КЛИНОВАЯ ЗАДВИЖКА

Предлагаемое техническое решение, в соответствии с подразделами МПК F16K 3/00, F16K 3/12, относится к трубопроводной арматуре с клиновидным запорными элементами, совершающими скользящее движение вдоль седловых поверхностей и может быть использовано на энергетических, нефтехимических и нефтегазодобывающих предприятиях.
Известен узел затвора клиновой задвижки по патенту RU 2382923 [1], содержащий клин, уплотнительные поля которого взаимодействуют с ответными полями самоустанавливающихся и закрепляемых в корпусе седел, отличающийся тем, что в корпусе коаксиально проходному каналу выполнены расточки, торцевая поверхность которых контактирует с ответной поверхностью торцов седел, помещаемых в расточке корпуса, причем между упомянутыми торцевыми поверхностями помещена прокладка из упруго деформируемого материала. Данное техническое решение направлено на создание самоустанавливающегося узла клиновой задвижки и его надежной герметизации относительно корпуса.
Однако надежность герметизации узла клиновой задвижки относительно корпуса по данному патенту [1] недостаточна в условиях воздействия высокого давления (более 10 МПа) и температуры (более 100°C) жидкой или газообразной среды, находящейся внутри корпуса задвижки.
Известен затвор клиновой задвижки по патенту RU 2307274 [2], который состоит из корпуса запорного органа, двух охватывающих его уплотнительных элементов. Уплотнительные элементы имеют двухсторонние уступы. Эти уступы взаимодействуют с фиксаторами. Изобретение направлено на повышение ремонтопригодности и надежности в эксплуатации затвора задвижки.
Однако, как и в указанном выше устройстве, надежность эксплуатации затвора задвижки недостаточна в условиях воздействия высокого давления и температуры транспортируемой жидкой или газообразной среды.
Для обеспечения надежности задвижки при большом давлении среды в магистрали предложена задвижка по патенту RU 2131548 [3], которая содержит корпус, запорные диски, подпружиненный шток. Шток соединен с клином. Клин связан с запорными дисками посредством тел качения. Крышка соединена с корпусом крепежными элементами и герметизирована первым кольцом. Первое кольцо зафиксировано разрядным кольцом. Последнее размещено в проточке корпуса. Крышка уплотнена вторым кольцом. Второе кольцо расположено между наружной поверхностью крышки и первым кольцом. На крышке выполнены два прилива. Крепежные элементы связаны по резьбе с упомянутыми приливами и упираются в торцевую поверхность корпуса. Приливы расположены по вертикали на расстоянии, не меньшем толщины любого из упомянутых колец. По второму варианту выполнения задвижки клин соединен со штоком с возможностью перемещения. Пружина, нагружающая шток, выполнена тарельчатой. Изобретение направлено на обеспечение работы задвижки при большом давлении среды в магистрали путем совершенствования конструкции узла герметизации корпуса и механической разгрузки узла привода от больших усилий.
Однако надежность данной задвижки недостаточна в условиях совместного воздействия жидкой или газообразной среды при высоком давлении (более 10 МПа) и температуре (более 100°C), находящейся в полости задвижки над клином.
Известна двойная тарельчатая клиновая задвижка по патенту RU 2050494 [4], в которой корпус имеет перепускной канал и два уплотнительных седла. Между седлами расположены тарелка с возможностью перемещения посредством исполнительного штока и связанная с ней трубная перемычка, состоящая из соединенных компенсатором двух уплотнительных колец. Кольца установлены с возможностью упругого смещения к седлам в открытом положении задвижки. Компенсатор выполнен в виде гофрированной трубной секции с периферийной выемкой. В гофрированной секции аксиально установлена внутренняя трубная секция, жестко соединенная с одним кольцом и установленная с возможностью осевого перемещения относительно другого кольца. Давление в полости корпуса над тарелкой выше давления в перепускном канале при открытом положении задвижки.
Однако эксплуатационная надежность данной задвижки недостаточна, поскольку задвижка содержит функционально важные узлы, расположенные с внешней стороны корпуса задвижки. Такое расположение узлов может послужить причиной их повреждения при монтаже, ремонте или эксплуатации. Кроме того, недостатками известной конструкции является сложность технического решения. Поскольку давление в полости корпуса над тарелкой выше давления в перепускном канале при открытом положении задвижки, то создаются неблагоприятные условия для функционирования герметизирующих и уплотнительных элементов корпуса задвижки.
Известна клиновая задвижка по заявке RU 2011144044 [5], содержащая корпус, крышку, жесткий клин, самоустанавливающиеся седла с посадкой в корпусе с зазором, отличающаяся тем, что седла фиксируются в корпусе П-образным составным стопорным кольцом.
Однако эксплуатационная надежность данной задвижки недостаточна, поскольку давление в полости корпуса над клином при увеличении температуры ведет к повышению давления в данной полости и тем самым создаются неблагоприятные условия для функционирования герметизирующих и уплотнительных элементов задвижки.
В предлагаемом устройстве технический результат заключается в повышении надежности функционирования клиновой задвижки путем саморегулирования давления в полости над клиновым затвором, что обеспечивается расположением, размерами и функционированием перепускного канала с учетом воздействия высокого давления и температуры (более 100°C) жидкой или газообразной среды, находящейся в полости клиновой задвижки над клином.
Данный технический результат достигается за счет того, что перепускной канал клиновой задвижки размещен в стенке седла, причем перепускной канал соединяет полость корпуса над клином с внутренней областью на стыке клиновой задвижки и трубопровода, а диаметр перепускного канала находится в интервале от 1/20 до 1/2000 от диаметра примыкающего к клиновой задвижке трубопровода, но не менее удвоенного наибольшего размера любой из твердых частиц, представляющих собой продукты износа деталей задвижки и примеси, содержащиеся в транспортируемой через задвижку газообразной или жидкой среде.
Техническая реализация предлагаемого решения. Изготовление элементов и сборка клиновой задвижки выполняется с использованием обычно используемых технологий арматуростроения. Клиновая задвижка содержит корпус 1 (фиг. 1), снабженный отверстием 2 с пробкой для удаления продуктов износа методом промывки при профилактике. С корпусом 1 соединены седла 3. Клиновая задвижка содержит клин в сборе 4. Одно из седел снабжено перепускным каналом 5 в форме отверстия относительно малого диаметра. Корпус 1 соединен с крышкой 6 посредством крепежных элементов 7. Клиновая задвижка содержит шток 8 с ходовым винтом 9 и элементы уплотнения 10 подвижного соединения штока 8 с крышкой 6. Элементы уплотнения 10 фиксируются прижимной втулкой 11. Ходовой винт 9 приводится в движение посредством вращения ходовой гайки 12. Механизм привода ходовой гайки 12 содержит полумуфту 13. Клиновая задвижка снабжена стойкой 14 для крепления деталей 12 и 13. Рабочее пространство клиновой задвижки включает в себя полость 15 на входе (выходе) транспортируемой среды, полость 16 на выходе (входе) и полость 17 над клином задвижки.
Конструкция клиновой задвижки обеспечивает возможность скользящего движения клина 4 относительно торцов седел 3 при переводе задвижки из состояния «Открыто» («Закрыто») в состояние «Закрыто» («Открыто»).
Одно из седел 3 клиновой задвижки снабжено перепускным каналом 5 (фиг. 1 и 2). Перепускной канал 5 соединяет полость 17 над клином 4 с областью 15 на стыке задвижки с трубопроводом. Канал 5 выполнен в виде отверстия диаметром, например, два миллиметра, но не менее двух наибольших размеров твердых частиц, представляющих собой продукты износа деталей клиновой задвижки и примеси, которые могут находиться в транспортируемой через задвижку газообразной или жидкой среде. Обычно размеры этих частиц составляют примерно один миллиметр.
Перепускной канал 5 может быть получен сверлением.
Функционирование предлагаемого устройства. Для клиновой задвижки возможны два состояния: «Открыто» и «Закрыто». Промежуточное состояние частичного открытия или частичного закрытия относится к состоянию «Открыто».
Клиновая задвижка предназначена для транспортирования жидкой или газообразной среды в любом из двух возможных направлений, как в направлении от полости 15 к полости 16, так и в направлении от полости 16 к полости 15 (фиг. 1).
Предлагаемое техническое решение обеспечивает следующие функциональные свойства клиновой задвижки.
1) В состоянии «Открыто» давление транспортируемой среды в полости 17 над клином задвижки не выше давления в перепускном канале 5, поскольку канал сообщается с полостью 15 (фиг. 1).
2) В состоянии «Открыто» давление транспортируемой среды в полости 17 над клином задвижки не выше давления в полостях 15 и 16.
3) В состоянии «Закрыто» давление среды в полости 17 над клином 4 задвижки равно давлению в перепускном канале 5 и в полости 15.
4) С повышением температуры в полости 17 над клином 4 задвижки повышается также давление в той же полости 17. Под воздействием этого избыточного давления содержимое указанной полости 17 по каналу 5 автоматически транспортируется в полость 15 на стыке задвижки с трубопроводом.
5) В процессе функционирования предлагаемой задвижки, по причинам, указанным выше, давление в полости 17 корпуса над клином 4 не превышает опасных значений, т.е. создаются благоприятные условия для надежного функционирования герметизирующих и уплотнительных элементов корпуса задвижки.
Если диаметр d перепускного канала 5 будет меньше, чем 1/2000 от внутреннего диаметра D (фиг. 1) примыкающего к задвижке трубопровода, то при его диаметре, равном 1200 мм, диаметр перепускного канала 5 будет меньше 1 мм, что может повлечь засорение и закупорку перепускного канала продуктами износа деталей задвижки или примесями в транспортируемых средах.
Если диаметр перепускного канала 5 будет больше, чем 1/20 от внутреннего диаметра примыкающего к клиновой задвижке трубопровода, то при его диаметре, равном 1200 мм, диаметр перепускного канала 5 будет не меньше 60 мм, что превращает перепускной канал в окно, делает его нецелесообразным и технически недопустимым по критерию прочности и надежности функционирования задвижки.
Если диаметр перепускного канала 5 будет меньше, чем удвоенный наибольший размер твердых частиц, представляющих собой продукты износа деталей задвижки и примеси, которые могут содержаться в транспортируемой через задвижку среде, то возможно заклинивание двух или более частиц в перепускном канале 5. Как следствие, уменьшится надежность функционирования клиновой задвижки. Поэтому диаметр перепускного канала 5 должен быть не меньше, чем удвоенный наибольший размер указанных выше частиц.
Библиография
1. Патент RU 2382923, МПК F16K 3/12, F16K 1/42. Узел затвора клиновой задвижки. Дата публикации: 20.07.2009.
2. Патент RU 2307274, МПК F16K 3/12. Затвор клиновой задвижки. Дата публикации: 27.09.2007. 2131548
3. Патент RU 2131548, МПК F16K 3/12, F16K 27/12. Задвижка (варианты). Дата публикации: 10.06.1999.
4. Патент RU 2050494, МПК F16K 3/10. Двойная тарельчатая клиновая задвижка. Дата публикации: 20.12.1995.
http://www.findpatent.ru/patent/205/2050494.html
5. Заявка на изобретение RU 2011144044, МПК F16K 3/22. Клиновая задвижка с самоустанавливающимися седлами. Дата публикации: 10.05.2013.