ШИБЕРНАЯ ЗАДВИЖКА Российский патент 2024 года по МПК F16K3/02 F16K27/04 F16K37/00 

Изобретение относится к нефтегазовой, химической и перерабатывающей углеводородное сырье промышленности, а именно к области арматуростроения, может быть использовано в качестве запорной арматуры нефтяных, газовых и транспортирующих химически агрессивные жидкости трубопроводов, арматуре устья скважин, емкостях и других местах для герметичного перекрытия проходного сечения.

Транспортировка по трубопроводам от мест добычи углеводородного сырья зачастую происходит в тяжелых климатических условиях, в местах с ограниченным доступом к запорной арматуре и с существенными затратами физического труда на управление ею. Производственный процесс требует необходимости надежно перекрывать потоки жидкостей с повышенным содержанием солей и механических примесей, однако наличие в классических конструкциях задвижек маслонаполненных стальных (далее ЗМС) большого свободного подшиберного пространства, недостаточно защищенного от проникновения в момент открытия и закрытия запорного элемента, приводит к накоплению отложений, влияющих на работоспособность всех элементов задвижки. Ускоренный износ запорных частей задвижки, невозможность полного перекрытия из-за накопленных отложений в подшиберном пространстве, невысокая (особенно в полевых условиях) ремонтопригодность большей части запорных элементов, необходимость по созданию экологически безопасных, надежных и с большим сроком службы запорных устройств, которые в конечном счете улучшают экономические показатели оборудования, условия труда и безопасность окружающей среды, определяют наибольшую актуальность разработки новых, оригинальных конструкций шиберных задвижек.

Из уровня техники известна шиберная задвижка (RU №2342579, МПК F16K 3/02, 27/04. 3/30, опубликована. 27.08.2008), 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].

Недостатком устройства является: сложность конструкции и как следствие высокая трудоемкость изготовления, большое количество элементов (регулировочные упоры для поджатия 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 МПК F16K 3/02, 27/04. 3/30, опубликовано. 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 за креплена масленка, одна из ступеней внутренней поверхности указанного бугеля оснащена резьбой, внутри бугеля снизу вверх расположены соответственно и размещены: 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, в нижней и в верхних крышках выполнены сквозные отверстия, расположенные перпендикулярно вертикальной оси задвижки в которых установлены с возможностью перемещения нагнетательные клапаны [2].

Недостатком устройства является: сложность конструкции и геометрии корпуса в частности, как следствие высокая трудоемкость изготовления, большое количество элементов. Отсутствие герметичной защиты внутренних полостей указателя от атмосферных осадков и как следствие возможность, не совпадения отверстия в шибере в положении открыто стволовых каналов задвижки из-за обледенения или попадания и накопления твердых частиц пыли.

Известна шиберная задвижка (RU №2547200, МПК F16K 3/06, опубликована 10.04.2015), состоящая из двух полукорпусов, связанных с друг с другом, в расточке одного из полукорпусов установлен шибер с радиусной расточкой, в которой выполнена зубчатая насечка, с которой кинематически связаны зубья приводного вала, пропущенного через расточку, в которой размещается подпятник, с подшипником скольжения внутри. В торце приводного вала выполнено отверстие, в котором размещен шарик, с опорой на внутреннюю коническую проточку в теле подпятника. На торце подпятника выполнены поперечные пазы, а на цилиндрической поверхности продольные пазы для подачи смазки от масленки к трущимся поверхностям зубчатого зацепления. Шибер установлен на оси вращения и содержит на периферии радиусной расточки карманы. В осевых каналах полукорпусов установлены подпружиненные седла, поджимаемые к шиберу, с обеспечением герметичного контакта. При вращении приводного вала обеспечивается открытие-закрытие потока рабочей жидкости шибером, который вращается на оси. Механические примеси и окалина, попадающие в смазку, накапливаются в карманах на периферии радиусной расточки [3].

При минимальных объемах свободного подшиберного пространства существенным недостатком дисковых шиберных задвижек является низкая нагрузочная способность вдоль оси патрубков, что обусловлено конструктивными особенностями задвижки и как следствие возможность заклинивания дискового шибера при выполнении технологических операций особенно в составе фонтанной арматуры.

Наиболее близким к заявленному изобретению техническим решением, принятым в качестве прототипа принята шиберная задвижка (№2730895 RU, СПК F16K 3/02; 3/16, опубликована 26.08.2020 Бюл. №24), содержащая корпус имеющий соосные ступенчатые проходные отверстия, внутреннюю цилиндрическую расточку перпендикулярную проходным отверстиям, крепежными фланцами, расположенными противоположно друг другу, и выполненными симметрично относительно вертикальной оси, в нижней части которого выполнено резьбовое отверстие перпендикулярное оси проходных отверстий и установлен клапан для сброса избыточного давления. Седла, шибер с ходовой гайкой и приводным винтом. 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, 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, 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 [4].

Недостатком задвижки является достаточно сложная конструкция подшипникового и сальникового узла и как следствие высокая трудоемкость. Низкая ремонтопригодность в полевых условиях - невозможность прямого контроля и диагностики основных герметизирующих поверхностей в корпусе под седло. Недостаточная жесткость лепесткового указателя положения шибера.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является упрощение конструкции подшипникового узла привода перемещения шибера, и как следствие, уменьшение трудоемкости изготовления и себестоимости задвижки. Улучшение ремонтопригодности в полевых условиях без полной разборки задвижки. Повышение надежности запорной группы. Увеличение жесткости указателя положения шибера.

Поставленная техническая задача решена: за счет того, что в шиберной задвижке, содержащей корпус изготовленный из проката, имеющий соосные ступенчатые проходные отверстия, внутреннюю цилиндрическую расточку перпендикулярно проходным отверстиям, крепежные резьбовые фланцы, расположенные противоположно друг другу, и выполненные симметрично относительно вертикальной оси, в нижней части которого выполнено резьбовое отверстие на оси перемещения шибера и установлены клапан для сброса избыточного давления при замене смазки, седла, шибер с гайкой и приводным винтом. Направляющие вставки, выполненные монолитно из композитного антифрикционного материала, установленные в цилиндрическую расточку корпуса поджимаются верхней резьбовой крышкой, в которой размещен двойной герметизирующий контур и сформирован безсепараторный подшипник из свободных тел качения (далее СТК), на периферии вскрыто резьбовое отверстие и установлен нагнетательный клапан для смазки подшипникового узла. В верхней части резьбовой крышки расположен нагнетательный клапан для пополнения или замены смазки в корпусе задвижки. На буртике приводного винта установлены сухари, которые методом подгонки обеспечивают необходимый осевой зазор в безсепараторном подшипнике и совпадение отверстия в шибере с обшей осью подводящего и отводящего патрубков задвижки. 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 один безсепараторный подшипник качения обеспечивает минимальное усилие на маховике, для исключения возможного раскручивания резьбовой крышки в процессе эксплуатации, она зафиксирована стопорным винтом, для исключения попадания атмосферных осадков в верхней части крышки установлен уплотнительный элемент. На наружном торце крышки установлен жесткий дисковый указатель положения шибера, 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 задвижку от известных аналогов то, что в корпусе выполнена цилиндрическая, без уступов, расточка, перпендикулярная оси движения шибера, в которую смонтированы седла с двойным контуром уплотнения, причем контур, находящийся в торцевой части седла создает предварительный поджим уплотняющей части седла к шиберу и первичную герметизацию соединения, а конструкция задвижки позволяет выполнять его монтаж и демонтаж при установленном шибере, что позволяет выполнять дефектацию и замену седел без полной разборки задвижки в полевых условиях. Также, в отличие от аналогов, имеющих в конструкции два упорных подшипника, в верхней резьбовой крышке размещен двойной герметизирующий контур и сформирован один безсепараторный подшипник качения из свободных тел качения (СТК), а на наружном торце крышки установлен более жесткий по конструкции интегрированный дисковый указатель положения 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. На фиг. 4 - выноска дискового указателя и сечение перпендикулярное оси 5 по безсепараторному подшипнику качения из СТК с монтажным каналом для шариков.

Шиберная задвижка, содержит корпус -1, имеющий соосные бесступенчатые проходные отверстия -2, с возможностью обработки с одной стороны за один установ, в которые установлены седа -3, в количестве двух штук на торцевых поверхностях которых -4 и -5 смонтированы уплотнительные элементы -6 и -7 с непосредственным контактом поступательно перемещающимся шибером -8, а уплотнительный элемент -9 - стандартное кольцо круглого сечения, создает осевое усилие прижима седла и выполняет функцию первичной герметизации проходных отверстий -2 от внутренней полости корпуса -1, а на наружном диаметре сопрягаемом с проходным отверстием -2, вторичный герметизирующий контур-35. В корпусе -1, выполнена внутренняя цилиндрическая расточка -2, перпендикулярная оси перемещения шибера -11, с крепежными резьбовыми фланцами -12, расположенными противоположно друг к другу, и выполненные симметрично относительно вертикальной оси 11, в нижней части которого выполнено резьбовое отверстие -13, на оси -11 и установлен клапан -14 для сброса избыточного давления при операции пополнения или замены смазки., В шибер - 8 смонтирована гайка -15, и приводной винт -16.в верхней части винта установлен маховик -37. Направляющие вставки из композитного антифрикционного материала -17 установленные в цилиндрическую расточку корпуса -18. Поджимаются верхней резьбовой крышкой -19, в которой размещен, двойной герметизирующий контур 20 и 21 и сформирован безсепараторный подшипник качения -22, из СТК (свободные тела качения) -23, для монтажа и формирования безсепараторного подшипника в крышке имеется резьбовое отверстие -40, которое после установки шариков перекрывается винтом -36. На периферии вскрыто резьбовое отверстие -24. и установлен нагнетательный клапан -25 для смазки подшипникового узла. В верхней части резьбовой крышки -19 расположен нагнетательный клапан -26 для пополнения или замены смазки в корпусе задвижки. Герметизацию стыка между крышкой -19 и корпусом -1, выполняет уплотнитель -38. На буртике приводного винта -16 установлены сухари -27. Сухари методом подгонки обеспечивают необходимый осевой зазор в безсепараторном подшипнике -22, и совпадение проходного отверстия в шибере -28 и обшей оси -29, подводящего и отводящего патрубков, задвижки. Для исключения возможного раскручивания резьбовой крышки -19, в процессе эксплуатации она зафиксирована стопорным винтом 30, для исключения попадания атмосферных осадков в верхней части которой установлен уплотнительный элемент 31. На наружном торце резьбовой крышки -32, установлен интегрированный дисковый указатель положения шибера -33, перемещающийся в результате вращения винта по резьбе -34 в осевом направлении, от проворота которого удерживают пальцы -38 с нанесенными на них указателями «О» - открыто и «З» - закрыто.

Шиберная задвижка работает следующим образом. Вращая маховик 37, крутящий момент передали на винт 11, который установлен в верхнюю резьбовую крышку 19 с интегрированным в нее безсеператорным подшипником качения 22, соединение не позволяет винту 16 перемещаться вдоль оси 11. При вращении винта 16 происходит перемещение вдоль оси 11 ходовой гайки 15, которая, в свою очередь, переместила шибер 8. Одновременно с этим произошло перемещение вдоль оси 11 дискового указателя положения шибера 33. Перекрытие проходного канала 2 осуществляли, вращая маховик 37 по часовой стрелке до упора шибера 8 в нижний торец цилиндрической расточки корпуса 1 при этом указатель переместился в соответствующие положение - «закрыто». Открытие шиберной задвижки осуществляется поворотом маховика 27 против часовой стрелки до упора шибера 8 в регулировочные сухари 27, а дисковый указатель перемещается в соответствующее положение - «открыто».

Источники информации

1. Пат. RU 2342579 C2 Российская Федерация, МПК F16K 3/02, 3/316. Шиберная задвижка / Севастьянихин Г.П., 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 F16K 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 №2547200 Российская Федерация, МПК F16K 3/06. Задвижка дисковая / Бакиров Д.Р., Бакиров Д.Р., Машков В.А., Плеханов Е.Н.; заявитель ООО "Арлиз". №2014104175/06; заявл. 07.02.2014; опубл. 10.04.2015.

4. Пат. RU 2730895 С1 Российская Федерация, МПК F16K 3/02 F16K 3/316. Шиберная задвижка / Безумов А.А., Репко А.В.; заявитель Безумов А.А., Репко А.В. №2019119364; заявл. 19.06.2019; опубл. 26.08.2020. Бюл. №24

Изобретение относится к трубопроводной арматуре. В предложенной шиберной задвижке контур уплотнения шибера, седел и крепежных резьбовых фланцев создается отдельными уплотнительными элементами. Два из которых расположены на торцевых поверхностях седел, с непосредственным контактом с поступательно перемещающимся шибером. Еще два создают осевое усилие прижима седла и одновременно первичную герметизацию проходных отверстий от внутренней полости корпуса и внешней среды. Еще два расположены на наружном диаметре седел, сопрягаемом с проходным отверстием. Выполненный из антифрикционного пластика не требующего смазки в течении всего срока службы дисковый указатель положения шибера, при перемещении по резьбе в осевом направлении удерживают от проворота пальцы резьбовой крышки задвижки с нанесенными на них указателями «О» - открыто и «З» - закрыто. Изобретение направлено на упрощение конструкции подшипникового узла привода перемещения шибера, и как следствие, уменьшение трудоемкости изготовления и себестоимости задвижки. Улучшение ремонтопригодности в полевых условиях без полной разборки задвижки. Повышение надежности запорной группы. Увеличение жесткости указателя положения шибера. 4 ил.

Шиберная задвижка, содержащая корпус, имеющий соосные бесступенчатые проходные отверстия, седла, уплотнительные элементы, плоский шибер с гайкой и приводным винтом, в верхней части которого на резьбе установлен дисковый указатель положения шибера и маховик, крепежные резьбовые фланцы, клапан для сброса избыточного давления и резьбовую крышку с безсепараторным подшипником, защищенным герметизирующими контурами от внутренней полости и атмосферных осадков, нагнетательным клапаном, цилиндрическими пальцами с нанесенными указателями «О» и «З» отличающаяся тем, что контур уплотнения шибера, седел и крепежных резьбовых фланцев создается отдельными уплотнительными элементами, два из которых расположены на торцевых поверхностях седел, с непосредственным контактом с поступательно перемещающимся шибером, еще два создают осевое усилие прижима седла и одновременно первичную герметизацию проходных отверстий от внутренней полости корпуса и внешней среды, еще два расположены на наружном диаметре седел, сопрягаемом с проходным отверстием, а выполненный из антифрикционного пластика не требующего смазки в течении всего срока службы дисковый указатель положения шибера, при перемещении по резьбе в осевом направлении удерживают от проворота пальцы резьбовой крышки задвижки с нанесенными на них указателями «О» - открыто и «З» - закрыто.