ШИБЕРНАЯ ЗАДВИЖКА Российский патент 1998 года по МПК F16K3/02 

Изобретение относится к запорным устройствам и может быть использовано в фонтанной арматуре для добычи нефти и газа.

Известны шиберные задвижки W-K-M типа SAFSEAL, включающие корпус с проходным отверстием, два плавающих седла и эластичные вкладыши, закрепленные на торцах седел и обеспечивающие начальную герметизацию (Проспект фирмы Oil Tool). Наличие эластичных вкладышей на торцах седел усложняет конструкцию и требует применения специальных неметаллических материалов, обладающих упругими свойствами, достаточной термостойкостью и стойких к агрессивной среде пластового флюида нефтегазовых месторождений.

Известна шиберная задвижка по а.с. СССР N 1495554, F 16 K 3/02, содержащая корпус с установленным в нем шибером с отверстием и подпружиненными седлами, выполненными в виде коаксиальных втулок, размещенных в гнездах корпуса с возможностью независимого перемещения.

Наличие седел, выполненных в виде коаксиальных втулок, упругих неметаллических уплотнений, закрепленных на втулках со стороны шибера, и тарельчатых пружин усложняет конструкцию задвижки. Для изготовления упругих уплотнений и тарельчатых пружин и сборки задвижек требуется специальная оснастка.

Известна также задвижка типа ЗМС1, включающая корпус с проходным каналом, плоский шибер с проходным отверстием и седла в виде втулок, размещенных в расточках корпуса с возможностью независимого осевого перемещения (Справочник по нефтепромысловому оборудованию. /Под ред. Е.И. Бухаленко, М.: Недра, 1983, с. 9 - 10).

Недостатки данной конструкции обусловлены наличием размещаемых в расточках корпуса тарельчатых пружин, обеспечивающих контактное давление на уплотнительных поверхностях в начальный момент закрытия шибера, поскольку в этом случае требуется использование коррозионно-стойких сплавов, обладающих пружинящими свойствами, высокая точность изготовления элементов конструкции, позволяющая получать заданные силовые характеристики пружин, применение специальной оснастки для изготовления пружин и сборки задвижки. При наличии в пластовом флюиде сероводорода и углекислого газа пружины, находящиеся в напряженном состоянии и имеющие незначительную толщину сечения, при прямом контакте с агрессивной средой больше других элементов подвергаются разрушению. Соответственно, не исключается потеря работоспособности задвижки.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является шиберная задвижка по а.с. СССР N 1225963, кл. F 16 K 3/02, выключающая корпус с проходным каналом, плоский шибер и седла в виде втулок, размещенных в расточках корпуса с возможностью независимого осевого перемещения. В этой задвижке создание начального контактного давления, а также уплотнение по диаметру седел в проточках корпуса обеспечивается за счет упругих свойств эластичного материала уплотнительных колец. Уплотнительные кольца должны быть достаточно упругими для создания предварительного поджатия пакета "седло-шибер-седло", иначе герметичность задвижки не обеспечится.

Кроме высоких требований к упругости, материал уплотнительных колец должен обладать достаточной термостойкостью и стойкостью к агрессивной среде.

Жесткие требования к свойствам материала уплотнительных колец, а также необходимость в наличии специальной оснастки для сборки задвижки усложняют и удорожают конструкцию.

При выходе из строя уплотнений возможна потеря герметичности, что снижает надежность оборудования.

Задачей настоящего изобретения является создание надежной и простой в изготовлении шиберной задвижки.

Поставленная задача решается за счет того, что в отличие от известной вышеуказанной шиберной задвижки в предложенной конструкции в расточках корпуса или в седлах со стороны, противоположной шиберу, выполнены кольцевые проточки, диаметр которых меньше диаметра расточек, при этом между торцами седла и расточки корпуса образован зазор.

При осуществлении заявляемого изобретения технической результат выражается в достижении герметичности затвора в начальный момент путем обеспечения начального давления на уплотнительных поверхностях за счет подпора среды, т. е. без применения в конструкции дополнительных элементов (пружин, эластичных колец и т.п.)
Это обусловлено следующими факторами.

При закрытии задвижки в начальный момент необходимым условием герметичности затвора является наличие предварительного контактного давления.

Такое давление в данном случае достигается за счет выполнения кольцевых проточек, диаметр которых меньше диаметра расточек корпуса.

Благодаря этому в зоне проточек образована эффективная площадь воздействия потока среды на седло, т.е. начальное давление на уплотнительных поверхностях создается за счет потока среды без применения пружин, эластичных колец и т.п. Наличие между торцами седла и расточки корпуса зазора позволяет обеспечить дополнительное поджатие седла к шиберу подпором среды, что приводит к увеличению герметичности в начальный момент.

Таким образом, совокупность вышеизложенных существенных признаков изобретения обеспечивает решение поставленной задачи с достижением указанного технического результата.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид шиберной задвижки; на фиг. 2 - узел I при выполнении кольцевых проточек в расточках корпуса; на фиг. 3 - то же при выполнении кольцевых проточек в седлах.

На фиг. 1 - положение шибера "Открыто", на фиг. 2 и 3 - положение шибера "Закрыто".

Задвижка двухсторонняя.

На фиг. 2 и 3 направление потока среды показано стрелкой.

Задвижка включает корпус 1 с проходным каналом 2, установленный внутри корпуса плоский шибер 3 с проходным отверстием 4. В расточках 5, 6 корпуса размещены с возможностью независимого осевого перемещения седла, выполненные в виде втулок 7, 8. Соосно расточкам 5, 6 выполнены кольцевые проточки 9, 10, диаметр которых меньше диаметра расточек (фиг. 2).

В другом варианте (фиг. 3) кольцевые проточки 11, 12 выполнены во втулках 7, 8 со стороны, противоположной шиберу 3. Между седлом 8 и торцем расточки 5 образован зазор 13. По диаметру седел в расточках корпуса установлены уплотнительные кольца 14, 15.

При изменении направления потока среды слева направо (не показано) зазор образуется между торцем седла 7 и торцем расточки 5. Зазор 13 может быть выполнен в виде гладкой щели или в виде лабиринта, обеспечивающего повышение сопротивления перетеканию жидкости.

Максимально допустимая величина зазора, при которой обеспечивается достижение герметичности затвора задвижки в начальный момент при закрытии шибера значительно (на порядок и более) превышает гарантированные зазоры, обеспечивающие герметичность подвижных пар гидравлических аппаратов.

Увеличение зазора больше допустимой величины, устанавливаемой экспериментально, не обеспечивает устойчивого сопротивления перетеканию жидкости и, соответственно, не гарантируется герметичность затвора.

Шиберная задвижка работает следующим образом.

Исходное положение: задвижка открыта (фиг. 1). Отверстие 4 шибера 3 совмещено с каналом 2 корпуса 1, поток среды проходит через задвижку. Например, направление потока среды показано стрелкой справа налево (фиг. 2 и 3).

При закрытии задвижки шибер 3 перекрывает проходной канал корпуса (фиг. 2 и 3).

Поток среды, воздействуя на седло 8 по диаметру проточки 10, постоянно поджимает седло к шиберу, одновременно воздействуя на шибер 3 по диаметру отверстия 2. Пакет деталей 7, 3, 8 (седло, шибер, седло) смещается влево. Выбираются зазоры на уплотнительных поверхностях. Между торцем седла 8, противоположным шиберу 3, образуется зазор 13. При этом обеспечивается дополнительное поджатие седла к шиберу подпором среды, что приводит к увеличению герметичности в начальный момент. Достигается и стабилизируется контактное давление, обусловленное давлением среды.

Осуществляется герметизация задвижки.

Уплотнительные кольца могут изготавливаться в различных исполнениях. Например, для эксплуатации в неагрессивной среде уплотнительные кольца изготавливаются из резины. Для эксплуатации в агрессивной среде кольца могут изготавливаться из композиций, обладающих высокой химической стойкостью. При этом к характеристикам, определяющим упругие свойства, высоких требований не предъявляется.

Шиберная задвижка предназначена для использования в фонтанной арматуре при добыче нефти и газа в качестве запорного устройства. Шиберная задвижка содержит корпус с проходным каналом, плоский шибер и седла в виде втулок. Последние размещены в расточках корпуса с возможностью независимого осевого перемещения. В расточках корпуса или в седлах со стороны, противоположной шиберу, выполнены кольцевые проточки. Диаметр кольцевых проточек меньше диаметра расточек. Между торцами седла и расточки корпуса имеется зазор. Такое выполнение позволяет обеспечить надежность работы задвижки при простоте ее изготовления. 3 ил.

Шиберная задвижка, содержащая корпус с проходным каналом, плоский шибер и седла в виде втулок, размещенных в расточках корпуса с возможностью независимого осевого перемещения, отличающаяся тем, что в расточках корпуса или в седлах со стороны, противоположной шиберу, выполнены кольцевые проточки, диаметр которых меньше диаметра расточек, при этом между торцами седла и расточки корпуса образован зазор.