Задвижка с раздвижным шибером (варианты) Российский патент 2021 года по МПК F16K3/18 F16K3/314 

Изобретения относятся к устройствам запорной арматуры, применяемой в составе оборудования для промысла, производства и трубопроводной транспортировки жидкостей и газожидкостных смесей, преимущественно нефти и нефтепродуктов. В заявке представлены два варианта технических решений, имеющих одну принципиальную основу.

Задвижки с раздвижным механизмом, встроенным в запирающий узел (клин или шибер), известны с 30-х годов прошлого века. Они обычно содержат пару подвижных уплотнительных сегментов, имеющих плоские уплотнительные поверхности, которые, принудительно раздвигаясь, создают уплотнение с разнесенными уплотнительными элементами (седлами), сформированными в корпусе задвижки или встроенными в него как отдельный уплотнительный узел. Как правило, только один из элементов затвора непосредственно приводится в движение штоком клапана, в то время как другой является свободно плавающим и перемещается передаточным механизмом, встроенным в затвор. Когда линейное перемещение плавающего элемента затвора стопорится внутренней упорной поверхностью или стопорным элементом корпуса задвижки, шток затвора продолжает линейное перемещение под действием его привода, вследствие чего передаточный механизм воздействует на подвижные уплотнительные сегменты, раздвигая их и образуя плотное соединение с седлами корпуса задвижки. Дальнейшее увеличение усилия, прилагаемого к штоку задвижки, обеспечивает соответствующее увеличение усилия обжатия уплотнения в стыке с седлом.

Эти идеи развивают патенты США 2148628 (приоритет от 12.05.1935 г., автор Milton P. Laurent, заявитель W K M Company Inc), 4189127, 8297590, 9360122, РФ 181044 и многие другие.

За наиболее близкий аналог принято техническое решение по патенту США 7931251 (первичная публикация 13 января 2011, автор Charles С. Partridge, Houston, ТХ (US), патентообладатель Perdix Engineering LLC, Houston, TX (US).

Здесь, во избежание нежелательного расклинивания или преждевременного заклинивания механизма, оба подвижных уплотнительных сегмента шибера отслеживаются концевой тарелью штока в течение всего рабочего цикла задвижки, в том числе - при закрытии и открытии. А клиновидный сухарь служит передаточным звеном, обеспечивающим расклинивание уплотнительных сегментов при закрытии и герметизации задвижки; при этом он заперт во внутренней полости шибера специальными выступами, выполненными на внутренних сторонах обоих уплотнительных сегментов шибера.

Техническая задача состоит в усовершенствовании конструкции запирающего механизма задвижки с раздвижным шибером.

Техническим результатом осуществления изобретений является повышение надежности и безотказности задвижки в эксплуатации, за счет упрощения конструкции, повышения ее технологичности и уменьшения количества конструктивных элементов.

В данной заявке представлено два варианта технического решения раздвижного шибера, имеющие одинаковый состав функциональных элементов, но отличающиеся их взаимным расположением и кинематикой функциональных перемещений.

На Фиг 1 показан продольный разрез задвижки по варианту 1 настоящего изобретения.

Здесь:

1 - корпус задвижки;

2 - камера задвижки;

3, 4 - проточные проходы;

5, 6 - уплотнительные узлы (седла);

7 - шток;

8 - раздвижной шибер;

9 - концевая тарель штока;

10, 11 - подвижные уплотнительные сегменты шибера;

12 - клиновидный сухарь;

13 - дистальная грань сухаря;

14 - неподвижный упор;

15, 16 - деформируемые уплотнители.

На Фиг 2 - вид на задвижку спереди (по потоку). Вид идентичен для обоих вариантов изобретения.

Здесь:

1 - корпус задвижки;

7 – шток.

На Фиг 3 показан продольный разрез задвижки по варианту 2 настоящего изобретения.

Здесь:

1а - корпус задвижки;

2а - камера задвижки;

3а, 4а - проточные проходы;

5а, 6а - уплотнительные узлы (седла);

7а - шток;

8а - раздвижной шибер;

9а - концевая тарель штока;

10а, 11а - подвижные уплотнительные сегменты шибера;

12а - клиновидный сухарь;

13а - дистальная грань уплотнительного сегмента 11а;

14а - неподвижный упор;

15а, 16а - деформируемые уплотнители;

17а, 18а - штыри или ролики (группа).

На фиг. 4 и 5 показан пример размещения штырей (или роликов) 17а, 18а на боковых гранях уплотнительных сегментов 10а, 11а.

Техническая сущность изобретений:

В варианте 1

Задвижка содержит корпус 1, образующий камеру задвижки 2 и проточные проходы вовне 3 и 4, имеющие два разнесенных и расположенных навстречу друг другу уплотнительных узла (седла) 5 и 6 внутри корпуса задвижки 1. В корпус задвижки встроены шток 7 и раздвижной шибер 8, присоединенный к концевой тарели штока 9.

Раздвижной шибер 8 включает в себя два подвижных уплотнительных сегмента шибера 10 и 11, которые, по существу, являются заслонками на входе и выходе задвижки и при закрытии ее образуют герметичные соединения с упомянутыми разнесенными уплотнительными узлами корпуса 5 и 6. При этом между упомянутыми уплотнительными сегментами зажат клиновидный сухарь 12. На завершающем этапе движения штока 7 на закрытие задвижки клиновидный сухарь 12 дистальной своей гранью 13 упирается в неподвижный упор 14, принадлежащий корпусу задвижки 1, и расталкивает уплотнительные сегменты 10 и 11, принуждая их в дальнейшем движении под напором штока 7 смещаться в направлениях упомянутых уплотнительных узлов 5, 6 корпуса и герметизируя стыки уплотнительных сегментов шибера 10 и 11 с уплотнительными узлами корпуса 5 и 6 за счет деформации уплотнителей 15 и 16.

Концевая тарель 9 штока 7 постоянно находится в непосредственной связи, по меньшей мере, с одним из уплотнительных сегментов 10 и 11, сообщая ему (им) при закрытии задвижки усилие, необходимое для перемещения обоих уплотнительных сегментов до контакта с разнесенными уплотнительными узлами корпуса 5, 6 и уплотнения герметичных соединений между внешними поверхностями уплотнительных сегментов 10, 11 и разнесенными уплотнительными узлами корпуса 5 и 6, при этом упомянутый клиновидный сухарь, благодаря своей скошенной грани/граням, обеспечивает разворот векторов перемещения уплотнительных сегментов 10 и 11 в направлениях уплотнительных узлов корпуса 5, 6. При открытии задвижки уплотнительные сегменты 10 и 11, увлекаемые тарелью 9, освобождают подвижные детали раздвижного шибера 8, разуплотняют стыки уплотнительных сегментов шибера 10, 11 с разнесенными уплотнительными узлами корпуса 5, 6 и удаляют шибер из поточной части задвижки.

При этом клиновидный сухарь 12 в обоих случаях имеет возможность проскальзывания по неподвижному выступу 14 корпуса задвижки - в направлении потока или противоположном ему.

Система буртов и канавок, выполненных на одной из кромок каждого из уплотнительных сегментов 10, 11 и сопрягаемых между собой в сборе, взаимодействуя с тарелью 9 штока 7, обеспечивает синхронное перемещение обоих уплотнительных сегментов, как при закрытии, так и при открытии задвижки.

Клиновидный сухарь 12 может быть выполнен несимметричным в продольном сечении; в частности, иметь единственную скошенную грань (как в конструктивном исполнении, показанном на Фиг. 1).

Клиновидный сухарь 12 может быть выполнен также в виде единой детали или неразъемного узла с одним из уплотнительных сегментов шибера - 10 или 11.

Заданное положение и траектория движения уплотнительных сегментов шибера 10 и 11 может обеспечиваться, при необходимости, также направляющими или водилами, размещаемыми на внутренней поверхности корпуса задвижки и/или кромках уплотнительных сегментов; например, с помощью штырей (или роликов) 17а, 18а, размещаемых на боковых гранях уплотнительных сегментов 10, 11 (аналогично решению, показанному на фиг. 4 и 5), входящих в направляющие пазы, выполняемые в этом случае на смежных стенках корпуса задвижки 1.

В варианте 2:

Задвижка с раздвижным шибером содержит те же функциональные элементы, что и в варианте 1. При этом тарель 9а штока 7а упирается в более широкую торцевую грань клиновидного сухаря 12а, сужающегося в противоположную тарели сторону, сообщая ему при закрытии задвижки движение, расталкивающее уплотнительные сегменты шибера 10а, 11а в направлении потока и против него и уплотняющее их стыки с неподвижными уплотнительными узлами корпуса 5а и 6а.

Траектория движения уплотнительных сегментов шибера 10а и 11а контролируется направляющими или водилами, размещенными на внутренней поверхности корпуса задвижки (в исполнении, показанном на Фиг. 3, - упором 14а на корпусе задвижки, функционально подобным упору 14 в варианте 1; в этом случае раздвижной шибер 8а взаимодействует с упором 14а дистальной гранью, например, 13а, хотя бы одного из уплотнительных сегментов 10а, 11а).

При открытии задвижки уплотнительные сегменты 10а и 11а, увлекаемые тарелью 9а, освобождают сухарь 12а, обеспечивая разуплотнение стыков уплотнительных сегментов шибера 10а и 11а с разнесенными уплотнительными узлами корпуса 5а и 6а.

Система буртов и канавок, выполненных на одной из кромок каждого из уплотнительных сегментов 10а, Паи сопрягаемых между собой в сборе, взаимодействуя с тарелью 9а штока 7а, обеспечивает синхронное перемещение обоих уплотнительных сегментов, как при закрытии, так и при открытии задвижки.

При необходимости строго соосного приведения уплотнительных сегментов 10а, 11а в контакт с уплотнителями 15а и 16а (во избежание «заваливания» последних) упомянутая система буртов и канавок может быть дополнена группами штырей (или роликов) 17а, 18а, размещаемых на боковых гранях уплотнительных сегментов 10а, 11а и входящих в направляющие пазы, выполненные на смежных стенках корпуса задвижки 1а. Аналогичное по сути усовершенствование может быть внесено и в конструкцию по варианту 1 настоящего изобретения.

Представленные варианты изобретения находятся в разных стадиях реализации. Если вариант 1 уже проходит технологическую отработку и опробование у предполагаемого изготовителя, то вариант 2 - это авторская идея, еще только подлежащая конструктивно-технологическому освоению. По представлениям авторов вариант 2 - должен быть функциональнее и технологичнее. Механизм раздвижного шибера здесь, как можно предположить, - в меньшей степени склонен к заклиниванию, а кинематика обжатия уплотнителей уплотнительными сегментами исключает возможность их сдвига или «заваливания».

Изобретения относятся к устройствам запорной арматуры, применяемой в составе оборудования для промысла, производства и трубопроводной транспортировки жидкостей и газожидкостных смесей, преимущественно нефти и нефтепродуктов. Представлены три варианта технических решений, имеющих одну принципиальную основу. Задвижка с раздвижным шибером содержит корпус, образующий камеру задвижки и проточные проходы вовне, имеющие два разнесенных и расположенных навстречу друг другу уплотнительных узла; шток; раздвижной шибер, размещенный в корпусе и включающий в себя два подвижных уплотнительных сегмента шибера, образующих герметичные соединения с упомянутыми разнесенными уплотнительными узлами корпуса в положении, соответствующем закрытой задвижке, один из которых присоединен к штоку с помощью концевой тарели штока, причем упомянутые подвижные уплотнительные сегменты шибера непосредственно сопряжены между собой по скошенным в противоположные стороны граням, образуя клиновое соединение, при этом один из них при движении штока на закрытие задвижки опирается дистальной гранью на неподвижный упор, принадлежащий корпусу задвижки, уплотнительные сегменты раздвижного шибера, вследствие наличия клинового соединения между ними, раздвигаются в направлениях упомянутых уплотнительных узлов корпуса до контакта с ними и уплотнения герметичных соединений между внешними поверхностями упомянутых уплотнительных сегментов шибера и упомянутыми разнесенными уплотнительными узлами корпуса. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Задвижка с раздвижным шибером, содержащая корпус, образующий камеру задвижки и проточные проходы вовне, имеющие два разнесенных и расположенных навстречу друг другу уплотнительных узла;

шток;

раздвижной шибер, размещенный в корпусе, присоединенный к штоку с помощью концевой тарели штока и включающий в себя

два подвижных уплотнительных сегмента шибера, образующих герметичные соединения с упомянутыми разнесенными уплотнительными узлами корпуса в положении, соответствующем закрытой задвижке,

и клиновидный сухарь, зажатый между упомянутыми уплотнительными сегментами шибера, опирающийся при движении штока на закрытие задвижки дистальной гранью на неподвижный упор, принадлежащий корпусу задвижки, и в дальнейшем расталкивающий уплотнительные сегменты раздвижного шибера в направлениях упомянутых уплотнительных узлов корпуса до контакта с ними и уплотнения герметизируемых стыков между внешними поверхностями упомянутых уплотнительных сегментов шибера и упомянутыми разнесенными уплотнительными узлами корпуса задвижки,

причем концевая тарель штока находится в непосредственном контакте, по меньшей мере, с одним из упомянутых уплотнительных сегментов, сообщая ему/им усилие, необходимое для перемещения обоих упомянутых уплотнительных сегментов до контакта с упомянутыми разнесенными уплотнительными узлами корпуса и уплотнения герметичных соединений между внешними поверхностями упомянутых уплотнительных сегментов шибера и упомянутыми разнесенными уплотнительными узлами корпуса,

используя в качестве направляющего звена упомянутый клиновидный сухарь, который к этому моменту уже оперт гранью, противоположной штоку, на упомянутый неподвижный упор, принадлежащий корпусу задвижки,

отличающаяся тем, что

упомянутый клиновидный сухарь выполнен несимметричным в продольном сечении задвижки и имеет единственную скошенную на сужение клина боковую поверхность.

2. Задвижка по п. 1, отличающаяся тем, что при движении на открытие упомянутая тарель штока увлекает за собой уплотнительные сегменты шибера, раскрывая упомянутые герметичные соединения.

3. Задвижка по п. 1, отличающаяся тем, что заданное положение и траектория движения уплотнительных сегментов шибера обеспечиваются направляющими или водилами, размещенными на внутренней поверхности корпуса задвижки и/или кромках уплотнительных сегментов.

4. Задвижка с раздвижным шибером, содержащая корпус, образующий камеру задвижки и проточные проходы вовне, имеющие два разнесенных и расположенных навстречу друг другу уплотнительных узла; шток; раздвижной шибер, размещенный в корпусе и включающий в себя два подвижных уплотнительных сегмента шибера, образующих герметичные соединения с упомянутыми разнесенными уплотнительными узлами корпуса в положении, соответствующем закрытой задвижке, один из которых присоединен к штоку с помощью концевой тарели штока,

отличающаяся тем, что

упомянутые подвижные уплотнительные сегменты шибера непосредственно сопряжены между собой по скошенным в противоположные стороны граням, образуя клиновое соединение, при этом один из них при движении штока на закрытие задвижки опирается дистальной гранью на неподвижный упор, принадлежащий корпусу задвижки, уплотнительные сегменты раздвижного шибера, вследствие наличия клинового соединения между ними, раздвигаются в направлениях упомянутых уплотнительных узлов корпуса до контакта с ними и уплотнения герметичных соединений между внешними поверхностями упомянутых уплотнительных сегментов шибера и упомянутыми разнесенными уплотнительными узлами корпуса.

5. Задвижка по п. 4, отличающаяся тем, что при движении на открытие упомянутая тарель штока увлекает за собой уплотнительные сегменты шибера, раскрывая упомянутые герметичные соединения.

6. Задвижка по п. 4, отличающаяся тем, что заданное положение и траектория движения уплотнительных сегментов шибера обеспечиваются направляющими или водилами, размещенными на внутренней поверхности корпуса задвижки и/или кромках уплотнительных сегментов.

7. Задвижка с раздвижным шибером, содержащая корпус, образующий камеру задвижки и проточные проходы вовне, имеющие два разнесенных и расположенных навстречу друг другу неподвижных уплотнительных узла; шток; раздвижной шибер, соединенный с концевой тарелью штока и включающий в себя: два подвижных уплотнительных сегмента шибера, размещенных внутри корпуса и образующих герметичные соединения с упомянутыми разнесенными уплотнительными узлами корпуса в положении, соответствующем закрытой задвижке; клиновидный сухарь, зажатый между упомянутыми уплотнительными сегментами шибера, отличающаяся тем, что упомянутая тарель штока упирается в грань сужающегося в противоположную ей сторону клиновидного сухаря, сообщая ему движение, расталкивающее упомянутые уплотнительные сегменты шибера и уплотняющее их стык с неподвижными уплотнительными узлами корпуса.

8. Задвижка по п. 7, отличающаяся тем, что заданное положение и траектория движения уплотнительных сегментов шибера обеспечиваются направляющими или водилами, размещенными на внутренней поверхности корпуса задвижки и/или кромках уплотнительных сегментов.

9. Задвижка по п. 7, отличающаяся тем, что при движении на открытие упомянутая тарель штока увлекает за собой уплотнительные сегменты шибера, раскрывая упомянутые герметичные соединения.