Шаровой кран для высоких давлений

(54) ШАРОВОЙ КРАН для высоких ДАВЛЕНИЙ(71) Заявитель Открытое акционерное общество Сейсмотехника (ВУ)(72) Авторы Алампиев Олег Александрович Андросенко Александр Павлович Кордик Василий Николаевич Титов Виктор Иванович (ВУ)(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Сейсмотехника (ВУ)(56) Справочник-каталог По оборудованию и инструменту для предупреждения и ликвидации фонтанов. - М. Недра,1981. - С. 38, рис. 1.20. КН 2087783 С 1, 1997. ЗП 1555577 А 1, 1990. 5111675605 А 1, 1991.Шаровой кран ДЛЯ ВЫСОКИХ давлений, содержащий КОрПуС С ОСЕВЫМ каналом, УЗЕЛ управления С направляющим ШИПОМ, ШЭРОВУЪО ПрОбКу, ВЕрХНЕЕ И НИЖНЕЕ седла С ЭЛЕМЕНТаМИ ПОДЖаТИЯ И ограничителем хода СЕДЕЛ, ОТЛИЧЗЮЩИЙСЯ ТЕМ, ЧТО ОН снабжен ВТУЛКОЙ,установленной МЕЖДУ ВЕрХНИМ СЕДЛОМ И ограничителем хода СЕДЕЛ, С РЗЗМЕЩЕННЫМИ на НЕЙ элементами ГЕРМЕТИЗЭЦИИ ОСЕВОГО канала И ЕЕ ТОрЦЕВОЙ ПЛОСКОСТИ, обращенной К ВЕрХНЕМу СЕДЛу, ПрИ ЭТОМ на наружной ПОВЕРХНОСТИ Шаровой ПрОбКИ ВЫПОЛНЕН СКВОЗНОЙ ПаЗ, а Шаровая пробка И ВЕрХНЕЕ СЕДЛО установлены С гарантированным ЗЗЗОРОМ ОТНОСИТЕЛЬНО ОСЕВОГО канала И узла управления.Изобретение относится К области нефтегазового оборудования, а именно К кранам шаровым, предназначенным для перекрытия проходного сечения бурильного инструмента с целью предупреждения возникновения выброса жидкости или газа при бурении скважины и в процессе ликвидации открытых фонтанов.Известен кран щаровой для регулирования и перекрытия потоков рабочей среды (патент 2087783 КН, МПК Р 16 К 5/О 6, 1997), состоящий из корпуса, сферической поворотной пробки с приводом вращения и двойного уплотнения, непосредственно контактирующего с поверхностью пробки, и нажимного упругодеформируемого элемента.Из известных устройств наиболее близким аналогом-прототипом по технической сущности к предлагаемому изобретению является кран щаровой типа КШЦ (Справочниккаталог по оборудованию и инструменту для предупреждения и ликвидации фонтанов / Под ред. В.И. Хобатько. - М. Недра, 1981. - С. 38, рис. 1.20), состоящий из корпуса, щаровой пробки, двух плавающих в осевом направлении седел с уплотнительными кольцами,поджатых пружинами, двух стаканов, фиксирующих положение щаровой пробки, узла управления, гайки.Работает устройство следующим образом. Кран на бурильный инструмент устанавливают в открытом положении. После закрепления крана мащинным ключом при необходимости закрывается. Закрытие производится специальным ключом. Если открытие крана при одностороннем давлении затруднено, необходимо создать противодавление.Недостатком прототипа является низкая надежность и технологичность при работе с высокими давлениями. Данный недостаток обусловлен следующим1. Выполнение отверстия на наружной поверхности щаровой пробки в форме, ответной форме щипа узла управления, жестко центрирующей щаровую пробку в корпусе щарового крана. Односторонние высокие давления, воздействуя на щаровую пробку,смещают ее в ту или иную сторону в осевом направлении, заклинивая при этом узел управления и, как следствие, его вероятного выхода из строя. Для ликвидации заклинивания необходимо вовремя создать аналогичное давление с противоположной стороны, что снижает производительность и увеличивает технологичность производимых буровых или ремонтных работ.В практике максимальное давление, при котором возможно ручное управление краном, не превышает 10 МПа (приложение 1 рекламный проспект ГП Речицанефтемащ).2. В конструкции прототипа щаровая пробка и плавающие седла заневолены относительно единой базы, а именно внутренней поверхности стаканов. При этом щар заблокирован в осевом и радиальном направлениях, а плавающие седла имеют возможность только осевого перемещения. В данном случае замкнутая цепочка щаровая пробка - седла стаканы в радиальном направлении не имеет свободного размера, что теоретически не позволяет обеспечить точность одновременного гарантированного контакта по трем поверхностям. В данном случае надежность уплотнения зависит от предельной точности изготовления сферы щаровой пробки и сферических поверхностей седел. Практически они должны быть изготовлены с нулевыми допусками отклонения от сферичности и нулевым отклонением соосности их совместной сборки, т.к. при рабочем давлении более 350 МПа уплотнение подвижных поверхностей седло - щар - седло должно происходить металл по металлу.Технической задачей заявляемого изобретения является повыщение надежности работы и технологичности кранов, работающих при высоких давлениях.Рещение технической задачи достигается тем, что щаровой кран для высоких давлений, содержащий корпус с осевым каналом, узел управления с направляющим щипом,щаровую пробку, верхнее и нижнее седла с элементами поджатия и ограничителем хода седел, снабжен втулкой, установленной между верхним седлом и ограничителем хода се 2дел, с размещенными на ней элементами герметизации осевого канала и торцевой плоскости, обращенной К верхнему седлу, при этом на наружной поверхности щаровой пробки выполнен сквозной паз, а щаровая пробка и верхнее седло установлены с гарантированным зазором относительно осевого канала и узла управления.Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид изделия на фиг 2 - сечение А-А на фиг. 1 на фиг 3 - сечение Б-Б на фиг 1.Шаровой кран для высоких давлений содержит корпус 1 с осевым каналом, узел управления 2 с направляющим щипом 3, шаровую пробку 4, верхнее 5 и нижнее 6 седла,элементы поджатия 7 и ограничитель хода 8 седел 5, 6, снабжен втулкой 9, установленной между верхним седлом 5 и ограничителем хода 8 седел 5, 6, с размещенными на ней элементами герметизации 10 осевого канала и ее торцевой плоскости, обращенной к верхнему седлу 5, при этом на наружной поверхности щаровой пробки 4 выполнен сквозной паз,а щаровая пробка 4 и верхнее седло 5 установлены с гарантированным паз, а щаровая пробка 4 и верхнее седло 5 установлены с гарантированным зазором относительно осевого канала и узла управления 2.Работает щаровой кран для высоких давлений следующим образом.Под действием привода через узел управления 2 крутящий момент передается на щаровую пробку 4. Поворачиваясь на 9 О, щаровая пробка 4 открывается или перекрывает поток рабочей среды, проходящей через осевой канал корпуса 1. Положение щаровой пробки 4, при котором ее проходное сечение совпадает с проходным сечением корпуса 1 соответствует открытому положению щарового крана. При закрытом положении щаровой пробки 4 сопрягаемые щаровые поверхности щаровой пробки 4 и седел 5, 6 предотвращают переток рабочей жидкости из участка трубопровода, находящегося под давлением, в участок, предохраняемый от поступления рабочей среды. При различном перепаде давления в трубопроводе по обе стороны щарового крана щаровая пробка 4 и верхнее седло 5,установленные с гарантированным зазором б относительно корпуса 1 и узла управления 2,самоустанавливаются в осевом и радиальном направлениях, обеспечивая максимальную площадь контакта щаровой пробки 4 и седел 5, 6.При этом радиальное и осевое перемещение щаровой пробки 4 обеспечивается гарантированнь 1 ми зазорами б относительно корпуса 1 и узла управления 2 и выполнением отверстия 11 в виде сквозного паза. Установка втулки 9 между верхним седлом 5 и ограничителем хода 8 обеспечивает герметизацию щарового крана. Гарантированный прижим верхнего 5 и нижнего 6 седел обеспечивается элементами поджатия 7.Гарантированный зазор б необходим для обеспечения самоустановки щаровой пробки 4 и седла 5. Первоначально базой является забазированное по оси канала корпуса 1 седло 6. Шаровая пробка 4 центрируется по седлу 6 и становится базой для установки седла 5. Таким образом, цепочка седло 6 - щаровая пробка 4 - седло 5 самоустанавливается с максимально возможной площадью контакта.Повышение надежности работы и технологичности щарового крана для высокого давления достигается тем, что введение в конструкцию втулки 9 с элементами герметизации 10 позволяет перекрывать проход рабочей жидкости по осевому каналу корпуса 1 при закрытом положении щаровой пробки 4, а выполнение паза сквозным и обеспечение гарантированного зазора б верхнего седла 5 и щаровой пробки 4 между корпусом 1 и узлом управления 2 позволяет им самоустанавливаться в радиальном и осевом направлении.На данный момент щаровые краны для высокого давления серийно выпускаются в ОАО Сейсмотехника и используются нефтегазодобывающими трестами стран СНГ.Национальный Центр Интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.