ШИБЕРНАЯ ЗАДВИЖКА Российский патент 2004 года по МПК F16K41/04 F16K43/00 

Изобретение относится к области механики, а именно к трубопроводной арматуре, в частности к шиберным задвижкам, и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности.

Известна конструкция шиберной задвижки, в которой невыдвижной шпиндель уплотнен относительно крышки одним уплотнительным кольцом со спиральной пружиной. Герметизация соединения достигается за счет упругости спиральной пружины и целостности лепестков уплотнительного кольца, установленного в расточку крышки с зазором, без осевого сжатия (Каталог “Задвижки для фонтанной арматуры”. Фирма DKG-EAST, Венгрия. С. 13).

Известна шиберная задвижка, содержащая корпус, шибер, крышку, невыдвижной шпиндель с установленным за посадочным местом под маховик на резьбовой поверхности указателем хода с фиксатором, взаимодействующим с установленным на крышке стопором, снабженная резьбовой втулкой и регулируемым упором, в пазы которого введен фиксатор указателя хода. Уплотнение между крышкой и шпинделем достигается тремя манжетами, установленными в расточку крышки с зазором, без осевого сжатия. Герметизация соединения достигается за счет упругости манжет и их целостности (патент 2111399, РФ, опубл. 20.05.98).

Однако в конструкциях уплотнений этих шиберных задвижек отсутствует механизм восстановления работоспособности уплотнения без его замены. Эксплуатация арматуры газовых скважин в районах Крайнего Севера свидетельствует о необходимости разработки конструкции, обеспечивающей ликвидацию утечки газа через потерявшие упругость или изношенные манжеты без перемещения шибера относительно установленного положения.

Задачей изобретения является создание шиберной задвижки, позволяющей неоднократное восстановление работоспособности уплотнения шпинделя без остановки работы шиберной задвижки.

Поставленная задача решается тем, что в шиберной задвижке, содержащей корпус, установленные в нем седла, шибер, крышку, невыдвижной шпиндель, взаимодействующую с последним резьбовую втулку, пакет манжетного уплотнения шпинделя с натяжной гайкой, снабженной указателем хода, пакет манжетного уплотнения шпинделя снабжен дополнительными лепестковой манжетой, опорным, распорным ипромежуточным кольцами, при этом лепестки дополнительной лепестковой манжеты направлены в сторону натяжной гайки и противоположно направлению лепестков трех других лепестковых манжет, при этом внутренний и наружный диаметры распорных колец снабжены выкружками, кроме того в пакете манжетного уплотнения шпинделя установлен разделитель с центральным ступенчатым отверстием, расположенный между двумя парами лепестковых манжет, при этом в крышке соосно горизонтальному отверстию разделителя выполнен канал, в котором посредством резьбы установлен клапан, выполненный в виде полого цилиндра, внутренняя поверхность которого снабжена резьбой, при помощи последней в цилиндре установлен плунжер, при этом канал заполнен пластической смазкой.

Шиберную задвижку поясняют подробным описанием, конкретным примером и чертежами, на которых:

фиг.1 изображает общий вид шиберной задвижки в продольном разрезе;

фиг.2 изображает в увеличенном масштабе место контакта поверхностей шибера и седел, в положении шибера “Закрыто”;

фиг.3 изображает в увеличенном масштабе пакет манжетного уплотнения шпинделя;

фиг.4 изображает в увеличенном масштабе шпиндель с пакетом манжетного уплотнения в поперечном разрезе А-А.

Шиберная задвижка содержит корпус 1, снабженный каналом 2, седла 3 и 4, установленные в корпусе 1 (фиг.1). Шибер 5, установленный в корпусе 1, снабжен каналом 6. В верхней части шибера 5 выполнена расточка 7, в которой установлена резьбовая втулка 8. Входной и выходной витки втулки 8 снабжены грязесъемниками 9 и 10. На корпусе 1 установлена крышка 11. Между корпусом 1 и крышкой 11 установлена герметизирующая прокладка 12. Резьбовой конец невыдвижного шпинделя 13 установлен во втулке 8 и расположен в канале шибера 5. На шпинделе 13 выполнен буртик 14, который расположен с зазором В в гнезде крышки 11. Поверхности буртика 14 и гнезда крышки 11 выполнены конусными и притерты между собой.

Седла 3 и 4 (фиг.2) установлены в расточках корпуса 1 и имеют по два уплотнительных кольца из эластомерного материала. Кольца 15 и 16 установлены между шибером 5 и седлами 3 и 4, соответственно. Кольца 17 и 18 установлены между корпусом 1 и седлами 3 и 4, соответственно. Наружный диаметр колец 17, 18 выполнен больше наружного диаметра колец 15, 16. В каналах седел 3 и 4 выполнены выточки. На внешних диаметрах седел 3 и 4 зафиксированы щитки 19 и 20, охватывающие заплечиками шибер по ширине (фиг.1). На центральных осях щитков 19 и 20, ниже седел расположены отверстия 21 и 22 малого диаметра, например 5 мм.

В крышке 11 (фиг.3) выполнена расточка, в последней установлен пакет манжетного уплотнения шпинделя. Пакет манжетного уплотнения шпинделя состоит из опорных колец 23, 24, 25 и 26, лепестковых манжет 27, 28, 29, 30, верхнего промежуточного кольца 31, среднего промежуточного кольца 32, нижнего промежуточного кольца 33, разделителя 34 и распорных колец 35, 36, 37, 38. Внутренние и наружные диаметры распорных колец 35, 36, 37, 38 снабжены выкружками Б, С, Д, Е. Ширина распорных колец 35, 36, 37, 38 (фиг.4) выполнена несколько больше внутреннего размера лепестковых манжет 27, 28, 29, 30 между лепестками. Кольца 23, 24, 25, 26 и разделитель 34 выполнены из прочного материала, например металла, манжеты 27, 28, 29, 30 выполнены из эластомерного материала, например металлофторопластовой композиции, распорные кольца 35, 36, 37, 38 выполнены из упругого материала, например резины.

На шпинделе 13 (фиг.1) установлена натяжная гайка 39. В крышке 11 напротив разделителя 34 выполнен канал 40. Канал 40 выполнен цилиндрическим и заполнен пластической массой. В канале 40 установлен клапан 41. В клапане 41 посредством резьбы установлен плунжер 42. На крышке 11 закреплен стакан 43. В стакане 43 установлены упорный подшипник 44, опорные кольца 45 и 46, плавкая вставка 47 и сухарь 48. На шпинделе 13 посредством штифта установлена резьбовая гильза 49, на последней закреплена резьбовая планка 50 с винтом 51. Между резьбовой гильзой 49 и стаканом 43 над плавкой вставкой 47 установлено кольцо 52. На стакане 43 установлена крышка 53. Крышка 53, гильза 49, планка 50 и винт 51 представляют собой механизм указателя хода, показывающий положение шибера “открыто-закрыто”. Штурвал 54 установлен на шпинделе 13.

Шиберная задвижка работает следующим образом.

Сборку задвижки и установку пакета манжетного уплотнения шпинделя производят следующим образом.

В корпусе 1 устанавливают седла 3 и 4 (фиг.1), при этом кольца 17 и 18 устанавливают в канавках седел 3 и 4 с небольшим усилием, так чтобы они выступали над поверхностью седел на 0,1-0,2 мм. Кольца 15 и 16 перед заневоливанием имеют форму усеченного конуса, после установки с заневоливанием они выступают над поверхностью седел на 0,4-0,5 мм. Затем устанавливают шибер 5 с ввинченным в него невыдвижным шпинделем 13 и крышку корпуса 11. В расточку крышки 11 устанавливают пакет манжетного уплотнения шпинделя. При помощи натяжной гайки 39 пакету манжетногоуплотнения шпинделя придают небольшой предварительный натяг. Затем устанавливают сухарь 48, упорный подшипник 44 с опорными кольцами 45 и 46, плавкую вставку 47. После чего устанавливают стакан 43. После чего на невыдвижном шпинделе 13 жестко фиксируют резьбовую гильзу 49. Устанавливают механизм указателя хода и монтируют штурвал 54.

Задвижка управляется штурвалом 54 (фиг.1). Положением шибера 5 управляет невыдвижной шпиндель 13. При вращении штурвала 54 по часовой стрелке невыдвижной шпиндель 13 подает шибер 5 ко дну корпуса 1. Задвижка закрыта. При этом указатель хода показывает положение шибера “Закрыто”.

Под воздействием среды шибер 5 (фиг.2) прижимает выходное седло 3 к корпусу 1, создавая в уплотнительных кольцах 15, 17 за счет их сжатия напряженное состояние, достаточное для герметизации соединения выходное седло 3 - шибер 5 - корпус 1. Кольца 15, 16 герметизируют соединение шибер 5 - седла 3, 4, а кольца 17, 18 герметизируют соединение корпус 1 - седла 3, 4. При больших давлениях среды сжатие колец происходит до металла, уплотнительные кольца 15, 16, 17, 18 полностью утопают в канавках. При малых давлениях среды сжатия до металла не происходит, уплотнительные кольца 15, 16, 17, 18 выступают из седел 3, 4, а герметизация обеспечивается за счет натяга между корпусом 1 и пакетом, состоящим из седел 3 и 4, шибера 5 и уплотнительных колец 15, 16, 17, 18. Натяг обеспечивается при сборке шиберной задвижки и является расчетным. В кольцах 17 и 18 всегда поддерживается напряженное состояние не только от линейного натяга, но и от напряженного состояния материала, когда его форма стремится занять первоначальное состояние. Кольца 17 и 18 выполнены из материала менее жесткого, чем кольца 15 и 16, но более упругого, способного сохранять свои свойства при деформации до соприкосновения седел 3, 4 и корпуса 1.

При вращении штурвала 54 (фиг.1) против часовой стрелки шпиндель 13 подает шибер 5 вверх до тех пор, пока канал 2 корпуса 1 не совпадет с каналом 6 шибера 5, при этом резьбовая втулка 8 выполняет роль поводка. Грязесъемники 9 и 10, установленные на входном и выходном витках резьбовой втулки 8, выполнены из эластомерного материала. Указатель хода показывает положение шибера “Открыто”. Задвижка открыта.

В случае возникновения пожара плавкая вставка 47, выполненная из легкоплавкого материала, выгорает, и так как ее высота больше, чем зазор В, то под давлением среды невыдвижной шпиндель 13 поднимается вверх и герметизирует соединение корпус 1 - крышка 11. Притертые между собой конусные поверхности буртика 14 и гнезда крышки 11 гарантируют герметичность шиберной задвижки при выгорании пакета манжетного уплотнения.

Манжетное уплотнение шпинделя работает следующим образом.

Пакету манжетного уплотнения во время сборки натяжной гайкой 39 придают небольшой предварительный натяг (фиг.3).

Среду держат лепестковые манжеты 27, 28, 29, 30, так как под действием давления среды и распорных колец 35, 36, 37, 38 их лепестки разжимаются.

Выкружки Б, С, Д, Е, выполненные на внутренних и наружных диаметрах распорных колец 35, 36, 37, 38 (фиг.4), позволяют среде поступать во внутреннюю полость лепестковых манжет 27, 28, 29, 30, так как ширина распорных колец 35, 36, 37, 38 больше внутреннего размера лепестковых манжет между лепестками.

Износ лепестков манжет от вращения невыдвижного шпинделя 13 до определенного момента компенсируют распорные кольца 35, 36, 37, 38, которые при осевом натяге постоянно поджимают лепестки лепестковых манжет 27, 28, 29, 30 к уплотняемым поверхностям в радиальном направлении и компенсируют износ лепестка манжеты от вращающегося невыдвижного шпинделя 13.

В случае протечек, возникающих от износа лепестковых манжет 27, 28, 29, 30, восстановление герметичности достигают закачкой пластической массы. Через клапан 41 (фиг.1) в канал 40 помещают порцию пластической массы. Затем заворачивают по резьбе плунжер 42, который проталкивает массу в манжетное уплотнение шпинделя (фиг.2). Пластическая масса поступает через каналы разделителя 34 и расходится вверх и вниз. Вверх идет через зазоры между кольцом 32, шпинделем 13 и крышкой 11, доходит до распорного кольца 36 и через выкружки Б, С, Д, Е заполняет внутреннюю полость манжеты 28. Под действием массы лепестки манжеты 28 расходятся, а сама манжета проталкивается вверх, воздействуя через верхнее промежуточное кольцо 31 на распорное кольцо 35, которое в свою очередь разжимает лепестки манжеты 27. Вниз масса идет через зазоры между опорным кольцом 25 и шпинделем, доходит до манжеты 29, отгибает ее лепестки и проходит в полость до манжеты 30, полностью ее заполняя и воздействуя на манжету 29 аналогично описанному ранее. Закачку пластической массы можно производить в несколько приемов, но при последнем цикле удельное давление в закачиваемой массе должно быть больше давления проводимой среды.

Таким образом, происходит восстановление герметичности лепестковых манжет 27, 28, 29, 30. Закачанная масса находится под давлением и заполняет объем от манжеты 28 до манжеты 30, тем самым создавая дополнительную герметичную полость. Масса, находящаяся между манжетами 29 и 30, также герметизирует манжету 30, так как своим давлением воздействует на ее лепестки и на лепестки манжеты 29. Если вследствие каких-либо причин давление в полости между манжетами 27 и 29 падает, и начинается пропуск среды, то остается еще одна рабочая полость, заполненная пластической массой, между манжетами 29 и 30.

Таким образом, две лепестковые манжеты, которые установлены симметрично относительно оси нижнего промежуточного кольца, создают дополнительную герметизирующую полость, последняя обеспечивает надежную герметизацию невыдвижного шпинделя шиберной задвижки.

Предлагаемая конструкция шиберной задвижки позволяет путем простых и нетрудоемких операций по восстановлению герметичности манжетного уплотнения шпинделя значительно увеличить продолжительность рабочего цикла задвижки.

Изобретение относится к области трубопроводной арматуры и предназначено для использования в качестве запорного устройства в нефтедобывающей промышленности. Шиберная задвижка содержит корпус, установленные в нем седла, шибер, крышку, невыдвижной шпиндель, взаимодействующую с последним резьбовую втулку, пакет манжетного уплотнения шпинделя с натяжной гайкой и указатель хода. Пакет манжетного уплотнения шпинделя снабжен дополнительными лепестковой манжетой, опорным, распорным и промежуточным кольцами. Лепестки дополнительной лепестковой манжеты направлены в сторону натяжной гайки и противоположно направлению лепестков трех других лепестковых манжет. Внутренний и наружный диаметры распорных колец снабжены выкружками. В пакете манжетного уплотнения шпинделя установлен разделитель с центральным ступенчатым отверстием. Это отверстие расположено между двумя парами лепестковых манжет. В крышке соосно горизонтальному отверстию разделителя выполнен канал, в котором посредством резьбы установлен клапан. Клапан выполнен в виде полого цилиндра. На внутренней поверхности этого цилиндра выполнена резьба. При помощи последней в цилиндре установлен плунжер. Канал заполнен пластической смазкой. Изобретение направлено на увеличение продолжительности рабочего цикла шиберной задвижки за счет неоднократного восстановления работоспособности уплотнения шпинделя без остановки работы задвижки. 4 ил.

Шиберная задвижка, содержащая корпус, установленные в нем седла, шибер, крышку, невыдвижной шпиндель, взаимодействующую с последним резьбовую втулку, пакет манжетного уплотнения шпинделя с натяжной гайкой, снабженная указателем хода, отличающаяся тем, что пакет манжетного уплотнения шпинделя снабжен дополнительными лепестковой манжетой, опорным, распорным и промежуточным кольцами, при этом лепестки дополнительной лепестковой манжеты направлены в сторону натяжной гайки и противоположно направлению лепестков трех других лепестковых манжет, при этом внутренний и наружный диаметры распорных колец снабжены выкружками, кроме того, в пакете манжетного уплотнения шпинделя установлен разделитель с центральным ступенчатым отверстием, расположенный между двумя парами лепестковых манжет, при этом в крышке соосно горизонтальному отверстию разделителя выполнен канал, в котором посредством резьбы установлен клапан, выполненный в виде полого цилиндра, внутренняя поверхность которого снабжена резьбой, при помощи последней в цилиндре установлен плунжер, при этом канал заполнен пластической смазкой.