ШИБЕРНАЯ ЗАДВИЖКА Российский патент 2013 года по МПК F16K3/28 F16K3/30 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области арматуростроения, в частности к шиберным задвижкам, и может быть использовано в качестве запорного органа в трубопроводных системах для поддержания пластового давления при добыче нефти.

Уровень техники

Известна шиберная задвижка, содержащая корпус с крышкой, установленный в корпусе шибер, снабженный седлами и штоком с уплотнительным узлом, при этом уплотнительный узел штока установлен в крышке (см. Молчанов Г.В., Молчанов А.Г. Машины и оборудование для добычи нефти и газа. М.: Недра, 1984, с.94, рис.IV. 12).

Недостатком данной шиберной задвижки является низкая надежность вследствие невозможности профилактического осмотра и замены уплотнительного узла штока под давлением.

Известна шиберная задвижка, содержащая корпус с крышкой, установленный в корпусе шибер, снабженный седлами и штоком с уплотнительными узлами, установленными с образованием между ними кольцевой полости, соединенной с полостью задвижки через отсечное устройство и через нормально закрытый клапан - с атмосферой, при этом отсечное устройство выполнено в виде цилиндра с поршнем с образованием смежных полостей, одна из которых сообщена с полостью корпуса, а другая - с кольцевой полостью, причем цилиндр снабжен штоком с выходом в атмосферу, имеющим возможность взаимодействия с поршнем, при этом шток цилиндра выполнен полым и снабжен обратно закрытым клапаном (см. пат. RU №2208731, МПК F16K 41/04, опубл. 20.07.2003 г.).

Недостатками данной шиберной задвижки является то, что при открытии-закрытии задвижки шибер перемещается относительно торцовых уплотнений, с соответствующим взаимодействием с кромками, что приводит к их ускоренному износу, при этом компенсации износа уплотнений не происходит, что, при необходимости, требует демонтажа задвижки с места применения и замены изношенных уплотнений, а также сложность конструкции задвижки, а именно ввод дополнительных конструктивных элементов, направленных на обеспечение автоматического переключения с нижнего уплотнителя на верхнее, не исключает проведение работ, связанных с демонтажем задвижки с места применения, для замены изношенных уплотнений.

Известна шиберная задвижка, содержащая корпус с проходным отверстием, установленный в корпусе шибер с приводом, выведенным из корпуса через его крышку, и уплотнительные седла, при этом она снабжена втулками, вставленными с обоих торцов в проходное отверстие корпуса и поджимающими седла к шиберу.

В шиберной задвижке внешний диаметр седел не превышает диаметра проходного отверстия корпуса (см. пат. RU №2378547, МПК F16K 3/02, F16K 27/04, опубл. 10.01.2010 г.).

Недостатками данной шиберной задвижки является то, что перемещение шибера относительно седел, при высоком осевом усилии со стороны втулок приводит к снижению ресурса работы как шибера, так и седел, а связь шибера со штоком привода через резьбовое соединение приводит к попаданию рабочей жидкости внутрь полости в шибере, что затрудняет вращение шпинделя, а значит, и перемещение шибера, при этом установка эластичных уплотнительных колец между втулками и седлами, для передачи осевого усилия на торцовую поверхность шибера, с целью герметизации зазора, не способствует компенсации износа и поддержанию необходимых контактных напряжений.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому положительному эффекту и принятой авторами за прототип является шиберная задвижка, содержащая корпус с проходными каналами, шибер с проходным отверстием, подвижные втулочные седла, размещенные в гнездах, уплотнительные элементы, установленные между шибером и втулочными седлами, пружины, шпиндель с сальниковой набивкой, крышку и маховик, при этом уплотнительные элементы выполнены в виде самоуплотняющихся манжет с П-образной формой сечения, обращенных открытой стороной к центру и установленных в кольцевых расточках, выполненных на противоположных сторонах уплотняемых поверхностей шибера, причем прилегающая к седлу стенка каждой манжеты выполнена с большим углом наклона к оси расточки, чем противоположная ей стенка, при этом каждая манжета снабжена тонкостенным кольцом, размещенным в ее кольцевом пространстве, кроме этого, подвижные седла снабжены щеками, жестко соединенными с ними и вытянутыми в диаметральном направлении, причем со стороны крышки длина их не менее длины хода шпинделя, а с противоположной она равна

h+d:2+2-3 мм,

где h - ход шпинделя,

d - диаметр проходного канала корпуса.

В шиберной задвижке концы щек с внутренней стороны, обращенные к маховику, скошены (см. пат. RU №2244862, МПК F16K 3/02, опубл. 20.01.2005 г.).

Недостатками данной шиберной задвижки является то, что при закрытии задвижки, когда шибер перемещается относительно торцов седел с входом во взаимодействие с ними кромки манжет, то существуют условия, когда возможен прорыв абразивосодержащей жидкости в полость корпуса, это может привести к увеличенному износу уплотняемой поверхности втулочных седел и накоплению частиц в полости корпуса, при этом при закрытии шибера и наличии флюида в полости корпуса, подвергает сальниковую набивку воздействию избыточного давления, работа шибера осуществляется только в крайнем открытом или крайнем закрытом положении, при этом в открытом положении шибера давление флюида сообщается в верхнюю и нижнюю компенсационные камеры, а также отсутствует контроль за наличием давления в осевом канале корпуса и компенсационной камере, что может привести к аварии в случае проведения профилактических работ, связанных со съемом задвижки с места установки и замен изношенных деталей.

Раскрытие изобретения

Задачей предлагаемого изобретения является разработка конструкции шиберной задвижки, обладающей упрощением конструкции устройства, за счет отказа от установки седел в осевых каналах подводящего и отводящего патрубков, с возможностью компенсации контактных напряжений на шибере, а также возможностью контроля и поддержания контактных напряжений на границе шибера и стенки корпуса, возможностью сохранить работоспособность устройства при перекачивании через него абразивосодержащих жидкостей.

Технический результат, который может быть получен с помощью предлагаемого изобретения, сводится к упрощению конструкции, возможности компенсации контактных напряжений на шибере, контролю и поддержанию контактных напряжений на границе шибера и стенки корпуса, сохранению работоспособности устройства при перекачивании через него абразивосодержащих жидкостей.

Технический результат достигается с помощью шиберной задвижки, содержащей корпус с компенсационной камерой, подводящим и отводящим патрубками, шибер, соединенный со штоком, уплотнитель, привод, при этом шибер выполнен в виде эластичного стакана и снабжен переводником, жестко соединенным с закладной деталью, которая установлена в торце стакана, в осевом канале которого установлена кольцевая пружина, выполненная с возможностью поджатия сверху переводником, соединенным со штоком, при этом нижнее кольцо кольцевой пружины установлено на донышко стакана и снабжено трубкой, пропущенной посредством перемычки в полость компенсационной камеры, причем в переводнике выполнен дренажный канал, соединяющий осевой канал корпуса над стаканом через трубку с компенсационной камерой, снабженной перепускным клапаном.

Таким образом, технический результат достигается за счет того, что шиберная задвижка содержит корпус с компенсационной камерой, подводящим и отводящим патрубками, шибер, связанный через шток с приводом, уплотнение штока, при этом шибер выполнен в виде эластичного стакана, с закладной деталью, установленной в торце стакана, внутри эластичного стакана, в осевом канале установлена кольцевая пружина, поджимаемая сверху переводником, связанным с закладной деталью и снабженным фигурным пазом для связи со штоком, при этом нижнее кольцо кольцевой пружины установлено на донышке стакана и снабжено трубкой, пропущенной через перемычку в компенсационнную камеру с образованием подвижного соединения, а переводник снабжен дренажным каналом, соединяющим осевой канал корпуса, расположенный над эластичным стаканом, через трубку с компенсационной камерой, снабженной перепускным клапаном.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 дана шиберная задвижка, в положении перекрытия подачи рабочей жидкости, разрез.

На фиг.2, тоже, взаимное положение деталей шиберной задвижки в открытом состоянии и наличии гидравлической связи между подводящим и отводящим патрубками.

Осуществление изобретения

Шиберная задвижка состоит из корпуса 1 с подводящим патрубком 2 и отводящим патрубком 3, осевого канала 4 корпуса 1, при этом в осевом канале 4 установлен шибер, выполненный в виде стакана 5, из эластичного материала, имеющего форму цилиндра, наружный диаметр которого принят большим по размеру, чем диаметр осевых каналов 4, подводящего и отводящего патрубков 2 и 3, соответственно, при этом осевой канал 4 снабжен в верхней части закладной деталью 6, которая установлена в торце эластичного стакана 5 и с которой жестко связан переводник 7, входящий в осевой канал 4 эластичного стакана 5 с возможностью взаимодействия с верхним кольцом 8 кольцевой пружины 9, установленной в осевом канале 4, с возможностью поджатия сверху переводником 7, при этом нижнее кольцо 10 кольцевой пружины 9 установлено на донышко (на фигуре не обозначено) эластичного стакана 5 и снабжено трубкой 11, выходящей в компенсационную камеру 12, а в переводнике 7 выполнен дренажный канал 13, соединяющий осевой канал 4 корпуса 1 с внутренней полостью 14 эластичного стакана 5 и над эластичным стаканом 5 через трубку 11 с компенсационной камерой 12, при этом в верхней части переводника 7 выполнен фигурный паз 15, в который введен ответный выступ 16 штока 17, соединенный с приводом 18 и втулкой 19, снабженной уплотнителями 20 относительно штока 17, при этом в корпусе 1 выполнена цилиндрическая расточка 21, расположенная в перемычке 22, изолирующей компенсационную камеру 12 от осевых каналов 4, подводящего патрубка 2 и отводящего патрубка 3, причем компенсационная камера 12 снизу перекрыта заглушкой 23 и снабжена перепускным клапаном 24.

Шиберная задвижка работает следующим образом.

При закрытой шиберной задвижке - шибер в виде эластичного стакана 5 введен в цилиндрическую расточку 21, расположенную в перемычке 22, изолирующей компенсационную камеру 12 от осевых каналов 4, подводящего патрубка 2 и отводящего патрубка 3, а так как наружный диаметр эластичного стакана 5 принят большим по размеру, чем диаметр осевых каналов 4, подводящего и отводящего патрубков 2 и 3 соответственно, поэтому при передаче осевой нагрузки от штока 17 на переводник 7, жестко соединенный с закладной деталью 6, происходит сжатие эластичного стакана 5 и воздействие на верхнее кольцо 8 кольцевой пружины 9, с последующей их деформацией в радиальном направлении, с увеличением контактных напряжений на внутренней поверхности корпуса 1 в осевом канале 4.

При закрытии шибера - эластичного стакана 5 и прекращении гидродинамической связи осевого канала 4 подводящего патрубка 2 с осевым каналом 4 отводящего патрубка 3, эластичный стакан 5 воспринимает давление рабочей жидкости своей поверхностью, обращенной за счет упругого восприятия его телом, еще больше поджимается к внутренней поверхности корпуса 1 с обеспечением герметичности шиберной задвижки.

При необходимости открытия задвижки через привод 18 с втулкой 19, снабженной уплотнителями 20 относительно штока 17, осуществляют перемещение штока 17 вверх, с передачей осевой нагрузки через выступ 16, который введен в фигурный паз 15, на переходник 7, что приводит к снятию осевого нагружения на кольцевую пружину 9, с соответствующей на эластичный стакан 5 внутри, тем самым снимаются контактные напряжения на границе взаимодействия эластичного стакана 5 с внутренней поверхностью корпуса 1, что способствует увеличению долговечности работы задвижки при перемещении эластичного стакана 5, в этом случае происходит сброс флюида из осевого канала 4 через дренажный канал 13 в переходник 7, внутреннюю полость 14 эластичного стакана и трубку 11 в компенсационную камеру 12, которая снизу перекрыта заглушкой 23 и снабжена перепускным клапаном 24, при этом трубка 11, соединенная с нижним кольцом 10 кольцевой пружины 9, перемещается в отверстии, выполненном в теле перемычки 22, в случае роста давления в осевом канале 4 корпуса 1, происходит его сброс.

Таким образом выполнение шибера в виде стакана 5 из эластичного материала, например резины, имеющего форму цилиндра, позволяет снизить абразивный износ шибера и упростить конструкцию задвижки.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества:

- упрощение конструкции;

- снижение абразивного износа шибера;

- облегчение проведения работ, связанных с демонтажем шиберной задвижки с места применения, для замены изношенных частей;

- возможность компенсации контактных напряжений на шибере;

- контроль и поддержание контактных напряжений на границе шибера и стенки корпуса;

- сохранение работоспособности устройства при перекачивании через него абразивосодержащих жидкостей.

Изобретение относится к области арматуростроения, в частности к шиберным задвижкам, и может быть использовано в качестве запорного органа в трубопроводных системах для поддержания пластового давления при добыче нефти. Шиберная задвижка содержит корпус с компенсационной камерой, подводящим и отводящим патрубками, шибер, соединенный со штоком, уплотнитель, привод. Шибер выполнен в виде эластичного стакана и снабжен переводником, жестко соединенным с закладной деталью, которая установлена в торце стакана. В осевом канале стакана установлена кольцевая пружина, выполненная с возможностью поджатия сверху переводником, соединенным со штоком. Нижнее кольцо кольцевой пружины установлено на донышко стакана и снабжено трубкой, пропущенной посредством перемычки в полость компенсационной камеры. В переводнике выполнен дренажный канал, соединяющий осевой канал корпуса над стаканом через трубку с компенсационной камерой, снабженной перепускным клапаном. Изобретение направлено на упрощение конструкции, возможность компенсации контактных напряжений на шибере, контроль и поддержание контактных напряжений на границе шибера и стенки корпуса, сохранение работоспособности устройства при перекачивании через него абразивосодержащих жидкостей. 2 ил.

Шиберная задвижка, содержащая корпус с компенсационной камерой, подводящим и отводящим патрубками, шибер, соединенный со штоком, уплотнитель, привод, отличающаяся тем, что шибер выполнен в виде эластичного стакана и снабжен переводником, жестко соединенным с закладной деталью, которая установлена в торце стакана, в осевом канале которого установлена кольцевая пружина, выполненная с возможностью поджатия сверху переводником, соединенным со штоком, при этом нижнее кольцо кольцевой пружины установлено на донышко стакана и снабжено трубкой пропущенной посредством перемычки в полость компенсационной камеры, причем в переводнике выполнен дренажный канал, соединяющий осевой канал корпуса над стаканом через трубку с компенсационной камерой, снабженной перепускным клапаном.