Электрический шаровой кран для создания переменного потока жидкостей

Использование: для создания гармонического колебания значений расхода жидкостей при гидродинамических исследованиях на нефтяных месторождениях. Предлагаемое электромеханическое устройство на фланцевых соединениях для крепления к трубопроводу состоит из шагового двигателя, передаточного вал-штока, соединительных болтов, шарового запора с каналом для прохода рабочей жидкости в виде ромбического выреза, входного и выходного патрубков, уплотнительных колец из полимерных материалов находящихся в концентрических канавках, прижимных болтов. Все вышеуказанное позволило:

1. Создать технологически простое устройство для проведения гидродинамических исследований методом фильтрационных волн давления.

2. Максимально снизить массу и габариты гидродинамического комплекса.

3. Получить недорогой инструмент для нефтяной промышленности и опытных производств.

4. Минимизировать цену эксплуатационного обслуживания устройства.

Настоящая полезная модель относится к области машиностроения

Из существующего уровня техники известен шаровой кран (RU 45010 U1 опубл. 10.04.2005), содержащий корпус с соосными входным и выходным патрубками, седла с размещенной между ними шаровой поворотной пробкой, сопряженный с шаровой пробкой вал, а также рукоятку и привод возвратно-вращательного движения шаровой пробки в пределах сектора 90° в виде установленного на валу приводного зубчатого колеса, отличающийся тем, что привод возвратно-вращательного движения шаровой пробки снабжен системой из зубчатых колес и муфтой соединения-разъединения вала привода в конечных положениях поворота, а рукоятка привода ручного управления оснащена двухсторонним храповым механизмом с обеспечением дискретной фиксации шаровой пробки через 90° в пределах ее полного оборота. Недостатками данного технического решения является большая сложность в изготовлении возвратно-вращательного механизма и невозможность вращения вала вокруг своей оси на 360°.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является шаровой кран (RU 8071 U1, опубл. 16.10.1998), содержащий корпус, сферическую поворотную пробку, размещенную в седловых уплотнениях из неметаллического материала и связанную с приводом вращения, а также разгрузочные коммуникации, сообщающие входную и выходную полости корпуса, отличающийся тем, что разгрузочные коммуникации выполнены в виде по меньшей мере одной канавки произвольного сечения, размещенной на внутренней поверхности корпуса. Недостатком данного технического решения является невозможность достижения гармонического расхода жидкостей.

Задачей, на решение которой направлено заявляемая полезная модель является создание на выходе шарового крана гармонического колебания значений расхода жидкости, что является необходимым при проведении гидродинамических исследований нефтяных месторождений по методу фильтрационных волн давления для получения фильтрационно-емкостных параметров нефтяных месторождений. Для этого, согласно полезной модели, установив ее на устье скважины вместо боковой задвижки, можно создавать в насосно-компрессорной трубе гармонический расход движущихся рабочих жидкостей, то есть расход в трубе будет меняться по синусоидальному закону (Овчинников М.Н. Интерпретация результатов исследований пластов методом фильтрационных волн давления/ - Казань: Новое знание, 2003. - 84 с.).

Данная задача решается за счет того, что заявленный шаровой кран, содержащий корпуса с входным и выходным патрубками с фланцевыми соединениями для крепления к трубопроводу, канала для прохода рабочей среды, два седлообразных уплотнительных кольца из полимерных материалов, находящихся в концентрических канавках входного и выходного патрубка полностью соприкасающиеся с поверхностью шарового запора, отличается тем, что канал для прохода рабочей среды в шаровом запоре имеет ромбический вырез для создания гармонического расхода жидкостей и шаровой запор приводимый в движение через передаточный вал-шток при помощи шагового двигателя способен вращаться вокруг вертикальной оси на 360°.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является способность шарового крана выдавать на выходе после себя гармонические колебания потока жидкости.

Краткое описание чертежей. Сущность полезной модели поясняется чертежами:

На фиг.1 представлен продольный разрез шарового крана, который является графическим изображением заявляемой полезной модели.

На фиг.1. шаговый двигатель (1) соединен при помощи болтов (2) с передаточным валом-штоком (11), который стыкуется с шаровым запором (3) при помощи вырезанной канавки в последнем. Шаровой запор (3) с каналом для прохода рабочей среды (9) зажат между входным (4) и выходным (8) патрубками прижимными болтами (6) и защищен от протечки при помощи уплотнительных колец из полимерных материалов (5) находящихся в концентрических канавках (10) входного (4) и выходного (8) патрубка. Шаровой кран крепится к трубопроводу при помощи фланцевых соединений (7).

На фиг.2 представлено поперечное сечение шарового запора в виде ромбического выреза. Ромбический вырез необходим для создания гармонического колебания значений расхода жидкостей проходящих через шаровой кран.

На фиг.3 представлен типичный вид колебаний дебита проходящей через кран жидкости, в зависимости от скорости вращения шарового запора. На данном графике показано 5 режимов работы электроуправляемого шарового крана соответственно с периодами 20, 30, 50, 100, 200 сек.

Работает устройство следующим образом: шаговый двигатель, через передаточный вал вращает шаровой запор вокруг оси на 360°, тем самым плавно увеличивает и затем уменьшает площадь проходного сечения шарового запора, что приводит соответственно к плавному нарастанию, а затем и спаду количества рабочей жидкости проходящей через кран. Увеличение/уменьшение напряжения подаваемого на шаговый двигатель приводит к росту/спаду циклической скорости ротора и увеличению/уменьшению скорости вращения передаточного ротора, а с ним и шарового запора, что является быстрой/медленной сменой нарастания и спада количества проходящей жидкости в единицу времени через площадь поперечного сечения шарового запора, что является необходимым условием (возможность задачи нескольких режимов работы крана - нескольких периодов, фиг.2) для проведения гидродинамических исследований на нагнетательных и эксплуатационных скважинах нефтяных месторождений методом ФВД (Гаврилов А.Г. Исследования пластов методом фильтрационных волн давления с использованием автоматизированных систем управления экспериментом / А.Г.Гаврилов М.Н.Овчинников, В.Л.Одиванов. Казань: Изд-во КГУ. - 2009. - 140 с.)

Данная разработка предложена для внедрения в гидродинамический комплекс по исследованию нагнетательных и эксплуатационных скважин нефтяных месторождений методом фильтрационных волн давления. Это приведет к значительному удешевлению, как самих исследований, так и гидродинамического комплекса в целом.

Электроуправляемый шаровой кран для создания переменного потока жидкостей, содержащий корпус с входным и выходным патрубками с фланцевыми соединениями для крепления к трубопроводу, канал для прохода рабочей среды, два седлообразных уплотнительных кольца из полимерных материалов, находящихся в концентрических канавках входного и выходного патрубков, полностью соприкасающиеся с поверхностью шарового запора, отличающийся тем, что канал для прохода рабочей среды в шаровом запоре имеет ромбический вырез для создания гармонического колебания значений расхода жидкостей и шаровой запор, приводимый в движение через передаточный вал-шток при помощи шагового двигателя, способен вращаться вокруг вертикальной оси на 360°.