Ниппель для клапана-отсекателя и способ установки клапана-отсекателя в ниппель

Изобретение относится к трубопроводной арматуре для газовой промышленности, предназначено для проведения испытаний при разработке и создании клапанов-отсекателей, устанавливаемых в насосно-компрессорные трубы. Технический результат - снижение трудоемкости установки клапана-отсекателя в ниппель и проведения его испытаний. Ниппель для испытаний клапана-отсекателя содержит корпус в виде профилированного полого цилиндра с резьбой на концах и с профилированной внутренней поверхностью с кольцевой проточкой для подачи управляющего агента в рабочую полость клапана. В корпусе выполнен канал для подвода рабочего тела в кольцевую проточку. На внешней поверхности ниппеля выполнен упорный бурт, на корпусе ниппеля установлена с возможностью осевого перемещения и перестановки с одного конца корпуса на другой, по крайней мере, одна шайба, в которой одним концом установлены крепежные элементы, например, шпильки с гайками, а на другом конце крепежных элементов установлен с возможностью осевого перемещения крепежный элемент, взаимодействующий с выходной частью клапана-отсекателя. Для установки клапана-отсекателя в ниппель предложен также способ установки клапана-отсекателя в ниппель для проведения испытаний. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к трубопроводной арматуре для газовой промышленности, предназначено для проведения испытаний при разработке и создании клапанов-отсекателей, устанавливаемых в насосно-компрессорные трубы.

В настоящее время для управления потоком трубного пространства газовой скважины при ее эксплуатации и его аварийного перекрывания в случае необходимости используются гидравлически управляемые клапаны-отсекатели, содержащие корпус с размещенной в его полости поворотной заслонкой, удерживаемой в открытом положении фиксирующим механизмом, содержащим поршневое устройство, подвижный орган которого с одной стороны подпружинен, а с другой - сообщен с полостью корпуса, которые работают следующим образом.

При работе скважины в расчетных условиях, в управляющую полость клапана-отсекателя подается рабочая жидкость под давлением, которая воздействует на поршень исполнительного механизма и, преодолевая силу упругости возвратной пружины, перемещает рабочий орган исполнительного механизма, представляющий собой профилированный полый цилиндр, расположенный по оси клапана, к поворотной заслонке. Заслонка открывается и удерживается в открытом положении за счет поддержания давления в управляющей полости.

Известен клапан-отсекатель для газовой скважины, содержащий корпус с седлом, запорный орган, узел управления запорным органом, включающий подпружиненный шток с осевым каналом, установленный в корпусе с возможностью осевого перемещения и образующий с корпусом кольцевую полость для размещения управляющего агента, управляющего штоком, уплотнительные упорные кольца, при этом корпус и шток выполнены составными, опорные элементы конструкции, воспринимающие усилие пружины штока, и взаимодействующие с ответными упорными поверхностями корпуса и штока, выполнены с идентичными посадочными местами и с возможностью перестановки с одного конца штока на другой, во входной части осевого канала штока установлена сменная профилированная втулка, а кольцевая полость выполнена с возможностью одновременного глушения каналов подачи управляющего агента (патент РФ №2311578 С1 от 07.06.2006, МПК F16К 3/04, Е21В 34/06, F04B 47/00).

Для открытия запорного органа создают давление силового агента, который, воздействуя на поршень подпружиненного штока, перемещает шток в крайнее нижнее положение и открывает запорный орган в виде подпружиненной заслонки.

При сбрасывании давления, например, при возникновении аварийной ситуации, шток под действием пружины поднимается вверх, заслонка перекрывает проходное сечение штока, и поток газа перекрывается.

После изготовления каждый клапан проходит испытания, в частности проверяются герметичность всех уплотнений, ход штока, рабочее давление открытия клапана с последующей его настройкой и т.д.

Испытания данного клапана проводятся следующим образом. Клапан устанавливается в специальный ниппель, представляющий собой полый цилиндр с профилированной внутренней поверхностью, на которой выполнена специальная проточка под кулачки замка клапана. Клапан при помощи срезных штифтов устанавливается на специальном инструменте и вставляется внутрь ниппеля. Для монтажа используется специальный инструмент, представляющий собой длинный металлический стержень, по которому в заданных пределах перемещается груз. Груз периодически перемещается персоналом вверх-вниз или вправо-влево и потенциальная энергия груза переходит в кинетическую энергию удара груза об элементы клапана, и в зависимости от направления удара, клапан вставляется в ниппель или демонтируется из ниппеля (TEST NIPPLE ASSY for 4¹/₂B6-HP SAFETY VALVE. Посадочный ниппель фирмы «Camco LTD», 1976 г. - прототип.)

Кулачки при помощи специальной цанговой муфты разжимаются в кольцевой проточке, закрепляются при помощи специальных подпружиненных штифтов и фиксируют, таким образом, клапан от осевого перемещения.

Для того чтобы испытать работоспособность заслонки клапана, необходимо навинтить трубу на ниппель для увеличения его длины.

После испытаний клапан вынимается из ниппеля при помощи специальных инструментов, при этом срезаются подпружиненные штифты. Необходимо отметить, что для установки и извлечения клапана из ниппеля используются разные инструменты.

Основными недостатками данного ниппеля и способа установки клапана-отсекателя в ниппель являются значительная сложность конструкции нипеля, необходимость применения специальных инструментов для монтажа и демонтажа клапана в ниппеле, наличие расходных одноразовых материалов в виде срезных штифтов.

Технической задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков и создание посадочного ниппеля для испытаний клапана-отсекателя, конструкция которого позволит снизить трудоемкость установки клапана-отсекателя в ниппель и проведения его испытаний.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в ниппеле для испытаний клапана-отсекателя, содержащем корпус в виде профилированного полого цилиндра с резьбой на концах и с профилированной внутренней поверхностью с кольцевой проточкой для подачи управляющего агента в рабочую полость клапана, канал для подвода рабочего тела в кольцевую проточку, согласно изобретению, на внешней поверхности ниппеля выполнен упорный бурт, на корпусе ниппеля установлена с возможностью осевого перемещения и перестановки с одного конца корпуса на другой, по крайней мере, одна шайба, в которой одним концом установлены крепежные элементы, например шпильки, а на другом конце крепежных элементов установлен с возможностью осевого перемещения крепежный элемент, взаимодействующий с выходной частью клапана-отсекателя.

Для установки клапана-отсекателя в предложенный ниппель наиболее целесообразно использовать следующий способ его применения, заключающийся в осевом перемещении клапана-отсекателя внутрь ниппеля при помощи создания осевого усилия специальными инструментами, фиксации его от осевого перемещения при помощи специальной оснастки, и последующего извлечения клапана из ниппеля за счет создания осевого усилия, направленного на перемещение клапана-отсекателя из ниппеля, в котором, согласно изобретению, при установке клапана-отсекателя в ниппель осевое усилие создают при помощи изменения осевого расстояния, например, вращая гайки на шпильках, между шайбой, установленной на корпусе ниппеля со стороны входной части клапана-отсекателя, и взаимодействующей опорной поверхностью с упорным буртом на корпусе ниппеля, и ответным упорным элементом, выполненным, например, в виде шайбы и взаимодействующим опорной поверхностью с выходной частью клапана, фиксацию клапана-отсекателя в заданном положении осуществляют путем установки и фиксации на крепежных элементах, например шпильках, дополнительных шайб, одна из которых взаимодействует с упорной поверхностью бурта, расположенного на корпусе ниппеля, другая - с упором, установленным в выходной части клапана-отсекателя и имеющим канал для прохождения рабочего тела, а при извлечении клапана-отсекателя из ниппеля снимают дополнительные шайбы, опорную шайбу на корпусе ниппеля располагают таким образом, чтобы она располагалась со стороны выходной части клапана, и затем создают осевое усилие, изменяя расстояние между опорными поверхностями шайбы и упора, установленного в выходной части клапана-отсекателя.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что в заявляемом устройстве, в отличие от конструктивного выполнения прототипа, на внешней поверхности ниппеля выполнен упорный бурт, на корпусе ниппеля установлена с возможностью осевого перемещения и перестановки с одного конца корпуса на другой, по крайней мере, одна шайба, в которой одним концом установлены крепежные элементы, например шпильки, а на другом конце крепежных элементов установлен с возможностью осевого перемещения крепежный элемент, взаимодействующий с выходной частью клапана-отсекателя.

Таким образом, совокупность существенных признаков заявляемого технического решения обеспечивает получение технического результата, выражающегося в расширении функциональных возможностей устройства.

Конструктивное решение устройства дает возможность сократить ассортимент инструмента, необходимого для проведения испытаний клапана, снизить время и стоимость их обслуживания, снизить время обслуживания скважины при ремонтных работах.

Сущность предложенного технического решения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез предложенного ниппеля с установленным внутри него клапаном-отсекателем, на фиг.2 - продольный разрез предложенного ниппеля, крепежных элементов и клапана при установке клапана-отсекателя в ниппель, на фиг.3 - продольный разрез предложенного ниппеля, крепежных элементов и клапана при демонтаже клапана-отсекателя из ниппеля, на фиг.4 - продольный разрез предложенного ниппеля, крепежных элементов и клапана при фиксации клапана-отсекателя в ниппеле.

Основными элементами предложенного ниппеля являются:

1 - корпус;

2 - профилированная внутренняя поверхность;

3 - кольцевая проточка;

4 - канал;

5 - упорный бурт;

6 - шайба;

7 - шпильки;

8 - крепежный элемент;

9 - выходная часть клапана-отсекателя.

10 - верхняя заглушка ниппеля;

11 - нижняя заглушка ниппеля.

Ниппель для испытаний клапана-отсекателя содержит корпус 1 в виде профилированного полого цилиндра с резьбой на концах и с профилированной внутренней поверхностью 2. Внутри выполнена кольцевая проточка 3 для подачи управляющего агента в рабочую полость клапана. В корпусе ниппеля 1 выполнен канал 4 для подвода рабочего тела в кольцевую проточку 3. На внешней поверхности корпуса ниппеля 1 выполнен упорный бурт 5. На корпусе ниппеля 1 установлена с возможностью осевого перемещения и перестановки с одного конца корпуса на другой шайба 6, в которой одним концом установлены шпильки 7 с гайками. На другом конце шпилек 7 установлен с возможностью осевого перемещения крепежный элемент 8, взаимодействующий с выходной частью клапана-отсекателя 9. На резьбовых концах корпуса ниппеля установлены заглушки - верхняя 10 и нижняя 11 соответственно.

Предложенный ниппель используется следующим образом.

Предварительно клапан-отсекатель 9 вставляют в корпус 1 ниппеля входной частью и перемещают до шевронных уплотнений на клапане. Затем монтируют на корпусе 1 шайбу 5 и шпильки 7 с крепежным элементом 8. При дальнейшей установке клапана-отсекателя 9 в корпус 1 ниппеля осевое усилие для преодоления силы упругости и трения шевронных уплотнений о внутреннюю поверхность 2 корпуса 1, создают при помощи изменения осевого расстояния, например, вращая гайки на шпильках 7, между шайбой 6, установленной на корпусе 1 ниппеля со стороны входной части клапана-отсекателя 9, и взаимодействующей опорной поверхностью с упорным буртом 5 на корпусе ниппеля, и ответным упорным элементом 8, выполненным, например, в виде шайбы, и взаимодействующим опорной поверхностью с выходной частью клапана-отсекателя.

Фиксацию клапана-отсекателя в заданном положении для испытаний без заглушек 10 и 11 осуществляют путем установки и фиксации на крепежных элементах, например шпильках 7, дополнительных шайб 6, одна из которых взаимодействует с упорной поверхностью бурта 5, расположенного на корпусе 1 ниппеля, другая - с упором крепежного элемента 8, установленного в выходной части клапана-отсекателя и имеющего канал для прохождения рабочего тела. После установки клапана-отсекателя на заданную глубину в ниппеле, при испытаниях пары «ниппель - клапан-отсекатель», все крепежные элементы демонтируют, а на концы ниппеля 1 с резьбой наворачивают специальные заглушки - верхнюю 10 и нижнюю 11. В этом случае клапан будет зафиксирован от осевого перемещения при помощи заглушек.

При извлечении клапана-отсекателя из ниппеля предварительно снимают заглушки 10 и 11, снимают дополнительные шайбы 6, опорную шайбу 6 на корпусе 1 ниппеля располагают таким образом, чтобы она располагалась со стороны выходной части 9 клапана, и затем создают осевое усилие, изменяя расстояние между опорными поверхностями шайбы 6 и упора крепежного элемента 8, установленного в выходной части клапана-отсекателя 9.

Использование предложенного технического решения позволит унифицировать конструкцию ниппеля для испытаний клапана-отсекателя, создав, таким образом, универсальный ниппель, комплектуя при необходимости практически из одних и тех же составляющих ниппель для испытаний клапана-отсекателя как с заглушками, так и без них, значительно расширить его функциональные возможности, что в конечном итоге позволит значительно снизить время и затраты на проведение испытаний клапанов-отсекателей на модельных компонентах.

Проведенные авторами и заявителем испытания полноразмерного ниппеля для клапана-отсекателя полностью подтвердили правильность заложенных конструкторско-технологических решений.

1. Ниппель для испытаний клапана-отсекателя, содержащий корпус в виде профилированного полого цилиндра с резьбой на концах и с профилированной внутренней поверхностью с кольцевой проточкой для подачи управляющего агента в рабочую полость клапана, канал для подвода рабочего тела в кольцевую проточку, отличающийся тем, что на внешней поверхности ниппеля выполнен упорный бурт, на корпусе ниппеля установлена с возможностью осевого перемещения и перестановки с одного конца корпуса на другой, по крайней мере, одна шайба, в которой одним концом установлены крепежные элементы, например шпильки с гайками, а на другом конце крепежных элементов установлен с возможностью осевого перемещения крепежный элемент, взаимодействующий с выходной частью клапана-отсекателя.

2. Способ установки клапана-отсекателя в ниппель для проведения испытаний, заключающийся в осевом перемещении клапана-отсекателя внутрь ниппеля при помощи создания осевого усилия специальными инструментами, фиксации его от осевого перемещения при помощи специальной оснастки, и последующего извлечения клапана из ниппеля за счет создания осевого усилия, направленного на перемещение клапана-отсекателя из ниппеля, отличающийся тем, что при установке клапана-отсекателя в ниппель осевое усилие создают при помощи изменения осевого расстояния, например, вращая гайки на шпильках, между шайбой, установленной на корпусе ниппеля со стороны входной части клапана-отсекателя, и взаимодействующей опорной поверхностью с упорным буртом на корпусе ниппеля, и ответным упорным элементом, выполненным, например, в виде шайбы, и взаимодействующим опорной поверхностью с выходной частью клапана, фиксацию клапана-отсекателя в заданном положении осуществляют путем установки и фиксации на крепежных элементах, например шпильках, дополнительных шайб, одна из которых взаимодействует с упорной поверхностью бурта, расположенного на корпусе ниппеля, другая - с упором, установленным в выходной части клапана-отсекателя и имеющим канал для прохождения рабочего тела, а при извлечении клапана-отсекателя из ниппеля снимают дополнительные шайбы, опорную шайбу на корпусе ниппеля располагают таким образом, чтобы она располагалась со стороны выходной части клапана, и затем создают осевое усилие, изменяя расстояние между опорными поверхностями шайбы и упора, установленного в выходной части клапана-отсекателя.