ЗАДВИЖКА ДИСКОВАЯ
DISK VALVE

Изобретение относится к области нефтяного и химического машиностроения и предназначено для использования в качестве запирающего органа на трубопроводах фонтанной арматуры скважин.
Известна задвижка (см. пат. РФ №2.246.652, МПК 10 F16K 3/06; 27/04, опубл. 20.02.2005 г., бюл. №5).
Задвижка состоит из двух полукорпусов, соединенных между собой. Между полукорпусами с возможностью поворота размещен на оси вращения дисковый шибер с зубчатым сектором, который взаимодействует с приводной шестерней.
Полукорпуса соединены между собой бандажом, состоящим из двух полуколец П-образного сечения.
На дисковом шибере имеется не менее двух проходных отверстий разного диаметра.
Зубчатый сектор на дисковом шибере выполнен замкнутым.
К недостаткам конструкции устройства следует отнести то, что монтаж (соединение) двух полукорпусов между собой осуществляется бандажом, состоящим из двух полуколец П-образного сечения, которые необходимо нагреть до достаточно высокой температуры. При остывании полуколец до комнатной температуры образуется необходимый натяг с обеспечением жесткого соединения двух полукорпусов.
Это, по мнению авторов, обеспечивают надежное соединение обеих полукорпусов.
Но следует отметить, что при остывании полуколец происходит нагрев сопрягаемых деталей полукорпусов, что необходимо как-то учитывать при проведении монтажных работ, поскольку можно получить недостаточно надежное соединение:
- нагрев бандажных колец до высокой температуры, их установки на полукорпусах с последующим охлаждением до комнатной температуры всей задвижки требует достаточно больших затрат времени на сборку. При массовом производстве, в этом случае, необходимо иметь много зажимных приспособлений для сборки задвижек;
- при демонтаже задвижки с места применения и ее разборке могут возникнуть трудности, связанные со съемом полуколец бандажа, поскольку их необходимо нагреть.
Известна шиберная задвижка (см. техническое условие ТУ-3741-001-49652808-2000, выданное компании «Техновек». Каталог оборудования: Запорная и запорно-регулирующая арматура. Сайт: http://www.technovek.ru/catalog-oborudovaniya/detail.php?iD=65).
Задвижка состоит из двух полукорпусов, связанных друг с другом через промежуточное опорное кольцо, стянутых по периметру шпильками. Внутри опорного кольца размещен на оси дисковой шибер, снабженный зубчатым венцом. В одном из полукорпусов выполнена расточка, в которой установлена на валу шестерня, зубья которой образуют кинематическую связь с зубчатым венцом дискового шибера. В цилиндрической расточке вал герметизирован уплотнителем. В каждом из полукорпусов выполнена внутренняя цилиндрическая расточка, в которой размещаются седла с торцовыми уплотнителями дискового шибера.
На конце вала установлена съемная ручка. Закрытие дискового шибера осуществляется вращением рукоятки. Для полного поворота дискового шибера, необходимо повернуть вал с шестерней на несколько оборотов.
К недостаткам конструкции устройства следует отнести следующие положения:
- сложность проведения сборки и контроля равномерной затяжки ряда шпилек по периметру фланцев полукорпусов;
- прокачка высокотемпературной среды требует применения термостойких уплотнительных материалов, обладающих малой упругостью, что требует изменения конструкции уплотнения кольцевого зазора между телом седел и внутренней поверхностью расточек полукорпусов;
- необходимо учитывать термическое изменение поперечных размеров дискового шибера, поскольку этот фактор оказывает влияние на размеры сопрягаемых деталей и затяжку шпилек при сопряжении полукорпусов.
Известна конструкции задвижки шиберной (см. RU 2467235 C2, F16K 3/06, F16K 31/53, 20.11.2012), принятой авторами за прототип.
Задвижка выполнена в виде корпуса с подводящим и отводящим присоединительными патрубками с фланцами. Дисковый шибер с зубчатым венцом, установлен на оси вращения. Вал с шестерней на нижнем конце, верхний конец которого выведен за пределы корпуса и снабжен штурвалом.
Зубчатый венец выполнен в виде сектора с коническими зубьями и установлен в радиальной расточке на одной из торцовых поверхностей дискового шибера.
Шестерня выполнена конической, размещена в боковой расточке корпуса и поджата корончатой гайкой с образованием герметичного контакта. Вал дополнительно снабжен фиксирующей втулкой, расположенной в дополнительной расточке в теле корпуса ниже места конической шестерни, разделенные между собой перемычкой.
К недостаткам конструкции следует отнести:
- поджим корончатой гайкой крышки с обеспечением герметизации кольцевого зазора между ней и корпусом не позволяет обеспечить полную герметичность;
- кинематическая связь - корончатая гайка - крышка, корпус, плюс дополнительный фактор в виде размеров цилиндрической расточки корпуса и непосредственно поперечные размеры дискового шибера не позволяют или затрудняют решить задачу герметизации торцового зазора между крышкой и корпусом;
- уплотнение вала установлено непосредственно в расточке корпуса с контактом непосредственно с внутренней поверхностью корпуса, с поджимом грундбуксой. Однако монтаж задвижки и соответственно самих уплотнений происходит при положительной температуре. Эксплуатация же устройства происходит зачастую при отрицательных температурах.
В этом случае происходит термическое изменение размеров корпуса, что приводит к сжатию материала уплотнителя. Затем, при включении задвижки в режиме пропуска теплоносителя происходит обратный процесс термического расширения корпуса со снижением контактных напряжений на границе уплотнение корпус, что может привести к пропуску теплоносителя. Это требует вмешательства оператора, чтобы обеспечить поджим уплотнения грундбуксой.
Такая операция может повторяться неоднократно после открытия задвижки на пропуск теплоносителя.
Однако таких циклов не может быть много, поскольку материал, используемый в уплотнении (например типа «Графлекс»), обладает малым коэффициентом упругости, что необходимо учитывать при восстановлении работоспособности уплотнителя и задвижки в целом;
- установка фиксирующей втулки на нижнем конце вала при совмещении отверстия на валу с отверстием на фиксирующей втулке требует поворота вала с шестерней на конце на определенный угол с расположением последней относительно зубчатого венца в неопределенном месте, что усложняет процесс монтажа и настройку устройства на работу.
Технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемого изобретения:
- возможность соединения крышки и корпуса друг с другом без применения болтов или шпилек;
- возможность поддерживания постоянных контактных напряжений на уплотняемой поверхности вала при любой температуре за счет установки уплотнения внутри гильзы, установленной в расточке корпуса с образованием между ними кольцевого зазора;
- для компенсации термических изменений корпуса кольцевой зазор принят большим, чем диаметральные размеры корпуса, гильзы;
- возможность фиксации вала в осевой расточке корпуса без обеспечения специальной ориентации последнего относительно фиксатора при монтаже.
Технический результат достигается тем, что задвижка дисковая содержит корпус с подводящим и отводящим патрубками, крышку, дисковый шибер на оси вращения с зубчатым венцом в радиальной расточке на боковой поверхности, привод шибера в виде конической шестерни, закрепленной на нижнем конце вала и фиксатора.
Уплотнение вала в камере корпуса снабжено тонкостенной гильзой с кольцевым выступом, установленной с зазором. Втулочные седла снабжены торцовыми и радиальными уплотнениями и установлены в гнездах корпуса.
Фиксатор выполнен в виде скобки, установленной в расточке корпуса, над конической шестерней, с вводом в кольцевую проточку на валу. В боковой расточке корпуса выполнена кольцевая канавка, расположенная симметрично относительно кольцевой расточки на теле крышки.
Корпус и крышка связаны друг с другом посредством полуколец, толщина которых принята меньшей, чем глубина кольцевой канавки в теле корпуса, полукольца зафиксированы от перемещения стопорными болтами. Крышка снабжена торцовым уплотнительным кольцом, установленным с возможностью торцового контакта с телом корпуса в боковой расточке, и уплотнительным кольцом на ее наружной поверхности, установленным для герметизации кольцевого зазора между крышкой и корпусом.
Конструкция задвижки дисковой поясняется чертежами, где:
- на фиг.1 - конструкция задвижки в разрезе, в открытом положении дискового шибера;
- на фиг.2 - конструкция задвижки в разрезе, в положении монтажа крышки с корпусом при выведенном из взаимодействия с сопрягаемыми деталями фиксирующих полуколец;
- на фиг.3 - вид сбоку с вырезом, для пояснения взаимного расположения сопрягаемых деталей с фиксирующими полукольцами, ход которого вверх ограничен стопорным винтом;
- на фиг.4 - сечение А-А в месте установки фиксирующей вилки, охватывающей вал, в месте выполнения кольцевой канавки, расположенной над местом установки шестерни.
Задвижка дисковая состоит из корпуса 1 с подводящим патрубком 2 и крышки 3 с отводящим патрубком 4. Внутри корпуса 1 на оси 5 установлен дисковый шибер 6, в котором на торцовой поверхности выполнена радиальная расточка 7, снабженная зубчатым сектором 8 конического колеса. В теле корпуса 1 выполнена камера 9 и проточка 10, через которые пропущен вал 11 с кольцевой проточкой 12, снабженный конической шестерней 13, размещенной в расточке 14 корпуса 1. В проточке 10 корпуса 1 размещена скобка 15, охватывающая вал 11 по кольцевой проточке 12.
В камеру 9 введена тонкостенная гильза 16 с донышком, установленная с кольцевым зазором и образующая камеру 17, в которой размещено уплотнение 18 вала 1, поджатое грундбуксой 19. Грундбукса 19 может перемещаться в осевом направлении относительно вала 11 за счет закручивания гаек на шпильках 20, связанных с корпусом 1, для поджима уплотнения 18.
Крышка 3 установлена в расточке 21 корпуса 1. На наружной поверхности крышки 3 установлено уплотнительное кольцо 22 и выполнена кольцевая расточка 23.
Торцовая поверхность крышки 3 снабжена кольцевой выточкой 24, в которой размещено уплотнительное кольцо 25. Внутренняя поверхность корпуса 1 в месте выполнения расточки 21 содержит кольцевую канавку 26, которая размещена от донышка корпуса 1 на расстоянии, соизмеримым с расстоянием, на котором выполнена кольцевая расточка 23 на теле крышки 3. В кольцевой канавке 26 установлено два полукольца 27, толщина которых принята меньшей, чем глубина кольцевой канавки 26 в теле корпуса 1.
Корпус 1 снабжен стопорными болтами 28. В теле крышки 3 выполнено отверстие 29, в которое входит ось 5 дискового шибера 6 при сборке задвижки.
В теле подводящего патрубка 2 и отводящего патрубка 3 выполнены цилиндрические расточки 30, в которых размещаются втулочные седла 31 и 32 с торцовыми уплотнениями 33 и 34. Герметизация кольцевого зазора между втулочными седлами 31 и 32 с корпусами 1 и крышкой 3 обеспечивается уплотнениями 35 и 36.
Задвижка дисковая монтируется и работает следующим образом.
В радиальной расточке 7 на дисковом шибере 6 выполнен зубчатый сектор 8 для зацепления с коническим зубчатым колесом 13. Зубчатый сектор 8 расположен на максимально допустимом отдалении от центра вращения дискового шибера - границе его торцовой и цилиндрической поверхностей.
В корпус 1 пропущен вал 11 с расположением нижнего конца внутри расточки 14, выполненной в теле корпуса 1, на котором установлена коническая шестерня 13, кинематически связанная с зубьями на зубчатом секторе 8 дискового шибера 6.
Фиксация вала 11 от перемещения в осевом направлении выполнена в виде скобки 15, установленной в проточке 10 корпуса 1 и охватывающей вал 11 по кольцевой проточке 12.
В камеру 9 устанавливают тонкостенную гильзу 16, в полости которой размещают уплотнение 18 вала 11, поджатое грундбуксой 19. В цилиндрические расточки 30 вводят втулочные седла 31 и 32 с торцовыми уплотнениями 33 и 34. Дисковый шибер 6 насаживается на ось 5 и устанавливается внутри корпуса 1 с торцовым контактом с втулочным седлом 31. В кольцевой канавке 26 устанавливаются два полукольца 27 таким образом, чтобы они не выходили за пределы внутренней поверхности расточки 21 корпуса 1. Крышка 3 оснащается уплотнительным кольцом 22 и уплотнительным кольцом 25 и вводится в расточку 21 корпуса 1 с вводом конца оси 5 в отверстие 29 в теле крышки 3 до упора ее в донышко корпуса 1. В таком положении осуществляется вывод полуколец 27 из кольцевой канавки 26 с вводом их в кольцевую расточку 23 крышки 3.
Тем самым осуществляется фиксация крышки 3 относительно корпуса 1. Чтобы исключить несанкционированный выход полуколец 27 из кольцевой расточки 23 крышки 3, устанавливают стопорные болты 28.
Перекрытие подачи потока горячего флюида из осевого канала подводящего патрубка 2 в осевой канал отводящего патрубка 4 осуществляется путем вращения вала 11 с конической шестерней 13, которая находится во взаимодействии с зубьями зубчатого сектора 8.
Дисковый шибер 6 вращается на оси 5 с выходом его перепускного отверстия из взаимодействия с торцовыми поверхностями втулочных седел 31 и 32 и прекращением подачи горячего флюида через задвижку. Установка уплотнения 18 вала 11 внутри гильзы 16 позволяет обеспечить стабильные условия работы по герметизации вала 11 независимо от колебаний температуры, поскольку гильза 16 с уплотнением 18 находится постоянно в одинаковых температурных условиях, что исключает пережим уплотнения 18 и не требует постоянного контроля за герметичностью.
Установка уплотнения 18 внутри гильзы 16 сокращает время и упрощает демонтаж его из корпуса 1.
Применение полуколец 27 для соединения крышки 3 с корпусом 1 упрощает конструкцию устройства и облегчает его сборку.