Нефтепромысловые клапаны должны работать под давлением, вибрацией и суровыми погодными условиями. В то же время буровое оборудование и морские платформы часто оставляют мало места для привода.

Гидравлический поворотный цилиндр преобразует давление жидкости в управляемое вращательное движение. Для четвертьоборотных шаровых, дисковых и пробковых кранов он может обеспечить движение на 90°, необходимое для открытия или закрытия потока.

Винтовые поворотные приводы стоит рассматривать там, где пространство для установки ограничено. Однако надежная работа клапана зависит от полной сборки: привода, муфты, систем управления, гидравлического питания и аварийной системы управления.

Содержание

• Что такое нефтепромысловый гидравлический поворотный цилиндр?
• Как работает винтовой поворотный привод?
• Как сравниваются конструкции поворотных приводов?
• Как проверять момент на клапане?
• Сколько масла и потока требуется?
• Что делает привод пригодным для нефтепромысловых условий?
• Каковы основные ограничения конструкции?
• Какая информация нужна для индивидуального решения?

Что такое нефтепромысловый гидравлический поворотный цилиндр?

Гидравлический поворотный цилиндр — это ограниченный углом привод, который поворачивает выходной вал или фланец. Подключенный к штоку клапана через подходящую муфту, он обеспечивает крутящий момент, необходимый для перемещения клапана между рабочими положениями.

Типичные применения включают четвертьоборотные клапаны на технологических линиях, коллекторах и отдельных буровых системах.

Однако не каждый нефтепромысловый клапан использует вращательное движение. Многие задвижки и поверхностные предохранительные клапаны требуют линейных приводов. Поэтому тип клапана и движение штока должны быть подтверждены перед выбором привода.

Как работает винтовой поворотный привод?

Винтовой поворотный привод использует внутренний механизм для преобразования хода поршня во вращение.

В типичной конструкции со скользящей шлицей:

1. Гидравлическое масло поступает в камеру давления.
2. Давление перемещает поршень вдоль корпуса привода.
3. Винтовые шлицы направляют движущиеся части и поворачивают выходной вал.
4. Вал передает крутящий момент через муфту штоку клапана.
5. Изменение направления подачи давления изменяет направление движения.

Эта схема размещает преобразование движения внутри компактного корпуса. Другие винтовые конструкции используют различные внутренние механизмы, поэтому выходные характеристики должны быть проверены в соответствии с выбранной моделью. 

Сравнение винтовых приводов, реечных и шестеренчатых и лопастных приводов

Каждая конструкция предлагает свои преимущества. Лучший выбор зависит от режима работы клапана, а не от отдельного заявления о производительности.

Винтовые приводы могут подходить для ограниченных установок, что демонстрируется коммерческими конструкциями четвертьоборотных приводов клапанов. Тем не менее, они автоматически не являются лучшим вариантом для каждого нефтепромыслового клапана.

Опубликованные значения крутящего момента и позиционирования относятся к конкретным продуктам. Их не следует рассматривать как общие номиналы для всех винтовых цилиндров.

Как выбрать необходимый крутящий момент?

Начните с данных о крутящем моменте производителя клапана при фактических условиях эксплуатации.

Проверьте:

• Момент отрыва: Крутящий момент, необходимый для начала движения после того, как клапан оставался неподвижным.
• Рабочий момент: Крутящий момент, необходимый во время движения.
• Момент посадки и расхождения: Крутящий момент, необходимый вблизи закрытого положения.
• Влияние условий эксплуатации: Перепад давления, температура, отложения, коррозия и время между операциями.

Затем сравните требование клапана к крутящему моменту с доступным выходным моментом привода на протяжении всего хода, используя минимальное доступное гидравлическое давление.

Примените запас, согласованный с поставщиком клапана и проектной спецификацией. Также проверьте максимально допустимый крутящий момент штока клапана. Слишком мощный привод может повредить шток, седла или муфту, если давление не будет надлежащим образом ограничено.

Дополнительный крутящий момент не должен заменять осмотр заклинившего или поврежденного клапана.

Сколько масла и потока требуется приводу?

Для первоначальной оценки:

Время работы в секундах ≈ 60 × объем хода в литрах ÷ поток в литрах в минуту

Например, приводу, которому требуется 0,5 литра для хода 90°, потребуется около 6 секунд при 5 литрах в минуту.

Это идеальная оценка. Фактическое время зависит от ограничений клапана, нагрузки, температуры масла, утечки и доступного давления.

Время открытия и закрытия также может различаться. По этой причине указывайте оба направления отдельно и подтверждайте производительность испытаниями.

Почему стоит рассматривать гидравлический привод для нефтепромысловых клапанов?

Гидравлический привод может обеспечить значительный крутящий момент в пределах компактной установки. Он также позволяет разместить силовой блок вдали от клапана, где шланги или трубопроводы передают давление к приводу.

При наличии подходящих средств управления система может поддерживать:

• Дистанционное управление клапанами.
• Контролируемую скорость открытия и закрытия.
• Обратную связь по положению.
• Аварийное движение с использованием накопленной энергии.
• Интеграцию с электрогидравлическим управляющим блоком.

Однако само гидравлическое давление не гарантирует стабильное позиционирование, устойчивость к ударам или безопасное отключение. Эти функции зависят от схемы и механической конструкции.

Удержание положения и аварийное движение — это разные вещи

Клапан может нуждаться в том, чтобы оставаться на месте после потери питания, автоматически закрываться или автоматически открываться. Требуемое действие определяется оценкой безопасности процесса.

Удержание положения может использовать пилотные обратные клапаны или другую подходящую удерживающую схему. Утечка, изменение температуры и захваченное давление все еще требуют учета.

Аварийное движение требует надежного источника энергии и управляющего пути. В зависимости от конструкции это может включать возвратную пружину или гидравлический аккумулятор.

Аккумулятор должен быть рассчитан на требуемый ход, минимальное рабочее давление, диапазон температур и резервную емкость. Его способность завершить аварийное действие должна быть проверена.

Коммерческие аварийные системы используют возвратную пружину или аккумуляторные схемы для перемещения клапанов в определенное безопасное положение.

Какую защиту требует нефтепромысловая среда?

Эксплуатация на открытом воздухе и в море может подвергать приводы воздействию солевого тумана, пыли, вибрации и больших перепадов температур.

Выбор материала, покрытия, крепежа и уплотнений должен соответствовать этим условиям. При выборе уплотнений также необходимо учитывать гидравлическую жидкость и рабочую температуру.

Пригодность для использования во взрывоопасных зонах требует анализа всего комплекта, включая электромагнитные клапаны, переключатели, датчики и потенциальные источники воспламенения. Одно только хорошее уплотнение не обеспечивает взрывозащиту.

Аналогично, привод, пригодный для установки на палубе, автоматически не пригоден для использования под водой. Подводная эксплуатация требует проверок на внешнее давление, компенсацию давления, соединители и любой интерфейс переопределения ROV.

Где система может работать недостаточно эффективно?

Производительность может быть низкой, если привод выбран только по номинальному крутящему моменту.

Общие проблемы включают недостаточное давление подачи, избыточное обратное давление, плохое выравнивание муфты, загрязненное масло и неподходящие уплотнения.

Другие ограничения требуют особого внимания:

• Вибрация: Гидравлическое демпфирование само по себе не предотвращает нежелательное движение клапана.
• Точность хода: Точное позиционирование вала не доказывает, что уплотнение клапана работает правильно.
• Быстрое закрытие: Демпфирование привода снижает механическое воздействие, но скачок давления в трубопроводе требует отдельного анализа процесса.
• Аварийная эксплуатация: Удерживающий клапан не может обеспечить энергию, необходимую для завершения хода отключения.

Поэтому время закрытия должно задаваться как требованием к отключению, так и переходным поведением трубопровода.

Что следует предоставить для анализа индивидуального привода?

Для конструктивного технического обсуждения предоставьте:

• Тип клапана, размер, класс давления и условия процесса.
• Требования к крутящему моменту на протяжении рабочего хода.
• Максимально допустимый крутящий момент штока.
• Требуемый ход и время открытия/закрытия.
• Минимальное и максимальное гидравлическое давление.
• Монтажные чертежи, размеры муфты и ограничения пространства.
• Требования к температуре, коррозии, вибрации и взрывоопасной зоне.
• Требуемая реакция на потерю питания или гидравлической подачи.
• Требования к обратной связи, переопределению, инспекции и испытаниям.

Обсудите ваш нефтепромысловый проект клапанов с Shellppon

Компактный винтовой привод может быть отличным кандидатом для четвертьоборотных нефтепромысловых клапанов. Окончательный выбор должен основываться на проверенных данных о крутящем моменте, ограничениях установки и четко определенной аварийной реакции.

Shellppon Hydraulic предоставляет услуги по производству гидравлических цилиндров и услуги OEM/ODM. Для обсуждения выбора компонентов или индивидуального проекта свяжитесь с Shellppon, предоставив данные о вашем клапане, чертежи и эксплуатационные требования.