ШИБЕРНАЯ ЗАДВИЖКА Российский патент 2020 года по МПК F16K3/02 F16K3/316 

Изобретение относится к нефтегазовой (как добывающей, так и перерабатывающей) промышленности, а именно, к области арматуростроения. Может быть использовано в качестве устьевой запорной арматуры нефтяных и газовых трубопроводов, емкостей и других средств для герметичного перекрытия проходного сечения, а также в составе оборудования, используемого в химической и энергетической отраслях.

Производственный процесс требует необходимости надежно перекрывать потоки жидкостей с минимальными затратами физического труда в любых климатических условиях, с обеспечением выполнения экологических требований. Вязкие, а также содержащие соли и механические примеси рабочие среды создают проблемы при транспортировке по трубопроводам - при попадании в полость задвижки для размещения шибера, отложения приводят к неполному перекрытию трубопровода. Наличие отложений в подшиберном пространстве в момент открытия и закрытия запорного элемента может приводить к ускоренному износу запорных частей задвижки. Поэтому работы по созданию надежных, ремонтопригодных, и экологически безопасных запорных устройств, которые в конечном счете улучшают условия труда, являются актуальными.

Из уровня техники известна шиберная задвижка (RU 2342579 C2, МПК F16К 3/02, 3/316, опубл. 27.12.2008), содержащая корпус с проходным каналом для рабочей среды и подшиберным пространством подъемный шибер со сквозным проходным отверстием и торцевыми уплотнительными поверхностями, уплотнительные седла, эластичные уплотнительные кольца и направляющие для шибера. Направляющие пластины выполнены заодно с уплотнительными седлами и снабжены уплотнительными поверхностями для шибера. Эластичные кольца расположены на шибере. По периферии торцевых уплотнительных поверхностей шибера установлены дополнительные эластичные уплотнительные кольца. Последние изолируют подшиберное пространство от проточной части корпуса на протяжении всего хода шибера. [1].

Недостатками устройства являются: сложность конструкции и, как следствие, высокая трудоемкость изготовления, обслуживания и ремонта. При длительной эксплуатации, дополнительные эластичные уплотнительные кольца недостаточно надежно герметизируют подшиберное пространство. Большое количество элементов (регулировочные упоры для поджатая седел), которые необходимо герметизировать от внешней среды обуславливают низкую экологическую безопасность. Наличие выдвижного шпинделя снижает эксплуатационную безопасность при высоких давлениях.

Известна шиберная задвижка, (RU №2578548 С1, МПК F16К 3/02, 27/04, 3/30, опубл. 27.08.2016), содержащая корпус выполненный из проката. В средней части корпуса по наружной поверхности выполнены взаимно перпендикулярные плоскости по отношению к вертикальной и горизонтальной осям, две из них расположены противоположно друг другу, оснащены посадочными отверстиями, корпус оснащен нижней крышкой, закрепленной снизу, при этом седла расположены между пружин тарельчатых и уплотнительных колец, кроме того на штоке выполнены участки с трапецеидальной левой и метрической правой резьбой, при этом на верхней крышке закреплен бугель, выполненный в виде втулки оснащенной ступенчатой внутренней поверхностью и основанием, над основанием закреплена масленка, одна из ступеней внутренней поверхности указанного бугеля оснащена резьбой, внутри бугеля снизу вверх расположены соответственно: сухарь, подшипник, вставка плавкая, гайка нажимная оснащенная по наружной поверхности резьбой а по внутренней поверхности проточкой с размещенным в ней уплотнительным кольцом, на торцевой поверхности, выполненной ступенчатой указанного бугеля со стороны маховика расположен и закреплен указатель положения штока, нижней и в верхних крышках выполнены сквозные отверстия, расположенные перпендикулярно вертикальной оси задвижки в которых установлены с возможностью перемещения нагнетательные клапаны. [2].

Недостатками устройства являются: сложность конструкции и геометрии корпуса в частности, как следствие высокая трудоемкость изготовления, большое количество составных элементов. Отсутствие герметичной защиты внутренних полостей указателя положения штока от атмосферных осадков и, как следствие, возможность несовпадения отверстий в шибере и стволовых каналах в положении «открыто» из-за обледенения или попадания и накопления твердых частиц пыли.

Известна задвижка шиберная (RU 2467235 C2, МПК F16К 3/06, 31/53, опубл. 20.11.2012), содержащая корпус с проводящим и отводящим присоединительными патрубками с фланцами, дисковый шибер на оси вращения с зубчатым венцом, привод шибера в виде штурвала, с закрепленного на валу с шестерней, втулочные седла с торцевыми и радиальными уплотнениями, Зубчатый венец выполнен в виде сектора с коническими зубьями и установлен в радиальной расточке на торцевой поверхности дискового шибера. Шестерня выполнена конической и установлена в расточке корпуса на валу, установленном вдоль одной из торцевых поверхностей дискового шибера. Задвижка снабжена крышкой, установленной в боковой расточке корпуса и поджата корончатой гайкой, с образованием между ними герметичного контакта. Вал дополнительно снабжен фиксирующей втулкой, расположенной в расточке корпуса, ниже места установки конической шестерни. [3]

Недостатком дисковых задвижек является применение сборной конструкции корпуса, состоящего из двух и более частей и как следствие наличие дополнительных стыков, что влияет на ее экологическую безопасность и низкую нагрузочную способность вдоль оси патрубков и как следствие возможность заклинивания дискового шибера.

Наиболее близким к заявленному изобретению техническим решением, принятым в качестве прототипа, принята шиберная задвижка (RU 88757 U1, МПК F16К 3/02, опубл. 20.11.2009), содержащая корпус с проходным каналом, плоский шибер, присоединительные фланцы, крышку, механический привод шибера с индикатором положения и запорный узел. Запорный узел состоит из шибера и уплотнителя, при этом уплотнитель представляет собой цельнолитую деталь цилиндрической формы, состоит из двух армированных эластичных манжет с рабочими поверхностями, выполнен с вертикальным вырезом прямоугольной формы для захода шибера. Каждая из манжет имеет по одному вертикальному штырю. Механизм привода выполнен без применения выдвигаемого шпинделя [4].

Недостатком задвижки является ее ограниченная ремонтопригодность и низкий ресурс по количеству циклов открытия-закрытия, обусловленная возможностью деформации под высоким давлением и износа эластичных манжет, выполненных как единая деталь.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является улучшение работоспособности за счет исключения возможности накопления механических примесей и солей в полости для перемещения шибера, повышение ремонтопригодности путем установки сменных направляющих с заданными антифрикционными характеристиками.

Поставленная техническая задача достигнута в шиберной задвижке, содержащей корпус, имеющий соосные ступенчатые проходные отверстия, внутреннюю цилиндрическую расточку перпендикулярную проходным отверстиям, крепежные фланцы, расположенные противоположно друг другу, и выполненными симметрично относительно вертикальной оси, седла, шибер с гайкой и приводным винтом. В нижней части корпуса выполнено резьбовое отверстие, перпендикулярное оси проходных отверстий и установлен клапан для сброса избыточного давления при технологической операции пополнения или замены смазки. Направляющие вставки, установленные в цилиндрическую расточку корпуса, поджимаются верхней крышкой, в которой размещен сальниковый узел, усилие поджима сальникового узла регулируется нажимной гайкой, на периферии вскрыто резьбовое отверстие и установлен нагнетательный клапан, в верхней части на резьбе установлена корончатая гайка с подшипниковым узлом. Сухари фиксируют через проточку в приводном винте его осевое положение относительно корпуса.

При вращении по часовой стрелке приводного винта посредством маховика осуществляется поступательное перемещение ходовой гайки и соответственно - шибера из положения открыто в закрыто, левое направление резьбы для конструкций с не выдвижным шпинделем обеспечивает принцип мнемоники, установленный ГОСТом для задвижек, а разгрузка на подшипники обеспечивает минимальное усилие на маховике. Точное совпадение осей стволовых проходов и отверстия в шибере в положении «Открыто» обеспечивается подгонкой регулировочного кольца. Смазка подшипникового узла осуществляется через пресс-масленку, установленную в корончатой гайке, для исключения возможного раскручивания корончатой гайки в процессе эксплуатации она зафиксирована стопорным винтом, для исключения попадания атмосферных осадков в верхней части корончатой гайки установлен уплотнительный элемент. На наружном торце корончатой гайки установлен указатель положения шибера - лепесткового типа, выполненный из упругого материала и не имеющий скрытых полостей, что исключает скапливание конденсата и атмосферных осадков и возможность заклинивания указателя при его перемещении и как следствие «недохода» шибера в одно из крайних положений «открыто - закрыто».

Отличает устройство от известных аналогов то, что в корпусе выполнена цилиндрическая расточка, в которую устанавливаются раздельные направляющие шибера из материала с заданными антифрикционными характеристиками по поверхностям прилегания. Направляющие воспринимают нагрузку от взаимодействующих поверхностей шибера в закрытом положении, а также уменьшают объем полости для размещения шибера.

Выполненный авторами поиск в доступных на дату подачи заявки информационных источниках не выявил аналогичных технических решений, обладающих всеми отличительными признаками заявленного устройства, что подтверждает соответствие изобретения критериям «новизна» и «изобретательский уровень».

Конструкция задвижки поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена схема шиберной задвижки; на фиг. 2 - приведено поперечное сечение задвижки; на фиг. 3 - приведено продольное сечение вдоль проходных отверстий.

Шиберная задвижка, содержит корпус 1, имеющий соосные ступенчатые проходные отверстия 2, в которые установлены седла 8 в количестве двух штук, на торцевых поверхностях 31 и 32 которых смонтированы уплотнительные элементы 33 и 34. При этом уплотнительный элемент 33 обладает повышенными физико-механическими характеристиками и его материальное исполнение зависит от условий эксплуатации изделия и заданного ресурса, что обусловлено непосредственным контактом с поступательно перемещающимся шибером 9, а уплотнительный элемент 34 выполнен из упругого материала и выполняет функцию герметизации проходных отверстий 2 от внутренней полости корпуса 1, в котором выполнена внутренняя цилиндрическая расточка 3, перпендикулярная проходным отверстиям 2, с крепежными фланцами 4, расположенными противоположно друг к другу и выполненными симметрично относительно вертикальной оси 5. В нижней части корпуса 1 выполнено резьбовое отверстие 6, перпендикулярное оси проходных отверстий 2 и установлен клапан 7 для сброса избыточного давления при технологической операции пополнения или замены смазки, шибер 9 с гайкой 10, и приводным винтом 11. Направляющие вставки 12, установленные в цилиндрическую расточку корпуса 3, поджимаются верхней крышкой 13, в которой размещен сальниковый узел 14, усилие поджима регулируется нажимной гайкой - 15. На периферии вскрыто резьбовое отверстие 16 и установлен нагнетательный клапан 17, в верхней части на резьбе установлена корончатая гайка 18, с подшипниками 19 и 20. Сухари 21 фиксируют через проточку 22, в приводном винте его осевое положение относительно корпуса 3 при вращении которого посредством маховика 23 осуществляется поступательное перемещение шибера 9. Совпадение осей стволовых проходов 2 и отверстия в шибере 24 в положении «Открыто» обеспечивается подгонкой регулировочного кольца 25. Смазка подшипникового узла осуществляется через пресс-масленку 26, установленную в корончатой гайке 18, зафиксированную стопорным винтом 27. Для исключения попадания атмосферных осадков в верхней части корончатой гайки 18 установлен уплотнительный элемент 28. На наружном торце 29 корончатой гайки установлен указатель положения шибера 30. Специальная форма шибера 9 имеет острую грань 35 для уменьшения сопротивления при перемещении до контакта с поверхностью 36, в положение - «закрыто», и гарантирует перекрытие потока жидкости.

Шиберная задвижка работает следующим образом.

Вращая маховик 23, крутящий момент передали на винт 11, который установлен в корончатой гайке 18, между подшипников 19 и 20, посредством двух сухарей 21. Такое соединение не позволяет винту 11 перемещаться вдоль оси 5. При вращении винта 11 происходит перемещение вдоль оси 5 ходовой гайки 10. Указанная ходовая гайка 10, в свою очередь, переместила шибер 9. Одновременно с этим произошло перемещение вдоль оси 5 упругого указателя 30 положения шибера. Перекрытие проходного канала 2 осуществляли, вращая маховик 23 по часовой стрелке до упора острой грани 35 шибера 9 в нижний торец цилиндрической расточки корпуса 36 при этом упругий указатель переместился в соответствующие положение - «закрыто». Открытие шиберной задвижки осуществляется поворотом маховика 23 против часовой стрелки до упора шибера 9 в регулировочную шайбу 25, а упругий указатель перемещается в соответствующее положение - «открыто».

Источники информации

1. Пат. RU 2342579 C2 Российская Федерация, МПК F16К 3/02, 3/316. Шиберная задвижка / Севастьянихин Г.И., Ларионов В.Б., Измайлова В.В., Бондарев И.В.; заявитель ЗАО НПФ "Центральное конструкторское бюро арматуростроения". №2006145097/06; заявл. 18.12.2006; опубл. 27.12.2008. Бюл. №36.

2. Пат. RU 2578548 C1 Российская Федерация, МПК F16К 3/02, 27/04, 3/30. Шиберная задвижка / Матвеев А.В., Уфимцев В.А., Гурьянв А.В.; заявитель Уфимцев В.А., Гурьянв А.В. №2014151515/06; заявл. 18.12.2014; опубл. 27.03.2016. Бюл. №9.

3. Пат. RU 2467235 C2 Российская Федерация, МПК F16К 3/06, 31/53. Задвижка шиберная / Талалай С.Н., Коршунов В.Н., Машков В.А.; заявитель ООО "Научно Производственная Фирма Кубаньнефтемаш". №2010122094/06; заявл. 31.05.2010; опубл. 20.11.2012. Бюл. №32.

4. Пат. RU 88757 U1 Российская Федерация, МПК F16К 3/02. Шиберная задвижка / Пешков A.M., Печенев С.Н., Зубарев В.Ю., Смирнов А.А.; заявитель Пешков A.M., Печенев С.Н., Зубарев В.Ю., Смирнов А.А. №2009128162/22; заявл. 07.07.2009; опубл. 20.11.2009. Бюл. №32.

Изобретение относится к области арматуростроения и может быть использовано в качестве устьевой запорной арматуры нефтяных и газовых трубопроводов, емкостей и других средств для герметичного перекрытия проходного сечения. Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является улучшение работоспособности за счет исключения возможности накопления механических примесей и солей в полости для перемещения шибера, повышение ремонтопригодности путем установки сменных направляющих с заданными антифрикционными характеристиками. Шиберная задвижка содержит корпус, имеющий соосные ступенчатые проходные отверстия, внутреннюю цилиндрическую расточку перпендикулярную проходным отверстиям, крепежные фланцы, седла, плоский шибер с гайкой и приводным винтом. Направляющие вставки, установленные в цилиндрическую расточку корпуса, поджимаются верхней крышкой, в которой размещен сальниковый узел, регулируемый нажимной гайкой. Сухари через проточку фиксируют положение приводного винта. Установлен нагнетательный клапан, в верхней части корпуса размещена корончатая гайка с подшипниковым узлом, на наружном торце которой закреплен не имеющий скрытых полостей указатель положения шибера лепесткового типа, выполненный из упругого материала. Точное совпадение осей стволовых проходов и отверстия в шибере в положении «Открыто» обеспечивается подгонкой регулировочного кольца. Смазка подшипникового узла осуществляется через пресс-масленку, установленную в корончатой гайке, зафиксированной стопорным винтом. Для исключения попадания атмосферных осадков в верхней части корончатой гайки установлен уплотнительный элемент. 3 ил.

Шиберная задвижка, содержащая корпус с подводящим и отводящим присоединительными патрубками с фланцами, плоский шибер с гайкой и приводным винтом, нагнетательный клапан, в верхней части корпуса которого размещена корончатая гайка с подшипниковым узлом, сальниковый узел с расположенным на нем регулирующей нажимной гайкой, отличающаяся тем, что в корпусе перпендикулярно проходным отверстиям выполнена внутренняя цилиндрическая расточка, в которой закреплены ограничивающие объем полости для шибера направляющие вставки.