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 размещен дисковый шибер с наружным диаметром D с проходным каналом диаметром d, взаимодействующий с опорными поверхностями корпуса через упорные подшипники в виде контурных уплотнительных элементов, а также механизм поворота шибера, состоящий из выполненного в нем зубчатого сектора и взаимодействующей с ним приводной шестерней, отличающаяся тем, что дисковый шибер центрируется по внутреннему диаметру распорного кольца, на внутренней поверхности которого симметрично приводной шестерни со стороны зубчатого сектора выполнена сегментная смазочная канавка, длина которой равна длине зоны регулирования, диаметр проходного канала d в шибере составляет не более 0,25...0,4 его наружного диаметра D, а упорные подшипники в виде контурных уплотнительных элементов установлены на торцевых поверхностях шибера.

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 удобством, простотой эксплуатации и надежностью используемых при этом технических средств. Элементы запорной арматуры, в частности задвижки, имеют вес до нескольких десятков килограмм, ограниченный срок службы и затраты на их ремонт часто превышают их первоначальную стоимость. При монтаже и демонтаже элементов запорной арматуры непосредственно на промыслах имеет место большая доля ручного труда, и большой вес запорной арматуры значительно усложняет проведение и увеличивает время ремонтных работ. Поэтому актуальной задачей является разработка таких конструкций задвижек, которые имеют меньше габариты и вес, что позволило бы монтировать и демонтировать оборудование вручную без использования грузоподъемных механизмов.

Известна задвижка [1], выполненная в виде поворотного затвора, содержащая корпус, в котором подвижно на оси, 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 имеющий уплотнительные элементы для исключения утечек рабочей среды.

Недостатками такой задвижки являются сложность конструкции вследствие большой массы, потому что дисковый шибер центрируется на оси и мал угол зоны регулирования, а также низкая надежность вследствие возможной деформации уплотнительных элементов и их механического повреждения при повороте 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 на оси 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 сложность конструкции, обусловленная тем, что дисковый шибер центрируется на оси. Мал угол зоны регулирования, так как контурные уплотнительные элементы выполнены в опорных поверхностях корпуса, это приводит к увеличению габаритов шибера. Вследствие этого рабочее давление во внутренней полости задвижки создает большое усилие на корпус, что требует обеспечить прочность корпуса, увеличивая его габариты, что также усложняет конструкцию. При изменении давления на шибер со стороны действия рабочей среды происходит интенсивный износ уплотнительных элементов, возможен перекос уплотнительных элементов при повороте шибера, вызывающий преждевременный износ уплотнительных элементов и рабочих поверхностей шибера.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является упрощение конструкции за счет уменьшения габаритов и веса задвижки, и повышение надежности задвижки.

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 размещен дисковый шибер наружным диаметром D с проходным каналом диаметром d, взаимодействующий с опорными поверхностями корпуса через упорные подшипники в виде контурных уплотнительных элементов, а также механизм поворота шибера, состоящий из выполненного в нем зубчатого сектора и взаимодействующей с ним приводной шестерней, дисковый шибер центрируется по внутреннему диаметру распорного кольца, что позволяет исключить из конструкции ось, на которой раньше центрировался шибер, упростить конструкцию шибера и частей корпуса, исключив необходимость выполнения в них точных отверстий для оси и упростив таким образом конструкцию задвижки в целом и обеспечив повышение надежности за счет уменьшения количества ее элементов. На внутренней поверхности распорного кольца симметрично приводной шестерни со стороны зубчатого сектора выполнена сегментная смазочная канавка, длина которой равна длине зоны регулирования, что обеспечивает гарантированную смазку зоны контакта шибера с распорным кольцом, усложняет условия проникновения механических примесей в зону контакта, которые вызывают износ контактируемых поверхностей, что обеспечивает повышение надежности задвижки. Диаметр проходного канала d в шибере составляет не более 0,25...0,4 его наружного диаметра D, что обеспечивает уменьшение габаритных размеров задвижки без увеличения ее гидравлического сопротивления и упрощает ее конструкцию. Упорные подшипники в виде контурных уплотнительных элементов установлены на торцевых поверхностях шибера, что исключает возможность их контакта с кромками опорных седел, установленными в каждой из частей корпуса и их механическое повреждение при открывании и закрывании задвижки, что повышает надежность задвижки.

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 открытом положении, на фиг.2 показано поперечное сечение задвижки в открытом положении, а на фиг.3 - схема расположения смазочной канавки.

Задвижка содержит выполненный из двух частей 1 и 2 корпус, между которыми с помощью шпилек с шайбами и гайками (поз. 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 свободно с зазором размещен дисковый шибер 5 с проходным каналом 6, диаметр которого зависит от конструкции элементов седла 16 и размеров волнообразных пружин 17 и составляет не менее 0,25...0,4 его наружного диаметра D. Указанные соотношения получены в процессе конструирования задвижек для реальных условий эксплуатации. Меньшее значение соответствует задвижке с диаметром проходного канала, равным 32 мм, а большее - 80 мм. Уменьшение указанных соотношений приводит к увеличению габаритных размеров и массы задвижки, а увеличение их невозможно вследствие ограничений, налагаемых конструкцией седла 16, размеров волнообразных пружин 17 и размеров поперечного сечения упорных подшипников в виде контурных уплотнительных элементов 8. Дисковый шибер 5 центрируется по внутреннему диаметру распорного кольца 3. Для уменьшения коэффициента трения между ними у распорного кольца рекомендуется увеличить твердость. Дисковый шибер 5 образует с распорным кольцом 3 и частями 1 и 2 корпуса замкнутую периферийную полость 7 и взаимодействует с опорными поверхностями корпуса через выполненные в дисковом шибере 5 упорные подшипники 8 в виде контурных уплотнительных элементов. Это позволяет исключить контакт поверхностей зубчатого сектора 14 с поверхностями упорных подшипников 8, что могло бы привести к их быстрому износу. 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, защищенными от попадания рабочей среды резиновыми уплотнительными кольцами, которые на фиг.1, 2, 3 не показаны. В распорном кольце 3 с целью уменьшения момента сил трения при движении дискового шибера 5 по внутренней поверхности распорного кольца 3, на ней, симметрично приводной шестерни 15 со стороны зубчатого сектора 14 выполнена сегментная смазочная канавка, длина которой равна длине зоны регулирования. Канавка предназначена для обеспечения наличия смазки в периферийной зоне 7. Смазочная канавка 20 соединена с отверстием 11, которое в рабочем положении закрыто пробкой 12 и шариком 13.

Задвижка работает следующим образом. При вращении вала-шестерни 15 с помощью ключа (на фиг.1 не показан) происходит поворот дискового шибера 5 в распорном кольце 3 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 1005 градусов шибер поворачивается на оси на 116 градусов, полностью открывая или закрывая проходное сечение задвижки. Для исключения попадания рабочей среды в периферийную полость 7 на опорных поверхностях дискового шибера установлены упорные подшипники 8 в виде контурных уплотнительных элементов. 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. 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.

Таким образом, упростив конструкцию задвижки, удалось уменьшить ее вес на 15%. Это получено для задвижки с диаметром проходного сечения 65 мм. Высокая ремонтопригодность, надежность и удобство управления задвижкой подтверждены ее испытаниями в реальных производственных условиях в нефтедобывающей промышленности. Полный средний ресурс составил 2100 циклов, что обеспечивает ее полный срок службы не менее 10 лет. Ожидается средний срок службы задвижки до капитального ремонта не менее 5 лет.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №1390468, МПК F 16 К 31/53. Поворотный затвор./Г.М.Папцов и др. (СССР). Опубл. в БИ № 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, БИ № 3, 2000, с.472.