задвижка

Формула изобретения

Задвижка, содержащая корпус, выполненный из двух соединенных между собой частей, в каждой из которых установлены подпружиненные седла с уплотнительными элементами, между которыми с возможностью поворота в своей плоскости размещен дисковый шибер с проходным отверстием, в котором установлен сменный регулирующий элемент, отличающаяся тем, что сменный регулирующий элемент выполнен в виде клапанной камеры с возможностью перемещения ее в осевом направлении на величину, не превышающую величину зазора между частями корпуса и дисковым шибером, а уплотнительные элементы установлены с натягом на торце седел в канавках, имеющих рифленую поверхность.

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 и быстрой сменой используемых при этом технических средств, которые часто работают под высоким давлением химически активной среды. Поэтому актуальной задачей является разработка таких конструкций задвижек, которые позволяют при необходимости производить очистку и добычу нефтепродуктов без демонтажа оборудования и не требуют больших затрат на их ремонт, и могут работать в сложных климатических условиях в течение нескольких лет.

Известна задвижка [1], выполненная в виде шарового крана, содержащая корпус, в котором между подпружиненными в осевом направлении седлами с уплотнительными элементами расположена сферическая пробка, снабженная установленными в подшипниках верхней опорой в виде шпинделя с кольцевым буртиком и нижней, расположенной в расточке пробки и сопрягаемой с ней посредством шарика. Пробка имеет проходное отверстие диаметром D и имеет возможность поворота с образованием зоны регулирования от положения “закрыто” до положения “открыто”.

Недостатком такой задвижки является отсутствие возможности регулирования направления потока жидкости, что требует наличие обратного клапана. Недостатком также является невозможность замены сферической пробки под давлением рабочей среды без демонтажа оборудования, что усложняет работу обслуживающего персонала, а также технологическая сложность изготовления сферической пробки и ответных деталей, требующая высокоточного оборудования.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сути является задвижка [2], содержащая два соединенных друг с другом полукорпуса, размещенный между ними дисковый шибер с проходным отверстием, подпружиненными седлами с уплотнительными элементами и сменный регулирующий элемент - дроссель.

Недостатком такой задвижки является отсутствие возможности регулирования направления потока жидкости, что требует наличие обратного клапана. Недостатком также является невозможность замены дросселя без демонтажа оборудования под давлением рабочей среды, что усложняет работу обслуживающего персонала.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение надежности, расширение функциональных возможностей задвижки, выражающееся в возможности совмещение функции задвижки и обратного клапана, а также для облегчения труда обслуживающего персонала при проведении технологических операций.

Поставленная техническая задача решена за счет того, что в известной задвижке, содержащей корпус, выполненный из двух соединенных между собой частей, в каждой из которых установлены подпружиненные седла с уплотнительными элементами, между которыми с возможностью поворота в своей плоскости размещен дисковый шибер с проходным отверстием, в котором установлен сменный регулирующий элемент, выполненный в виде клапанной камеры с возможностью перемещения ее в осевом направлении на величину, не превышающую величину зазора между частями корпуса и дисковым шибером, а уплотнительные элементы установлены с натягом на торце седел в канавках, имеющих рифленую поверхность.

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 положении открыто, на фиг.2 - схема расположения уплотнительного элемента в седле.

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 на оси 5, жестко закрепленной в каждой из частей 1 и 2 корпуса, размещен дисковый шибер 4 с проходным отверстием D. В проходном отверстии дискового шибера 4 с возможностью перемещения в осевом направлении на величину, не превышающую величину зазора между частями корпуса и дисковым шибером, установлена клапанная камера 8. Наличие клапанной камеры 8 дает возможность автоматического управления потоком рабочей среды. Для исключения выдавливания клапанной камеры 8 давлением рабочей жидкости диаметр проходных отверстий d в седлах 7 выполнен меньше диаметра проходного отверстия D в дисковом шибере 4. В каждой из частей 1 и 2 корпуса установлены взаимодействующие с дисковым шибером 4 и обеспечивающие его уплотнение подвижные седла 7 с уплотнительными элементами 9. Уплотнительные элементы 9 установлены на торце седел 7 в канавках, имеющих рифленую поверхность 13, с натягом. Наличие рифленой поверхности 13 на торце седла 7 обеспечивает увеличение сил сцепления, развивающихся на контактной поверхности, следовательно, повышается прочность соединения уплотнительного элемента 9 с седлом 7, что обеспечивает повышение надежности работы задвижки. Дисковый шибер 4 образует с упорным кольцом 3 и частями 1 и 2 корпуса замкнутую периферийную полость и взаимодействует с опорными поверхностями седла 7 через выполненные в нем уплотнительные элементы 9. Для обеспечения герметичности и работоспособности задвижки величина зазора а, между дисковым шибером 4 и седлом 7, составляет 0,07...0,12 ширины уплотнительного элемента 9 шириной b если он выполнен из фторопласта марки Ф-4 ТУ 6-05-041-535-74. Данная зависимость обусловлена тем, что при увеличении зазора а возникает вероятность установки шибера 4 с перекосом, а также скапливанием в периферийной полости между шибером 4, распорным кольцом 3 и частями 1 и 2 корпуса рабочей среды с механическими примесями, вызывающими преждевременный износ уплотнительных элементов и рабочих поверхностей шибера. При уменьшении зазора а давлением рабочей среды раздавит уплотнительные элементы 9, произойдет контакт “металл по металлу”, что затруднит вращение шибера 4 и приведет к выходу из строя задвижки. Указанные пределы отношения а к b получены опытным путем и зарекомендовали себя только с положительной стороны. В каждой из частей корпуса напротив друг друга выполнены сквозные отверстия диаметром больше диаметра проходного отверстия в шибере 4, закрытые пробками 14. Сквозные отверстия расположены на радиусе, равном радиусу расположения проходного отверстия в шибере 4, и на расстоянии от оси проходных отверстий в седлах, равном длине зоны регулирования, что позволяет производить замену клапанной камеры 8 без демонтажа оборудования.

Задвижка работает следующим образом. При вращении вала-шестерни 10 с помощью ключа (не показан) происходит поворот дискового шибера 4 на оси 5 из положения "открыто" в положение "закрыто" или наоборот. Угол поворота вала-шестерни 10 зависит от геометрических размеров основных деталей задвижки - дискового шибера 4 и параметров зубчатого зацепления сектора 12. В опытных образцах задвижек с диаметром условного прохода 20 мм при повороте вала-шестерни 10 на 899 градусов шибер 4 поворачивается на оси 5 на 124 градуса, полностью открывая или закрывая проходное сечение задвижки. Для исключения попадания рабочей среды в периферийную полость на опорных поверхностях корпуса 1 и 2 установлены упорные подшипники 11 в виде контурных уплотнительных элементов. Уплотнение шибера 4 обеспечивается двумя подвижными седлами 7. Прижим седла 7 осуществляется дисковыми тарельчатыми пружинами 6. В закрытом или промежуточном положениях дискового шибера 4 на него действует поперечная сила, определяемая статическим давлением, и скоростным напором рабочей среды и площадью, на которую они действуют. Эту силу воспринимают упорные подшипники 11. При этом сила, действующая в зоне контакта седла 7 с дисковым шибером 4, от давления рабочей среды не зависит и остается постоянной, определяемой только силой упругости тарельчатых пружин 6, что уменьшает износ рабочих поверхностей седел и шибера, а также повышает надежность работы задвижки. Замена клапанной камеры 8 производится следующим образом: дисковый шибер 4 устанавливается в положение “закрыто”, выкручиваются пробки 14 и клапанная камера 8 выталкивается в удобную сторону. Пробки 14 устанавливаются в гнезда и подтягиваются до обеспечения соответствующей герметичности, для чего на торцах пробки имеются уплотнения. Перед нагнетанием смазки в корпус задвижки при ее периодическом техническом обслуживании и замены клапанной камеры 8 необходимо разрядить ее от давления. Сброс давления производится через отверстие, выполненное в одном из частей корпуса. Смазка в зазоры между шибером 4 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 не показаны.

Широкая функциональная возможность, надежность и удобство управления задвижкой подтверждены ее испытаниями в реальных производственных условиях в нефтедобывающей промышленности. Время, необходимое для замены клапанной камеры, составляет от 15 до 30 минут в зависимости от удобства расположения задвижки и времени года. 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. №1523815, СССР, МПК F 16 К 5/06. Шаровой кран / В.В.Псарев, Ю.Л.Рухлов и др. (СССР). Опубл. в БИ №43, 1989 г.

2. Свидетельство на полезную модель №24715, RU, МПК F 16 К 3/06. Задвижка / Ю.Н.Парамонов и др. (RU). Опубл. в БИ 2002.08.20.