ОБРАТНЫЙ ЗАТВОР (ВАРИАНТЫ)
SWING-CHECK GATE (VERSIONS)

Заявляемая группа изобретений относится к трубопроводной арматуре, предназначенной для перекрытия обратного потока транспортируемой среды в нефтепроводах и нефтепродуктопроводах.
Из уровня техники известен обратный поворотный затвор (патент на полезную модель RU 130027 U1, опубл. 10.07.2013, МПК F16K 15/03), содержащий гидравлический цилиндр с фланцем, крышкой и рабочими полостями переменного объема, сообщающимися между собой калиброванными каналами с дроссельным клапаном, соединенным с затвором через вал.
Известен обратный поворотный затвор (патент на изобретение RU 2514452 С1, опубл. 27.04.2014, МПК F16K 15/03, F16K 47/02), содержащий в качестве демпфера рабочий элемент поршневого типа, соединенный с валом затвора передачей «винт-гайка».
Известен обратный затвор (заявка на изобретение RU 2005131373 А, опубл. 20.04.2007, МПК F16K 15/00), содержащий в качестве демпфирующего устройства лопасти, жестко закрепленные на пропущенной через стенки корпуса затвора оси поворотного диска.
Известные устройства замедляют скорость срабатывания затвора, что при запуске насосных агрегатов приводят к значительному увеличению усилия на запирающий элемент и, как следствие, на демпфер в положении запирающего элемента, близком к закрытому. Возникающие нагрузки приводят к частым обрывам валов между затвором и демпфером, обломам лопаток демпфера и деформации штоков гидроцилиндров. Вероятность выхода демпфера из строя значительно увеличивается при возникновении гидроударов в нефтепроводах и нефтепродуктопроводах.
Все перечисленные известные устройства являются аналогами предлагаемой группы изобретений.
Они отличаются наличием демпфера - технически сложного устройства, для которого требуется трудоемкое обслуживание в течение всего процесса эксплуатации, так как срок службы демпфера значительно меньше срока службы корпусных деталей. Кроме того, демпфер необходимо заправлять рабочей жидкостью (газом), отличной от транспортируемой среды. Передача усилия от затвора к демпферу (через вал, шток и т.п.) определяет необходимость создания дополнительных технологических отверстий в корпусе затвора, применения разъемных соединений, что увеличивает возможность разгерметизации при эксплуатации обратного затвора.
Известен также обратный клапан (патент на изобретение RU 2484348 С1, опубл. 10.06.2013, МПК F16K 15/03, F16K 47/02), содержащий нелинейный демпфер. В технической литературе термины «обратный клапан» и «обратный затвор» используются как синонимы. Обратный затвор по патенту RU 2484348 С1 выполнен с возможностью увеличения момента сопротивления перемещению затвора в положении рычага, близкого к граничному в закрытом состоянии затвора. Он имеет громоздкую, технически сложно реализуемую конструкцию. Возникающие усилия от воздействия рабочей среды на затвор многократно увеличиваются в нелинейном демпфере за счет разницы площадей затвора и поршня демпфера (как и в вышеописанных технических решениях), что влечет за собой либо недолговечность узла демпфера при значительном усилии демпфирования, либо низкую эффективность демпфера при снижении нагрузки на поршень демпфера. Данный обратный затвор, содержащий корпус с седлом и запирающим элементом, установленным подвижно вращательно на оси, жестко закрепленной в корпусе, принят за прототип.
Задачей, решаемой группой изобретений, является повышение надежности и увеличение срока службы обратного затвора.
Технический результат при осуществлении вариантов изобретения - упрощение конструкции обратного затвора с исключением ударных нагрузок в момент закрытия обратного затвора без применения специального демпфера.
В заявке предлагаются два варианта исполнения обратного затвора, в равной степени обеспечивающие исключение ударных нагрузок в момент закрытия.
В первом варианте исполнения обратного затвора задача решается, а технический результат достигается за счет того, что обратный затвор содержит корпус с седлом и запирающим элементом, установленным подвижно вращательно на оси, жестко закрепленной в корпусе, причем контактная поверхность седла выполнена в виде впадины, а контактная поверхность запирающего элемента выполнена в виде выступа, выполненного с возможностью охвата впадиной с образованием внутреннего кольцевого зазора и внешнего кольцевого зазора, концентрично расположенных относительно друг друга для дросселирования демпфирующей жидкости, а суммарная площадь сечений которых значительно меньше площади контактной поверхности, при этом впадина и выступ имеют кольцевую форму.
Во втором варианте исполнения обратного затвора задача решается, а технический результат достигается за счет того, что обратный затвор содержит корпус с седлом и запирающим элементом, установленным подвижно вращательно на оси, жестко закрепленной в корпусе, причем контактная поверхность седла выполнена в виде выступа, а контактная поверхность запирающего элемента выполнена в виде впадины, выполненной с возможностью охвата выступа, выполненного с возможностью охвата впадиной с образованием внутреннего кольцевого зазора и внешнего кольцевого зазора, концентрично расположенных относительно друг друга для дросселирования демпфирующей жидкости, а суммарная площадь сечений которых значительно меньше площади контактной поверхности, при этом впадина и выступ имеют кольцевую форму.
Кроме того, в обоих вариантах исполнения обратного затвора контактные поверхности седла и запирающего элемента выполнены в виде металлической наплавки, или металлического напыления, или композитного напыления, или неметаллического покрытия, а в качестве демпфирующей жидкости применена транспортируемая среда.
Существо изобретений поясняется фиг.1- 4.
На фиг. 1 показан главный вид обратного затвора в разрезе, на фиг. 2 - вид А на фиг. 1, раскрывающий исполнение контактной поверхности седла и запирающего элемента первого варианта обратного затвора, на фиг. 3 - вид А на фиг. 1, раскрывающий исполнение контактной поверхности седла и запирающего элемента второго варианта обратного затвора, на фиг. 4 - вид Б на фиг. 2 и 3, раскрывающий исполнение контактной поверхности седла и запирающего элемента первого и второго варианта обратного затвора.
На фигурах обозначено:
1 - корпус;
2 - седло;
3 - запирающий элемент;
4 - контактная поверхность седла;
5 - контактная поверхность запирающего элемента;
6 - полость между контактными поверхностями;
S - площадь контактной поверхности;
1
h - внутренний кольцевой зазор;
2
h - внешний кольцевой зазор;
1
S -площадь внутреннего кольцевого зазора;
2
S - площадь внешнего кольцевого зазора.
Обратный затвор состоит из корпуса 1 с седлом 2, взаимодействующим при закрытии с запирающий элементом 3, установленным подвижно вращательно на оси, жестко закрепленной в корпусе 1. Запирающий элемент 3 предотвращает прохождение обратного потока транспортируемой среды - нефти или нефтепродуктов.
В заявке предлагаются два варианта исполнения обратного затвора, в равной степени обеспечивающие исключение ударных нагрузок в момент закрытия.
В первом варианте исполнения обратного затвора контактная поверхность 4 седла 2 выполнена в виде впадины, а контактная поверхность 5 запирающего элемента 3 выполнена в виде выступа, выполненного с возможностью охвата впадиной. Впадина и выступ имеют кольцевую форму.
1
2
При полном закрытии обратного затвора выступ запирающего элемента 3 охватывается впадиной седла 2 с образованием внутреннего кольцевого зазора h и внешнего кольцевого зазора h, концентрично расположенных относительно друг друга.
Во втором варианте исполнения обратного затвора контактная поверхность 4 седла 2 выполнена в виде выступа, а контактная поверхность 5 запирающего элемента 3 выполнена в виде впадины, выполненной с возможностью охвата выступа. Впадина и выступ также имеют кольцевую форму.
1
2
При полном закрытии обратного затвора впадина запирающего элемента 3 полностью охватывает выступ седла 2 с образованием внутреннего кольцевого зазора h и внешнего кольцевого зазора h, концентрично расположенных относительно друг друга.
Контактные поверхности седла и запирающего элемента в обоих вариантах исполнения выполняются в виде металлической наплавки, или металлического напыления, или композитного напыления, или неметаллического покрытия.
Обратный затвор в первом и втором вариантах исполнения работает следующим образом.
При закрытии запирающий элемент 3 под действием транспортируемой среды и собственного веса перемещается свободно до момента образования полости 6 между контактными поверхностями седла и запирающего элемента.
1
2
1
2
При закрытии устройства контактная поверхность, выполненная в виде выступа, будет работать как поршень с площадью контактной поверхности S, а контактная поверхность в виде впадины будет работать как гидроцилиндр, внутренний и внешний кольцевые зазоры h и h которого соответствуют отверстиям в нерегулируемом дросселе с площадью, равной площадям внутреннего S и внешнего кольцевого зазора S
1
2
1
2
В образовавшейся полости 6 между контактными поверхностями возникает область повышенного давления. Транспортируемая среда за счет дросселирования через внутренний и внешний кольцевые зазоры h и h, суммарная площадь сечения (S+S) которых значительно меньше площади контактной поверхности S, демпфирует энергию удара запирающего элемента 3 о седло 2 в момент закрытия, тем самым обеспечивая высокую скорость срабатывания затвора при отсутствии ударных нагрузок. Таким образом, транспортируемая среда выполняет роль демпфирующей жидкости.
Изобретение в обоих вариантах исполнения упрощает конструкцию обратного затвора, снижает металлоемкость изделия, увеличивает ресурс, исключает необходимость в специальном устройстве - демпфере для устранения ударных нагрузок в момент закрытия.