Запірний кран з поворотним затвором з комбінованим прохідним каналом

Запірний кран з поворотним затвором, що включає циліндричний корпус з внутрішньою кільцевою проточкою, у якій повздовж горизонтальної осі виконані два радіальних отвори під шпиндель та упор, і поворотний затвор, розміщений між двома сідлами, виготовленими із двох концентричних половин у вигляді циліндричних втулок, підпружинених пружиною, з можливістю зворотнопоступального руху сідел у вертикальній площині U 1 3 сторону, у бік циліндричного отвору затвору на величину Δ, де Δ є різниця між розмірами двох найближчих прохідних каналів бурового інструмента - розмір кожного із яких визначений типорозміром труби, при цьому корпус є циліндричний і має внутрішню кільцеву проточку, у якій повздовж горизонтальної осі виконані два радіальних отвори під шпиндель та упор (Україна, патент № 29461, F16 К 5/00, F16 К 5/06, бюл. № 1, 2008р.). Однак цей запірний кран хоч і дає можливість забезпечити зміну розміру прохідного каналу і одночасного зниження крутного моменту у процесі закриття/відкриття крана, все ж наділений недостатніми гідравлічними характеристиками, пов'язаними залежністю зміни прохідного каналу з плавністю регулювання парціального тиску в процесі відкриття/закриття крану. В основу корисної моделі поставлена задача створення нового, більш вдосконаленого пристрою, придатного для плавного перекриття прохідного каналу бурильного інструмента - бурильних труб шляхом зміни форми прохідного каналу поворотного затвору і надання затвору нового кінематичного взаємозв'язку з сідлами забезпечити можливість позиційної зміни розміру прохідного каналу, плавність регулювання подачі сумарного парціального тиску і гідравлічних характеристик у процесі закриття/відкриття крана. Поставлена задача корисної моделі вирішується тим, що в запірному крані, який має циліндричний корпус з внутрішньою кільцевою проточкою, у якій повздовж горизонтальної осі виконано два радіальних отвори під шпиндель та упор, і поворотний затвор розміщений між двома сідлами, виготовленими із двох концентричних половин у вигляді підпружинених циліндричних втулок, з можливістю зворотно-поступального руху сідел у вертикальній площині корпусу і обертового руху затвору відносно горизонтальної осі корпусу з взаємодією затвора з поверхнею сідел зі зміною розміру прохідного каналу затвора у більшу або меншу сторону на величину, що обмежена типорозміром бурильної труби, згідно корисної моделі, поворотний затвор виконаний у формі кулі з комбінованим прохідним каналом у вигляді трьох еліптичних прохідних отворів, при цьому верхнє із сідел, підпружинене циліндричною пружиною, а нижнє оснащене кріпильним вузлом, із двох дисків і ущільнюючого кільця/сальника, котрий фіксаційною гайкою забезпечує цілісність конструкції і кінематику зв'язку поворотного затвора з сідлами, і комбінованою формою прохідного каналу затвору, властивим кульовому затвору обертовим рухом відносно горизонтальної осі корпусу, забезпечує плавну зміну розміру прохідного каналу і відповідну плавність парціального тиску, розподілом прохідної рідини по еліптичних прохідних отворах. За рахунок ознак, а саме їх сукупності, що поворотний затвор виконаний у формі кулі з комбінованим прохідним каналом у вигляді трьох еліптичних отворів, а також за рахунок того, що тільки одне із сідел оснащене циліндричною пружиною, а інше - додатковою прокладкою, котра фіксується гайкою, забезпечує цілісність конструкції і кінематику зв'язку поворотного затвора з сідлами, маємо 43001 4 достатнє рішення для виконання поставленої задачі. Так, поворотний затвор у формі кулі з комбінованим прохідним каналом у вигляді трьох еліптичних отворів дає можливість задавати крану ту, чи іншу величину пропуску, зокрема змінювати величину прохідного каналу за рахунок перекриття внутрішнього діаметру сідел на величину повної або часткової пропускної здатності трьох еліптичних отворів затвора і відповідну плавність парціального тиску розподілом прохідної рідини по кожному із трьох еліптичних прохідних отворів з запобіганням впливу можливих негативних гідравлічних проявів на буровий інструмент. Також запропонований приватний випадок виконання сідел, з підпружиненням тільки одного із них, що дає можливість підвищити надійність кінематики зв'язку, цілісність та герметичність конструкції. Поряд з цим те, що поворотний затвор у формі кулі залишається "плавучим" відносно шпинделя та упора, внаслідок розміщення останніх на одній горизонтальній осі, як і те, що одне із сідел є теж "плавучим", забезпечується зниження крутного моменту у процесі закриття/відкриття крана, тобто усувається потреба у прикладанні надлишкового зусилля для закриття чи відкриття крана. Отже таке запропоноване комплексне вирішення поставленої задачі зумовлює підвищення гідравлічних характеристик і відповідно експлуатаційних властивостей пристрою. Суть корисної моделі пояснюється кресленням. На фіг. 1 схематично наведено запропонований запірний кран з поворотним затвором з комбінованим прохідним каналом, на фіг. 2 - форма поворотного затвора і комбінованого прохідного каналу, на фіг. 3 - розміщення поворотного затвора в сідлах в позиції часткової пропускної здатності (розріз по діагоналі найбільшого еліптичного отвору), на фіг.4 - розміщення поворотного затвора в сідлах в закритій позиції. Запірний кран складається із циліндричного корпуса 1, який має внутрішню кільцеву проточку 2 (камеру), у якій розміщений поворотний затвор З у формі кулі з комбінованим прохідним каналом у вигляді трьох еліптичних отворів 4, що з'єднаний з шпинделем 5 через кулачкову муфту 6 з упором 7. Причому, останні встановлені у двох радіальних отворах (на фіг. не показано) повздовж горизонтальної осі. Затвор (3) кінематично зв'язаний з сідлами 8, виготовленими з двох концентричних половин у вигляді циліндричних втулок, одне з яких, як приклад нижнє, підпружинене циліндричною пружиною 9 і має змогу здійснювати зворотнопоступальний рух у вертикальній площині корпуса (1), який фіксується (задається) знизу упором 10 кільцевої проточки (2) і зверху фіксаційною гайкою 11. Поряд з цим, одне із сідел (8), як приклад верхнє, оснащене кріпильним вузлом із двох дисків, верхнього 12 і нижнього 13, з ущільнюючим кільцем/сальником 14. Для забезпечення герметичності шпиндель (5) і упор (7) споряджені прокладкою 15 і кільцями 16 і 17. Запірний кран працює таким чином. 5 Зібраний запірний кран може бути фіксований у трьох станах: знаходитися у повному відкритому положенні, коли поворотний затвор З зміщений у бік прохідного каналу з розміщенням трьох еліптичних отворів 4 вертикально (Фіг.1) - максимальна пропускна здатність крана; у частково відкритому положенні, коли поворотний затвор 3 зміщений у бік прохідного каналу з розміщенням часткової відкритості прохідних еліптичних отворів (Фіг.3) і у повністю закритому положенні, коли сідла 8 повністю перекривають усі три еліптичні отвори (Фіг.4). За потреби встановити запірний кран на бурильному інструменті із прохідним каналом, що відповідає максимальній пропускній здатності, ключем 18 повертають шпиндель 5, встановлюючи поворотний затвор у положення з вертикальним розміщенням еліптичних отворів 4 вздовж прохідного каналу корпусу 1, за якого запірний кран, встановлений на бурильному інструменті за допомогою різьбових внутрішніх і зовнішніх різьбових елементів (19 і 20 відповідно), передбачених на корпусі 1, знаходиться у відкритому положенні. 43001 6 При необхідності зміни пропускної здатності запірного крана, після повороту шпинделя 5 на певний кут, а саме за допомогою кулачкової муфти 6 забезпечується переміщення (обертання) затвора 3, і самовстановлення сідел 8, що є прилягаючі через наявність кільцевої пружини 9 і кріпильного вузла з двох дисків 12 і 13 з ущільнюючим кільцем/сальником 14, досягається фіксування крана у необхідному положенні з забезпеченням заданої пропускної здатності через еліптичні отвори (4) максимальної (Фіг.1), часткової (положення затвора на Фіг.3), чи у повністю перекритому стані (Фіг.4). Цим самим надається можливість позиційно змінювати величину прохідного каналу запірного крана в більшу або в меншу сторону залежно від типорозміру бурового інструмента та від наявних нафтогазових проявів, забезпечуючи при цьому плавність регулювання подачі сумарного парціального тиску і гідравлічних характеристик крану в процесі його закриття/відкриття. 7 Комп’ютерна верстка І.Скворцова 43001 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601