ЗАДВИЖКА

Полезная модель относится к трубопроводной запорной арматуре, применяемой в нефтяной, газовой и смежных с ними отраслях промышленности.
2
2
Задвижки изготавливаются в коррозийно-стойком исполнении для транспортирования газообразных и жидких сред, воды технической, нефти с объемным содержанием СO и HS до 6%, а так же перекрытия каналов устьевой арматуры фонтанных, насосных и нагнетательных скважин.
Известна конструкция металлического седла с упругой торцевой поверхностью, снабженной кольцевыми выступами (патент US 4208035). При запирании задвижки, седло деформируется. Конструкция предназначена для использования, в том числе, и для работы в высокотемпературной среде, где необходимо предусмотреть компенсацию тепловых деформаций. 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, конструкция, включающая гофрированный элемент, находящийся в агрессивной среде с повышенным содержанием сероводорода, будет подвержена 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 шиберная задвижка по патенту RU 2244862, содержащая корпус, запорный орган, седла, опирающиеся на тарельчатые пружины, размещенные в гнездах корпуса, уплотнительные элементы, выполненные в виде самоуплотняющихся манжет с
П-образной формой сечения, обращенные открытой стороной к центру и установленные в кольцевых расточках. Каждая манжета снабжена тонкостенным кольцом, размещенным в ее кольцевом пространстве, подвижные седла снабжены щеками, жестко соединенными с ними и вытянутыми в диаметральном направлении. Недостатком данной задвижки является сложность конструкции. При работе в загрязненной и агрессивной среде, самоуплотнящиеся манжеты с тонкостенными кольцами будут часто выходить из строя. Стыки между ними будут забиваться примесями и продуктами коррозии. Кроме того, степень прижатия седел к запорному органу определяется, в том числе и тарельчатыми пружинами. Выполнение тарельчатых пружин из нержавеющей стали также невозможно из-за низкого предела упругости нержавеющих сталей.
Известна задвижка по заявке DE 724917, выбранная в качестве прототипа, состоящая из двух полукорпусов, двух входных каналов, и одного выходного канала. Входные каналы снабжены седлами, стенки которых прорезаны в шахматном порядке как минимум двумя встречными прорезями, параллельными плоскости торца седла, глубина которых превышает половину толщины стенки седла, обеспечивающими упругие деформации седла в направлении, перпендикулярном плоскости запорного органа. Известная конструкция позволяет равномерно распределить давление на запорный орган, предотвратить его перекос, тем самым обеспечивается плотный контакт торцов седел с запорным органом. Для увеличения давления со стороны седел на запорный орган, в рабочих торцах седел выполнены внутренние расточки.
Недостатком известной конструкции является сложность конструкции, низкая технологичность, большая металлоемкость. Из-за большого момента сил, возникающего на рукоятке и оси, при повороте несимметричного шибера, возможна поломка приводного механизма. При открытой задвижке агрессивная рабочая среда проникает в приводной механизм, что приводит к уменьшению срока эксплуатации задвижки. Большой объем внутренних полостей задвижки не позволяет использовать ее при высоких давлениях жидкости, происходит запарафинивание полостей и, как следствие, нарушение плотного контакта седло-запорный огран.
Технической задачей является упрощение конструкции задвижки, повышение технологичности изготовления и надежности, снижение металлоемкости. За счет герметичного контакта седло-шибер, увеличивается срок эксплуатации задвижки.
Технический результат достигается тем, что в задвижке, содержащей корпус, выполненный из двух полукорпусов с размещенными в них седлами, между полукорпусами установлено распорное кольцо, которое образует совместно с полукорпусами полость для размещения шибера, установленного с возможностью поворота вокруг оси. Стенки седел в продольном сечении образуют параллелограммы, на внутренней и внешней поверхности каждого седла в шахматном порядке выполнены как минимум две встречные прорези, параллельные плоскости торца седла, глубина которых превышает половину толщины стенки, обеспечивающими упругие деформации седла в направлении, перпендикулярном плоскости запорного органа. Толщина седел до сборки задвижки больше, чем глубина соответствующих углублений в корпусах, а в собранной задвижке седла находятся в упругодеформированном состоянии. Седла выполнены из корозионностойкого материала, снабжены уплотнительными элементами, вкладышами, а также подшипниками скольжения из полимерного материала.
Одно из возможных исполнений заявляемой задвижки поясняется чертежами.
Фиг.1 - Задвижка в сборе.
Фиг.2 - Седло.
Корпус задвижки (фиг.1) состоит из двух полукорпусов 1. Задвижка также включает шибер 2, седла 3, уплотнительные элементы 4, проходное сечение 5, поворотную ось 6, распорное кольцо 7.
Стенки седел 3 (фиг.2) в продольном сечении образуют параллелограммы. На внутренней поверхности 14 и внешней поверхности 15 каждого седла в шахматном порядке выполнены как минимум две встречные прорези 8 (на рисунке показано три встречных прорези), параллельные плоскости торца 11 седла, глубина которых превышает половину толщины стенки 16. Наличие прорезей 8 обеспечивает возможность упругих деформаций седла 3 в направлении, перпендикулярном плоскости шибера 2. Дополнительно, седло 3 снабжено подшипником 9 скольжения. Во внешних прорезях 8 седла 3 могут быть помещены вкладыши 12.
Толщина седел 3 с подшипниками 9 скольжения до сборки задвижки больше, чем глубина соответствующих углублений (гнезд) в полукорпусах 1, а, в собранной задвижке, седла 3 находятся в упругодеформированном состоянии за счет наличия в них встречных прорезей 8, расположенных в шахматном порядке.
Задвижка работает следующим образом.
При закрытом положении задвижки, шибер 2 перекрывает проходное сечение 5. Давление жидкости действует на стенки полостей, образованными внутренними прорезями 8 в седле 3 входного полукорпуса 1 и стремится увеличить толщину седла 3, поскольку давление, действующее на стенки внутренних прорезей 8 из-за большей площади поперечного сечения выше, чем давление на внутренних стенках седла без прорезей. Благодаря этому обеспечивается плотное прижатие торца 11 седла 3 к шиберу 2.
При открытой задвижке, давление жидкости действует на стенки полостей, образованными внутренними прорезями 8 обоих седел 3 и усиливает прижатие торцов 11 к шиберу 2. Таким образом, при открытой и закрытой задвижке, седла 3 обеспечивают герметичность в узлах задвижки.
Выполнение прорезей 8 в количестве не менее двух позволяет сохранить параллельность контактных поверхностей седел с шибером 2. Тем самым достигается плотный контакт по всей поверхности торцов 11 седел 3.
Седла 3 выполнены из корозионностойкого материала, например, нержавеющей стали. Выполнение седел 3 с прорезями 8 позволяет использовать нержавеющую сталь в качестве упругодеформируемого элемента с достаточной деформацией седел 3, так как малые деформации в коленах прорезей 8 приводят к значительным смещениям колен, пропорциональным глубине прорезей 8. Дополнительно, для более легкого хода запорного органа 2, седла 3 снабжены подшипником 9 скольжения, выполненного из полимерного материала, например, фторопласта.
Под воздействием высокого давления внутреннее колено 13, образованное прорезями 8 деформируется и может быть разрушено. Для предотвращения разрушения колена 13, в прорези 8 помещаются металлические вкладыши 12, которые ограничивают деформацию колена 13. При этом, толщина вкладышей 12 подбирается таким образом, чтобы обеспечить достаточный зазор для упругих деформациях при сжатии седла 3. Вкладыши 12 могут быть выполнены в виде разрезанного кольца или из отдельных секторов.
Запорный орган 2 выполнен в виде шибера, установленного в корпусе, с возможностью поворота вокруг оси 6 при помощи поворотного механизма 10.
Выполнение корпуса задвижки из двух соединенных между собой полукорпусов 1 повышает технологичность изделия, упрощается замена деталей задвижки.
Задвижка дополнительно содержит распорное кольцо 7, установленное между двумя полукорпусами 1 и образующее совместно с ними полость для размещения запорного органа 2. Это также повышает технологичность изготовления и ремонта задвижки.
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.