ЗАДВИЖКА Российский патент 1997 года по МПК E21B43/12 F16K3/30 

Изобретение относится к бурению и может быть использовано для перекрытия трубного канала.

Известны запирающие и регулирующие устройства с шаровыми запорными органами с различными типами приводов пневматическими, гидравлическими, электрическими /1/. Такие приводы требуют специальной системы управления, включающей источник энергии, распределительную и включающую аппаратуру, линии передачи сигнала, исполнительные органы, устройства для преобразования вида движения и т.п.

Такая система управления целесообразна в условиях производства, где сосредоточено большое количество запирающих устройств, управляемых из одного центра. В полевых условиях, на промыслах, где расстояние между отдельными скважинами может достигать значительных величин, такие типы приводов становятся экономически и технически неприемлимыми.

Наиболее близкой к предлагаемому решению является задвижка /2/, содержащая корпус, в котором размещен шаровой запорный орган на седлах, пружина предварительного поджатия седел, установленная между седлами и корпусом, система уплотнений и привод (прототип).

В приводе прототипа источником энергии является усилие руки оператора, а передача винтовая или червячная. Применение винтовой или червячной передачи требует использования специальных материалов, т.к. в местах контакта передач развиваются высокие удельные давления. Изготовление таких приводов требует высокой точности, что вызывает потребность в специальном оборудовании (допуск межцентрового расстояния таких передач порядка 0,01.0,02 мм); изготовление таких передач достаточно трудоемко, т.к. требуются корпусные детали, уплотнения, наличие масляных ванн или смазочных устройств.

Цель изобретения усовершенствование задвижки, в которой за счет выполнения привода рычажно-винтовым и его размещения на несущей плите исключается возможность возникновения высоких удельных давлений в местах контакта передач, и за счет этого обеспечивается упрощение конструкции и снижение трудоемкости изготовления устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в задвижке, содержащей корпус, в котором размещен на седлах шаровой запорный орган, пружину предварительного поджатия седел, установленную между седлами и корпусом, систему уплотнения и привод, новым является то, что привод выполнен рычажно-винтовым и снабжен несущей плитой, на которой размещен рычажно-винтовой привод, рычаг рычажно-винтового привода снабжен его опорой относительно несущей плиты, опора жестко соединена с рычагом и установлена с возможностью вращения относительно оси поворота шарового запорного органа и с возможностью взаимодействия с ограничителями поворота шарового запорного органа, которыми снабжен рычажно-винтовой привод и которые размещены на несущей плите.

Привод устройства выполнен рычажно-винтовым.

В передаче винт-гайка поверхность контакта ведущего с ведомым звеном намного больше, чем в передаче червяк-червячное колесо, т.к. число витков гайки может достигать 10, а угол контакта равен 360^o, в то время как число одновременно находящихся в зацеплении зубьев червячного колеса в передаче с наиболее употребительным (прямолинейным) архимедовым червяком порядка 3, а угол контакта близок к 90^o. Поэтому при прочих равных условиях в местах контакта винтовой передачи возникают меньшие удельные давления, чем в червячной передаче, что позволяет применять материалы с более низкими характеристиками.

При применении винтовой передачи вместо червячной отпадает необходимость в применении корпуса, для изготовления которого требуется расточной станок, дающий возможность с высокой точностью выдержать межцентровое расстояние; не требуется зубообрабатывающее оборудование. Оба элемента передачи винт-гайка выполняются на универсальном токарно-винторезном станке нормальной точности. Несущая плита служит для обеспечения правильного взаимного расположения и правильного взаимодействия составных частей привода.

Взаимодействие опоры рычажно-винтового привода с ограничителями поворота позволяет точно фиксировать положения "открыто" и "закрыто" шарового запорного органа. Точность фиксации в положении "открыто" необходима для обеспечения равнопроходимости задвижки и обеспечения заданного ресурса работы задвижки путем предохранения от размыва шарового запорного органа рабочей средой. Точность фиксации в положении "закрыто" необходима для предотвращения пропусков рабочей среды.

На фиг. 1 показан общий вид задвижки; на фиг. 2 вид по стрелке А фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б фиг. 2; на фиг. 4 разрез В-В фиг. 2; на фиг. 5 -разрез Г-Г фиг. 2.

Задвижка состоит из корпуса 1, образованного двумя соединенными на резьбе и зафиксированными электросваркой полукорпусами; в корпусе 1 размещен шаровой запорный орган 2, по обе стороны которого размещены седла 3. Седла 3 снабжены бронзовыми вставками 4. Шаровой орган 2 и седла 3 прижаты друг к другу тарельчатой пружиной 5.

В корпусе 1 выполнены равные по диаметру и расположенные соосно друг с другом каналы D и E. Аналогичные каналы выполнены в шаровом запорном органе 2 и седлах 3.

В пазу корпуса 1 размещена несущая плита 6, жестко соединенная с втулкой 7. В отверстии втулки 7 расположен шпиндель 8, кинематически связанный одним концом с шаровым запорным органом 2, другой конец шпинделя 8 выполнен в виде квадрата, посредством которого шпиндель 8 связан с рычагом 9. На наружной поверхности втулки 7 расположена с возможностью вращения опора 10 рычага 9. Между рычагом 9 и опорой 10 размещена на цапфах с возможностью вращения гайка 11. Рычаг 9, гайка 11 и винт 13 составляют рычажно-винтовой привод задвижки.

На несущей плите 6 размещена с возможностью вращения опора 12 винта 13, кинематически связанного с гайкой 11. На конце винта 13 жестко закреплен маховик 14. На несущей плите 6 расположены с возможностью взаимодействия с опорой 10 рычага 9 два ограничителя поворота 15.

Соосно со шпинделем 8 в корпусе 1 размещена масленка, состоящая из корпуса 16 масленки с наружной резьбой, шарика 1, прижатого к седлу корпуса 16 пружиной 18, и регулировочного винта 19 с центральным каналом.

Задвижка снабжена системой уплотнений 20, 23, 21, 22.

Задвижка работает следующим образом.

Рабочая среда подается в корпус 1 со стороны канала Д, проходит через отверстия в седлах 3 в шаровом запорном органе 2 и поступает в полость E, из которой поступает в трубопровод (не показан).

При необходимости перекрыть поток рабочей среды вращают маховик 14. Вращение маховика 14 передается винту 13. Кинематически связанная с винтом 13, гайка 11 не может вращаться с винтом 13, т.к. ее цапфы расположены в отверстиях рычага 9 и опоры 10, поэтому она двигается вдоль оси винта 13. При этом цапфы гайки 11 заставляют вращаться рычаг 9 и опору 10 рычага 9 вокруг общей оси шпинделя 8 и втулки 7, т.к. рычаг 9 кинематически связан со шпинделем 8, вращение передается последнему. При этом опора 10 рычага 9 прокручивается вокруг втулки 7. Вместе с рычагом 9 и опорой 10 гайка 11 двигается по круговой траектории с центром, совпадающим с осью шпинделя 8. Кинематически связанный с гайкой 11 винт 13 при этом поворачивается вместе с опорой 12 относительно несущий плиты 6.

Шпиндель 8 передает вращение шаровому запорному органу 2; при этом канал, выполненный в шаровом запорном органе 2, поворачивается до тех пор, пока его ось не займет положение, перпендикулярное оси каналов Д и E. В этом положении механизма опора 10 рычага 9 касается соответствующего ограничителя поворота 15.

Тарельчатая пружина 5 сжимает седла 3 и шаровой запорный орган 2, обеспечивая предварительный контакт шарового запорного органа 2 и бронзовых вставок 4. Давление рабочей среды со стороны канала Д воздействует на шаровой запорный орган 2, также прижимая его к седлу 3, расположенному со стороны канала E; это воздействие герметизирует соединение шаровой запорный орган 2 бронзовая вставка 4. Перетоки рабочей среды из канала Д в канал E или в атмосферу другими путями предотвращаются системой уплотнений 20, 21, 22, 23.

Для уменьшения момента трения при наведении шарового запорного органа 2 полость, образованная корпусом 1, шаровым запорным органом 2 и седлами 3 периодически наполняется консистентной смазкой через масленку. Для этого на наружную резьбу корпуса 16 масленки навинчивают наконечник шприца и подают смазку под давлением. Смазка отжимает шарик 17, сжимая пружину 18, и через центральный канал в регулировочном винте 19 поступает под шаровой запорный орган 2. Вытесняемые остатки предыдущей смазки и попавшая в полость рабочая среда при достижении определенного давления отжимает седло 3, расположенное со стороны полости Д, сжимая пружину 18, и вытесняются вновь поступающей смазкой в полость Д.

После прекращения подачи смазки пружина 18 прижимает шарик 17 к седлу корпуса 16, герметизируя масленку.

Использование: изобретение относится к бурению и может быть использовано для перекрытия трубного канала. Сущность: в корпусе на седлах размещен шаровой запорный орган. Между седлами и корпусом размещена пружина. Имеются уплотнения. Привод выполнен рычажно-винтовым, снабжен рычагом и размещен на несущей плите, которой снабжен корпус. Рычаг снабжен опорой относительно несущей плиты. Эта опора жестко связана с рычагом и может вращаться относительно оси поворота шарового запорного органа и взаимодействовать с ограничителями поворота шарового запорного органа. Ограничители размещены на несущей плите. При применении винтовой передачи упрощается технология изготовления. Оба элемента передачи винт-гайка выполняются на универсальном токарно-винторезном станке нормальной точности. Несущая плита служит для обеспечения правильного взаимного расположения и правильного взаимодействия составных частей привода. Взаимодействие опоры рычажно-винтового привода с ограничителями поворота позволяет точно фиксировать положения "открыто" и "закрыто" шарового запорного органа. Точность фиксации в положении "открыто" необходима для обеспечения равнопроходности задвижки и обеспечения заданного ресурса работы задвижки путем предохранения от размыва кромки шарового запорного органа рабочей средой. Точность фиксации в положении "закрыто" необходима для предотвращения пропусков рабочей среды. 5 ил.

Задвижка, содержащая корпус, в котором размещен на седлах шаровой запорный орган, пружину предварительного поджатия седел, установленную между седлами и корпусом, систему уплотнений и привод, отличающаяся тем, что привод выполнен рычажно-винтовым и снабжен рычагом, корпус снабжен несущей плитой, на которой размещен рычажно-винтовой привод, рычаг рычажно-винтового привода снабжен его опорой относительно несущей плиты, опора жестко соединена с рычагом и установлена с возможностью вращения относительно оси поворота шарового запорного органа и с возможностью взаимодействия с ограничителями поворота шарового запорного органа, которыми снабжен рычажно-винтовой привод и которые размещены на несущей плите.