Дроссельный клапан

013341 Изобретение относится к регулирующему клапану. В особенности настоящее изобретение относится к регулирующему клапану для регулирования давления и расхода текучей среды, в котором текучая среда, протекающая в него через вход, приводится во вращательное движение вокруг главной оси потока и из которого текучая среда вытекает через выход по меньшей мере при пониженном давлении или с пониженным скоростным напором. По меньшей мере одно входное окно, сообщающееся с указанным входом, расположено предпочтительно тангенциально на расстоянии в радиальном направлении от указанной главной оси, и камера понижения давления, расположенная в регулирующем клапане по существу соосно с указанной главной осью, в своей входной части расширяется по меньшей мере на первой части своей длины в основном направлении потока. Предложенный регулирующий клапан широко применяется во многих областях. В дальнейшем описании рассматривается применение такого клапана для нефтепродуктов, хотя это применение не ограничивает объем изобретения. При производстве нефтепродуктов находящаяся в скважине текучая среда часто содержит существенное количество воды. На последней стадии разработки скважины содержание воды может составлять до 90% от всей выпускаемой из скважины жидкости. Воду и нефть после выхода из скважины отделяют друг от друга на нескольких этапах. Перед выполнением этого разделения, а также между различными этапами необходимо контролировать расход и давление жидкости. Такое регулирование обычно выполняют посредством регулирующего клапана, расположенного на траектории потока перед указанным разделением. Теоретическое описание процесса разделения несмешиваемых жидкостей обычно основано на уравнении Стокса: При разделении воды и нефти V1 является скоростью оседания капель нефти в воде, g - ускорением свободного падения, D - диаметром капель, 1 - определенным ускорением свободного падения непрерывной фазы (воды), 2 - определенным ускорением свободного падения дисперсной фазы (нефти), ивязкостью непрерывной фазы. Уравнение Стокса показывает, что теоретическая эффективность процесса разделения повышается в зависимости от квадрата размера капель в дисперсной фазе. Таким образом, существенным является то,что регулирующий клапан в наиболее возможной степени снижает размер капель фаз в протекающей через него текучей среде. В известном регулирующем клапане на жидкость воздействуют относительно большие срезающие усилия. Причина их возникновения, среди прочего, в частности заключатся в том, что скорость потери энергии является большой, то есть энергия жидкости, например в виде скоростного напора и давления,теряется очень быстро. В жидкостях, протекающих через известный дроссельный клапан, происходит существенное уменьшение размера (размеров) капель в дисперсной жидкостной фазе (фазах). Целью настоящего изобретения является исключение или уменьшение по меньшей мере одного из недостатков, свойственных известным регулирующим клапанам. Цель изобретения достигается благодаря конструкции, описанной в приведенном ниже описании и в следующей формуле изобретения. В регулирующем клапане, предназначенном для регулирования давления и расхода текучей среды,текучая среда, протекающая в клапан через его вход, приводится во вращательное движение вокруг основной оси потока перед вытеканием указанной текучей среды через выходное отверстие из клапана по меньшей мере с пониженным давлением или пониженным скоростным напором. С входом сообщается по меньшей мере одно входное окно, расположенное предпочтительно тангенциально на расстоянии в радиальном направлении от основной оси потока у входной части камеры понижения скорости, расположенной в регулирующем клапане. Указанная камера, ось которой по существу совпадает с основной осью потока, выполнена расширяющейся по меньшей мере на части своей длины в основном направлении потока. Основное направление потока текучей среды по существу совпадает с основной осью потока в направлении от входной части камеры понижения давления к ее выходной части. Предпочтительно камера понижения скорости выполнена, по существу, без других внутренних деталей. Текучая среда, которая приводится во вращательное движение вокруг основной оси потока во входном окне, движется по увеличивающемуся диаметру вращения, так что ей придается более низкая скорость вращения, а также более низкая скорость в основном направлении потока по мере ее протекания через камеру понижения скорости, благодаря тому, что диаметр указанной камеры увеличивается в основном направлении потока. Диаметр камеры понижения скорости в основном направлении потока может увеличиваться по экспоненте, так что эта камера становится гиперболоидной, хотя она может быть линейной и иметь коническую форму, или она может иметь комбинацию из участков указанных-1 013341 форм. Кроме того, диаметр камеры может увеличиваться ступенчато. Все эти типы геометрических форм охвачены термином расширяющаяся, который также охватывает другие подходящие формы. Выход (выходы) из камеры понижения скорости обычно расположен (расположены) в центре камеры торможения, но он (они) может (могут) быть также расположен (расположены) у периферии камеры понижения скорости или в промежуточном положении. Выход (выходы) может (могут) быть расположен(расположены) в осевом направлении и/или в тангенциальном направлении относительно основной оси потока. Указанное по меньшей мере одно входное окно регулирующего клапана преимущественно может быть регулируемым, например благодаря тому, что его поперечное сечение является регулируемым. Входное окно, как правило расположено в регулируемом входном клапане. Входное окно может иметь регулирующие крылья или другие элементы регулирования потока. Входное окно также может быть расположено в осевом направлении, но выполнено регулируемым для осуществления приведения текучей среды в необходимое вращательное движение при вхождении во входную часть камеры понижения скорости. Входное окно, или окна, как указано выше, наиболее преимущественно расположено (расположены) во входной части камеры понижения скорости. Для геометрического присоединения входной части к самой камере необходимо, чтобы входная часть образовывала в этой зоне переходную часть. Входная часть может быть цилиндрической или сужающейся в основном направлении потока. Испытания показали, что регулирование в предложенном регулирующем клапане снижает размер частиц в дисперсной фазе существенно больше, чем при использовании известных дроссельных клапанов. Ниже приведено описание примера предпочтительного варианта выполнения, не несущего ограничивающего характера и описанного со ссылками на чертежи, на которых фиг. 1 изображает осевой разрез предложенного регулирующего клапана, в котором входной клапан показан в разрезе по линии III-III на фиг. 3,фиг. 2 изображает фрагмент фиг. 1 в увеличенном масштабе,фиг. 3 изображает разрез по линии II-II на фиг. 2 и фиг. 4 изображает осевой разрез регулирующего клапана в соответствии с альтернативным вариантом выполнения. На чертежах номер 1 позиции относится к регулирующему клапану, в котором корпус 2 содержит входной клапан 4 и камеру 6 понижения скорости, расположенную ниже по потоку относительно входного клапана 4. Входной клапан 4 расположен в концевой части корпуса 2 клапана. В противоположной концевой части корпуса 2 расположена выходная часть 8, имеющая уплотнительную торцевую пластину 10, которая имеет центральное выходное сквозное отверстие 127. Входной клапан 4 в этом предпочтительном варианте выполнения имеет два входных тангенциальных окна 14 (фиг. 3). Текучая среда втекает в клапан 4 через вход 16, входные каналы 18 и во входные окна 14, где текучая среда благодаря ее протеканию в тангенциальном направлении при вхождении во входную часть 22 камеры 6 приводится в сильное вращательное движение вокруг основной оси 20 потока, которая по существу совпадает с центральной осью камеры 6. Текучая среда течет, совершая вращательные движения вокруг оси 20, от окон 14 через входную часть 22 в основном направлении потока через камеру 6 к выходной части 8 клапана 1 с уменьшением скорости вращения текучей среды при увеличении диаметра вдоль камеры 6. В альтернативном варианте выполнения, показанном на фиг. 4, камера 6 понижения скорости имеет две конических части 24 и одну гиперболоидную часть 26, в то время как выходное отверстие 12 расположено у периферии камеры 6. Камера 6 выполнена, как показано на чертеже, с обеспечением придания наилучшего торможения текущей по ней текучей среды. Клапан 4 имеет регулирующий поршень 28, выполненный с возможностью регулируемого перемещения в осевом направлении клапана 1. Поршень 28 имеет выступы 30, выступающие в соответствующие входные окна 14. Смещение поршня 28 изменяет поперечное сечение входных окон 14. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Регулирующий клапан (1), предназначенный для регулирования давления и расхода текучей среды и содержащий вход (16), камеру (6) понижения давления и выход (12), при этом текучая среда, протекающая от указанного входа, приводится во вращательное движение вокруг основной оси (20) потока перед вытеканием текучей среды из указанного выхода через указанную камеру, причем ось камеры (6) понижения давления, по существу, совпадает с основной осью (20) потока, а сама указанная камера выполнена расширяющейся на части своей длины вдоль основной оси потока и имеет входную часть (22),выполненную в виде пространства, сужающегося в направлении вдоль указанной оси. 2. Регулирующий клапан по п.1, в котором указанный вход (16) выполнен смещенным в радиальном направлении относительно основной оси (20) потока.-2 013341 3. Регулирующий клапан по п.2, в котором указанный вход (16) ориентирован тангенциально относительно основной оси (20) потока. 4. Регулирующий клапан по п.1, в котором указанный вход (16) ориентирован в осевом направлении относительно основной оси (20) потока. 5. Регулирующий клапан по любому из пп.1-4, в котором камера (6) понижения скорости имеет гиперболоидную расширяющуюся часть (26). 6. Регулирующий клапан по любому из пп.1-5, в котором камера (6) понижения скорости имеет коническую расширяющуюся часть (24). 7. Регулирующий клапан по любому из пп.1-6, в котором камера (6) понижения скорости выполнена внутри, по существу, без других деталей. 8. Регулирующий клапан по любому из пп.1-7, в котором между указанными входом (16) и входной частью (22) камеры (6) понижения скорости расположен регулируемый входной клапан (4). 9. Способ регулирования давления и расхода текучей среды, включающий пропускание текучей среды через регулирующий клапан по любому из пп.1-8. 10. Способ по п.9, в котором указанная текучая среда содержит капли дисперсной фазы, содержащиеся в непрерывной фазе.