задвижка

Формула изобретения

Задвижка, содержащая корпус, выполненный из двух частей, между которыми жестко закреплено распорное кольцо, во внутренней полости которого с возможностью поворота в своей плоскости в пределах зоны регулирования на своей оси размещен дисковый шибер с проходным каналом, образующий с распорным кольцом замкнутую периферийную полость и взаимодействующий с опорными поверхностями корпуса через выполненные в нем упорные подшипники в виде контурных уплотнительных элементов, отличающаяся тем, что в дисковом шибере параллельно его оси на радиусе, равном радиусу расположения проходного канала, в центре зоны регулирования выполнено сквозное отверстие диаметром от 0,02 до 0,05 диаметра проходного канала, соединенное радиальным отверстием с замкнутой периферийной полостью, которая через выполненное в одной из частей корпуса нормально закрытое отверстие соединена с атмосферой, а упорные подшипники в виде контурных уплотнительных элементов установлены в каждой из частей корпуса с натягом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области нефтяного и химического машиностроения и может быть использовано в качестве запирающего устройства на трубопроводах, транспортирующих нефть или техническую воду, а также для перекрытия каналов устьевой арматуры фонтанных, насосных и нагнетательных скважин при промышленной добыче нефти.

Эффективность промышленной добычи нефти определяется надежностью используемых при этом технических средств, которые часто работают под высоким давлением химически активной среды. Элементы запорной арматуры, в частности задвижки, имеют ограниченный срок службы и затраты на их ремонт часто превышают их первоначальную стоимость. Поэтому актуальной задачей является разработка таких конструкций задвижек, которые не требуют больших затрат на ремонт и могут работать в сложных климатических условиях в течение нескольких лет.

Известна задвижка [1], выполненная в виде поворотного затвора, содержащая корпус, в котором подвижно с образованием зоны регулирования размещен дисковый запорный орган в виде шибера с проходным каналом, в котором корпус состоит из двух частей, соединенных между собой болтами и имеющих уплотнительные элементы для исключения утечек рабочей среды.

Недостатком такой задвижки является недостаточная надежность, обусловленная тем, что при быстром открытии или закрытии ее происходит резкое изменение силы, действующей на шибер со стороны действия рабочей среды, что приводит к интенсивному износу уплотнительных элементов и контактным деформациям рабочих поверхностей шибера.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сути является задвижка [2], содержащая выполненный из двух частей корпус, между которыми жестко закреплено распорное кольцо, во внутренней полости которого с возможностью поворота в своей плоскости в пределах зоны регулирования размещен дисковый шибер с проходным каналом, образующий с распорным кольцом замкнутую периферийную полость и взаимодействующий с опорными поверхностями корпуса через выполненные в нем упорные подшипники в виде контурных уплотнительных элементов, охватывающих зону регулирования по наименьшей траектории.

Недостатком такой задвижки является недостаточная надежность, обусловленная тем, что при быстром открытии или закрытии ее происходит резкое изменение силы, действующей на шибер со стороны действия рабочей среды, что приводит к интенсивному износу уплотнительных элементов и контактным деформациям рабочих поверхностей шибера, возможности перекоса уплотнительных элементов при повороте шибера, а также скапливанию в периферийной полости между шибером, распорным кольцом и корпусом рабочей среды с механическими примесями, вызывающими преждевременный износ уплотнительных элементов и рабочих поверхностей шибера.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение надежности задвижки, выражающееся в увеличении срока ее эксплуатации до первого ремонта.

Поставленная техническая задача решена за счет того, что в известной задвижке, содержащей выполненный из двух частей корпус, между которыми жестко закреплено распорное кольцо, во внутренней полости которого с возможностью поворота в своей плоскости в пределах зоны регулирования на своей оси размещен дисковый шибер с проходным каналом, образующий с распорным кольцом замкнутую периферийную полость и взаимодействующий с опорными поверхностями корпуса через выполненные в нем упорные подшипники в виде контурных уплотнительных элементов, в дисковом шибере параллельно его оси на радиусе, равном радиусу расположения проходного канала, в центре зоны регулирования выполнено сквозное отверстие диаметром от 0,02 до 0,05 диаметра проходного канала, соединенное радиальным отверстием с замкнутой периферийной полостью, которая через выполненное в одной из частей корпуса нормально закрытое отверстие соединена с атмосферой, а упорные подшипники в виде контурных уплотнительных элементов установлены в каждой из частей корпуса с натягом.

При оценке соответствия комплекса новых признаков задвижки критерию "существенные отличия" по доступным авторам и заявителю информационным источникам в известных технических решениях признаков, сходных с заявляемыми, обнаружить не удалось.

На фиг.1 приведена конструктивная схема задвижки, в том положении, когда шибер находится в центральной части зоны регулирования; на фиг.2 - поперечное сечение задвижки в открытом положении; на фиг.3 - схема расположения упорного подшипника в виде контурного уплотнительного элемента.

Задвижка содержит выполненный из двух частей 1 и 2 корпус, между которыми с помощью шпилек с шайбами и гайками (не указаны) жестко закреплено распорное кольцо 3. Каждая из частей корпуса имеет сквозные каналы и конструктивные элементы, например фланцы, для монтажа задвижки в трубопроводе. Во внутренней полости распорного кольца 3 с возможностью поворота в своей плоскости в пределах зоны регулирования на оси 4, жестко закрепленной в каждой из частей 1 и 2 корпуса, размещен дисковый шибер 5 с проходным каналом 6, диаметр которого не превышает диаметр сквозных отверстий в корпусе. Дисковый шибер 5 образует с упорным кольцом 3 и частями 1 и 2 корпуса замкнутую периферийную полость 7 и взаимодействует с опорными поверхностями корпуса через выполненные в нем упорные подшипники 8 в виде контурных уплотнительных элементов. В дисковом шибере 5 параллельно его оси на радиусе, равном радиусу расположения проходного канала 6, в центре зоны регулирования выполнено сквозное отверстие 9 диаметром d, которое составляет от 0,02 до 0,05 диаметра D проходного канала 6. Отверстие 9 соединено радиальным отверстием 10 с замкнутой периферийной полостью 7, которая через выполненное в одной из частей корпуса нормально закрытое отверстие 11 соединена с атмосферой. Отверстие 11 в рабочем положении закрыто пробкой 12 и шариком 13. Упорные подшипники 8 выполнены в виде контурных уплотнительных элементов и установлены в каждой из частей 1 и 2 корпуса с натягом. Напротив проходного отверстия 6 в дисковом шибере 5 выполнена сквозная выемка, на периферийной части которой закреплен зубчатый сектор 14, взаимодействующий с установленной в частях 1 и 2 корпуса вал-шестерней 15. В каждой из частей 1 и 2 корпуса установлены взаимодействующие с дисковым шибером 5 подвижные седла 16 с волнообразными пружинами 17.

Задвижка работает следующим образом. При вращении вала-шестерни 15 с помощью ключа (на фиг.1 не показан) происходит поворот дискового шибера 5 на оси 4 из положения "открыто" в положение "закрыто" или наоборот. Угол поворота вала-шестерни зависит от геометрических размеров основных деталей задвижки - дискового шибера 5 и параметров зубчатого зацепления сектора 14. В опытных образцах задвижек с диаметром условного прохода 65 мм при повороте вала-шестерни на 540 градусов шибер поворачивается на оси на 80 градусов, полностью открывая или закрывая проходное сечение задвижки. Для исключения попадания рабочей среды в периферийную полость 7 на опорных поверхностях корпуса установлены упорные подшипники 8 с натягом в виде контурных уплотнительных элементов. Это исключает возможность их перемещения в канавках и возможность перекоса, что повышает надежность работы задвижки. Уплотнение шибера обеспечивается двумя подвижными седлами 16. Прижим седла осуществляется дисковыми волнообразными пружинами 17. В закрытом или промежуточном положении дискового шибера на него действует поперечная сила, определяемая статическим давлением и скоростным напором рабочей среды и площадью, на которую они действуют. Эту силу воспринимают упорные подшипники 8. Для снижения статического давления и скоростного напора рабочей среды в дисковом шибере 5 выполнено сквозное отверстие 9, соединенное радиальным отверстием 10 с замкнутой периферийной полостью 7. Отверстие 9 предназначено для снижения нагрузки от скоростного потока жидкости на уплотнительную часть седла 16, для предотвращения разрушений уплотнительной части седла. При этом сила, действующая в зоне контакта седла 16 с дисковым шибером 5, от давления рабочей среды не зависит и остается постоянной, определяемой только силой упругости волнообразных пружин 17, что уменьшает износ рабочих поверхностей седел и шибера, а также повышает надежность работы задвижки. Перед нагнетанием смазки в корпус задвижки при ее периодическом техническом обслуживании необходимо разрядить ее от давления. Сброс давления производится через отверстие 11 при открытии пробки 12. Смазка в зазоры между шибером 5 и частями 1 и 2 корпуса, а также в зону зубчатого зацепления подается при сборке задвижки через пресс-масленку и специальные каналы, выполненные в вал-шестерне и шибере, которые на фиг.1, 2, 3 не показаны. Для визуального контроля наполнения смазкой задвижки служит отверстие 11 с открученной на 2...3 оборота пробкой 12.

Высокая ремонтопригодность, надежность и удобство управления задвижкой подтверждены ее испытаниями в реальных производственных условиях в нефтедобывающей промышленности. Полный средний ресурс составил 1800 циклов, что обеспечивает ее полный срок службы не менее 9 лет. Практикой подтверждено, что средний срок службы задвижки до капитального ремонта не менее 5 лет.

Источники информации

1. А.с. СССР № 1390468, МПК F 16 К 31/53. Поворотный затвор. /Г.М. Папцов и др. (СССР). Опубл. в БИО № 15, 1988 г.

2. Свидетельство на полезную модель № 12713, МПК F 16 K 3/06. Задвижка. /Ю.Н. Парамонов, С.Н. Новосельцев, В.С. Мельник, В.М. Артеменко. Опубл. 27.01.2000, БИПМ № 3, 2000, с.472.