительный клапан работает в режиме компенсатора избыточного давления. При этом запорный орган 6 остается неподвижным. Вместо этого жидкость под избыточным, но не критичным давлением, через патрубок 3 поступает во внутреннюю полость запорного органа 6, а затем через направляющий шток 8, боковые отверстия 10 и отверстие запорной гайки 16 в гидрокомпенсатор 17 или в гибкий шланг, соединенный с автономным гидрокомпенсатором. В результате гидропневмокомпенсатор обеспечивает компенсацию избыточного давления.In the case of compensation of small and medium pressure fluctuations, the safety valve operates in the mode of pressure compensator. In this case, the locking member 6 remains stationary. Instead, the liquid under excess, but not critical pressure, through the pipe 3 enters the internal cavity of the locking member 6, and then through the guide rod 8, side holes 10 and the opening of the locking nut 16 into the hydraulic compensator 17 or into a flexible hose connected to an autonomous hydraulic compensator. As a result, the hydropneumatic compensator provides compensation for overpressure.

Предохранительный клапан, согласно предполагаемому изобретению, отличается простой конструкцией, обеспечивающей его автоматическую работу, обладает высокой долговечностью и хорошей ремонтопригодностью. Это позволяет применять его для защиты от аномально высоких давлений в гидросистемах с повышенными требованиями к надежности, например, в нефтяной и газовой добыче, при бурении нефтяных и газовых скважин, для предохранения насосов и нагнетательных систем, в системах запорных элементов трубопроводов и манифольдов, работающих под давлением, а также в системах противовыбросового оборудования и гидросистемах, применяемых в оборонной промышленности.The safety valve, according to the alleged invention, has a simple design that ensures its automatic operation, has high durability and good maintainability. This allows it to be used to protect against abnormally high pressures in hydraulic systems with increased reliability requirements, for example, in oil and gas production, while drilling oil and gas wells, to protect pumps and injection systems, in piping and manifold shut-off element systems operating under pressure, as well as in blowout control systems and hydraulic systems used in the defense industry.

Claims

1. A safety valve comprising a housing with inlet and outlet nozzles, in the cavity of which there is a seat overlapped by a locking member with a guiding rod loaded with a return spring, a calibrated spring-loaded rod mounted perpendicular to the axis of the locking member, a cutting element in contact with the calibrated rod and made in a hole on the lateral surface of the locking member, characterized in that the locking member is made in the form of a plunger, on the outer surface of which are installed end densifiers, the guide rod is made in the form of a two-stage hollow nozzle, the first stage being made in its outer cross section in the form of a polyhedron and axially movably mated with the inner surface of the guide sleeve, the shape of said surface repeating the shape of the first stage; the second stage of the guide rod is cylindrical, hermetically and axially movable conjugated with a sealing device, through holes are made in its upper part, and a carbide tip is installed at its end; the guide sleeve is mechanically connected to the sealing device, and the sealing device is connected to a locking nut, at the end of which a through hole is made, with a stop installed in it with an internal conical seat; the locking nut is mounted on the valve body and is configured to install a hydropneumatic compensator on it.

2. The safety valve according to claim 1, characterized in that the first stage is mechanically fixed to the upper end of the plunger by means of a welded joint.

3. The safety valve according to claim 1, characterized in that the first stage is made in its outer cross section in the form of a tetrahedron.

4. The safety valve according to claim 1, characterized in that the first stage is made in its outer cross section in the form of a hexagon.

5. The safety valve according to claim 1, characterized in that the guide sleeve is connected to the sealing device by means of a threaded connection.

6. The safety valve according to claim 1, characterized in that the sealing device is connected to the locking nut by means of a threaded connection.

7. The safety valve, according to claim 1, characterized in that a hydropneumatic compensator is fixed to the lock nut.

8. The safety valve, according to claim 1, characterized in that a flexible hose is attached to the locking nut, connected to an autonomous hydropneumatic compensator.