RU94657U1 - LOCKING BODY AND PIPE HEAD SPINDLE - Google Patents
LOCKING BODY AND PIPE HEAD SPINDLE Download PDFInfo
- Publication number
- RU94657U1 RU94657U1 RU2009147467/22U RU2009147467U RU94657U1 RU 94657 U1 RU94657 U1 RU 94657U1 RU 2009147467/22 U RU2009147467/22 U RU 2009147467/22U RU 2009147467 U RU2009147467 U RU 2009147467U RU 94657 U1 RU94657 U1 RU 94657U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- channel
- resistant
- diametrical
- locking
- Prior art date
Links
Landscapes
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
1. Запорный орган трубной головки, содержащий пробку с наружной полированной сферической поверхностью и с пересекающимися диаметральным каналом большего диаметра и радиальным каналом меньшего диаметра, а также с выполненной в виде прямоугольного паза выемкой для размещения конца управляющего шпинделя, при этом пробка выполнена из жаропрочной релаксационностойкой хромистой стали с поверхностным азотированием, а отверстия каналов на сферической поверхности выполнены с притупленными кромками. ! 2. Запорный орган по п.1, отличающийся тем, что пробка выполнена из жаропрочной релаксационностойкой хромистой стали с термообработкой до твердости по Бринеллю 197…245 НВ, с поверхностным азотированием на глубину h 0,3…0,5 и твердостью по Виккерсу 8000…1000 HV. ! 3. Запорный орган по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что диаметральный канал большего диаметра и радиальный канал меньшего диаметра выполнены с взаимно перпендикулярными осями. ! 4. Запорный орган по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что паз выполнен с плоскими параллельными боковыми стенками в виде сегментов окружности, перпендикулярными оси диаметрального канала. ! 5. Запорный орган по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что диаметры радиального и диаметрального каналов пробки выполнены в соотношении от 0,55 до 0,65, а отверстия указанных каналов и края паза на сферической поверхности выполнены с радиально притупленными кромками. ! 6. Запорный орган по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что пробка выполнена из жаропрочной релаксационностойкой хромистой стали из группы: сталь 38Х2МЮА, сталь 38Х2ЮА, сталь 38ХВФЮ, сталь 20Х3МВФ, сталь 38Х2Ю. ! 7. Шпиндель для запорного органа 1. The locking body of the tube head containing a tube with an external polished spherical surface and intersecting with a diametrical channel of a larger diameter and a radial channel of a smaller diameter, as well as a recess made in the form of a rectangular groove to accommodate the end of the control spindle, while the tube is made of heat-resistant relaxation chrome steel with surface nitriding, and the channel openings on the spherical surface are made with blunt edges. ! 2. The locking body according to claim 1, characterized in that the cork is made of heat-resistant relaxation-resistant chrome steel with heat treatment to Brinell hardness 197 ... 245 HB, with surface nitriding to a depth of h 0.3 ... 0.5 and Vickers hardness 8000 ... 1000 HV. ! 3. The locking body according to any one of paragraphs.1 and 2, characterized in that the diametrical channel of larger diameter and the radial channel of smaller diameter are made with mutually perpendicular axes. ! 4. The locking body according to any one of paragraphs.1 and 2, characterized in that the groove is made with flat parallel side walls in the form of segments of a circle perpendicular to the axis of the diametrical channel. ! 5. The locking element according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the diameters of the radial and diametrical channels of the plug are made in the ratio of 0.55 to 0.65, and the holes of these channels and the edges of the groove on the spherical surface are made with radially blunt edges . ! 6. Locking device according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the cork is made of heat-resistant relaxation-resistant chrome steel from the group: steel 38Kh2MYuA, steel 38Kh2YuA, steel 38KHVFYu, steel 20KH3MVF, steel 38KH2YU. ! 7. Locking spindle
Description
Полезная модель относится к трубопроводной запорной арматуре, в частности к шаровым кранам, предназначенным для различных областей техники, в том числе в качестве устьевого оборудования при эксплуатации нефтяных и газовых скважин для герметизации устья скважины, подвески колонны лифтовых труб, контроля и регулирования режима работы скважины, перекрытия и направления добываемой продукции в манифольд, а также проведения различных технологических операций, в других областях с повышенными требованиями к герметичности.The utility model relates to pipeline shutoff valves, in particular to ball valves, designed for various technical fields, including as wellhead equipment in the operation of oil and gas wells for sealing the wellhead, suspension of the lift pipe string, monitoring and regulating the well operation mode, overlapping and directing the extracted products to the manifold, as well as carrying out various technological operations in other areas with increased requirements for tightness.
Известна трубная головка, включающая резьбовой трубодержатель, имеющий наружную цилиндрическую поверхность с выполненным на ней буртом, осевое отверстие с резьбами насосно-компрессорной трубы, расположенный и опирающийся буртом на бурт в осевом отверстии корпуса трубной головки, металлический резьбовой трубодержатель имеет на нижнем торце бурта выполненную соосно резьбе выпуклую сферическую поверхность, которой он размещен с возможностью наклона на вогнутой сферической поверхности верхнего торца бурта в отверстии металлического корпуса трубной головки, при этом сферические поверхности соразмерны, а между сферическими поверхностями установлено эластомерное уплотнение (RU №2168001).Known tube head, including a threaded pipe holder having an outer cylindrical surface with a shoulder made on it, an axial hole with threads of the tubing, located and supported by a shoulder on the shoulder in the axial hole of the tube head housing, the metal threaded pipe holder has a coaxially made on the bottom end the thread has a convex spherical surface, with which it is placed with the possibility of tilting on the concave spherical surface of the upper end of the shoulder in the hole of the metal the head of the tube head, while the spherical surfaces are proportional, and an elastomeric seal is installed between the spherical surfaces (RU No. 2168001).
Недостатком данного запорный органа является узость функциональных возможностей и низкая надежность при управлении открыванием/закрыванием дверей, так как распределительный элемент непосредственно соединен с трубодержателем.The disadvantage of this locking body is the narrow functionality and low reliability when controlling the opening / closing of doors, since the distribution element is directly connected to the pipe holder.
Известна трубная головка, включающая цилиндрический корпус с верхним и нижним присоединительными фланцами, с двумя верхними и двумя нижними боковыми отводами, имеющими присоединительные фланцы для установки задвижек, установленный в осевом канале корпуса трубодержатель, узел крепления и герметизации трубодержателя в осевом канале корпуса, размещенный в осевом канале корпуса над трубодержателем шаровой запорный орган со сквозным осевым и глухим боковым каналами, оси которых взаимно перпендикулярны, а также с верхним и нижним седлами с уплотнениями, находящимися на сферической рабочей поверхности седел, узел управления шаровым запорным органом в виде связанного с ним вала, ось которого перпендикулярна осям сквозного и глухого бокового каналов и проходит через точку их пересечения, размещенный на цилиндрическом корпусе переходный фланец, на сферических рабочих поверхностях верхнего и нижнего седел выполнены кольцевые канавки, внутренний диаметр которых превышает наружный диаметр уплотнений седел, выполненных в виде уплотнительных колец, установленных соответственно над и под указанными кольцевыми канавками, причем на наружной цилиндрической поверхности верхнего седла выполнена канавка, с одной стороны связанная с выполненным в цилиндрическом корпусе трубной головки каналом для подачи смазки, а с другой стороны связанная с кольцевой канавкой, расположенной на сферической поверхности седла, посредством радиальных каналов, выполненных в седле, при этом шаровой запорный орган выполнен с каналами, расположенными вдоль оси сквозного осевого канала, причем отверстия упомянутых каналов, при открытом положении шарового запорного органа, совпадают с кольцевыми канавками на рабочих сферических поверхностях седел, а один из этих каналов соединен с выполненным в шаровом запорном органе дополнительным каналом, ось которого перпендикулярна оси сквозного осевого канала, при этом вал узла управления шаровым запорным органом выполнен в виде двух соосных валов, торцы которых имеют канавки, а между торцами валов размещен диск с выполненными на его торцевых поверхностях взаимно перпендикулярными выступами для взаимодействия с канавками валов, упомянутые валы и диск выполнены с осевыми каналами для сообщения с дополнительным каналом шарового запорного органа (RU №2359105).Known tube head, comprising a cylindrical body with upper and lower connecting flanges, with two upper and two lower side bends, having connecting flanges for installing valves, installed in the axial channel of the housing pipe holder, mount and seal the pipe holder in the axial channel of the housing, located in the axial housing channel above the pipe holder, a ball locking element with through axial and blind side channels, the axes of which are mutually perpendicular, as well as with upper and lower saddles with seals located on the spherical working surface of the seats, the control unit for the ball locking element in the form of a shaft connected with it, whose axis is perpendicular to the axes of the through and blind side channels and passes through the point of intersection located on the cylindrical body of the transition flange on the spherical working surfaces of the upper and the lower seats are made of grooves, the inner diameter of which exceeds the outer diameter of the seat seals, made in the form of o-rings, installed respectively above and below said annular grooves, and on the outer cylindrical surface of the upper seat there is a groove made, on the one hand, connected to a channel for supplying lubricant in the cylindrical body of the tube head, and on the other hand connected to an annular groove located on the spherical surface of the saddle radial channels made in the saddle, while the ball locking element is made with channels located along the axis of the through axial channel, and the holes of the said channels, when open the position of the ball locking element coincide with the annular grooves on the working spherical surfaces of the seats, and one of these channels is connected to an additional channel made in the ball locking body, the axis of which is perpendicular to the axis of the through axial channel, while the shaft of the ball locking control unit is made in the form of two coaxial shafts, the ends of which have grooves, and between the ends of the shafts there is a disk with mutually perpendicular protrusions made on its end surfaces for interaction with the grooves of the shaft in the mentioned drive shafts and formed with axial channels for communicating with a further passage of the ball valve (RU №2359105).
В данном устройстве острые кромки отверстий, неопределенное качество геометрии и стойкости наружной сферической поверхности, а также растянутая во времени релаксация материала могут привести к значительному количеству производственного брака, быстрому износу, отказам при повороте пробки, снижению долговечности и надежности, геометрическая форма замкнутой выемки на шаровом запорном органе (пробке) не гарантирует точность обработки и, следовательно, безотказную работу со шпинделем при работе в составе трубной головки. Сложная трудоемкая многоступенчатая конструкция шпинделя повышает себестоимость, усложняет проверку качества, снижает надежность и долговечность запорного (по существу запорно-регулирующего) органа. Кроме того, повышенное гидравлическое сопротивление и вихреобразование на кромках каналов запорного органа приводит дополнительному нагреву перекачиваемой среды, под воздействием перекачиваемого продукта и имеющихся в нем примесей и твердых частиц разрушаются кромки каналов. Все это препятствует массовому внедрению малогабаритных трубных головок со сферическим запорным органом на месторождениях и магистральных трубопроводах.In this device, sharp edges of the holes, the indefinite quality of the geometry and durability of the outer spherical surface, as well as extended relaxation of the material over time, can lead to a significant amount of production defects, rapid wear and tear, failure when turning the cork, decrease in durability and reliability, and the geometric shape of the closed notch on the ball locking body (plug) does not guarantee the accuracy of processing and, therefore, trouble-free operation with the spindle when working as part of a pipe head. The complex labor-consuming multi-stage spindle design increases production costs, complicates quality control, and reduces the reliability and durability of the locking (essentially locking-regulating) organ. In addition, the increased hydraulic resistance and vortex formation on the edges of the channels of the shut-off element leads to additional heating of the pumped medium; under the influence of the pumped product and the impurities and solid particles present in it, the edges of the channels are destroyed. All this impedes the mass introduction of small-sized pipe heads with a spherical shut-off element in the fields and main pipelines.
Известен запорный орган для запорного органа - шарового крана, содержащий сферическую пробку, со сквозным цилиндрическим отверстием, изготовленную из алюминиевого сплава, чугуна или стали с алюминиевым покрытием, по меньшей мере, на его сферической поверхности, сопрягающейся с седлом шарового крана, сформировано защитное покрытие Al2O3 с переменным по толщине фазовым составом покрытия, в котором содержание α-фазы Al2O3 возрастает в направлении от наружных к внутренним слоям. Толщина покрытия задается в диапазоне от 15 до 500 мкм, а содержание α-фазы Al2O3 в покрытии находится в диапазоне от 40 до 100%. Шпиндель данного запорного органа (орган для его поворота) выполнен заодно со сферической пробкой. (RU №67218, прототип).Known locking member for a locking member - a ball valve containing a spherical plug, with a through cylindrical hole made of aluminum alloy, cast iron or steel with an aluminum coating, at least on its spherical surface mating with the seat of the ball valve, a protective coating Al 2 O 3 with a thickness-varying phase composition of the coating, in which the content of the α phase of Al 2 O 3 increases in the direction from the outer to the inner layers. The coating thickness is set in the range from 15 to 500 μm, and the α-phase content of Al 2 O 3 in the coating is in the range from 40 to 100%. The spindle of this locking body (the body for its rotation) is made integral with a spherical plug. (RU No. 67218, prototype).
Покрытия из Al2O3 осаждали на нержавеющей стали. Пленки толщиной 1-10 мк (1 мкм=10-6 м) оказались отличной защитой от коррозии на воздухе при температуре до 900°С".Al 2 O 3 coatings were deposited on stainless steel. Films with a thickness of 1-10 microns (1 micron = 10 -6 m) proved to be excellent protection against corrosion in air at temperatures up to 900 ° C. "
Недостатком данного запорный органа является высокая себестоимость производства и контроля, значительное количество производственного брака при выполнении защитного покрытия с переменным по толщине фазовым составом покрытия, неизбежная микро и субмикропористость покрытия, возможность нарушения адгезии покрытия, ограниченность срока эксплуатации, обусловленная растянутой во времени релаксацией материала, а также растрескиванием и отслоением покрытия при ударных нагрузках, характерных при монтаже и эксплуатации в полевых условиях, под воздействием агрессивной перекачиваемой среды, значительное трение при выполнении операций.The disadvantage of this shut-off body is the high cost of production and control, a significant amount of manufacturing defect when performing a protective coating with a variable phase composition of the coating, the inevitable micro and submicroporosity of the coating, the possibility of impaired coating adhesion, limited life, due to extended relaxation of the material, and also cracking and peeling of the coating under shock loads, characteristic during installation and operation in the field under the influence of an aggressive pumped medium, significant friction during operations.
Технической задачей группы полезных моделей, одна из которых предназначена для использования другой, и связанных между собой настолько, что они образуют единый творческий замысел, является создание эффективного запорного органа, а также шпинделя, необходимого для использования этого органа в составе трубной головки и расширение арсенала запорных органов со шпинделем для трубной головки.The technical task of a group of utility models, one of which is designed to be used by the other, and so interconnected that they form a single creative concept, is to create an effective locking organ, as well as a spindle, necessary for using this organ as part of the pipe head and expanding the arsenal of locking bodies with a spindle for a tube head.
Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи, состоит в том, что обеспечены снижение себестоимости, повышение долговечности, т.е. срока эксплуатации без ремонта, поскольку весь движущийся запорный орган состоит из одного релаксационностойкого материала с неразрывно связанными единой кристаллической решеткой слоями (внутренним и наружным) различного строения. Внедрение азота (N2) в наружный слой, в выбранную сталь приводит к резкому увеличению твердости и износостойкости в полевых условиях, под воздействием агрессивной перекачиваемой среды при переменных низких и высоких температурах. Шпиндель состоит из одного релаксационностойкого материала. Отсутствие острых кромок, геометрическая форма шпинделя и пробки и ее выемки гарантирует точность обработки и, тем самым, безотказную работу узла при работе в составе трубной головки.The technical result that provides a solution to the problem lies in the fact that provided cost reduction, increased durability, i.e. lifetime without repair, since the entire moving locking element consists of one relaxation-resistant material with layers inextricably linked by a single crystal lattice (internal and external) of various structures. The introduction of nitrogen (N 2 ) in the outer layer, in the selected steel, leads to a sharp increase in hardness and wear resistance in the field, under the influence of an aggressive pumped medium at variable low and high temperatures. The spindle consists of one relaxation-resistant material. The absence of sharp edges, the geometric shape of the spindle and cork and its recess guarantees the accuracy of processing and, thus, failure-free operation of the unit when working as part of a pipe head.
Сущность полезной модели в части запорного органа трубной головки состоит в том, что запорный орган трубной головки содержит пробку с наружной полированной сферической поверхностью и с пересекающимися диаметральным каналом большего диаметра и радиальным каналом меньшего диаметра, а также с выполненной в виде прямоугольного паза выемкой для размещения конца управляющего шпинделя, при этом пробка выполнена из жаропрочной релаксационностойкой хромистой стали с поверхностным азотированием, а отверстия каналов на сферической поверхности выполнены с притупленными кромками.The essence of the utility model in terms of the locking body of the tube head is that the locking body of the tube head contains a tube with an external polished spherical surface and intersecting with a diametrical channel of a larger diameter and a radial channel of a smaller diameter, as well as a recess made in the form of a rectangular groove for accommodating the end control spindle, while the plug is made of heat-resistant relaxation-resistant chrome steel with surface nitriding, and the channel openings on a spherical surface and formed with blunt edges.
Предпочтительно, пробка выполнена из жаропрочной релаксационностойкой хромистой стали с термообработкой до твердости по Бринеллю 197…245 НВ, с поверхностным азотированием на глубину h 0,3…0,5 и твердостью по Виккерсу 8000…1000 HV, диаметральный канал большего диаметра и радиальный канал меньшего диаметра выполнены с взаимно перпендикулярными осями, паз выполнен с плоскими параллельными боковыми стенками в виде сегментов окружности, перпендикулярными оси диаметрального канала, диаметры каналов выполнены в соотношении от 0,55 до 0,65, а отверстия каналов и края паза на сферической поверхности выполнены с радиально притупленными кромками, пробка выполнена из жаропрочной релаксационностойкой хромистой стали из группы: сталь 38Х2МЮА, сталь 38Х2ЮА, сталь 38ХВФЮ, сталь 20Х3МВФ, сталь 38Х2Ю.Preferably, the cork is made of heat-resistant relaxation-resistant chrome steel with heat treatment to Brinell hardness of 197 ... 245 HB, with surface nitriding to a depth of h of 0.3 ... 0.5 and Vickers hardness of 8000 ... 1000 HV, a larger diameter channel and a smaller radial channel the diameters are made with mutually perpendicular axes, the groove is made with flat parallel side walls in the form of circle segments perpendicular to the axis of the diametrical channel, the diameters of the channels are made in the ratio from 0.55 to 0.65, and the holes to the analges and groove edges on a spherical surface are made with radially blunted edges, the cork is made of heat-resistant relaxation-resistant chrome steel from the group: steel 38Kh2MYuA, steel 38Kh2YuA, steel 38KHVFYu, steel 20KH3MVF, steel 38KH2YU.
Сущность полезной модели в части шпинделя состоит в том, что шпиндель для запорного органа трубной головки содержит прямолинейный ступенчатый стержень из хромомолибденовой стали, с цилиндрическими участками, на свободном конце участка большего диаметра выполнен хвостовик с плоскими боковыми поверхностями и торцем для размещения в пазу запорного органа, а на свободном конце участка меньшего диаметра - головка под ключ, на торце которой выполнены диаметральный и пересекающийся с ним радиальный пазы, при этом на цилиндрическом участке большего диаметра выполнены две канавки для размещения уплотнений.The essence of the utility model in terms of the spindle is that the spindle for the locking element of the tube head contains a straight stepped rod made of chromium-molybdenum steel, with cylindrical sections, a shank with flat side surfaces and an end face for placement in the groove of the locking element is made on the free end of the larger diameter section, and at the free end of a section of a smaller diameter - a turnkey head, at the end of which there are made radial grooves diametrically and intersecting with it, while on the cylindrical section Larger diameters, two grooves are made to accommodate the seals.
Предпочтительно, диаметральный и пересекающийся с ним радиальный пазы на торце головки под ключ выполнены взаимно перпендикулярными, головка под ключ выполнена шестигранной, шпиндель выполнен из жаропрочной хромомолибденовой стали из группы: 30ХМА, 35ХМ, 38ХМ с термообработкой до твердости по Бринеллю 197…235 НВ.Preferably, the diametrical and intersecting radial grooves at the end of the turnkey head are mutually perpendicular, the turnkey head is hexagonal, the spindle is made of heat-resistant chromium-molybdenum steel from the group: 30XMA, 35XM, 38XM with heat treatment to a Brinell hardness of 197 ... 235 HB.
На чертеже фиг.1 изображен запорный орган трубной головки, на фиг.2 - разрез А-А по фиг.1, на фиг.3 - вид Б по фиг.1, на фиг.4 - объемное изображение запорного органа, на фиг.5 - шпиндель запорного органа (разрез), на фиг.6 - общий вид трубной головки, на фиг.7 разрез В-В по фиг.6, на фиг.8 - вид сверху по фиг.6.In the drawing of FIG. 1, the closure of the tube head is shown, in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1, in FIG. 3 is a view B in FIG. 1, in FIG. 4 is a three-dimensional image of the closure, in FIG. 5 is a spindle of a locking member (section), in Fig.6 is a General view of the tube head, in Fig.7 a section BB in Fig.6, in Fig.8 is a top view of Fig.6.
Трубная головка (фиг.6, 7, 8) представляет собой кованый цилиндрический корпус 1 с центральным осевым и радиальным каналами, нижним (280×140×П53) и верхним (280×140×П53) присоединительными фланцами, а также с четырьмя боковыми отводами с присоединительными местами для установки задвижек. Боковые отводы выполнены на корпусе 1 в два яруса: в верхнем ярусе - два (100×14×П37) отвода трубного канала, в нижнем ярусе - два отвода затрубного пространства (50×14×П23).The pipe head (6, 7, 8) is a forged cylindrical body 1 with a central axial and radial channels, lower (280 × 140 × P53) and upper (280 × 140 × P53) connecting flanges, as well as with four side bends with connecting places for installation of gate valves. The lateral taps are made on the housing 1 in two tiers: in the upper tier - two (100 × 14 × P37) taps of the pipe channel, in the lower tier - two taps of the annulus (50 × 14 × P23).
В корпусе 1, между верхними и нижними боковыми отводами, выполнено посадочное место для установки трубодержателя 6. Трубодержатель 6 представляет собой кованый корпус с муфтовыми резьбовыми концами. Снаружи на трубодержателе 6 размещен пакет уплотнительных элементов, состоящий из металлических колец и эластичных манжет. В радиальных каналах корпуса 1 размещены четыре винта 7 (с головкой под ключ 19 мм) для затяжки пакета уплотнительных элементов, нагнетательный клапан 8 и разрядная пробка 9.In the housing 1, between the upper and lower lateral branches, a seat is made for the installation of the pipe holder 6. The pipe holder 6 is a forged body with sleeve threaded ends. Outside on the pipe holder 6 there is a package of sealing elements consisting of metal rings and elastic cuffs. In the radial channels of the housing 1 there are four screws 7 (with a 19 mm turn-key head) for tightening the package of sealing elements, a discharge valve 8 and a discharge plug 9.
В верхней части корпуса 1 установлено запорное устройство для перекрытия стволового канала между трубодержателем и боковыми отводами трубного канала. Устройство выполнено в виде шарового запорного органа 10 с верхним 11 и нижним 12 седлами, и шпинделя 14. Верхнее седло 11 закреплено в корпусе с помощью нажимной гайки 13. Переключение шарового запорного органа 10 из положения «открыто» в положение «закрыто» и обратно осуществляется поворотом шпинделя 14 (с головкой под ключ 55 мм). Для облегчения вращения шпиндель 14 установлен в корпусе 1 на подшипнике 15 и закрыт снаружи фланцем 16.In the upper part of the housing 1 there is a locking device for blocking the stem channel between the pipe holder and the lateral outlets of the pipe channel. The device is made in the form of a spherical locking element 10 with upper 11 and lower 12 saddles, and a spindle 14. The upper saddle 11 is fixed in the housing using a pressure nut 13. Switching the spherical locking element 10 from the “open” position to the “closed” position and back is carried out by turning the spindle 14 (with a turnkey head 55 mm). To facilitate rotation, the spindle 14 is installed in the housing 1 on the bearing 15 and is closed externally by a flange 16.
Уравнительный клапан (не изображен) соединяет внутренние полости корпуса 1 над и под шаровым запорным органом 10 и, может быть открыт или закрыт с помощью вращения винта 17 (с головкой под ключ 19 мм).An equalizing valve (not shown) connects the internal cavities of the housing 1 above and below the ball locking element 10 and can be opened or closed by rotation of the screw 17 (with a 19 mm turn-key head).
Запорный орган 10 трубной головки представляет собой пробку с наружной полированной сферической поверхностью и с пересекающимися диаметральным каналом 20 большего диаметра и радиальным каналом 21 меньшего диаметра, а также с выполненной в виде паза 22 выемкой для размещения хвостовика 23 управляющего шпинделя 14. Пробка 10 выполнена из жаропрочной релаксационностойкой хромистой стали с поверхностным азотированием, а отверстия каналов 20, 21 и края паза 22 на сферической поверхности выполнены с притупленными кромками.The locking element 10 of the tube head is a tube with an external polished spherical surface and intersecting with a diametrical channel 20 of a larger diameter and a radial channel 21 of a smaller diameter, as well as a recess made in the form of a groove 22 to accommodate the shank 23 of the control spindle 14. The tube 10 is made of heat resistant relaxation-resistant chrome steel with surface nitriding, and the holes of the channels 20, 21 and the edges of the groove 22 on the spherical surface are made with blunt edges.
Пробка 10 предпочтительно выполнена из жаропрочной релаксационностойкой хромистой стали с термообработкой до твердости по Бринеллю 197…245 НВ, с поверхностным азотированием на глубину h 0,3…0,5 и твердостью по Виккерсу 8000…1000 HV.The plug 10 is preferably made of heat-resistant relaxation-resistant chrome steel with heat treatment to Brinell hardness of 197 ... 245 HB, with surface nitriding to a depth of h of 0.3 ... 0.5 and Vickers hardness of 8000 ... 1000 HV.
Диаметральный канал 20 большего диаметра и радиальный канал 21 меньшего диаметра выполнены с взаимно перпендикулярными осями.The diametrical channel 20 of larger diameter and the radial channel 21 of smaller diameter are made with mutually perpendicular axes.
Выемка 22 выполнена с плоскими параллельными боковыми стенками 23, 24 в виде сегментов окружности, перпендикулярными оси диаметрального канала 20.The recess 22 is made with flat parallel side walls 23, 24 in the form of segments of a circle perpendicular to the axis of the diametrical channel 20.
Диаметры каналов 20, 21 выполнены в соотношении от 0,55 до 0,65, например 162 мм и 103 мм, а отверстия каналов 20, 21 на сферической поверхности выполнены с радиально притупленными радиусом R кромками. Сквозной диаметральный канал 20 с размером ⌀162 мм позволяет пропускать трубодержатель 6, радиальный канал 21 с диаметром ⌀103 мм обеспечивает пропускание перекачиваемой среды с допустимым гидравлическим сопротивлением по длине и при повороте потока на 90° из канала 21 в канал 20.The diameters of the channels 20, 21 are made in the ratio from 0.55 to 0.65, for example 162 mm and 103 mm, and the holes of the channels 20, 21 on the spherical surface are made with radially blunted radius R edges. A through diametral channel 20 with a size of ⌀162 mm allows the pipe holder 6 to be passed, a radial channel 21 with a diameter of ⌀103 mm allows transmission of the pumped medium with an acceptable hydraulic resistance along the length and when the flow is rotated 90 ° from channel 21 to channel 20.
Пробка 10 выполнена из жаропрочной релаксационностойкой хромистой стали 38Х2МЮА, или из ее заменителей сталь 38Х2ЮА, сталь 38ХВФЮ, сталь 20Х3МВФ, сталь 38Х2Ю.Cork 10 is made of heat-resistant relaxation-resistant chromium steel 38X2MYUA, or of its substitutes steel 38X2YUA, steel 38KHVFYU, steel 20KH3MVF, steel 38KH2YU.
Шпиндель 14 для запорного органа 10 трубной головки представляет собой прямолинейный ступенчатый стержень из жаропрочной хромомолибденовой стали, с цилиндрическими участками, на свободном конце участка большего диаметра (слева по чертежу) выполнен хвостовик 25 с плоскими боковыми поверхностями и торцем для размещения в пазу 22 запорного органа 10. На свободном конце участка меньшего диаметра (справа по чертежу) выполнена головка 26 под ключ (не изображен), на торце которой выполнены диаметральный и пересекающийся с ним радиальный пазы 27, 28, при этом на цилиндрическом участке большего диаметра последовательно выполнены две канавки 29, 30 для размещения эластичных уплотнений.The spindle 14 for the locking element 10 of the tube head is a straight-line stepped rod made of heat-resistant chromium-molybdenum steel, with cylindrical sections, a shank 25 with flat side surfaces and an end face for placement in the groove 22 of the locking element 10 is made on the free end of the larger diameter section (left in the drawing) A turnkey head 26 (not shown) is made at the free end of a portion of a smaller diameter (to the right of the drawing), at the end of which there are made radial grooves 27, 28, diametrical and intersecting with it, etc. This on the cylindrical portion of larger diameter sequentially formed two grooves 29, 30 for placement of elastic seals.
Диаметральный и пересекающийся с ним радиальный пазы 29, 30 на торце головки 26 под ключ выполнены с взаимно перпендикулярными осями.The diametrical and intersecting radial grooves 29, 30 at the end of the turnkey head 26 are made with mutually perpendicular axes.
Головка 26 под ключ выполнена шестигранной.The turnkey head 26 is hexagonal.
Шпиндель 14 выполнен из жаропрочной хромомолибденовой стали 30ХМА или из группы ее заменителей: 35ХМ, 38ХМ.Spindle 14 is made of heat-resistant chromium-molybdenum steel 30XMA or from the group of its substitutes: 35XM, 38XM.
Запорный орган и шпиндель трубной головки эксплуатируются следующим образом.The locking element and the spindle of the tube head are operated as follows.
Перед установкой собранной фонтанной арматуры на устье скважины необходимо разместить корпус 1 на верхнем фланце колонной головки и произвести затяжку фланцевого соединения с установленным уплотнительным кольцом.Before installing the assembled fountain fittings at the wellhead, it is necessary to place the housing 1 on the upper flange of the column head and tighten the flange connection with the installed sealing ring.
Поворотом шпинделя 14 шаровой запорный орган 10 устанавливается в положение при котором паз 29 и канал 20 расположены вертикально и канал 20 соединен с трубой НКТ.By turning the spindle 14, the ball locking element 10 is set to a position in which the groove 29 and the channel 20 are located vertically and the channel 20 is connected to the tubing.
Затем освобождается трубодержатель 6, для чего следует отвернуть винты 7 в корпусе 1 на 4 оборота. В трубодержатель 6 ввертывается монтажный патрубок (не изображен) и с его помощью извлекается трубодержатель 6 из корпуса 1.Then the pipe holder 6 is released, for which it is necessary to unscrew the screws 7 in the housing 1 by 4 turns. An assembly pipe (not shown) is screwed into the pipe holder 6 and the pipe holder 6 is removed from the housing 1 with it.
На верхний присоединительный фланец корпуса 1 устанавливается технологический фланец для проведения спускоподъемных операций с колонной насосно компрессорных труб - НКТ (не изображено). Колонну НКТ спускают через канал 20 запорного органа 10 в ствол скважины при открытом боковом отводе затрубного пространства.A technological flange is installed on the upper connecting flange of housing 1 for hoisting operations with a tubing string — tubing (not shown). The tubing string is lowered through the channel 20 of the locking element 10 into the wellbore with an open lateral outlet of the annulus.
К последней трубе колонны НКТ присоединяется трубодержатель 6 и размещается в корпусе 1 на предусмотренном для этого посадочном месте, которое предварительно должно быть тщательно промыто струей воды.A pipe holder 6 is attached to the last pipe of the tubing string and is placed in the housing 1 at the seat provided for this, which must first be thoroughly washed with a stream of water.
Трубодержатель 6 фиксируется в корпусе 1, пакет уплотнительных элементов, герметизирующих межтрубнре пространство, зажимается, для чего завертываются винты 7 на четыре оборота.The pipe holder 6 is fixed in the housing 1, the package of sealing elements that seal the annular space is clamped, for which the screws 7 are screwed four turns.
Пакет уплотнительных элементов трубодержателя 6 спрессовывается через нагнетательный клапан. 8 на рабочее давление 14 МПа с помощью ручного насоса. Перед опрессовкой предварительно вытесняют воздух через разрядную пробку 9.The package of sealing elements of the pipe holder 6 is pressed through the discharge valve. 8 at a working pressure of 14 MPa using a hand pump. Before pressure testing, air is preliminarily displaced through the discharge plug 9.
В процессе работы, т.е. при эксплуатации скважины по одному или нескольким боковым отводам трубного канала, шаровой запорный орган 10 должен находиться в положении, при котором паз 29 и канал 20 расположены горизонтально, уравнительный клапан закрыт, стопорные винты 5 завернуты до упора.In the process, i.e. when operating the well along one or more lateral branches of the pipe channel, the ball locking element 10 must be in a position in which the groove 29 and the channel 20 are horizontal, the equalizing valve is closed, the locking screws 5 are fully tightened.
Длительная и надежная эксплуатация трубной головки обеспечивается основными ее активными органами - запорным органом 10 и его шпинделем 14. Одной функцией запорного органа 10 в составе трубной головки является изоляция колонны НКТ от боковых патрубков корпуса 1 с одновременным соединением колонны НКТ с внешней средой при проведении монтажных и ремонтных операций, и с боковыми патрубками в вертикальном положении канала 20 и паза 29. Другой его функцией является соединение колонны НКТ с боковыми патрубками корпуса 1 с одновременной изоляцией колонны НКТ от внешней среды при эксплуатации скважины в горизонтальном положении канала 20 и паза 29 и пропускании из труб НКТ через каналы 21, 20 в магистральный трубопровод добываемой перекачиваемой среды, в которой на любом месторождении неизбежно имеются жидкие и газообразные примеси и твердые частицы. Шпиндель 14 является средством поворота органа 10 из одного из указанных положений в другое. Выполненный из стали 30ХМА шпиндель 14 передает крутящий момент от головки 26 под ключ на хвостовик 25 с необходимым запасом прочности.Long and reliable operation of the tube head is ensured by its main active organs - the locking element 10 and its spindle 14. One function of the locking element 10 in the composition of the pipe head is the isolation of the tubing string from the side pipes of the housing 1 with the simultaneous connection of the tubing string to the external environment during installation and repair operations, and with the side pipes in the vertical position of the channel 20 and the groove 29. Its other function is to connect the tubing string to the side pipes of the housing 1 with simultaneous isolation to tubing strings from the external environment during well operation in the horizontal position of channel 20 and groove 29 and passing from the tubing pipes through channels 21, 20 into the main pipeline of the produced pumped medium, in which at any field there are inevitably liquid and gaseous impurities and solid particles. The spindle 14 is a means of turning the organ 10 from one of these positions to another. Spindle 14 made of steel 30XMA transmits torque from the turnkey head 26 to the shank 25 with the necessary safety margin.
При воздействии хвостовика 25 шпинделя 14 на параллельные боковые стенки 23, 24 паза 22, имеющие форму сегментов окружности, перпендикулярных оси диаметрального канала 20, формируется максимально возможный крутящий момент для поворота полированной сферической поверхности запорного органа 10 по ответной сферической поверхности верхнего и нижнего седла 11, 12, поворот происходит без деформации поверхности седел 11, 12, поскольку кромки отверстий органа 10 притуплены, а сферическая поверхность полированная.When the shank 25 of the spindle 14 acts on the parallel side walls 23, 24 of the groove 22, having the shape of circle segments perpendicular to the axis of the diametrical channel 20, the maximum possible torque is formed to rotate the polished spherical surface of the locking member 10 along the mating spherical surface of the upper and lower saddles 11, 12, the rotation occurs without deformation of the surface of the seats 11, 12, since the edges of the holes of the organ 10 are blunt, and the spherical surface is polished.
Шпиндель устанавливается таким образом, что диаметральный и пересекающийся с ним радиальный пазы 29, 30 на торце головки под ключ параллельны диаметральному и радиальному (соответственно) каналам 20, 21 запорного органа 10, т.е. по положению пазов 29, 30 можно судить о текущем состоянии трубной головки.The spindle is mounted in such a way that the diametrical and radial grooves intersecting with it 29, 30 at the end of the turnkey head are parallel to the diametrical and radial (respectively) channels 20, 21 of the locking element 10, i.e. the position of the grooves 29, 30, you can judge the current state of the tube head.
Соотношение диаметров D1 u D2 каналов 20, 21, соответственно, выбрано оптимальным из условия обеспечения пропускания колонны НКТ через диаметральный канал 20 и обеспечения допустимой скорости потока перекачиваемого продукта через радиальный канал 21 с незначительными гидравлическими потерями на поворот и на ступенчатое изменение проходного сечения. Отсутствие острых кромок также не допускает вихреобразования на входе и выходе каналов 20, 21. Тем самым не допускается перегрев продукта и органа 10 за счет преобразования энергии потока в теплоту.The ratio of the diameters D 1 and D 2 of the channels 20, 21, respectively, is selected optimal from the condition of ensuring the tubing string passes through the diametrical channel 20 and ensuring the permissible flow rate of the pumped product through the radial channel 21 with insignificant hydraulic losses per rotation and stepwise change in the flow cross section. The absence of sharp edges also prevents vortex formation at the inlet and outlet of channels 20, 21. Thus, overheating of the product and organ 10 is not allowed due to the conversion of the flow energy into heat.
Свойства запорного органа 10 трубной головки в части прочностных характеристик и долговечности основаны на его геометрических характеристиках и свойствах релаксационностойкой хромистой стали и ее обработки азотированием. Химический состав в % стали 38Х2МЮАThe properties of the locking element 10 of the tube head in terms of strength characteristics and durability are based on its geometric characteristics and the properties of relaxation-resistant chromium steel and its treatment with nitriding. The chemical composition in% steel 38X2MYUA
Аналогичным составом и характеристиками обладают релаксационностойкие хромистые стали: сталь 38Х2ЮА, сталь 38ХВФЮ, сталь 20Х3МВФ, сталь 38Х2Ю.Relaxation-resistant chromium steels have the same composition and characteristics: steel 38Kh2YuA, steel 38KhVFYu, steel 20Kh3MVF, steel 38Kh2Yu.
Под термином «релаксация напряжений» понимают самопроизвольное снижение механических напряжений в металле, сопровождающееся изменением геометрии изделия. Уменьшение релаксационной стойкости большинства сплавов с повышением температуры обусловлено как изменением энергии тепловых колебаний атомов в кристаллической решетке, так и интенсификацией диффузионных процессов, облегчающих перемещение дислокации в кристаллической решетке. По этому релаксация напряжений приводит к снижению стойкости и постепенному нарушению геометрии ответственных деталей. Использование релаксационностойкого материала направлено на исключение указанных недостатков.The term "stress relaxation" is understood as a spontaneous reduction of mechanical stresses in a metal, accompanied by a change in the geometry of the product. The decrease in the relaxation stability of most alloys with increasing temperature is due to both a change in the energy of thermal vibrations of atoms in the crystal lattice and intensification of diffusion processes that facilitate the dislocation movement in the crystal lattice. Therefore, stress relaxation leads to a decrease in resistance and a gradual violation of the geometry of critical parts. The use of relaxation-resistant material is aimed at eliminating these disadvantages.
Прочность шпинделя 14, работающего при повороте запорного органа 10 на сжатие, изгиб, кручение и поверхностное смятие, основаны на его геометрических параметрах и свойствах хромомолибденовой стали и ее обработки - закалка и отпуск до твердости 197…235 НВ по Бринеллю.The strength of the spindle 14, working when the locking element 10 is rotated for compression, bending, torsion and surface crushing, is based on its geometric parameters and the properties of chromium-molybdenum steel and its processing — quenching and tempering to a hardness of 197 ... 235 HB according to Brinell.
Аналогичным составом и характеристиками обладают хромомолибденовые стали: 35ХМ, 38ХМ.Chromium-molybdenum steels have the same composition and characteristics: 35XM, 38XM.
Для обеспечения работоспособности трубной головки используется запорный орган 10 из жаропрочной релаксационностойкой хромистой стали 38Х2МЮА., подвергнутый азотированию - насыщению сферической полированной поверхности азотом с термообработкой до твердости 197…245 НВ по Бринеллю, с поверхностным азотированием на глубину h 0,3…0,5 и твердостью 8000…1000 HV по Виккерсу. При азотировании атомарный азот поглощается поверхностью жаропрочной релаксационностойкой хромистой стали с образованием твердого раствора азота в матрице нитридов железа и нитридов легирующих элементов. Азотирование повышает прочность запорного органа трубной головки из жаропрочной релаксационностойкой хромистой стали, повышает сопротивление задираемости (при условии радиально притупленного выполнения кромок отверстий каналов на сферической поверхности) и налипанию, ослабляет влияние концентраторов напряжений по контуру отверстий каналов на снижение предела выносливости стали, работающей в коррозионной среде, присутствующей в трубной головке. В результате азотирования и термообработки устраняется возможность разрушения кромок каналов 20, 21 под воздействием перекачиваемого продукта и имеющихся в нем примесей и твердых частиц, а также подавляется эффект заедания особенно по притупленным и скругленным кромкам отверстий каналов на сферической поверхности при контактном трении с седлом 11, 12, снижается коэффициент трения по полированной сферической поверхности, как показали испытания, с 0,7-0,8 до 0,4-0,15, обеспечивается долговечность полированной сферической поверхности и изделия в целом. При этом, надежно защищается и сохраняется от разрушения рабочая поверхность паза для размещения конца управляющего шпинделя 14, по которой передается усилие поворота. Таким образом, конструкция исключает заклинивание, заедание и/или разрушение ответственных поверхностей запорного органа 10.To ensure the operability of the tube head, a locking member 10 is made of heat-resistant relaxation-resistant chrome steel 38Kh2MYuA. Subjected to nitriding - saturation of the spherical polished surface with nitrogen with heat treatment to a hardness of 197 ... 245 HB Brinell, with surface nitriding to a depth of h 0.3 ... 0.5 and hardness of 8000 ... 1000 HV according to Vickers. When nitriding, atomic nitrogen is absorbed by the surface of heat-resistant relaxation-resistant chromium steel with the formation of a solid solution of nitrogen in the matrix of iron nitrides and nitrides of alloying elements. Nitriding increases the strength of the locking element of the tube head made of heat-resistant relaxation-resistant chrome steel, increases the resistance to scuffing (provided that the edges of the channel openings are radially blunted on a spherical surface) and sticking, weakens the effect of stress concentrators along the circuit of the channel openings to reduce the endurance of steel working in a corrosive environment present in the tube head. As a result of nitriding and heat treatment, the possibility of destruction of the edges of the channels 20, 21 under the influence of the pumped product and the impurities and solid particles present in it is eliminated, and the effect of jamming is especially suppressed on the blunted and rounded edges of the channel openings on a spherical surface during contact friction with a saddle 11, 12 , the coefficient of friction on the polished spherical surface decreases, as tests have shown, from 0.7-0.8 to 0.4-0.15, the durability of the polished spherical surface and the product in elom. At the same time, the working surface of the groove is reliably protected and preserved from destruction to accommodate the end of the control spindle 14, along which the rotation force is transmitted. Thus, the design eliminates jamming, seizing and / or destruction of critical surfaces of the locking element 10.
Таким образом, созданы эффективный запорный орган и шпиндель, расширен арсенал запорных органов со шпинделем для трубной головки.Thus, an effective locking element and spindle were created, the arsenal of locking elements with a spindle for the tube head was expanded.
При этом обеспечены снижение себестоимости, повышение долговечности, т.е. срока эксплуатации без ремонта, поскольку весь движущийся запорный орган состоит из одного релаксационностойкого материала со слоями (внутренним и наружным) различного строения. Внедрение азота (N2) в наружный слой, в выбранную сталь приводит к резкому увеличению твердости и износостойкости в полевых условиях, под воздействием агрессивной перекачиваемой среды при переменных низких и высоких температурах. Геометрическая форма шпинделя и пробки и ее выемки гарантирует точность обработки и, тем самым, безотказную работу узла при работе в составе трубной головки.At the same time, cost reduction, increased durability, i.e. lifetime without repair, since the entire moving locking element consists of one relaxation-resistant material with layers (internal and external) of various structures. The introduction of nitrogen (N 2 ) in the outer layer, in the selected steel, leads to a sharp increase in hardness and wear resistance in the field, under the influence of an aggressive pumped medium at variable low and high temperatures. The geometrical shape of the spindle and tube and its recess guarantees the accuracy of processing and, thus, failure-free operation of the unit when working as part of a pipe head.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009147467/22U RU94657U1 (en) | 2009-12-22 | 2009-12-22 | LOCKING BODY AND PIPE HEAD SPINDLE |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009147467/22U RU94657U1 (en) | 2009-12-22 | 2009-12-22 | LOCKING BODY AND PIPE HEAD SPINDLE |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU94657U1 true RU94657U1 (en) | 2010-05-27 |
Family
ID=42680898
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009147467/22U RU94657U1 (en) | 2009-12-22 | 2009-12-22 | LOCKING BODY AND PIPE HEAD SPINDLE |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU94657U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU190361U1 (en) * | 2018-10-22 | 2019-06-28 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "СПЛАВ" (АО "НПО "СПЛАВ") | SPINDLE PIPELINE ARMATURE |
-
2009
- 2009-12-22 RU RU2009147467/22U patent/RU94657U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU190361U1 (en) * | 2018-10-22 | 2019-06-28 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "СПЛАВ" (АО "НПО "СПЛАВ") | SPINDLE PIPELINE ARMATURE |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9964219B2 (en) | Ball valve | |
| EP2565500B1 (en) | Bidirectional pressure self balancing stop valve | |
| US8398053B2 (en) | Double piston trunnion mounted ball valves and methods of use | |
| US20200096119A1 (en) | Method of attaching or replacing a plug assembly | |
| CA2793592A1 (en) | Valves having ceramic trim with protected shut-off surfaces | |
| WO2003093705A1 (en) | Ball valve assembly | |
| CN201259012Y (en) | Automatic seal stop valve | |
| US20110037008A1 (en) | Plug valve | |
| US4272057A (en) | Valve and fastener therefor | |
| RU94657U1 (en) | LOCKING BODY AND PIPE HEAD SPINDLE | |
| US7124770B2 (en) | Shear mechanism for backpressure relief in a choke valve | |
| US8186646B2 (en) | Valve trim retention apparatus | |
| GB2484338A (en) | Valve seal | |
| KR102259180B1 (en) | Metal ball valve resolving and maintenance type for high temperature and high pressure liquid flow with sub Valve Class Number 4500 | |
| CN107289142A (en) | High leakproofness anti-corrosion new material steel lining butterfly valve | |
| CN2529015Y (en) | Ceramic valve | |
| Stojkov | The valve primer | |
| RU192701U1 (en) | Double ball valve | |
| RU207831U1 (en) | Gate valve with cylindrical body | |
| CN210461720U (en) | Low-torque high-temperature-resistant double-eccentric butterfly valve | |
| RU2803773C1 (en) | Shut-off bellows valve | |
| CN210600226U (en) | Double-cutoff bottom valve | |
| RU209326U1 (en) | CRYOGENIC BALL VALVE | |
| GB2584475A (en) | Nozzle check valve assembly | |
| Sahoo | Pick the right valve: know the pros and cons of each valve type to help select the right one for the job. |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20151223 |