шиберная задвижка

Формула изобретения

1. Шиберная задвижка, содержащая корпус, шибер, установленный в корпусе с седлами, выполненными в виде подпружиненных относительно корпуса телескопических втулок с уплотнительными узлами с образованием кольцевой полости между ними, втулки снабжены ответными буртами с образованием камеры переменного объема между ними, сообщаемой с кольцевой полостью, отличающаяся тем, что наружная втулка снабжена дополнительным буртом с образованием смежной камеры переменного объема, которая посредством канала во внутренней втулке сообщена с проходным отверстием задвижки.

2. Шиберная задвижка по п.1, отличающаяся тем, что уплотнительный узел наружной втулки жестко связан с ее боковой поверхностью и упором втулки с образованием камеры переменного объема между уплотнительным узлом и буртом.

3. Шиберная задвижка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что дополнительный бурт наружной втулки со стороны корпуса выполнен с возможностью ограниченного упорами наружной и внутренней втулок осевого перемещения, причем упор внутренней втулки выполнен со стороны камеры переменного объема.

4. Шиберная задвижка по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что ход наружной втулки меньше осевой деформации ее уплотнительного узла.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к арматуростроению, а именно к шиберным задвижкам с ручным или гидро-, пневмоприводом.

Известна шиберная задвижка, содержащая установленные в корпусе шибер со штоком, седла, уплотнительные устройства штока и шибера (см., например, Молчанов Г.В. Молчанов А.Г. Машины и оборудование для добычи нефти и газа. - М.: Недра, 1984, с. 94, рис.1У. 12).

Недостатком известного устройства является низкая надежность вследствие интенсивного износа уплотнительных узлов шибера и появления утечек через задвижку с выходом из строя уплотнительного устройства шибера.

Известна шиберная задвижка, содержащая установленные в корпусе шибер с седлом, шток с уплотнительным узлом, установленным в крышке, штуцер для принудительной подачи смазки в корпус задвижки (см. там же, с.95, рис.1У. 13). В известном устройстве подача смазки в корпус позволяет снизить износ пары трения.

Недостатком известного устройства являются низкая надежность вследствие появления утечек через задвижку с выходом из строя уплотнительного узла шибера.

Известна шиберная задвижка, содержащая установленные в корпусе шибер и шток с уплотнительным узлом, седла, выполненные в виде подпружиненных со стороны корпуса телескопических втулок с уплотнительными узлами с образованием кольцевой межуплотнительной полости, которые снабжены ответно выполненными буртами с возможностью образования между буртами камеры переменного объема, сообщенной с кольцевой полостью (см. Патент США 5090661, МПК⁷ F 16 K 3/16, 1992 г.), который принят за прототип.

Известное устройство позволяет сохранять герметичность задвижки при выходе из строя внутреннего первичного уплотнителя шибера.

Недостатками прототипа являются низкая надежность вследствие одновременного контакта и износа торцевых уплотнительных узлов обеих втулок, низкая герметичность первичного уплотнителя седла при низком рабочем давлении из за незначительной неуравновешенной площади седла.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения надежности работы задвижки путем осуществления последовательной работы уплотнителей втулок и увеличения усилия прижатия седел к шиберу с повышением давления герметизируемой среды.

Для достижения указанного технического результата в шиберной задвижке, содержащей корпус, шибер, установленный в корпусе с седлами, выполненными в виде подпружиненных относительно корпуса телескопических втулок с уплотнительными узлами с образованием кольцевой полости между уплотнительными узлами, втулки снабжены ответными буртами с образованием камеры переменного объема между ними, сообщаемой с кольцевой полостью, наружная втулка снабжена дополнительным буртом с образованием смежной камеры переменного объема, которая посредством радиального канала во внутренней втулке сообщена с проходным отверстием задвижки.

Бурт наружной втулки со стороны корпуса выполнен с возможностью ограниченного упорами наружного и внутреннего втулок осевого перемещения, причем упор внутренней втулки выполнен со стороны камеры переменного объема.

Уплотнительный узел наружной втулки жестко связан с ее боковой поверхностью и упором втулки с образованием камеры переменного объема между уплотнительным узлом и буртом.

Ход наружной втулки меньше максимальной деформации уплотнительного узла.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с существующим уровнем техники не выявил из источников известности наличия в них отличительных признаков заявляемого технического решения с достижением указанного технического результата, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Для пояснения технической сущности предлагаемой шиберной задвижки приведены чертежи.

На фиг.1 показан общий вид задвижки (продольный разрез);

на фиг.2 представлен уплотнительный узел шибера (задвижка открыта);

на фиг.3, 4 - варианты исполнения втулок седла с подвижным буртом;

на фиг.5 - вариант исполнения седла.

Шиберная задвижка содержит установленные в корпусе 1 (фиг.1) шибер 2, седла 3 и 4, выполненные в виде телескопических втулок 5, 6 и 7, 8 (фиг.2). Внутренние 5, 7 и наружные 6, 8 втулки снабжены соответственно цилиндрическими буртами 9, 10 и 11, 12 с возможностью взаимодействия буртов 11, 12 наружных втулок 6, 8 с шибером 2. Втулки 5, 7 и бурты 11, 12 втулок 6, 8 снабжены, например, торцевыми уплотнительными узлами 13, 14 и 15, 16 с образованием межуплотнительных кольцевых полостей 17 и 18, образованных боковыми поверхностями втулок 5, 7 и буртов 11, 12. Полости 17 и 18 сообщены камерами 19, 20 переменного объема, образованными между буртами 9, 10 и 11, 12. Наружные втулки 6, 8 снабжены дополнительными буртами, выполненными в виде, например, торцевых кольцевых крышек 21, 22 с образованием дополнительных камер 23, 24 переменного объема между крышками 21, 22 и буртами 9, 10. Камеры 23 и 24, например, посредством радиальных каналов 25 и 26, выполненных во втулках 5, 7, сообщены с проходными отверстиями 27 и 28 задвижки. Внутренние 5, 7 и наружные 6 и 8 втулки относительно корпуса 1 подпружинены, например, тарельчатыми пружинами 29, 30 и 31, 32. В корпусе 1 между его внутренней поверхностью и боковой поверхностью втулок 6 и 8 образована полость 33 задвижки.

Задвижка снабжена крышкой 34, через которую пропущен шток 35 с уплотнителем 36, и, например, штурвалом (не указан).

Крышки 21 и 22 (см. фиг.3) установлены с возможностью ограниченного между упорами 37, 38 втулок 6, 8 и 39, 40 втулок 5, 7 осевого перемещения. При этом упоры 39 и 40 наружных втулок 6, 8 расположены со стороны камер 23 и 24.

Между корпусом 1 и крышками 21 и 22 установлены пружины 41 и 42 с возможностью взаимодействия последних со втулками 5 и 7 посредством упоров 39 и 40, а самих втулок 5, 7 - с шибером 2.

Наружные втулки 6 и 8 (фиг.5) установлены с возможностью образования дополнительных камер 23 и 24 переменного объема между буртами 9, 10 и 11, 12. Втулки 6 и 8 со стороны буртов 10 и 12 подпружинены пружинами 31 и 32, а уплотнительные узлы 15 и 16 жестко закреплены со втулками 6 и 8 по боковой поверхности, например установлены на втулки 6 и 8 с натягом, взаимодействуют с упорами 43 и 44 втулок 6, 8. Межуплотнительные кольцевые полости 17 и 18 образованы боковыми поверхностями втулок 5, 7 и уплотнительных узлов 15 и 16, а камеры 19 и 20 переменного объема образованы между торцами буртов 9, 11 и уплотнительных узлов 15, 16.

Задвижка работает следующим образом.

Пусть задвижка находится в открытом положении. Давление в камерах 23 и 24 (фиг. 1 и 2) равно рабочему давлению. При исправном состоянии уплотнительных узлов 13 и 14 давление в полостях 17, 18 и камерах 19, 20 равно давлению в полости 33 корпуса 1. С увеличением рабочего давления контактное давление в уплотнительных узлах 13 и 14 повышается, а в уплотнительных узлах 15 и 16 снижается (при их постоянном контакте с шибером 2), или втулки 6 и 8 отрываются от шибера 2 (при малом усилии пружин 31 и 32).

Усилие пружин 29, 30 выбирается так, что при нулевом рабочем давлении в уплотнительных узлах 13 и 14 создается минимально необходимое контактное давление.

Усилие пружин 31 и 32 может быть выбрано минимальным, обеспечивающим поджатие уплотнительных узлов 15 и 16 к шиберу 2 при нулевом рабочем давлении. При условии, когда ход втулок 6 и 8 больше деформации уплотнительных узлов 15 и 16, втулки 6 и 8 при повышении рабочего давления отрываются от шибера 2. Если же ход втулок 6 и 8 меньше осевой деформации уплотнительных узлов 15 и 16, последние при любом рабочем давлении взаимодействуют с шибером 2.

Усилие пружин 31 и 32 может быть выбрано также из условия создания необходимого минимального контактного давления при максимальном рабочем давлении.

Учитывая, что разность диаметров буртов 9, 10 и торцевых уплотнительных узлов 13, 14 значительная, даже при небольшом рабочем давлении обеспечивается герметичность уплотнительных узлов 13, 14 шибера 2.

Пусть уплотнительные узлы 15 и 16 постоянно прижаты к шиберу 2, что обеспечивается выбором усилия пружин 31, 32 или хода втулок 6, 8 меньшим, чем деформация уплотнителей 15, 16. При потере герметичности уплотнительных узлов 13 и 14 давление в полостях 17, 18 и камерах 19, 20 возрастает до рабочего. Под действием создавшегося перепада давления по торцам буртов 11 и 12 уплотнительные узлы 15 и 16 прижимаются к шиберу 2, обеспечивая герметичность.

Пусть уплотнительные узлы 15 и 16 при исправных узлах 13 и 14 не взаимодействуют с шибером 2. При этом давление в камерах 23 и 24 больше давления в полости 33 задвижки. За счет перепада давления, действующего на торцы крышек 21 и 22, пружины 31 и 32 находятся в сжатом состоянии. При потере герметичности уплотнительных узлов 13 и 14 давление в полости 33 задвижки возрастает до рабочего. На торцы крышек 21 и 22 действует одинаковое давление. Под действием усилия пружин 31 и 32 втулки 6 и 8 прижимаются к шиберу 2, обеспечивая герметичность.

Задвижка с подвижными крышками 21 и 22 (фиг.3) позволяет стравливать чрезмерное давление из полости 33. При превышении давления в полости 33 выше рабочего (например, при повышении температуры) при исправных уплотнительных узлах 13, 14, 15 и 16 под действием перепада давления сначала втулки 6 и 8, а потом втулки 5 и 7 отрываются от шибера 2, сообщая полость 33 с проходными отверстиями 27 и 28 и снижая давление внутри корпуса. Втулки 6 и 8 перемещаются под действием усилия от перепада давления на неуравновешенную площадь, заключенную между уплотнительными элементами буртов 9, 10 и торцевыми уплотнителями 15, 16. Втулки 5 и 7 перемещаются под действием усилия от перепада давления на площадь, заключенную между уплотнительными элементами (не указаны) буртов 9,10 и уплотнительными элементами 13, 14.

Работа задвижки по фиг.4 аналогична описанной выше. В отличие от задвижки, представленной на фиг.3, пружины 41 и 42 на втулки 5 и 7 действуют через крышки 21 и 22. При нулевом рабочем давлении крышки 21 и 22 под действием пружин 41 и 42 прижаты к упорам 39 и 40, обеспечивая тем самым герметичность уплотнительных узлов 13 и 14. С повышением рабочего давления, а значит и повышения давления в камерах 23 и 24, втулки 5 и 7 под действием создавшегося перепада давления еще сильнее прижимаются к шиберу 2, а усилие пружин 41 и 42 компенсируется усилием перепада давления.

Рассмотрим работу задвижки, показанную на фиг.5.

При отсутствии рабочего давления втулки 5, 7 и 6, 8 под действием усилия пружин 29, 30 и 31, 32 прижаты к шиберу 2. С повышением рабочего давления увеличивается и давление в камерах 23 и 24. Под действием усилия от создавшегося перепада давления, действующего на площадь, заключенную между уплотнительными элементами буртов 9, 10 и торцевыми уплотнителями 13 и 14, втулки 5 и 7 сильнее прижимаются к шиберу 2. Усилие от перепада давления в камерах 23, 24 и в полости 33 корпуса 1, действуя на бурты 11 и 12 втулок 6 и 8, разгружает уплотнительные элементы 15 и 16. При значительном рабочем давлении возможен отрыв втулок 6 и 8 от седла 2.

При потере герметичности уплотнительных узлов 13 и 14 давление в камерах 19 и 20 повышается до рабочего. На втулки 6 и 8 перестает действовать усилие давления. Далее под действием усилий пружин 31 и 32 втулки 6 и 8 прижимаются к шиберу 2.

Таким образом, с повышением рабочего давления увеличиваются контактные давления в уплотнительных узлах внутренних втулок. При этом контактные давления в уплотнительных узлах наружных втулок или снижаются (при большом усилии пружин или малом ходе втулок), или наружные втулки отрываются от шибера, исключая износ уплотнителей наружных втулок. При потере герметичности уплотнителей внутренней втулки утечка через задвижку предотвращается уплотнителями наружных втулок вследствие взаимодействия наружных втулок с шибером и их прижатия к шиберу.

При превышении давления в корпусе задвижки выше рабочего (например, за счет увеличения температуры) втулки поочередно отрываются от шибера, сбрасывая давление до рабочего.