СЕДЛО

Полезная модель относится к устройствам сопряжения запорных органов и седел, использующимся преимущественно в трубопроводной запорной арматуре для нефтяной, газовой и смежных с ними отраслях промышленности.
2
2
Такие устройства эксплуатируются в качестве седел в задвижках трубопроводов высокого давления в агрессивной среде с содержанием СО и HS до 6%.
Известна конструкция металлического седла с прорезями на внутренней поверхности седла и выступами на торцах в зоне внутреннего диаметра седла (патент US 4208035). Седло имеет возможность упруго деформироваться в зоне внутреннего диаметра седла.
Недостатком данной конструкции является то, что площадь контакта кольцевых выступов с запорным органом образована кромками кольцевых выступов, плотного соприкосновения по всей поверхности не происходит. В результате, в кольцевых выступах происходит протекание рабочей среды.
Известна дисковая задвижка (а.с. СССР №1800184), содержащая корпус с седлами, запорный орган с уплотнениями, при этом седла размещены на гофрированном упругодеформируемом элементе.
Ее недостатком является то, что эффективность уплотнения зависит от давления среды в арматуре и при низком давлении возможно протекание в уплотнении. Выполнение седел, соединенных с гофрированными элементами, не обеспечивает прижатие седел к уплотнительным кольцам равномерно по всей поверхности контакта. Кроме того, упругий гофрированный элемент, находящийся в агрессивной среде с повышенным содержанием сероводорода, будет подвержен коррозии. Выполнение гофрированного элемента из нержавеющей стали невозможно, так как нержавеющие стали имеют низкий предел упругости и не пригодны для изготовления упругодеформируемых изделий со значительной деформацией.
Известна низкотемпературная шаровая задвижка по заявке WO 84/04794, седла которой выполнены из эластичного материала и снабжены прорезями. Под нагрузкой, фаски на торцах принимают форму шарового запорного органа, обеспечивая герметичность.
Известные седла не могут быть использованы в шиберных поворотных задвижках, работающих при высоких давлениях
Известна задвижка (патент DE 2063036), включающая упругодеформируемое седло с прорезями и самоустанавливающейся торцевой поверхностью. Седло по патенту DE 2063036 выбрано в качестве прототипа.
Недостатки указанного седла следующие. Силы трения, возникающие между седлами и задвижкой при ее движении, воздействуя на самоустанавливаемый элемент, ослабленный встречными прорезями, могут привести к разрушению. Конструкция указанного седла не позволяет деформировать седло строго в осевом направлении, что также снижает срок эксплуатации устройства.
Технической задачей является повышение надежности седел и продление срока службы в агрессивной среде.
Технический результат достигается тем, что седло имеет стенки с прорезями для упругих деформаций. При этом, стенки седел в продольном сечении представляют собой параллелограммы, прорезанные в шахматном порядке как минимум двумя встречными прорезями, параллельными плоскости торца седла, глубина которых превышает половину толщины стенки. Седло снабжено как минимум одним вкладышем, установленным в наружной прорези, при этом, зазор между вкладышем и стенками наружной прорези составляет 0,1-0,6 мм в зависимости от габаритов и упругих свойств материала седла. Также, седло снабжено уплотнительными элементами, подшипником скольжения из полимерного материала и выполнено из корозионностойкого материала. Стенки прорезей, выполненных на внутренней поверхности седла, обращенные к прорези, выполненной на наружной поверхности седла параллельны опорному торцу седла и стенкам прорези, выполненной на наружной поверхности седла. Прорези выполнены с радиусами скругления.
Изобретение поясняется чертежами
Фиг.1 - Седло;
Фиг.2 - Задвижка с седлом;
Фиг.3 - Седло с радиусами скругления.
Стенки седла 1 (фиг.1) в продольном сечении представляют собой параллелограммы, прорезанные в шахматном порядке как минимум двумя встречными прорезями 2 (на рисунке показано три встречных прорези), параллельными плоскости рабочего 3 и опорного 4 торцов, глубина которых превышает половину толщины стенки. Наличие прорезей 2 обеспечивает возможность упругих деформаций седла 1 в направлении, перпендикулярном плоскости торцов 3, 4. Дополнительно, седло 1 снабжено подшипником 5 скольжения контактирующим при работе с запорным элементом 9 задвижки. Так же, седло может быть снабжено уплотнительным элементом 6. Во внешних прорезях 2 седла 1 могут быть помещены вкладыши 7.
Задвижка (фиг.2) состоит из двух полукорпусов 8, запорного органа 9, двух седел 1.
Толщина седла 1 с подшипником 5 скольжения до сборки задвижки больше чем глубина соответствующих углублений (гнезд) в собранной задвижке, седло 1 находится в упругодеформированном состоянии за счет наличия в них встречных прорезей 2, расположенных в шахматном порядке.
Седло в составе задвижки работает следующим образом.
При закрытом положении задвижки, давление в трубопроводе действует на стенки полостей, образованными внутренними прорезями 2 в седле 1 входного полукорпуса 8 и стремится увеличить толщину седла 1, поскольку давление, действующее на стенки внутренних прорезей 2 из-за большей площади поперечного сечения выше, чем давление на внутренних стенках седла без прорезей. Благодаря этому, обеспечивается плотное прижатие рабочего торца 3 седла 1 к запорному органу 9. При открытой задвижке, давление жидкости действует на стенки полостей, образованными внутренними прорезями 2 обоих седел 1 и усиливает прижатие рабочих торцов 3 к запорному органу 9. Таким образом, при открытой и закрытой задвижке, седла 1 обеспечивают герметичность в узлах задвижки.
Выполнение прорезей 2 в количестве не менее двух позволяет сохранить параллельность контактных поверхностей седел 1 с запорным органом 9. Тем самым достигается плотный контакт по всей поверхности рабочих торцов 3 седел 1.
Седла 1 выполнены из корозионностойкого материала, например, нержавеющей стали. Выполнение седел 1 с прорезями 2 позволяет использовать нержавеющую сталь в качестве упругодеформируемого элемента с достаточной деформацией седел 1, так как малые деформации в коленах прорезей 2 приводят к значительным смещениям колен, пропорциональным глубине прорезей 2. Дополнительно, для более легкого хода запорного органа 9, седла 1 снабжены подшипником 5 скольжения, выполненного из полимерного материала, например, фторопласта.
Под воздействием высокого давления колено, образованное прорезями 2 деформируется и может быть разрушено. Для предотвращения разрушения колена, во внешней прорези 2 помещаются металлические вкладыши 7, которые ограничивают деформацию колена. При этом, толщина вкладышей 7 подбирается таким образом, чтобы обеспечить достаточный зазор для упругих деформациях при сжатии седла 1. Например, зазор между вкладышем и стенками наружной прорези может составлять 0,1-0,6 мм в зависимости от габаритов и упругих свойств материала седла. Вкладыши 7 могут быть выполнены в виде разрезанного кольца или из отдельных секторов.
Стенки прорезей 2, выполненных на внутренней поверхности седла 1, обращенные к прорези 2, выполненной на наружной поверхности седла, параллельны опорному торцу 4 и стенкам прорези 2, выполненной на наружной поверхности седла. Такое исполнение прорезей по отношению к торцовым поверхностям седла позволяет исключить деформации седла в направлениях, отличных от продольных осевых, например, при поворотах шибера.
Прорези 2 могут быть выполнены с радиусами скругления (фиг.3). Благодаря этому уменьшается напряжение на поверхности прорезей и увеличивается долговечность работы седла под воздействием высокого давления.
Описанная конструкция исключает применение традиционной пружины, которая в агрессивной среде с повышенным содержанием сероводорода подвергается коррозии и выходит из строя в течение двух-трех лет. Кроме того, повышается эффективность уплотнения между седлами и запорным органом путем придания седлам упругих свойств с сохранением параллельности контактирующих поверхностей упругодеформированных седел и запорного органа.