Регулирующий клапан для регулирования потока текучей среды

Номер патента: 24622

Опубликовано: 31.10.2016

Автор: Хусвег Трюгве

Есть еще 3 страницы.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Регулирующий клапан (1) для регулирования потока текучей среды, содержащий входную камеру (2), имеющую входное отверстие (3) для текучей среды, и соосно расположенную выходную камеру (4), выполненную суженной таким образом, что площадь ее внутреннего поперечного сечения уменьшается, а затем увеличивается в направлении потока, и имеющую выходное отверстие (5) для текучей среды, при этом указанная входная камера (4) содержит соосно расположенную клетку (6), открытую в указанную выходную камеру и имеющую в своей стенке по меньшей мере одно клапанное отверстие (7), выполненное для обеспечения возможности прохождения текучей среды из указанного входного отверстия (3) для текучей среды в указанную выходную камеру (4), при этом указанный регулирующий клапан также содержит соосно расположенный затвор (10), выполненный с возможностью аксиального перемещения по отношению к указанной клетке (6) для закрывания и открывания указанного клапанного отверстия (7), и клапанный привод (9, 11, 12, 13), выполненный с возможностью управления перемещением указанного затвора (10) или клетки (6) относительно друг друга с обеспечением закрытия или открытия, тем самым, указанного клапанного отверстия (7), причем указанное клапанное отверстие (7) выполнено с возможностью придания текучей среде, выходящей из указанной клетки (6), тангенциальной составляющей скорости относительно продольной оси (31) указанной клетки.

2. Клапан по п.1, в котором входное отверстие (3) и/или входная камера (4) выполнены с обеспечением придания текучей среде, протекающей из указанного входного отверстия (3) в указанное клапанное отверстие (7), тангенциальной составляющей скорости относительно оси (31) указанной клетки.

3. Клапан по п.1 или 2, в котором указанное клапанное отверстие (7) представляет собой отверстие, ориентированное относительно оси указанной клетки (6) в направлении, имеющем как аксиальную, так и тангенциальную составляющую.

4. Клапан по любому из пп.1-3, в котором в указанной выходной камере вниз по потоку от ее суженной части расположен гаситель (19) вихрей.

5. Клапан по п.4, в котором указанный гаситель (19) вихрей содержит как радиально, так и соосно расположенные лопатки, которые соприкасаются с текучей средой и поверхности которых расположены под углом по отношению к оси указанной выходной камеры, постоянно уменьшающимся от лопатки к лопатке в направлении от конца, ближнего к указанной клетке, к концу, удаленному от указанной клетки.

6. Клапан по любому из пп.1-5, в котором указанное входное отверстие для текучей среды и указанное выходное отверстие для текучей среды, по существу, соосны с указанными входной и выходной камерами.

7. Регулирующий клапан для регулирования потока текучей среды, выполненный в виде затворно-клетевого клапана, имеющего входную камеру с входным отверстием, выходную камеру, клетку с выполненными в стенке клетки отверстиями, причем клетка открыта в выходную камеру, затвор и клапанный привод, выполненный с возможностью перемещения указанного затвора или клетки относительно друг друга для закрытия или открытия отверстий клетки, отличающийся тем, что входное отверстие выполнено под прямым углом к оси клетки, а отверстия клетки представляют собой аксиально ориентированные отверстия и тангенциально ориентированные отверстия относительно продольной оси клетки, при этом выходная камера выполнена суженной таким образом, что площадь ее внутреннего поперечного сечения уменьшается, а затем увеличивается в направлении потока.

8. Клапан по п.7, в котором угол между осью потока через тангенциально ориентированные отверстия в плоскости, перпендикулярной оси указанной клетки, и радиусом от оси клетки до центра указанных отверстий, выполненных в стенке указанной клетки, составляет от 35 до 88°.

9. Клапан по п.7, в котором угол между осью потока через аксиально ориентированные отверстия и плоскостью, перпендикулярной оси указанной клетки и проходящей через центр любого из указанных отверстий, выполненных в стенке указанной клетки, составляет от 5 до 70°.

10. Применение клапана по любому из пп.1-9 для изменения скорости потока или давления эмульсии через трубопровод.

11. Применение по п.10, в котором плотность дисперсионной фазы эмульсии больше, чем плотность дискретной фазы.

Рисунок 1

Текст

Смотреть все

РЕГУЛИРУЮЩИЙ КЛАПАН ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОТОКА ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ Изобретение предлагает регулирующий клапан (1) для регулирования потока текучей среды,содержащий входную камеру (2), имеющую входное отверстие (3) для текучей среды и соосно расположенную выходную камеру (4), выполненную суженной таким образом, что площадь ее внутреннего поперечного сечения уменьшается, а затем увеличивается в направлении потока, и имеющую выходное отверстие (5) для текучей среды. Указанная входная камера (4) содержит соосно расположенную клетку (6), открытую в указанную выходную камеру и имеющую в своей стенке по меньшей мере одно клапанное отверстие (7), выполненное для обеспечения возможности прохождения текучей среды из указанного входного отверстия (3) для текучей среды в указанную выходную камеру (4). Указанный регулирующий клапан также содержит соосно расположенный затвор (10), выполненный с возможностью аксиального перемещения относительно указанной клетки (6) для закрывания и открывания указанного клапанного отверстия (7), и клапанный привод (9, 11, 12, 13), выполненный с возможностью управления перемещением указанного затвора (10) или клетки (6) относительно друг друга с обеспечением закрытия или открытия тем самым указанного клапанного отверстия (7), причем указанное клапанное отверстие выполнено с возможностью придания текучей среде, выходящей из указанной клетки (6), тангенциальной составляющей скорости относительно продольной оси (31) указанной клетки. Это изобретение относится к клапану для регулирования потока текучей среды или дроссельному клапану, а именно, к клапану для регулирования давления и потока двухфазной текучей среды или текучей среды с большим количеством фаз, содержащей, например, дисперсионную фазу (например, масло или газ) и дискретную фазу (например, капли воды или масла), а также к способу регулирования давления и скорости потока текучей среды при использовании такого клапана. При добыче и переработке углеводородов, например, из нефтяной скважины, в них часто присутствует вода и, следовательно, требуется осуществить ее отделение от углеводородов. Перед завершением разделения может оказаться необходимым регулировать поток воды, содержащей захваченные жидкие или газообразные капельки или пузырьки углеводородов, или жидкого углеводорода, содержащего захваченные капельки воды и пузырьки газа, или газообразного углеводорода, содержащего захваченные капельки воды и нефти и т.д. Так как отделение захваченных капелек труднее осуществить с капельками меньшего размера, то важно, чтобы процедура переработки не вызывала диспергирования капелек. Точно так же, в переработке добытой из углеводородных скважин воды важно не вызвать дальнейшее диспергирование захваченных капелек нефти, так как добытая вода должна быть по существу очищена от захваченных капелек нефти перед ее возвращением в окружающую среду. Традиционные клапаны регулирования потока текучей среды или дроссельные клапаны при изменении потока текучей среды (например, открытии или закрытии клапана) могут стать причиной возникновения больших поперечных усилий в текущей текучей среды, которые вызывают диспергирование капелек. Тифоникс АС в описании международной патентной заявки 2007/024138 (описание которого включено в настоящий документ посредством ссылки) предлагает использование регулирующего клапана, в котором втекающей текучей среде придается вращательный режим в том месте, где скорость потока изменяется благодаря работе клапана. Это достигается попаданием текучей среды в цилиндрическую входную камеру через тангенциальное входное отверстие, которое может быть закрыто аксиальным перемещением плунжера в этой камере. Циркулирующая текучая среда проходит от открытого конца входной камеры через соосно размещенную цилиндрическую выходную камеру и выходит из клапана через выходное отверстие в выходной камере. Термины "регулирующий клапан" и "дроссельный клапан" обычно относятся к участку в системе переработки текучей среды, где расположены клапаны, а также к выполняемым ими функциям. Для удобства, далее термин "регулирующий клапан" будет подразумевать оба значения. Было обнаружено, что работа регулирующего клапана улучшается при использовании клапана, содержащего элемент с отверстиями, выполненный с возможностью перемещения относительно поверхности между открытым положением, в котором возможен поток текучей среды через отверстие(я), и закрытым положением, в котором поток этой текучей среды уменьшается или устраняется, а отверстие выполнено под углом для придания вращательной составляющей скорости потока текучей среды, проходящей через это отверстие. В одном из предпочтительных вариантов выполнения это достигается расположением "затворно-клетевого" клапана, имеющего тангенциальные отверстия, в "клетке" между входной и выходной камерами, и с использованием плунжера в качестве затвора для прекращения потока путем закрывания отверстий в "клетке". С такой модификацией в клетке потери энергии при прохождении текучей среды через клапан в основном происходят из-за силы завихренного потока в выходной камере и не являются причиной значительного диспергирования капелек. Таким образом, с точки зрения одного аспекта изобретение предлагает регулирующий клапан для регулирования потока текучей среды, содержащий цилиндрическую входную камеру, имеющую входное отверстие для текучей среды, и соосно расположенную цилиндрическую выходную камеру, выполненную суженной таким образом, что площадь ее внутреннего поперечного сечения уменьшается, а затем увеличивается в направлении потока, и имеющую выходное отверстие для текучей среды, причем указанная входная камера содержит соосно расположенную цилиндрическую клетку, открытую в указанную выходную камеру и, кроме того, указанная клетка имеет на своей цилиндрической стенке по меньшей мере одно клапанное отверстие для обеспечения возможности прохождения текучей среды из указанного входного отверстия для текучей среды в указанную выходную камеру, указанный регулирующий клапан также содержит соосно расположенный цилиндрический затвор, выполненный с возможностью аксиального перемещения относительно указанной клетки для закрывания и открывания указанного клапанного отверстия, и клапанный привод, выполненный с возможностью управления перемещением указанного затвора или клетки относительно друг друга с обеспечением закрытия или открытия, таким образом, указанного клапанного отверстия, причем указанное клапанное отверстие выполнено с возможностью придания текучей среде, выходящей из указанной клетки, тангенциальной составляющей скорости относительно продольной оси указанной клетки. В клапане регулирования потоком, выполненном в соответствии с изобретением, выходная камера,при переходе текучей среды из клетки к горловине (т.е. к суженной части, в которой площадь поперечного сечения выходной камеры самая маленькая), предпочтительно полностью свободна от выступающих конструктивных элементов. В качестве альтернативы предпочтительно, чтобы на этом пути потока текучей среды объем, заполняемый текучей средой, полностью проходил от внутренней стенки выход-1 024622 ной камеры до оси выходной камеры. В этом случае этот объем может быть использован для диссипации энергии, тогда как повышенная турбулентность, которая может явиться причиной шума, вибрации и диспергирования капелек, не допускается. Термин "цилиндрический", использованный в настоящем документе, обозначает не только формы с абсолютно круглым поперечным сечением и, до такой степени, что имеются в ввиду входная и выходная камеры регулирующего клапана, также не ограничен формами, имеющими параллельные оси боковые стенки. Таким образом, например, поперечное сечение может быть эллиптическим, а что касается входной и выходной камер, то боковые стенки могут сходиться друг к другу или расходиться относительно оси. Однако предпочтительны круглые или, по существу, круглые поперечные сечения. Аналогично,термин "соосный", использованный в настоящем документе для описания двух или большего количества элементов, не означает, что оси элементов должны совпадать: они должны иметь, по существу, одно направление и быть, по существу, прилегающими. Однако предпочтительна абсолютная соосность. В одном выполнении регулирующего клапана входное отверстие для текучей среды может быть выполнено с возможностью придания вращения текучей среде, входящей во входную камеру, вокруг цилиндрической оси перед прохождением через клапанное(ые) отверстие(я) и попаданием в клетку. Таким образом, как входное отверстие для текучей среды, так и клапанное отверстие могут быть выполнено с возможностью сообщения текучей среде тангенциальной составляющей скорости и расположены в одном направлении (т.е. в одном направлении вращения). В альтернативном варианте выполнения регулирующего клапана вход во входную камеру может быть аксиальным, а внутренние стенки входной камеры могут содержать конструкции, обеспечивающие придание вращательного движения потоку текучей среды, находящейся выше по потоку в клетке. Такими конструкциями могут, например, быть лопасти, или, что более предпочтительно, винтовые канавки и/или гребни на наружной поверхности кожуха для механизма приведения в движение затвора. Аналогично, такие конструкции могут быть лопастями или чем-то подобным, соединенными или расположенными между наружной поверхностью кожуха и внутренней поверхностью наружной стенки входной камеры. В этих случаях клетка может иметь отверстия, которые расположены скорее радиально, чем тангенциально, обычно относительно большие отверстия, чтобы не нарушить вращательное движение, уже приданное протекающей текучей среде, или же в действительности клетка может отсутствовать, при этом на увеличение/уменьшение потока влияет только аксиальное перемещение затвора. Однако более предпочтительным является использование тангенциальных отверстий в клетке, расположенных вдоль уже сообщенного текущей текучей среды вращательного движения. Таким образом, судя по дальнейшему аспекту, изобретение обеспечивает регулирующий клапан, содержащий цилиндрическую входную камеру, имеющую расположенное по оси входное отверстие для текучей среды, и соосную цилиндрическую выходную камеру, имеющую выходное отверстие для текучей среды, причем указанная входная камера содержит кожух для затвора, который сам выполнен с возможностью перемещения вдоль оси для предотвращения потока текучей среды из указанной входной камеры в указанную выходную камеру,отличающийся тем, что поверхность, с которой соприкасается протекающая сверху кожуха текучая среда, например, наружная поверхность указанного кожуха, имеет форму, придающую вращательное движение протекущей из указанной входной камеры в указанную выходную камеру текучей среды. Обычно регулирующие клапаны, выполненные в соответствии с изобретением, могут быть "проходными" клапанами, в которых направление потока текучей среды соосно клетке, либо "угловыми" клапанами, в которых направление потока выполнено под углом, обычно около 90 к оси клетки. Для угловых клапанов обычно предпочтительно, чтобы клетка располагалась по длине внутренней части входной камеры, в этом случае входное отверстие для текучей среды служит для направления втекающей текучей среды непосредственно в кольцевое пространство между внутренней стенкой входной камеры и наружной стенкой клетки. В этой конфигурации предпочтительно, чтобы входное отверстие было расположено для направления текучей среды в это кольцевое пространство в тангенциальном направлении. Однако для проходных клапанов предпочтительно, чтобы клетка не занимала всю длину, и чтобы входное отверстие для текучей среды было расположено для направления текучей среды во входную камеру близко к концу или на конце, удаленном от клетки и выходной камеры, предпочтительно вдоль цилиндрической оси входной и выходной камер. Предпочтительно, чтобы клетка имела большое количество клапанных отверстий, например до 10 или больше, и предпочтительно, чтобы они были расположены осесимметричным способом. Площади поперечного сечения отверстий могут быть одинаковыми; в качестве альтернативы, они могут увеличиваться (или уменьшаться) вдоль оси цилиндра. Аналогично, количество отверстий на единицу длины оси может быть одинаковым или различным. В этом случае скорость начала или окончания потока текучей среды, установленного перемещением затвора, может быть примерно постоянной, либо может увеличиваться или уменьшаться. Когда количество клапанных отверстий особенно высоко, стенка клетки может иметь сетчатый вид. Отверстия в стенке клетки могут быть быстро выполнены сверлением или вырезанием в стенке клетки, предпочтительнее в тангенциальном направлении. Естественно, могут быть использованы и другие традиционные способы выполнения отверстий. Использованный здесь термин "тангенциальное направление" означает направление, которое не пересекает ось цилиндра и не параллельно ей. Предпочтительно, чтобы оно было перпендикулярно оси и предпочтительно, чтобы оно было, по существу, перпендикулярно радиусу. Так как отверстия могут быть выполнены так, чтобы направление потока находилось в плоскости, соответственно, входной камеры или клетки, отверстия, при необходимости, могут быть выполнены так, чтобы направление потока имело составляющую в аксиальном направлении, предпочтительно по направлению к выходной камере. Отверстия в клетке могут быть любой требуемой формы, например округлой, правильной многоугольной или продолговатой, например эллиптической или щелевидной. Поперечное сечение предпочтительно является гладким, а отверстия предпочтительно являются щелевидными и округлыми в поперечном сечении - формы, которые легко получить резанием или сверлением. Когда отверстия являются продолговатыми в поперечном сечении, например щелевидными, вытянутость предпочтительна по меньшей мере частично, а более предпочтительно почти полное расположение по направлению оси клетки. Края отверстий, особенно на наружной поверхности клетки, при желании могут быть гладкими. Более того, площадь поперечного сечения отверстий может увеличиваться или, что предпочтительнее,уменьшаться по направлению от наружной стороны клетки к внутренней, например они могут иметь форму, по существу, усеченного конуса. Края отверстий, удаленные от оси клетки, предпочтительно по существу являются тангенциальными на входе во внутреннюю часть клетки. Когда отверстия расположены тангенциально, угол между осью потока через отверстие в плоскости, перпендикулярной оси клетки, и радиусом до центра отверстия в стенке клетки от оси клетки предпочтительно настолько близок к 90, насколько это возможно, при этом край отверстия, удаленный от оси клетки, выполнен, по существу, тангенциальным у входа во внутреннюю часть клетки. Обычно это угол составляет до 88, например до 86 или до 85. Предпочтительно он равен по меньшей мере 10, более предпочтительно по меньшей мере 20, особенно по меньшей мере 30, еще более предпочтительно по меньшей мере 35, еще лучше по меньшей мере 70. Таким образом, например, угол может иметь значение в диапазоне от 5 до 85, лучше от 10 до 80, например от 35 до 70. Также предпочтительно, чтобы отверстия были расположены в аксиальном направлении, т.е. так, чтобы угол между осью потока через отверстие и плоскостью, перпендикулярной к оси клетки в центре отверстия в стенке клетки, был больше 0, предпочтительно имел значение в диапазоне от 5 до 70, лучше от 10 до 60, например от 10 до 50. Любое такое аксиальное расположение предпочтительно в направлении потока от клетки. В этом случае вибрации в области клетки и любое получающееся в результате диспергирование капелек может быть сведено к минимуму. Использование клетки с отверстиями, которые расположены как тангенциально,так и в аксиальном направлении, является новым, при этом "затворно-клетевые" клапаны с такими отверстиями образуют дальнейший аспект изобретения. В таких клапанах выходная камера предпочтительно, но необязательно, сужена. В регулирующем клапане клетка может представлять собой незакрытый на концах цилиндр или может быть закрыта на конце, удаленном от выходной камеры. Последняя форма предпочтительнее, когда затвор располагается вне клетки, а первая - когда затвор расположен в клетке. Внутренняя периферия на конце клетки со стороны выходной камеры или затвора, где затвор расположен снаружи клетки, предпочтительно выполнена по существу заподлицо с внутренней периферией входного конца выходной камеры. Клетка и выходная камера, или затвор и выходная камера, соответственно, могут быть удержаны вместе или, в качестве альтернативы, клетка или затвор могут, соответственно, являться единой целой частью входного конца выходной камеры. Как упомянуто выше, в варианте выполнения с "угловым потоком" входное отверстие также предпочтительно выполнено в тангенциальном направлении, например, как показано в международной патентной заявке 2007/024138, и в регулирующем клапане, предпочтительно на конце входной камеры,удаленном от выходной камеры. Могут быть предусмотрены два или большее количество таких входных отверстий, так что текучая среда входит внутрь в двух или большем количестве, предпочтительно одинаково расположенных по окружности, мест. В альтернативном и предпочтительном "проходном" варианте выполнения регулирующего клапана, согласно изобретению, входное отверстие расположено предпочтительно на конце входной камеры с направлением входного потока, параллельного оси. В этом варианте выполнения входное отверстие предпочтительно расположено на оси цилиндра. Когда затвор расположен внутри клетки, то он может быть перемещен вдоль внутренней части клетки с помощью клапанного привода или другими традиционными способами, например, с помощью стержня, проходящего сквозь входную камеру через герметично закрытое отверстие. Когда затвор расположен снаружи клетки в клапане регулирования потоком, то он предпочтительно является незакрытым на концах цилиндром, а клетка аналогичным образом может быть перемещена вдоль внутренней части затвора клапанным приводом. Приведение в действие клапанного привода может быть ручным, либо, что более предпочтительно, от приводного двигателя. Таким образом, например, стержень и отверстие во входной камере, через которое проходит этот стержень, могут быть снабжены резьбой, так что вращение стержня снаружи приводит к выдвижению или втягиванию затвора. В качестве альтернативы затвор может выдвигаться или втягиваться без вращения. Для всех клапанов, выполненных в соответствии с изобретением, предпочтительно, чтобы аксиальное движение затвора и/или клетки было достаточным, чтобы перекрыть поток текучей среды через клапан. Также предпочтительно, чтобы во всех клапанах, выполненных в соответствии с изобретением, клапанные отверстия в клетке были тангенциальными. Обычно предпочтительно, чтобы клетка была статична, а затвор был выполнен с возможностью перемещения для открывания или закрывания клапанов,выполненных в соответствии с изобретением. Клетка, затвор и камеры могут иметь круглое поперечное сечение или, что менее предпочтительно,некруглое поперечное сечение, например эллиптическое или сглаженное многоугольное поперечное сечение. Если затвор и клетка имеют некруглое поперечное сечение, то выдвижение/втягивание затвора или клетки не приводит к вращению затвора или клетки. Как упомянуто выше, выходная камера в клапане регулирования потоком имеет суженную цилиндрическую форму. Это означает, что площадь внутреннего поперечного сечения уменьшается, а затем увеличивается в направлении потока. Внутренний диаметр на сужении имеет величину предпочтительно от 10 до 90% от внутреннего диаметра входа выходной камеры, а лучше от 20 до 50%. Максимальный внутренний диаметр выходной камеры вниз по потоку от сужения имеет величину предпочтительно от 10 до 200% от внутреннего диаметра входа выходной камеры, а лучше от 20 до 150%, еще лучше от 50 до 150%. Соотношение аксиальных длин от входного отверстия до сужения и от сужения до выходного отверстия предпочтительно лежит в диапазоне от 0,1:1 до 10:1, более предпочтительно от 0,2:1 до 10:1,особенно от 0,2:1 до 5:1, например от 0,5:1 до 5:1. Внутренняя поверхность в направлении тока может иметь ступенчатую прямолинейную форму, но предпочтительнее гладкая изогнутая форма. Для предотвращения нежелательных сдвиговых сил, действующих на текучую среду при ее прохождении через клапанные отверстия, особенно предпочтительно, чтобы внутренняя область от входа в клетку до сужения выходной камеры была свободна от клапанных элементов, вмешивающихся в поток текучей среды или сдерживающих его. Также предпочтительно, чтобы боковая стенка этой области в направлении потока была, по существу гладкой, т.е. не было резких ступенчатых уменьшений площади поперечного сечения. Шероховатость внутренней поверхности предпочтительно должна быть сведена к минимуму. Соотношение внутреннего диаметра на входе выходной камеры к внутренней длине выходной камеры предпочтительно составляет от 1:1 до 1:20, лучше от 1:2 до 1:10. Внутренняя поверхность клапана обычно должна быть гладкой в аксиальном направлении между нижним концом клетки и выходом из выходной камеры. В аксиальном направлении сужение расположено между этими двумя конечными точками, а гладкая поверхность может изменяться в направлении потока от параболической до гиперболической. Если вдоль этой поверхности точку минимального диаметра (сужение) обозначить как В, конец клетки как А, выход выходной камеры как С, а точку снаружи клапана на радиусе от оси цилиндра через В обозначить как D, то угол ABD предпочтительно составляет от 10 до 85, лучше от 20 до 80, еще лучше от 30 до 70, а угол CBD предпочтительно составляет от 40 до 87, лучше от 50 до 85, еще лучше от 60 до 80. Следовательно, угол ABC предпочтительно составляет от 50 до 172, лучше от 70 до 165, еще лучше от 90 до 150. Выходное отверстие для текучей среды в выходной камере предпочтительно расположено на конце,наиболее удаленном от входного конца. Отверстие может быть расположено на конце камеры, предпочтительнее на оси, либо оно может быть расположено в боковой стенке. Если выходное отверстие расположено вне оси, то оно предпочтительно расположено в тангенциальном направлении для удаления текучей среды из выходной камеры. Особенно предпочтительно, чтобы конец выходной камеры, удаленный от входной камеры, был выходным отверстием. В выходной камере или после нее для устранения вращательного движения выходящей текучей среды предпочтительно расположен гаситель вихрей.Такой гаситель может иметь форму набора пластин или трубок, параллельных оси цилиндра или среднему направлению потока. Когда гаситель вихрей расположен внутри выходной камеры, он предпочтительно размещен вниз по потоку от сужения для устранения появляющейся турбулентности в объеме выше по потоку от сужения. Особенно предпочтительно, чтобы гаситель вихрей имел поверхности (например, аксиально или радиально расположенные лопасти), образующие угол с осью выходной камеры, уменьшающийся в направлении потока, и которые, при смене направления потока на обратное, сообщают вращательное движение линейно протекающей текучей среде. Такие лопасти значительно более эффективны, чем простые плоские поверхности, расположенные параллельно оси. Таким образом, например, тесты показали, что уровень шума в течении работы может быть снижен на четверть или больше. Желательно, чтобы поверхности были расположены так, чтобы они в своем верхнем конце были почти параллельны (например, в пределах 10) "винтовому" направлению потока текучей среды, достигающей их от сужения, а в своем нижнем конце они были почти параллельны оси. В этом случае переход от вращательного к линейному потоку может быть достигнут наиболее гладко и с минимальными шумом и вибрациями. Регулирующие клапаны предпочтительно снабжены наружными фланцами около входного и выходного отверстий для того, чтобы текучая среда могла поступать в клапан или быть удалена из клапана через трубки, прикрепленные к этим фланцам. При желании клапаны могут также содержать клапан, расположенный вверх по потоку от входного отверстия для текучей среды или вниз по потоку от выходного отверстия для текучей среды. Клетка, затвор и камеры обычно изготовлены из пластмассы или, что более предпочтительно, из металла, например, углеродистой или нержавеющей стали, литой или кованой стали, или чугуна, при желании вместе с эрозионноустойчивой поверхностью или поверхностью, покрытой таким материалом,как карбид вольфрама, карбид титана, поликристаллический алмаз или керамика. Как упомянуто выше, клапаны, выполненные в соответствии с изобретением, отлично подходят для использования в регулировании потока двух- или трехфазных жидкостей, например эмульсий и дисперсий, для удобства указанных здесь как эмульсии. Клапаны особенно подходят для использования с газами с захваченными в них капельками текучей среды или из которых капельки текучей среды извлечены при прохождении через клетку, и для использования с жидкостями с захваченными в них капельками жидкостей. Таким образом, с точки зрения дальнейшего аспекта изобретение обеспечивает способ изменения скорости потока или давления эмульсии в трубке, содержащей клапан, с помощью этого клапана, отличающийся тем, что указанный клапан является клапаном, выполненным в соответствии с настоящим изобретением. В способе, выполненным в соответствии с изобретением, эмульсия предпочтительно является эмульсией "углеводород в воде" (например, производимой водой), эмульсией "вода в углеводороде" или дисперсией жидкости в газе (например, аэрозоль). В этом способе трубка предпочтительно соединяет клапан с расположенным вверх и/или вниз по потоку сепаратором фаз, например гравитационным или циклонным сепаратором. В клапане регулирования потоком, выполненным в соответствии с изобретением, циклонный поток по направлению к сужению в выходной камере в значительной степени способствует общему падению давления, обеспечивая, тем самым, меньший перепад давления при прохождении клетки и, таким образом, являясь причиной меньшего диспергирования капелек для такого же общего падения давления. Таким образом, при работе клапана комбинация сужения и расположенного вниз по потоку гасителя вихрей проявляется в общем уменьшении турбуленции в области клетки. Устранение конструктивных элементов в потоке от клетки к сужению также играет роль в таком предотвращении турбуленции и улучшении работы клапана. Аналогично, использование отверстий, которые расположены как тангенциально,так и аксиально, приводит к меньшему падению давления при прохождении клетки и меньшей турбуленции в области от клетки до сужения. Результатом комбинации двух или более таких признаков является то, что регулирующий клапан, таким образом, подходит для использования с жидкостями с захваченными в них капельками как большей, так и меньшей плотности. Хотя до этого момента изобретение было описано в терминах регулирующего клапана, имеющего входную камеру, в которую поступает текучая среда перед прохождением через клетку, принципы изобретения также применимы к другим клапанам, имеющим элемент с отверстиями, как описано выше,при этом такие клапаны также составляют часть изобретения. Таким образом, с точки зрения дальнейшего аспекта изобретение обеспечивает регулирующий клапан, содержащий цилиндрическую входную камеру, имеющую выходное отверстие на одном конце и входное отверстие в боковой стенке, а также содержащий соосный цилиндрический затвор и соосную цилиндрическую клетку, которая имеет клапанное отверстие в своей боковой стенке и открыто с конца,прилегающего к указанному выходному отверстию, при этом указанный затвор выполнен с возможностью аксиального перемещения для обеспечения или предотвращения потока текучей среды из указанного входного отверстия через указанное клапанное отверстие и через указанное выходное отверстие, отличающийся тем, что клапанное отверстие расположено в тангенциальном направлении. В таком виде регулирующего клапана затвор и клетка могут представлять собой два раздельных соосных элемента с аксиальным перемещением затвора, использующегося для открывания и закрывания клапанных отверстий в клетке. Предпочтительнее, однако, чтобы затвор и клетка были выполнены как одно целое, а аксиальное перемещение использовалось для перемещения клетки в положение, в котором текучая среда может проходить через входное отверстие, клапанное отверстие и выходное отверстие, или из этого положения. Соответственно, с точки зрения еще одного аспекта изобретение предлагает регулирующий клапан для регулирования потока текучей среды, выполненный в виде затворно-клетевого клапана, имеющего входную камеру с входным отверстием, выходную камеру, клетку с выполненными в стенке клетки отверстиями, причем клетка открыта в выходную камеру, затвор и клапанный привод, выполненный с возможностью перемещения указанного затвора или клетки относительно друг друга для закрытия или открытия отверстий клетки, отличающийся тем, что входное отверстие выполнено под прямым углом к оси клетки, а отверстия клетки представляют собой аксиально ориентированные отверстия и тангенциально ориентированные отверстия относительно продольной оси клетки, при этом выходная камера выполнена суженной таким образом, что площадь ее внутреннего поперечного сечения уменьшается, а затем увеличивается в направлении потока. Кроме того, с точки зрения еще одного аспекта изобретение относится к применению вышеописанных клапанов для изменения скорости потока или давления эмульсии через трубопровод. Предпочтительные аспекты, которые были описаны выше для регулирующего клапана изобретения,например аспекты конструкции клетки и выходной камеры, и которые согласованы с этим видом клапана, также предпочтительны и для этого вида клапана. В целом изобретение распространяется на все клапаны, имеющие входную камеру, суженную выходную камеру, клапанный элемент, выполненный с возможностью перемещения по поверхности элемента с отверстиями для предотвращения потока текучей среды через указанный элемент с отверстиями и в выходную камеру, и средства, являющиеся причиной придания вращательного движения потоку текучей среды, проходящему через элемент с отверстиями. Так как клапаны, выполненные в соответствии с изобретением, уменьшают диспергирование капелек, то это выражается в том, что эффективная вязкость текучей среды вниз по потоку от клапана меньше, чем в традиционных клапанах, что делает клапаны, выполненные в соответствии с изобретением,хорошо подходящими для использования с более вязкими жидкостями, например, с тяжелыми фракциями сырой нефти, так как энергия, необходимая для создания потока текучей среды, меньше, а необходимость в добавлении антифрикционных химических добавок уменьшена, либо устранена. Клапаны, таким образом, хорошо подходят для использования в качестве подводных дроссельных клапанов, например,вверх по потоку от вертикальных труб и транспортирующих трубопроводов. Изобретение далее будет описано со ссылкой на сопутствующие чертежи, на которых фиг. 1 является схематичным продольным сечением первого клапана, выполненного в соответствии с изобретением; фиг. 2 является продольным сечением второго клапан, выполненного в соответствии с изобретением, не учитывая выходную камеру; фиг. 3 является продольным видом клапана, изображенного на фиг. 2; фиг. 4 является продольным сечением входной камеры клапана, изображенного на фиг. 2; фиг. 5 является продольным сечением регулирующего клапана, выполненного в соответствии с изобретением; фиг. 6 является видом в аксонометрии с вырезанной частью "углового" регулирующего клапана; фиг. 7 является видом в аксонометрии с вырезанной частью "проходного" регулирующего клапана,имеющего конструкцию, аналогичную конструкции клапана, изображенного на фиг. 1; фиг. 8 является схематичным видом регулирующего клапана, в котором аксиально поступающей текучей среде придается вращательное движение выше по потоку от затвора и клетки. На фиг. 6 и 7 изображен традиционный "затворно-клетевой" клапан, изготовляемый компаниейMokveld Valves BV, который воспроизведен в этом документе с разрешения компании. Эти два чертежа,таким образом, фактически не показывают тангенциально расположенные отверстия в клетке, и, разумеется, нельзя заключить, что такое расположение отверстий имеется на чертежах. Однако эти два чертежа включены в настоящий документ, поскольку они удобным образом показывают другие конструктивные элементы, которые предпочтительно присутствуют в клапанах, выполненных в соответствии с изобретением. Последующее описание чертежей должно, таким образом, быть прочитано так, что эти два чертежа показывают клетку с отверстиями, имеющими требуемое тангенциальное и/или аксиальное расположение. На фиг. 1 и 7 изображен регулирующий клапан 1, имеющий цилиндрическую входную камеру 2 с аксиальным расположением входного отверстия 3 для текучей среды и имеющий соосно расположенную суженную цилиндрическую суженную выходную камеру 4 (не показана на фиг. 7) с аксиальным расположением выходного отверстия 5 для текучей среды. Во входной камере 2 расположена соосная цилиндрическая клетка 6, открытая с одного конца в выходную камеру 4. Клетка 6 имеет в своей боковой стенке большое количество тангенциальных клапанных отверстий 7. Конец клетки 6, удаленный от выходной камеры, закрыт кожухом 8, который содержит пропускной узел 9, установленный с возможностью перемещения затвора 10 вдоль внутренней части клетки для герметичного закрытия или открытия клапанных отверстий аксиальным перемещением стержня 11 плунжера. Пропускной узел 9 преобразует вращательное или аксиальное движение стержня 12, вызываемое внешним приводным двигателем 13, в аксиальное движение стержня плунжера. Когда во входной камере имеется кожух, такой как кожух 8, верхний конец предпочтительно является коническим для облегчения потока текучей среды через камеру. Входное отверстие 3 прикреплено к входной трубке 14 на фланце 15. Выходное отверстие 5 прикреплено в выходной трубке 16 на фланце 17. Входная и выходная трубки 14 и 16, как показано, имеют одинаковый внутренний диаметр. Внутренняя поверхность выходной камеры 4 выше по потоку от сужения 18 расположена под углом в 30 относительно оси камеры в аксиальном направлении, т.е., угол конуса составляет 60. Вниз по потоку от сужения угол изменяется незначительно. Внутри нижнего по потоку конца выходной камеры расположен гаситель вихрей 19. На фиг. 2-4 изображен регулирующий клапан 20, имеющий цилиндрическую входную камеру 21 с входным отверстием 22 в боковой стенке и содержащий цилиндрическую соосную клетку 23 с открытым концом, нижний по потоку конец которой прикреплен к выходной камере (не показана) через фланец 30. Изображены цилиндрическая ось 31 клетки и входной камеры. Клетка и входная камера также прикреплены через фланцы 30. Тангенциально расположенные отверстия 24 в боковой стенке клетки 23 обеспечивают возможность прохождения текучей среды из входной камеры в выходную камеру. Внутри клетки 23 расположен цилиндрический затвор 25, установленный на плунжер 26, который проходит через отверстие 27 для плунжера в торцевой стенке входной камеры. Плунжер и отверстие для плунжера снабжены резьбой, так что поворот ручки 28 плунжера 26 вызывает закрытие или открытие затвором 25 тангенциально расположенных отверстий 24 в стенке клетки. Входная трубка (не показана) может быть присоединена к фланцу 29 снаружи входной камеры для направления текучей среды в клапан через входное отверстие 22. На фиг. 5 изображен регулирующий клапан 32, имеющий цилиндрическую входную камеру 33,снабженную входным отверстием 34 в своей боковой стенке и выходным отверстием 35 на одном конце. Внутри камеры 33 расположен разомкнутый затворно-клетевой цилиндр 36, присоединенный через плунжер 37 к приводному двигателю 38. В боковой стенке затворно-клетевого цилиндра на его нижнем конце находятся тангенциально расположенные отверстия 39. Перемещение затворно-клетевого цилиндра в направлении по потоку приводит к выходу клапанных отверстий 39 и входного отверстия 34 из соосного положения, препятствуя, тем самым, потоку текучей среды через клапан. На фиг. 6 изображен регулирующий клапан 40, имеющий цилиндрическую входную камеру 41,снабженный нетангенциальным входным отверстием 42 в своей боковой стенке и выходным отверстием 43 на одном конце. Внутри камеры 41 расположен неподвижный цилиндр 44 клетки и выполненный с возможностью перемещения цилиндр 49 затвора, соединенный через плунжер 45 с приводным двигателем (не показан). В боковой стенке клетевой секции цилиндра 44 клетки расположены тангенциальные клапанные отверстия 46. Перемещение цилиндра 49 затвора в направлении против потока под действием работы плунжера 45 обеспечивает прохождение текучей среды от входного отверстие через клапанные отверстия и выход ее через выходное отверстие. На фиг. 8 изображен частично вырезанный вид затворно-клетевого регулирующего клапана, имеющего входную камеру 50, содержащую кожух 51, в свою очередь, содержащий переходной узел для управления затвором 52. Входная камера 50 сообщается с выходной камерой 53 через неподвижную клетку с радиальными или тангенциальными отверстиями. Вращательное движение стержня 55 преобразуется в аксиальное движение затвора 52, как в клапанах, изображенных на фиг. 1 и 7. Текучей среде,поступающей во входную камеру 50, придается вращательное движение спиралевидной поверхностью кожуха 51 перед прохождением через клетку 54. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Регулирующий клапан (1) для регулирования потока текучей среды, содержащий входную камеру (2), имеющую входное отверстие (3) для текучей среды, и соосно расположенную выходную камеру(4), выполненную суженной таким образом, что площадь ее внутреннего поперечного сечения уменьшается, а затем увеличивается в направлении потока, и имеющую выходное отверстие (5) для текучей среды, при этом указанная входная камера (4) содержит соосно расположенную клетку (6), открытую в указанную выходную камеру и имеющую в своей стенке по меньшей мере одно клапанное отверстие (7),выполненное для обеспечения возможности прохождения текучей среды из указанного входного отверстия (3) для текучей среды в указанную выходную камеру (4), при этом указанный регулирующий клапан также содержит соосно расположенный затвор (10), выполненный с возможностью аксиального перемещения по отношению к указанной клетке (6) для закрывания и открывания указанного клапанного отверстия (7), и клапанный привод (9, 11, 12, 13), выполненный с возможностью управления перемещением указанного затвора (10) или клетки (6) относительно друг друга с обеспечением закрытия или открытия, тем самым, указанного клапанного отверстия (7), причем указанное клапанное отверстие (7) выполнено с возможностью придания текучей среде, выходящей из указанной клетки (6), тангенциальной составляющей скорости относительно продольной оси (31) указанной клетки. 2. Клапан по п.1, в котором входное отверстие (3) и/или входная камера (4) выполнены с обеспечением придания текучей среде, протекающей из указанного входного отверстия (3) в указанное клапанное отверстие (7), тангенциальной составляющей скорости относительно оси (31) указанной клетки. 3. Клапан по п.1 или 2, в котором указанное клапанное отверстие (7) представляет собой отверстие,ориентированное относительно оси указанной клетки (6) в направлении, имеющем как аксиальную, так и тангенциальную составляющую. 4. Клапан по любому из пп.1-3, в котором в указанной выходной камере вниз по потоку от ее суженной части расположен гаситель (19) вихрей. 5. Клапан по п.4, в котором указанный гаситель (19) вихрей содержит как радиально, так и соосно расположенные лопатки, которые соприкасаются с текучей средой и поверхности которых расположены под углом по отношению к оси указанной выходной камеры, постоянно уменьшающимся от лопатки к лопатке в направлении от конца, ближнего к указанной клетке, к концу, удаленному от указанной клетки. 6. Клапан по любому из пп.1-5, в котором указанное входное отверстие для текучей среды и указанное выходное отверстие для текучей среды, по существу, соосны с указанными входной и выходной камерами. 7. Регулирующий клапан для регулирования потока текучей среды, выполненный в виде затворноклетевого клапана, имеющего входную камеру с входным отверстием, выходную камеру, клетку с выполненными в стенке клетки отверстиями, причем клетка открыта в выходную камеру, затвор и клапанный привод, выполненный с возможностью перемещения указанного затвора или клетки относительно друг друга для закрытия или открытия отверстий клетки, отличающийся тем, что входное отверстие выполнено под прямым углом к оси клетки, а отверстия клетки представляют собой аксиально ориентированные отверстия и тангенциально ориентированные отверстия относительно продольной оси клетки,при этом выходная камера выполнена суженной таким образом, что площадь ее внутреннего поперечного сечения уменьшается, а затем увеличивается в направлении потока. 8. Клапан по п.7, в котором угол между осью потока через тангенциально ориентированные отверстия в плоскости, перпендикулярной оси указанной клетки, и радиусом от оси клетки до центра указанных отверстий, выполненных в стенке указанной клетки, составляет от 35 до 88. 9. Клапан по п.7, в котором угол между осью потока через аксиально ориентированные отверстия и плоскостью, перпендикулярной оси указанной клетки и проходящей через центр любого из указанных отверстий, выполненных в стенке указанной клетки, составляет от 5 до 70. 10. Применение клапана по любому из пп.1-9 для изменения скорости потока или давления эмульсии через трубопровод. 11. Применение по п.10, в котором плотность дисперсионной фазы эмульсии больше, чем плотность дискретной фазы.

МПК / Метки

МПК: F16K 3/26, F16K 3/24, F16K 47/08

Метки: текучей, среды, регулирующий, потока, клапан, регулирования

Код ссылки

<a href="https://easpatents.com/11-24622-reguliruyushhijj-klapan-dlya-regulirovaniya-potoka-tekuchejj-sredy.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Регулирующий клапан для регулирования потока текучей среды</a>

Похожие патенты