2.3. Запорные устройства фонтанной арматуры

Запорные устройства фонтанной арматуры изготавливаются трех типов:

- пробковые краны со смазкой по ТУ 26-14-24-77;

- задвижки прямоточные со смазкой типа ЗМ и 3MC с одиопластинчатым шибером по ТУ 26-16-45-77; 

- задвижки прямоточные со смазкой ЗМАД с двухпластинчатым шибером по ТУ 26-02-728-76 «Оборудование устья нефтяных и газовых скважин на рабочее давление 70 МПа».

Задвижки типов ЗМС и ЗМАД имеют модификации с ручным и пневмоприводом.

По условиям эксплуатации в зависимости от состава скважинной среды запорные устройства изготавливаются в трех исполнениях:

- для нефти, газа и газоконденсата с содержанием H2S и С02 до 0,003% по объему каждого;

- H2S и С02 до 6% по объему каждого;

- С02до 6% по объему.

Задвижки и краны применяются в стволовой и отводящей части фонтанной арматуры. Перед манометрами устанавливаются вентили.

Пробковые краны со смазкой выгодно отличаются от задвижки (рис. 2.6). Для его открывания или закрывания достаточно повернуть пробку 2 на 90°. Уплотнительные поверхности крана покрыты смаз¬кой и не омываются потоком среды.

Техническая характеристика кранов КППС-65х14 и КППС-65х14ХЛ

Условный проход, мм 65

Рабочее давление, МПа 14

Габаритные размеры, мм:

Длина 350

ширина 205

высота 420

Масса в собранном виде, кг 53

Краны работают следующим образом: рукояткой 8 через кулачки шпинделя 7 и прорезь пробки 6 поворачивают пробку в необходимое положение. Проседание пробки в корпусе 1 регулируется на заводе-изготовителе винтом 4, закрепленным в крышке 3 так, чтобы между пробкой и корпусом был зазор. Вся полость крана заполнена специальной смазкой. Вращением болта 9 через клапан 10 с пружиной 12 из шпинделя может быть подана дополнительная порция смазки. Необходимо следить за наличием смазки в полости крана, и через три-пять операций закрывания и открывания добавлять смазку, чтобы избежать закливания пробки. Заклиненную пробку можно отжать болтом 9 через детали 10 и 11, отвернув предварительно винт 4, уплотненный манжетой 5.

Наибольшее усилие среды, действующее на пробку крана,

Qср = p-Fyпл (2.1)

где р - рабочее давление.

Площадь уплотнительной поверхности

Fyпл D_K*H, (2.2)

где Н - высота рабочей части пробки (рис. 2.6), D_K - средний диаметр пробки крана.

Если D1 - максимальный, a D2- минимальный диаметр пробки в уплотнении, то

D_K 0,5(D1 + D2). (2.3)

Усилие среды прижимает пробку к корпусу и создает силу трения

T_K = f_K-Qсp, (2.4)

где f_K-коэффициент трения пробки о корпус, равный 0,1. Момент, необходимый для поворота пробки крана:

М_К = М_П + Мс, (2.5)

Здесь М_п- момент трения пробки в корпусе,

Мп = 0,5Т_К D_K = 0,5 f_K • Q_Cp D_K . (2.6)

Момент трения в сальнике Мс может быть определен по формуле

Мс= 0,5 р  d²_c h_M  (2.7)

где h_M-высота манжеты;  - коэффициент трения манжеты о шпиндель,

 (0,05 + 0,08).

Задвижки прямоточные со смазкой типа ЗМ и ЗМС с пднопластинчатым шибером.

Задвижка типа ЗМ-65х21 имеет следующие технические характеристики.

Условный проход, мм 65

Рабочее давление, МПа 21

Габаритные размеры, мм 350x320x650

Управление Ручное

Масса в собранном виде, кг 64

Уплотнение шпинделя осуществляется при помощи сальникового узла, в который для повышения его надежности предусмотрено нагнетание уплотнительной смазки. В задвижке предусмотрена возможность подачи защитной смазки в корпус через нагнетательный клапан.

Задвижки типов ЗМС и ЗМС1 (рис. 2.7) с ручным приводом, диаметром условного прохода 65, 80, 100 и 150 мм на давление 21 и 35 МПа, условного прохода 50 и 100 мм на давление 70 МПа состоят из корпуса 8, входного седла 11, шпинделя 4, маховика 13, ходовой гайки 5, крышки подшипников 2, нажимной гайки 3, узла сальника 6, крышки 1, тарельчатых пружин 12, нагнетательного клапана 10, выходного седла 9 и шибера 7.

Герметичность затвора улучшает уплотнительная смазка JI3-162 или «Арматол-238», подаваемая через нагнетательный клапан. Рекомендуемая температура применения смазки от -40 до +120°С. Применяются также прямоточные задвижки с уплотнением эластичными элементами из графитофторпласта АФГ-80ВС.

Уплотнение шпинделя осуществляется манжетами из материала АНГ. Для защиты корпуса задвижки от загрязнения и коррозии в него через нагнетательный клапан подается защитная смазка. Предусмотрена также подача смазки в узел уплотнения шпинделя и штока. 

Задвижки прямоточные со смазкой ЗМАД с двухпластинчатым шибером

ЗМАД-80х70 имеет следующие технические характеристики:

Условный проход, мм 65

Рабочее давление, МПа 70

Габаритные размеры, мм 650x500* 1170

Управление Ручное

Масса в собранном виде, кг 328

Задвижка типа ЗМАД (рис. 2.8) с ручным приводом состоит из корпуса 1, двух седел (щек) И, шибера, выполненного в виде двух плашек 10, шпинделя 2, уравновешивающего штока 13, корпуса сальника 9, ходовой гайки 4 с трапецеидальной резьбой, упорных подшипников 8, маховика 5, верхнего и нижнего 14 кожухов.

Уплотнение шпинделя и уравновешивающего штока - с помощью сальника, представляющего собой набор манжет шевронного типа из материала АНТ. Для повышения герметизирующей способности сальника предусмотрена подача уплотнительной смазки через обратный клапан.

Отличительной особенностью задвижки является наличие системы автоматической подачи смазки в затвор.

Задвижки типов ЗМС, ЗМС1 и ЗМАДП с пневмоприводом состоят из тех же узлов и деталей, что и задвижки с ручным управлением за исключением того, что наряду с ручным приводом имеют пневмопривод. Задвижки типа ЗМС1 имеют диаметры условного прохода 65, 80 и 100 мм на давление 21 и 35 МПа, а типов ЗМС и ЗМАДП - диаметры условного прохода 50, 80 и 100 мм на давление 70 МПа.

Усилия и моменты в прямоточных задвижках.

Прямоточная задвижка (рис. 2.9) работает на принципе самоуплотнения. Шпиндель 1 задвижки имеет опору качения, и поэтому М2 0.

Два шибера 3 скользят по направляющим корпуса, и первоначальное их прижатие осуществляется пружинами 4. Среда воздействует на поршни 2, подающие в канавки шиберов 3 уплотнительную смазку. Объем полостей под поршнями 2 рассчитан более чем на 100 срабатываний задвижки. Перекрытие прохода задвижки осуществляется при опускании шиберов, поджимаемых давлением среды. Рабочим является один шибер. При выходе его из строя задвижку достаточно повернуть на 180° и включить в работу второй шибер. Проход задвижки герметизируется втулкой 5 (из полимера). Корпус 6 задвижки выполняется сварным или цельнокованым. При открытой задвижке среда проходит через нее с минимальными потерями, не меняя направления и не изнашивая уплотнительные поверхности.

Если уплотняемая среда находится слева, то левый шибер не нагружен, усилие Qi на шпиндель передается лишь через правый шибер. С учетом выталкивающей силы Р0 усилие

Q_l=Q_cpf+Po, (2.8)

где f- коэффициент трения, равный 0,1

Qcр= 0,25  D_K²p, (2.9)

Р_о= 0,25  р d_c², (2.10)

где D_K - средний диаметр уплотнения; D_K = 0,5(Dв + Dн), DB - диаметр уплотнения внутренний; Dн - диаметр уплотнения наружный; dc- диаметр шпинделя.

Момент для открывания и закрывания задвижки определяют

Мкр = М1 + М2+М3, (2.11)

где M1 - момент трения в резьбе гайки;

М1 = 0,5 Q₁ dcp tg ( + ρ), (2.12)

где dcp - средний диаметр резьбы; ρ - угол трения в резьбе, равный arctg f₁, (f₁ -коэффициент трения в резьбе, f₁ 0,15);  - угол подъема резьбы,  = arctg (в/ dcp), (в - шаг резьбы); М2 - 0; М3 - момент трения в сальнике. Для манжетного сальника, независимо от числа манжет.

M3=O,5  pd_c²h_M (2.13)

где h_М- высота манжеты;  - коэффициент трения манжеты о шпиндель,  (0,05 + 0,08).

Для уменьшения осевых сил, действующих на шпиндель задвижки, применяется разгрузочный шток. У задвижек обоих типов есть общий недостаток - для открытия и закрытия необходимо сде¬лать несколько поворотов маховика, прилагая усилие.

Вентили используют на вспомогательных линиях.