Автоматический предохранительный клапан

 

Союз Советскмк

Соцмалмстмческмк

Республмк

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 02.07.79 (21) 2?88337/22-03 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.з

Е 21 В 43/12

Гесударстееннмк камитет до делам изобретений и еткрмтий

Опубликовано 23.08 81. Бюллетень №31

Дата опубликования описания 28.08.81 (53) УДК 622.245..7 (088.8) (72) Авторы изобретения

l

С. И. Ефимченко и В. С. Др

Московский ордена Трудового Красно1 о=Знамени институт

/ нефтехимической и газовой промышленности им И. Я. Губата (71) Заявитель (54) АВТОМАТИЧЕСКИЙ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН

Изобретение относится к установкам для бурения глубоких разведочных и эксплуатационных нефтяных и газовых скважин, а именно к предохранительным клапанам, которые могут быть использованы для защиты буровых насосов и оборудования нагнетательной линии от давлений промывочной жидкости, превышающих максимально допустимоее.

Известен предохранительный клапан, предназначенный для обеспечения автоматического перекрытия скважины при дав- 1О лениях, превышающих максимально допустимые, и состоящий из корпуса, расположенного в нем запорного органа и пружины возврата и удержания запорного органа в закрытом состоянии (1).

Однако устройство не может быть уста- IS новлено на устье скважины для регулирования тока промывочной жидкости.

Известен также автоматический предохранительный клапан, включающий корпус с осевым и радиальным каналами, установленный в осевом канале запорный орган, выполненный в виде ступенчатого штока, стопоры с упругими элементами для фиксации положений запорного рычага и регулирующую втулку (2) .

Недостатком известного автоматического клапана является сложность его конструкции, а также быстрый выход из строя уплотняющих элементов запорного органа промывочной жидкостью, как правило абразивной, из-за возможности длительной работы клапана в неполностью закрытом состоянии или из-за медленного его закрытия, а также ненадежность фиксации открытого и закрытого положения клапана.

Цель изобретения — увеличение долговечности клапана за счет уменьшения износа рабочего органа и повышение надежности фиксации рабочего органа в его крайних положениях.

Поставленная цель достигается тем, что стопоры с упругими элементами соосно установлены внутри корпуса и снабжены дополнительной регулирующей втулкой, причем стопоры выполнены в виде подпружиненных шариковых фиксаторов или разрезных цанг.

На фиг. 1 представлен автоматический предохранительный клапан в открытом по857448 ложении, стопоры которого выполнены в виде подпружиненных шариковых фиксаторов; на фиг. 2 — то же, в закрытом положении, стопоры которого выполнены в виде разрезных цанг; на фиг. 3 — разрез А — А на фиг. 2.

Автоматический предохранительный клапан состоит из корпуса 1 с осевым А и радиальным Б каналами и расположенного в нем запорного органа 2, выполненного в виде ступенчатого штока с коническими упорными поверхностями, механизма удержания запорного органа в нижнем закрытом положении, включающего упорные кольца 3 и 4, шариковый фиксатор 5 и пружину 6, механизма удержания запорного органа в верхнем открытом положении, включающего пружину 7, упорное кольцо 8 и шариковый фиксатор 9, установочные гайки 10 и 11.

Клапан работает следующим образом.

Запорный орган 2 с помощью фиксатора 9, пружины 7 и упорного кольца 8 поддерживается в верхнем положении до тех пор, пока давление в нагнетательной линии не снизится до минимального заданного значения. Из-зг соответствующего подбора угла наклона конических поверхностей упорного кольца 8 и запорного органа 2 большая часть усилия сжатой пружины 7 в этом положении воспринимается участком запорного органа, расположенного между фиксатором 9 и буртиком, на который опирается нижний конец пружины 7. Оставшаяся меньшая часть усилия сжатой пружины компенсируется усилием давления промывочной жидкости на нижний торец запорного органа. При снижении давления в нагнетательной линии ниже минимально заданного усилия, развиваемое давлением жидкости на нижний торец меньше требуемой для компенсации составляющей усилия сжатой пружины 7, в результате чего запорный орган начинает перемещаться вниз, фиксатор 9 выходит иэ конического паза запирающего органа и последний мгновенно под действием полного усилия сжатия пружины 7 опускается вниз и фиксируется в нижнем положении фиксатором 5. Пружина 7 выполняет роль механизма возврата запорного органа в нижнее закрытое положение.

При закрытом положении клапана запорный орган 2 зафиксирован в нижнем положении фиксатором 5. Максимальное давление, при котором происходит открытие клапана, регулируется упорной гайкой 10 подбором углов наклона конических поверхностей упорных колец 3 и 4 и конической поверхности запорного органа. При превь.шенин максимально заданного давления фиксатор 5 освобождает запорный орган и последний под действием силы максимального давления жидкости мгновенно перемещается в верхнее открытое, положение, где и фиксируется фиксатором 9.

Применение предлагаемого автоматического предохранительного клапана позволяет автоматически сбрасывать давление нагнетательной жидкости в гидравлической системе при превышении заданного предела, т.е. исключить аварийный режим работы оборудования, и, вместе с тем, автоматичесАвтоматический предохранительный клапан может быть выполнен со стопорами в виде разрезных цанг. В этом варианте он состоит из корпуса 1 и расположенного в нем запорного органа 2 с коническими упорными поверхностями, механизма удеожания запорного органа в нижнем закрытом положении, выполненного в виде разрезной цанги 3, механизма удержания запорного органа в верхнем

10 открытом положении, выполненного в виде разрезной цанги 4, механизма возврата запорного органа в нижнее закрытое положение, состоящего из пружины 5, установочных гаек 6 и 7, посредством которых устанавливаются предельные значения давления открытия и закрытия клапана.

В закрытом положении клапана основная часть вертикально направленного усилия, развиваемого промывочной жидкостью с давлением Ррм, на нижнем торце запорного органа 2, передается через коническую поверхность упорного бурта последнего на соответствующую коническую поверхность разрезной цанги 3 и далее через цангу на корпус клапана 1. Меньшая же часть усилия воспринимается пружиной возврата запирающего органа 5 и также передается на корпус. При достижении максимально допустимого давления упругие элементы разрезной цанги 3 разжимаются и запорный орган мгновенно перемещается вверх. При перемещении верхний торец запорного органа разжимает упругие элементы разрезной цанги механизма удержания запорного органа в верхнем открытом положении 4, н далее при полном прохождении верхней утолщенной части фиксируется разрезной

3s цангой. Запорное устройство находится в верхнем положении до тех пор, пока усилие пружины возврата 5 в сжатом состоянии не превысит сумму усилий — усилия, требуемого для открытия верхней разрезной цанги плюс усилие, развиваемое промывочной жид40 костью на нижнем торце запирающего органа.

Усилия срабатывания разрезных цанг 3 и 4 регулируются вертикальным перемещением установочных гаек 6 и 7, изменяющих

4 жесткость упругих элементов цанг.

При срабатывании предохранительного клапана для ввода нагнетательной линии буровых установок в рабочее состояние необходимо остановить насосы и вручную возвратить клапан в исходное рабочее положе50 ние

857448 ки закрыть клапан и привести гидравлическую систему в рабочее состояние при снижении давления до минимально заданного значения без вмешательства обслуживающего персонала и без полной остановки насосов.

Применение механизмов удержания запорного органа в нижнем закрытом и верхнем открытом положении клапана позволяет резко увеличить скорости движения запорного органа при срабатывании, что существенно уменьшает износ уплотнений абразивной струей промывочной жидкости и значительно увеличивает их долговечность.

Формула изобретения

1. Автоматический предохранительный клапан, включающий корпус с осевым и радиальным каналами, установленный в осевом канале запорный орган, выполненный в виде ступенчатого штока, стопоры с упругимн элементами для фиксации положений запорного органа и регулирующую втулку, отличающийся тем, что, с целью увеличения долговечности клапана за счет уменьшения износа рабочего органа и повышения надежности фиксации рабочего органа в его крайних положениях, стопоры с упругими элементами соосно установлены внутри корпуса и снабжены дополнительной регулирующей втулкой.

2. Клапан по и. 1, отличающийся тем, что стопоры выполнены в виде подпружиненных ш а р иковых фи кса торо в.

3. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что стопоры выполнены в виде разрезных цанг.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США № 3889751, кл. 166 †2, опублик. 1974.

2. Ильский А. Л. Расчет и конструироваго ння бурового оборудования. М., Гостоптехиздат. 1957, с. 488 †4 (прототип).

857448

4

А-А

Фиа. 2

Составитель С. Ефимченко

Редактор А. Шандор Техред А. Бойкас Корректор М. Коста

Заказ 718 I /52 Тираж 627 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета ССС> по делам изобретений и открытий

I 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4