РЕГУЛИРУЮЩАЯ ЗАДВИЖКА Российский патент 2010 года по МПК F16K3/08 

Изобретение относится к области арматуростроения, более конкретно - к регулирующим устройствам, применяемым при транспортировании жидкости по трубопроводу, и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности для регулирования закачки воды в пласты при поддержании пластового давления, а также в химической, энергетической и других отраслях народного хозяйства.

Известно регулирующее устройство, состоящее из корпуса с фланцами, в котором установлены седло и запорный орган с конусообразным винтом, винтовая канавка которого имеет прямоугольное или трапециедальное сечение, в последнем расположена винтовая спираль прямоугольного или трапециедального сечения, скошенное по наружному диаметру под конус, приваренного к колену корпуса патрубка, в котором размещен шток с сальниковыми уплотнителями и прижимными гайками, маховика и диска, установленных на штоке жестко и кинематически связанного с диском ползуна (Патент РФ №2241248, МКИ 7 G05D 7/01, F16K 1/38, 47/06).

Недостатки устройства:

- высокая трудоемкость изготовления;

- значительные габаритные размеры (длиновые) вследствие необходимости иметь значительные перемещения запорного органа в продольном направлении, осуществляемого с целью расширения предела регулирования расхода жидкости.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой является задвижка дисковая штуцерная ЗДШ-65×210М, содержащая два полукорпуса с фланцами-крышками, один из которых включает основной патрубок, входной и выходной патрубки, плоский поворотный шибер с дроссельным каналом, ограничительное кольцо, вал, взаимодействующий с поворотным шибером, указатель положения дроссельного канала поворотного шибера, уплотнительные и крепежные элементы (Каталог. Оборудование для нефтяной отрасли. ООО «Техновек» 2000 г., ТУ 3741-001-49652808-200, Удмуртия, г.Воткинск, ул. Степана Разина, 5. Копия прилагается).

Существенными недостатками устройства являются:

- переход из одного режима на другой сопровождается сильными гидравлическими ударами из-за перекрытия потока жидкости, обусловленного ступенчатым расположением керамических штуцеров в плоском шибере, а гидравлические удары, в свою очередь, отрицательно влияют на эксплуатационную надежность технологической установки;

- значительные потери давления на участке керамических штуцеров, обусловленные внезапным сужением и расширением потока жидкости и характеризующиеся формулами:

и

где Н - потери напора;

U - скорость жидкости в трубе меньшего диаметра;

U₂ и U₁ - скорость в трубах малого и большого сечений (Т.М.Башта. Машиностроительная гидравлика. Изд. Машгиз, 1971, с.82 и 83);

- малый срок службы вала-шестерни вследствие частой поломки зубьев, обусловленной повышенной нагрузкой на его зубы из-за заклинивания шибера.

Задачей изобретения является создание устройства, обеспечивающего резкое снижение интенсивности гидроударов, значительное снижение потерь давления на участке задвижки и снижение металлоемкости.

Указанная задача решается предлагаемой регулирующей задвижкой, содержащей два полукорпуса с фланцами-крышками, один из которых включает основной патрубок, входной и выходной патрубки, плоский поворотный шибер с дроссельным каналом, ограничительное кольцо, вал, взаимодействующий с поворотным шибером, указатель положения дроссельного канала поворотного шибера, уплотнительные и крепежные элементы.

Новым является то, что дроссельный канал плоского поворотного шибера выполнен в виде открытого сектора, охваченного по периферии плоским центрирующим кольцом, фиксированным относительно фланцев-крышек полукорпусов и снабженным секторным упором трапециедальной формы; во фланцах-крышках полукорпусов выполнены секторные каналы соосно с периферийным секторным каналам поворотного шибера; полукорпус, расположенный со стороны входного патрубка, снабжен дополнительным патрубком, образующим с основным кольцевое пространство, сообщенное с полостью входного патрубка, расположенного перпендикулярно к оси задвижки; на верхний конец вала через шлицевое соединение посажена муфта с гранями на боковой поверхности, на нижнем торце которой выполнены храповые зубья, взаимодействующие с храповыми зубьями крышки, жестко установленной на верхнем торце основного патрубка и несущей на себе шкалу-указатель положения дроссельного канала поворотного шибера, причем муфта находится в кинематической связи с гайкой, ограниченной в продольном перемещении, и снабжена накидным рычажным ключом, несущим на себе стрелку шкалы-указателя; выходной патрубок выполнен воронкообразным, в полости которого расположена конусная вставка, имеющая винтовой канал и фиксированная от проворота относительно фланца-крышки; вал на нижнем конце снабжен упорной шайбой.

Новым также является то, что в основном патрубке выполнены ступенчатые расточки, образующие с валом кольцевые полости с сальниковыми уплотнениями.

Новым также является то, что толщина ограничительного плоского кольца на 0,075÷0,15 мм больше толщины центрирующего кольца.

На фиг.1 изображен общий вид предлагаемой регулирующей задвижки в продольном сечении.

На фиг.2 - разрез по А-А фиг.1.

На фиг.3 - разрез по Б-Б фиг.1.

На фиг.4 - вид по стрелке «В» при снятом колпаке.

На фиг.5 - разрез по Г-Г фиг.1.

На фиг.6 - вид на муфту 11 со стороны ее храповых зубьев.

На фиг.7 - вид по стрелке «Д» фиг.6.

На фиг.8 - вид на крышку 8 со стороны храповых зубьев.

На фиг.9 - вид по стрелке «Ж» фиг.8.

Задвижка состоит (фиг.1) из двух полукорпусов 1 и 2, охватывающих плоский поворотный шибер 3, соединенный с валом 4 с соблюдением возможности разъема, центрирующее и ограничительное плоские кольца 5 и 6, шпильки 7, крышки 8, снабженной храповыми зубьями 9 и шкалой 10 (фиг.8 и 9), муфты 11, имеющей шлицевую связь с валом 4 и храповые зубья 12 (фиг.6 и 7), гайки 13, кинематически связанной с муфтой, накидного рычажного ключа 14, несущего на себе стрелку 15, и съемного колпака 16.

Полукорпус 1 состоит из крышки-фланца 17, соединенного с цилиндрическим ступенчатым патрубком (основным) 18, в кольцевых пространствах которого размещены сальниковые уплотнения 19 и 20, нагруженные гайками-кронбуксами 21 и 22. Крышка-фланец 17 снабжена секторным каналом 23, сообщенным с кольцевой полостью 24, образованной патрубками 18 и 25 (дополнительный) и сообщенной, в свою очередь, с полостью входного патрубка 26, расположенного перпендикулярно к оси задвижки.

Полукорпус 2 включает в себя крышку-фланец 27, снабженный секторным каналом 28, и воронкообразный патрубок 29 с фланцем. В последнем установлена конусная вставка 30, снабженная винтовым каналом 31, сообщенным с секторным каналом 28, и фиксированная от проворота относительно оси штифтами 32 (фиг.5). Центрирующее кольцо 5 снабжено секторным упором 33 трапециедальной формы (фиг.2) и фиксировано относительно крышек-фланцев 17 и 27 штифтами 34 и снабжено уплотнительными кольцами 35. Вал 4 снабжен упорной шайбой 36 и крепежом 37, предотвращающим перемещение его в сторону муфты 11. Секторные каналы 23 и 28 во фланцах-крышках полукорпусов расположены соосно относительно секторного канала 38 (фиг.2) поворотного шибера.

Толщина ограничительного плоского кольца 6 должна быть на 0,075÷0,15 мм больше толщины центрирующего кольца 5, что исключает заклинивание плоского шибера между крышками-фланцами полукорпусов.

Монтаж устройства

Фланец подводящего трубопровода (на фиг. не показан) присоединяется к патрубку 26, а фланец выходного патрубка 29 - с фланцем задвижки, работающей только на «открытие-закрытие» (на фиг. не показано). На муфту 11 устанавливают рычажной ключ 14, снимают колпак 16 и с помощью гайки 13 приподнимают муфту 11 до положения выхода храповых зубьев 12 (фиг.6 и 7) из зацепления с храповыми зубьями 9 (фиг.8 и 9). Далее поворотом ручки ключа 14 по шкале 10 (фиг.1) устанавливают требуемое сечение секторного канала 38 (фиг.2). После этого муфту 11 с помощью гайки 13 опускают вниз до полного зацепления храповых зубьев 9 и 12. Затем убирают рычажной ключ 14, надевают колпак 16 на муфту 11 и с этого момента задвижка готова к эксплуатации.

Работа устройства

Нагнетаемая жидкость из подводящего трубопровода (на фиг. не показан) попадает в полость «а» (фиг.1) входного патрубка 26, из которой направляется в кольцевую полость 24 полукорпуса 1. Из последней она направляется в секторный канал 23 крышки-фланца 17, далее - в секторный канал 38 (фиг.2) плоского поворотного шибера 3. После этого она попадает в секторный канал 28 крышки-фланца 27, воронкообразный патрубок 29 и оттуда - в полость отводящего трубопровода (на фиг. не показан).

При появлении необходимости перехода на другой режим расхода жидкости осуществляют настройку задвижки на требуемый режим. В этом случае на муфту 11 устанавливают рычажной ключ 14, снимают колпак 16 и гайкой 13 приподнимают ее до полного выхода храповых зубьев 12 из зацепления с зубьями 9. Поворачивая ручку ключа 14 по часовой или против часовой стрелки, при этом поворачиваются вал 4 и плоский шибер 3, устанавливают по шкале 10 требуемое сечение секторного канала 38. После этого муфту 11 опускают вниз до полного зацепления храповых зубьев 9 и 12. В последующем убирают рычажной ключ 14, надевают колпак 16 на муфту 11 и с этого момента задвижка готова к эксплуатации в новом режиме.

Предлагаемое устройство позволяет:

- значительно снизить интенсивность гидроудара благодаря плавному уменьшению или увеличению проходного сечения секторного канала плоского поворотного шибера, что, в свою очередь, приводит к снижению уровня шума и вибрации, благоприятно влияющих на эксплуатационную надежность технологической системы;

- снизить потери давления на участке задвижки благодаря сравнительно плавному подходу нагнетаемой жидкости к каналу шибера, проходу через него и закручиванию ее после выхода из него в винтовом канале конусной вставки;

- снизить металлоемкость задвижки за счет уменьшения ее поперечных размеров и увеличить срок эксплуатации благодаря шлицевому сочленению плоского шибера с валом.

Изобретение найдет применение в нефтедобывающей промышленности для регулирования закачки воды в пласты при поддержании пластового давления, а также в химической, энергетической и других отраслях народного хозяйства. Задвижка включает два полукорпуса с фланцами-крышками, между которыми установлен плоский поворотный шибер с секторным каналом. Последний расположен соосно с секторными каналами во фланцах-крышках. Поворотный шибер взаимодействует с валом, который снабжен на противоположном конце выходу жидкости из задвижки муфтой и крышкой, которые взаимодействуют друг с другом через посредство храповых зубьев. Муфта связана с валом шлицевым соединением и несет на себе рычажной ключ, которым и осуществляют через вал вращение шибера и увеличение или уменьшение расхода жидкости через задвижку. Изобретение направлено на снижение интенсивности гидроударов, потерь давления на участке задвижки и металлоемкости. 2 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Регулирующая задвижка, содержащая два полукорпуса с фланцами-крышками, один из которых включает основной патрубок, входной и выходной патрубки, плоский поворотный шибер с дроссельным каналом, ограничительное кольцо, вал, взаимодействующий с поворотным шибером, указатель положения дроссельного канала шибера, уплотнительные и крепежные элементы, отличающаяся тем, что дроссельный канал плоского поворотного шибера выполнен в виде открытого сектора, охваченного по периферии плоским центрирующим кольцом, фиксированным относительно фланцев-крышек полукорпусов и снабженным секторным упором трапецеидальной формы; во фланцах-крышках полукорпусов выполнены секторные каналы соосно с периферийным секторным каналом поворотного шибера; полукорпус, расположенный со стороны входного патрубка, снабжен дополнительным патрубком, образующим с основным кольцевое пространство, сообщенное с полостью входного патрубка, установленного перпендикулярно к оси задвижки; на верхний конец вала через шлицевое соединение посажена муфта с гранями на боковой поверхности, на нижнем торце которой выполнены храповые зубья, взаимодействующие с храповыми зубьями крышки, жестко установленной на верхнем торце основного патрубка и несущей на себе шкалу-указатель положения дроссельного канала плоского поворотного шибера, причем муфта находится в кинематической связи с гайкой, ограниченной в продольном перемещении, и снабжена накидным рычажным ключом, несущим на себе стрелку шкалы-указателя; выходной патрубок выполнен воронкообразным, в полости которого расположена конусная вставка, имеющая винтовой канал и фиксированная от проворота относительно фланца-крышки; вал на нижнем конце снабжен упорной шайбой.

2. Регулирующая задвижка по п.1, отличающаяся тем, что в основном патрубке выполнены ступенчатые расточки, образующие с валом кольцевые полости с сальниковыми уплотнителями.

3. Регулирующая задвижка по п.1, отличающаяся тем, что толщина ограничительного плоского кольца на 0,075÷0,15 мм больше толщины центрирующего кольца.