КЛИНОВАЯ ЗАДВИЖКА Российский патент 2015 года по МПК F16K3/12 

Предлагаемое техническое решение относится к области трубопроводной арматуры, управляющей потоком жидкой или газообразной среды в трубопроводе, и может быть использовано на магистральных нефтепроводах, газопроводах, на предприятиях энергетического комплекса, нефтеперерабатывающей и химической отраслях промышленности для высоких температур и давлений среды.

В технике применяется большое количество конструкций арматуры, в том числе задвижки с клиновым затвором, которые имеют широкое распространение.

Известны задвижки, в которых герметизация затвора осуществляется за счет самоустанавливающихся седел или самоустанавливающегося клина.

Известны задвижки с клиновым затвором, выполненным в виде цельного жесткого клина или образованного двумя дисками, расположенными под углом. (См., например, Д.Ф. Гуревич «Расчет и конструирование трубопроводной арматуры», «Машиностроение», Москва, 1964 г., с.119-124).

Применение цельного клина создает жесткую и надежную конструкцию, но при колебаниях температуры возможно заклинивание клина. У двухдиского затвора возможность заклинивания значительно меньше, но при использовании для больших проходных сечений и высоких давлений диск деформируется, что приводит к потере герметичности и повышенному износу, задирам уплотнительных поверхностей.

Известны конструкции клиновых задвижек, в которых боковая поверхность жесткого клина выполняется с упругим элементом. (См., например, патент RU №2147703 от 26.05.1998 по кл. F16K 3/12).

Такое выполнение клиновой задвижки обеспечивает высокую герметичность, надежность и уменьшается износ уплотнительной поверхности. Однако использование упругих элементов малой толщины при больших герметизирующих усилиях или давлениях может привести к их разрушению.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является клиновая задвижка, содержащая корпус, жесткий клин и уплотнительные кольца, установленные в канавках клина. (См. патент RU №2140033 от 25.05.1998 по кл. F16K 3/12).

Недостатком известной задвижки является жесткое крепление уплотнительного кольца к клину, что может привести к заклиниванию затвора в гнезде корпуса, к снижению ремонтопригодности задвижки и технологичности изготовления.

Технической задачей является устранение возможности заклинивания затвора в гнезде корпуса путем самоустановки уплотнительных колец без нарушения контакта между уплотнительными поверхностями седел и колец и перераспределения нагрузки.

Решение поставленной задачи позволяет повысить надежность работы задвижки, увеличив при этом срок эксплуатации и герметизирующую способность за счет устранения возможности образования задиров уплотнительных поверхностей при открывании затвора под высоким перепадом давления среды в задвижках больших проходных сечений.

Достигается технический результат за счет того, что в клиновой задвижке, содержащей корпус, затвор в виде жесткого клина, контактирующего боковыми поверхностями с седлами, уплотнительные кольца, боковые поверхности жесткого клина выполнены сферическими, на которых подвижно закреплены уплотнительные кольца, контактирующие с внутренней конической плоскостью со сферическими поверхностями клина, а внешней плоскостью с седлом, причем внутренняя плоскость кольца расположена под углом λ к внешней плоскости кольца, кроме того, задвижка снабжена прижимным элементом, который закреплен в проточках, выполненных на сферических боковых поверхностях клина.

Кроме того, прижимной элемент закреплен в пазах сферических элементов болтами и выполнен ступенчатым.

Выполнение задвижки предложенным образом позволяет уплотнительному кольцу свободно перемещаться по сферической поверхности клина и самоустанавливаться без нарушения контакта между уплотнительным кольцом и уплотнительной поверхностью седла, чем обеспечивается герметизирующая способность задвижки.

При этом происходит перераспределение нагрузки по поверхностям, что обеспечивает отрыв клина от седла при высоких давлениях и температуре без образования задиров на уплотнительных поверхностях. Сущность технического решения поясняется чертежами.

На фиг. 1 показан общий вид задвижки.

На фиг.2 показан узел А фиг.1.

Клиновая задвижка состоит из корпуса 1, в котором расположены седла 2, затвор 3, выполненный в виде жесткого клина 4, закрепленного на штоке 5. Боковые поверхности клина 4 выполнены сферическими. На боковой сферической поверхности установлены уплотнительные кольца 6, внутренняя плоскость 7 которых выполнена конической и расположена по отношению к внешней плоскости 8 под углом λ, где угол λ это - угол конусной поверхности. Изменение угла λ влияет на уравновешивание моментов M₁ и М₂ от равнодействующих контактных усилий на уплотнительных поверхностях, а это приводит к сохранению стабильности формы уплотнительного кольца, что обеспечивает уплотнение без нарушения контакта между уплотнительными поверхностями колец и седел.

Задвижка снабжена прижимным элементом 9, имеющим форму ступенчатого фланца. На боковой сферической поверхности клина 4 выполнена проточка 10, в которой закреплен прижимной элемент 9, взаимодействующий с выемкой 11 кольца 6. Прижимной элемент 9 закреплен с помощью болтов 12 или любым другим способом крепления.

Работа задвижки осуществляется следующим образом.

При закрывании задвижки шток 5 затвора 3 опускается в корпус 1. Жесткий клин 4 через уплотнительные кольца 6 входит в контакт с седлами 2, надежно запирая задвижку для прохода среды. Уплотнение между седлами 2 и затвором 3, а также между уплотнительными кольцами 6 и боковой сферической поверхностью жесткого клина 4 происходит в результате упругой деформации уплотнительных колец 6. Кроме того, возникает эффект самоуплотнения за счет подвижности уплотнительных колец 6 относительно сферической поверхности жесткого клина 4 по конической внутренней поверхности 7 последних в пределах зазоров, обеспечиваемых ступенчатой формой прижимного элемента 9.

При открывании задвижки процесс происходит в обратном порядке. За счет подвижности уплотнительных колец 6 относительно сферической поверхности жесткого клина 4 происходит перераспределение нагрузки и отрыв затвора 3 от седел 2 без образования задиров на уплотнительных поверхностях.

Использование предлагаемой конструкции позволяет увеличить число срабатываний, обеспечив при этом герметичность затвора в задвижках больших проходных сечений при высоких параметрах среды. Следовательно, повышается надежность работы задвижки, увеличивается срок эксплуатации и ее герметизирующая способность.

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и предназначено для управления потоком жидкой или газообразной среды высокого давления и температуры. Клиновая задвижка содержит корпус, затвор в виде жесткого клина, контактирующего боковыми поверхностями с седлами, уплотнительные кольца. Боковые поверхности жесткого клина выполнены сферическими, на них подвижно закреплены уплотнительные кольца, контактирующие внутренней конической плоскостью со сферическими поверхностями клина, а внешней плоскостью с седлами. Внутренняя плоскость кольца расположена под углом λ к внешней плоскости кольца. Задвижка снабжена прижимными элементами, которые закреплены в проточках, выполненных на сферических боковых поверхностях клина. Изобретение направлено на повышение герметичности затвора задвижки, снижение возможности задиров уплотнительных поверхностей затвора при открытии под высоким перепадом давления среды и устранение возможности заклинивания затвора в гнезде корпуса путем самоустановки уплотнительных колец без нарушения контакта между уплотнительными поверхностями седел и колец. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Клиновая задвижка, содержащая корпус, затвор в виде жесткого клина, контактирующего боковыми поверхностями с седлами, уплотнительные кольца, отличающаяся тем, что боковые поверхности жесткого клина выполнены сферическими, на которых подвижно закреплены уплотнительные кольца, контактирующие внутренней конической плоскостью со сферическими поверхностями клина, а внешней плоскостью с седлами, причем внутренняя плоскость кольца расположена под углом λ к внешней плоскости кольца, кроме того, задвижка снабжена прижимными элементами, которые закреплены в проточках, выполненных на сферических боковых поверхностях клина.

2. Клиновая задвижка по п.1, отличающаяся тем, что прижимной элемент закреплен в пазах сферических элементов болтами.

3. Клиновая задвижка по п.1, отличающаяся тем, что прижимной элемент выполнен ступенчатым.