ЗАДВИЖКА Российский патент 2007 года по МПК F16K3/06 

Изобретение относится к области нефтяного и химического машиностроения и может быть использовано в качестве запирающего и регулирующего устройства на трубопроводах, транспортирующих агрессивную рабочую среду, например нефть с высоким объемным содержанием СО₂ и Н₂С, техническую воду под давлением до 35 МПа, а также для перекрытия каналов устьевой арматуры фонтанных, насосных и нагнетательных скважин.

Известна задвижка, использующаяся в глубоководных трубопроводах высокого давления, при добыче нефти с шельфа, по патенту GB 2277573, включающая цельный корпус, уплотняющие подпружиненные седла, шибер с набором проходных отверстий разного размера для регулирования потока жидкости. Ее недостатками являются низкая ремонтопригодность и сложный ненадежный привод, являющийся следствием особенностей цельнокорпусной конструкции глубоководной задвижки. Другим недостатком является то, что рабочее давление и агрессивная среда воздействуют на привод, действующий на зубчатый венец, и могут вывести его из строя.

Известна задвижка по патенту RU 2228474, содержащая корпус, состоящий из двух соединенных полукорпусов, в которых установлены подпружиненные седла с проходными каналами, между седлами с возможностью поворота размещен дисковый шибер с проходным отверстием. В проходном отверстии шибера установлен сменный штуцер с проходным отверстием, в каждом из полукорпусов напротив друг друга выполнены сквозные отверстия для смены штуцера, закрытые пробками.

Недостатком данной задвижки является сложность регулирования расхода жидкости, которая достигается за счет замены штуцера через отверстия в полукорпусах. При этом смена штуцера производится при закрытой задвижке, то есть с остановкой технологического процесса.

Известна задвижка по патенту RU 2246652, выбранная в качестве прототипа, содержащая корпус, состоящий из двух соединенных между собой полукорпусов, между которыми с возможностью поворота в своей плоскости размещен дисковый шибер с зубчатым сектором, взаимодействующим с приводной шестерней. Полукорпуса соединены между собой бандажом, состоящим из двух полуколец П-образного сечения, дисковый шибер имеет не менее двух проходных отверстий разного диаметра, оси которых расположены на одинаковом расстоянии друг от друга, равном 0.85...1.2 диаметра наибольшего проходного отверстия, причем зубчатый сектор на дисковом шибере выполнен замкнутым.

Недостатком данной задвижки является недостаточная разобщенность полости задвижки, находящейся под воздействием агрессивной среды с высоким давлением, и приводного механизма: при поворотах шибера рабочая среда из проходных отверстий и через зазоры между шибером и полукорпусами попадает к приводной шестерне.

Целью изобретения является уменьшение габаритов и металлоемкости задвижки. При этом повышается надежность задвижки за счет разобщения полости задвижки с элементами приводного механизма.

Технический результат достигается в задвижке, содержащей корпус, состоящий из двух полукорпусов, разделенных распорным кольцом, с установленными в них седлами с проходными каналами, между полукорпусами с возможностью поворота вокруг своей оси размещен дисковый шибер с зубчатым венцом и с проходными отверстиями разного диаметра, которые при повороте дискового шибера поочередно совмещаются с проходными каналами в седлах, вал-шестерню. Распорное кольцо выполнено с секторным вырезом, в котором установлена зубчатая или червячная передача, которая может быть выполнена из двух шестерен, соединенная с валом-шестерней и зубчатым венцом дискового шибера. Задвижка содержит приводной механизм, содержащий корпус, состоящий из двух полукорпусов, при этом вал-шестерня установлен в корпусе приводного механизма. Зубчатая передача также может быть установлена в корпусе приводного механизма. Дисковый шибер выполнен составным из раздельных зубчатого венца, минералокерамической вставки с проходными отверстиями и втулки. Полукорпуса задвижки и приводного механизма выполнены в виде тел вращения. Вал-шестерня соединен с лимбом. Каждое седло снабжено пружиной и уплотнительными кольцами, изолирующими пружину. В полукорпусах задвижки, по краю дискового шибера, установлены уплотнительные кольца.

Задвижка показана на чертежах:

фиг.1 - задвижка;

фиг.2 - задвижка (вариант);

фиг.3 - задвижка (фронтальный вид);

фиг.4 - дисковый шибер с проходными отверстиями.

Задвижка (фиг.1) состоит из корпуса, образованного двумя полукорпусами 1 с установленными в них седлами 2, имеющими проходные каналы 3. Между полукорпусами 1 расположено распорное кольцо 4 с секторным вырезом (не показан) для установки зубчатой или червячной передачи, выполненной из шестерен 5 (показаны две зубчатые шестерни, при использовании червячных шестерен 5 соответственно меняется выполенение зубчатого венца 10 и вала-шестерни 12). Дисковый шибер 6 установлен между полукорпусами 1 с возможностью поворота вокруг своей оси 7 и выполнен составным. Минералокерамическая вставка 8 изготовлена в виде диска с проходными отверстиями 9 (фиг.4) для прохода рабочей жидкости. Один сектор дискового шибера 6 не имеет отверстия, что соответствует положению задвижки «закрыто». Дисковый шибер 6 снабжен раздельными зубчатым венцом 10 и втулкой 11, при помощи которой дисковый шибер устанавливается на ось 7. Задвижка содержит вал-шестерню 12, соединенную с зубчатым венцом 10 через шестерни 5 зубчатой передачи.

Вал-шестерня 12 и шестерни 5 могут быть установлены в корпусе приводного механизма, состоящего из полукорпусов 13, 14, выполненных раздельными с полукорпусами 1 задвижки. На фиг.2 показан вариант задвижки, в котором шестерни 5 зубчатой передачи установлены в корпусе задижки, а полукорпуса 13, 14 приводного механизма охватывают корпус задвижки. Полукорпуса 1 задвижки и части 13, 14 корпуса редуктора выполнены в виде тел вращения (фиг.3). Вал-шестерня 12 соединен с лимбом 15.

Пружины 16 на седлах 2 могут быть изолированы от рабочей жидкости уплотнительными кольцами 17 (фиг.2). В полукорпусах 1 задвижки, по краю дискового шибера 6, установлены уплотнительные кольца 18.

Задвижка работает следующим образом.

Регулирование потока рабочей среды через проходные каналы 3 достигается при повороте дискового шибера 6 с проходными отверстиями 9 разного диаметра (фиг.4). Размер и количество проходных отверстий 9 зависит от диаметра шибера и диаметра седел 2. Дисковый шибер 6, таким образом, разбит на секторы с проходным отверстием 9 в каждом секторе. Один сектор не имеет проходного отверстия, что позволяет полностью перекрывать движение потока рабочей среды. Использование минералокерамической вставки 8 с проходными отверстиями 9, уплотнительных колец 17, защищающих стальные пружины 16, позволяют использовать данные задвижки для регулирования потока агрессивных сред.

При вращении вала-шестерни 12 усилие передается через шестерни 5 зубчатой передачи на зубчатый венец 10, при этом происходит поворот дискового шибера 6 вокруг оси 7, открывая, закрывая или меняя проходные отверстия 9 задвижки. Точное положение дискового шибера 6 относительно проходных каналов 3 определяется при помощи лимба 15.

Зубчатая передача предпочтительно состоит из нескольких шестерен 5 (на фиг.1, 2 показаны две шестерни). Это позволяет уменьшить размер секторного выреза на распорном кольце 4.

Уплотнительные кольца 18 создают дополнительный контур уплотнений, с помощью которого удерживается избыточное давление, попадающее в пространство между дисковым шибером 6 и полукорпусами 1 при поворотах шибера. Зазоры между полукорпусами 1 и дисковым шибером 6 выполнены таким образом, чтобы контур уплотнений 18 удерживал избыточное давление между полукорпусом и шибером, а вращение шибера 6 при этом проходило с усилием на рукоятке управления, не превышающим 20 кгс.

Использование нескольких шестерен 5, малый размер секторного выреза и дополнительные уплотнительные кольца 18 позволяют разобщить вал-шестерню 12 и пространство между седлами 2 и дисковым шибером 6, находящееся под воздействием рабочего давления и агрессивной среды. Кроме того, достигается значительное уменьшение габаритов и металлоемкости задвижки.

Сборка задвижки, замена деталей упрощены за счет использования разъемных полукорпусов 1 и частей 13, 14 редуктора, которые для технологичности изготовления и обработки выполнены в виде тел вращения (фиг.3).

Широкая функциональная возможность задвижки обусловлена возможностью регулирования расхода рабочей жидкости, подтверждена ее испытаниями в реальных производственных условиях в нефтедобывающей промышленности. Время, необходимое для изменения состояния задвижки из одного положения в другое, составляет 10-15 сек. Упростив конструкцию, удалось снизить вес задвижки в 1,5 раза, наработка на отказ составила 1800 циклов, что обеспечивает ее полный срок службы не менее 10 лет. Практикой подтверждено, что средний срок службы задвижки до капитального ремонта не менее 5-и лет.

Изобретение относится к области нефтяного и химического машиностроения. Задвижка содержит корпус, состоящий из двух полукорпусов, разделенных распорным кольцом. В полукорпусах установлены седла с проходными каналами. Между полукорпусами с возможностью поворота вокруг своей оси размещен дисковый шибер с зубчатым венцом и с проходными отверстиями разного диаметра. При повороте дискового шибера отверстия поочередно совмещаются с проходными каналами в седлах. Распорное кольцо выполнено с секторным вырезом, в котором установлена зубчатая или червячная передача, соединенная с валом-шестерней и зубчатым венцом дискового шибера. Задвижка содержит приводной механизм, содержащий корпус, состоящий из двух полукорпусов. Вал-шестерня установлен в корпусе приводного механизма. Зубчатая передача также может быть установлена в корпусе приводного механизма. Дисковый шибер выполнен составным из раздельных зубчатого венца, минералокерамической вставки с проходными отверстиями и втулки. Полукорпусы задвижки и приводного механизма выполнены в виде тел вращения. Вал-шестерня соединен с лимбом. Каждое седло снабжено пружиной и уплотнительными кольцами, изолирующими пружину. В полукорпусах задвижки по краю дискового шибера установлены уплотнительные кольца. При использовании изобретения уменьшаются габариты и металлоемкость задвижки. При этом повышается надежность задвижки за счет разобщения полости задвижки с элементами приводного механизма. 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Задвижка, содержащая корпус, состоящий из двух полукорпусов, разделенных распорным кольцом, с установленными в них седлами с проходными каналами, между полукорпусами с возможностью поворота вокруг своей оси размещен дисковый шибер с зубчатым венцом и с проходными отверстиями разного диаметра, которые при повороте дискового шибера поочередно совмещаются с проходными каналами в седлах, вал-шестерню, отличающаяся тем, что распорное кольцо выполнено с секторным вырезом, в котором установлена зубчатая или червячная передача, соединенная с валом-шестерней и зубчатым венцом дискового шибера.2. Задвижка по п.1, отличающаяся тем, что содержит приводной механизм, содержащий корпус, состоящий из двух полукорпусов, при этом вал-шестерня установлен в корпусе приводного механизма.3. Задвижка по п.2, отличающаяся тем, что зубчатая передача установлена в корпусе приводного механизма.4. Задвижка по п.1, отличающаяся тем, что дисковый шибер выполнен составным из раздельных зубчатого венца, минералокерамической вставки с проходными отверстиями и втулки.5. Задвижка по п.1, отличающаяся тем, что зубчатая передача состоит из двух шестерен.6. Задвижка по п.1, отличающаяся тем, что полукорпуса задвижки выполнены в виде тел вращения.7. Задвижка по п.2 или 3, отличающаяся тем, что полукорпуса приводного механизма выполнены в виде тел вращения.8. Задвижка по п.1, отличающаяся тем, что вал-шестерня соединен с лимбом.9. Задвижка по п.1, отличающаяся тем, что каждое седло снабжено пружиной и уплотнительными кольцами, изолирующими пружину.10. Задвижка по п.1, отличающаяся тем, что в полукорпусах задвижки по краю дискового шибера установлены уплотнительные кольца.