ШИБЕРНАЯ ЗАДВИЖКА (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к трубопроводной запорной арматуре, в частности, к шиберной задвижке, и может быть использована в качестве запирающего и регулирующего устройства на магистральных трубопроводах, транспортирующих рабочую среду при различных давлениях в нефтегазовой, химической, энергетической и других отраслях промышленности.
Известна шиберная задвижка, содержащая корпус с установленными в нем шибером с отверстием и подпружиненными седлами, размещенными в гнездах корпуса и выполненными в виде подвижных относительно корпуса внутренних и наружных втулок, установленных с возможностью независимого перемещения относительно гнезд корпуса, упругий уплотнитель, прикрепленный к внутренней втулке с образованием кольцевой полости между наружной втулкой, уплотнителем и шибером с возможностью ее сообщения с отверстием в шибере, при этом уплотнитель выступает за торец внутренней втулки, обращенный к шиберу. (А.с. №1495554, МПК F16K 3/02, бюл. №27, 1989 г.)
Однако наличие связи между наружной втулкой с уплотнительным элементом и внутренней втулкой приводит к преждевременному износу уплотнительного элемента и внутренней втулки, так как вся нагрузка воспринимается этими элементами, что снижает долговечность уплотнительного узла и надежность эксплуатации. Для обеспечения надежности работы задвижки необходимо обеспечить высокую точность изготовления контактных поверхностей уплотнительного элемента и втулок, что приводит к сложности изготовления уплотнительного узла.
Наиболее близким по конструктивному исполнению является задвижка шиберная, содержащая корпус с проходным отверстием, входным и выходным патрубками, с установленными в нем запорным органом в виде шибера с отверстием, подвижные седла с уплотнительным элементом и независимыми опорными втулками, закрепленными внутри корпуса, уплотнительный элемент со стороны, обращенной к шиберу, выполнен по радиусу (Патент RU №2128308 С1, МПК F16K 3/20, от 25.03.1997, опубл. 27.03.1999 г.).
Недостатком шиберной задвижки является то, что внутренняя втулка с уплотнительным элементом расположена в непосредственном контакте с рабочей средой, что приводит к преждевременному износу уплотнительного элемента, так как все механические примеси рабочей среды воспринимаются данным элементом, в результате чего снижается герметичность и надежность при эксплуатации задвижки. Необходимость установки четырех элементов усложняет монтаж подвижных седел и опорной втулки, обеспечивающих контакт поверхностей.
Технической задачей полезной модели является повышение надежности конструкции задвижки путем обеспечения долговечности уплотнительного узла в процессе всего срока эксплуатации и повышение ремонтопригодности.
Поставленная задача по первому варианту достигается тем, что в шиберной задвижке, содержащей корпус с проходными отверстиями и установленным в нем запорным органом в виде шибера с отверстием, взаимодействующим с подвижными седлами с уплотнительным элементом, независимые опорные втулки, дополнительно, независимые опорные втулки установлены внутри подвижных седел и контактируют с их внутренней поверхностью, при этом на контактирующих поверхностях каждой опорной втулки и подвижного седла выполнены зеркально расположенные и смещенные относительно друг друга выступы с образованием между ними кольцевого зазора и размещением в нем упругого элемента в виде кольца, при этом длина опорной втулки превышает высоту седла на величину рабочего хода седла с возможностью образования удлиненного кольцевого зазора и свободного перемещения в нем упругого кольца в направлении движения транспортируемой среды под ее давлением и воздействием выступов на подвижном седле, а уплотнительный элемент подвижного седла, обращенный к шиберу, выполнен треугольной формы, углы которого выполнены по радиусу.
Поставленная задача по второму варианту достигается тем, что в шиберной задвижке, содержащей корпус с проходными отверстиями и установленным в нем запорным органом в виде шибера с отверстием, взаимодействующим с подвижными седлами с уплотнительным элементом, независимые опорные втулки, дополнительно, независимые опорные втулки установлены внутри подвижных седел и контактируют с их внутренней поверхностью, при этом на соответствующих контактирующих поверхностях каждой опорной втулки и подвижного седла выполнены зеркально расположенные и смещенные относительно друг друга выступы с образованием между ними кольцевого зазора и размещением в нем упругого элемента трубчатой формы, сжимаемого рабочей средой, при этом размеры кольцевого зазора соответствуют размерам упругого элемента, а уплотнительный элемент подвижного седла, обращенный к шиберу, выполнен треугольной формы, углы которого выполнены по радиусу.
При этом, упругий элемент, установленный в кольцевом зазоре, может быть выполнен, например из эластомера.
Расположение независимых опорных втулок внутри подвижных седел и контактирование их с внутренней поверхностью подвижных седел, а также выполнение на контактирующих поверхностях каждой опорной втулки и соответствующего ему подвижного седла, зеркально расположенных и смещенных относительно друг друга выступов с образованием между ними кольцевого зазора и размещением в нем упругого элемента, обеспечивает надежную герметизацию уплотнительного узла за счет упругих свойств элемента и давления рабочей среды на этот элемент, защищает уплотнительный элемент подвижного седла от прямого воздействия рабочей среды, в результате чего увеличивается долговечность работы уплотнительного узла, а, следовательно, повышается и надежность конструкции задвижки.
По первому варианту превышение длины опорной втулки высоты седла на величину рабочего хода седла обеспечивает возможность смещения выступов на опорной втулке в сторону шибера с образованием удлиненного кольцевого зазора, размеры которого соответствуют рабочему ходу седла для свободного перемещения в нем упругого элемента в виде кольца в направлении движения транспортируемой среды под ее давлением и воздействием выступов на подвижном седле, в результате чего обеспечивается надежная защита уплотнительного элемента подвижного седла от прямого воздействия рабочей среды, увеличивается долговечность уплотнительного узла и повышается надежность конструкции задвижки в процессе всего с рока эксплуатации.
Расположение упругого элемента в виде кольца в кольцевом зазоре, свободно перемещающегося в нем в направлении движения транспортируемой среды в момент поджатия подвижных седел с уплотнительными элементами к шиберу, обеспечивает надежное прижатие опорной втулки к шиберу за счет воздействия выступа на седле через упругое кольцо, в результате чего обеспечивается герметичное уплотнение, повышающее надежность конструкции задвижки.
По второму варианту расположение в кольцевом зазоре упругого элемента трубчатой формы, размеры которого соответствуют размерам кольцевого зазора, обеспечивает надежную герметизацию за счет упругих свойств упругого элемента и давления рабочей среды на этот элемент, надежно защищает уплотнительный элемент подвижного седла от прямого воздействия рабочей среды, в результате чего долговечность уплотнительного узла увеличивается, что повышает надежность конструкции задвижки в процессе всего срока эксплуатации.
Расположение в кольцевом зазоре упругого элемента трубчатой формы, сжимаемого рабочей средой, обеспечивает уплотнение шибера по типу ″металл - по металлу″, в результате чего обеспечивается предохранение уплотнительного элемента от механических повреждений транспортируемой средой, увеличивая его надежность при эксплуатации и срок службы.
Выполнение уплотнительного элемента подвижного седла, обращенного к шиберу, треугольной формы, углы которого выполнены по радиусу, позволяет надежно его закрепить в проточке аналогичной формы, а при его прижатии к шиберу, деформируется и заполняет полость, в которую заключен, тем самым, предотвращая протечки транспортируемой среды через задвижку и разрушение уплотнительного элемента, и позволяет исключить во время ремонта выдавливание уплотнительного элемента при перестановке шибера из одного крайнего положения в другое, обеспечивая герметичное и надежное уплотнение по поверхности шибера и деталям седла углами, выполненными по радиусу.
Полезная модель поясняется чертежами, где:
на фиг.1 - общий вид шиберной задвижки, продольный разрез;
на фиг.2 - узел I на фиг.1, в положении ″закрыто″, в кольцевые зазоры установлены упругие сжимаемые элементы трубчатой формы (вариант 1);
на фиг.3 - узел I на фиг.1, в положении ″закрыто″, в кольцевые зазоры установлены упругие кольца с фиксированной возможностью перемещения (вариант 2);
на фиг.4 - узел II на фиг.3 - уплотнительный элемент треугольной формы с выполненными по радиусу углами.
Шиберная задвижка состоит из корпуса 1 с проходными отверстиями 2 и крышкой 3 (фиг.1). Внутри корпуса 1 расположен подвижный запирающий орган в виде плоского шибера 4 с проходным отверстием 5, который имеет возможность возвратно-поступательного перемещения внутри корпуса посредством шпинделя 6, связанного с приводным механизмом (на рис. не показан). Шибер 4 установлен между подвижными седлами 7 и 8. Седла 7 и 8 расположены в проточках корпуса 1 соосно к проходному отверстию 2. В проточке седел 7 и 8 установлен уплотнительный элемент 9, обращенный к плоскости шибера 4 с возможностью его осевого перемещения и поджат сверху прижимными кольцами 21 и 22 соответственно, обеспечивающими его надежную фиксацию (фиг.2, 3). Уплотнительный элемент 9 подвижных седел 7, 8 выполнен треугольной формы, при этом углы элемента 9 выполнены по радиусу (фиг.4). Седла 7 и 8 прижаты к шиберу пружинами 10 и герметизируются с корпусом 1 кольцами уплотнительными 11, 12. Седла 7, 8 с уплотнительным элементом 9 и кольца уплотнительные 11, 12 образуют эффективную площадь, необходимую для обеспечения герметичности задвижки (фиг.2, 3). Внутри подвижных седел 7, 8 установлены независимые опорные втулки 13, 14, контактирующие с их внутренней поверхностью. На внутренней поверхности каждого подвижного седла 7, 8 выполнены выступы 15, 16. На контактирующих с ними поверхностях опорных втулок 13, 14 выполнены выступы 17, 18, зеркально расположенные и смещенные относительно выступов 15, 16 подвижных седел 7, 8 с образованием между ними кольцевого зазора. В кольцевом зазоре размещен упругий элемент.
По первому варианту (фиг.2) в кольцевом зазоре расположен упругий элемент в виде кольца 19 и 20. Длина каждой опорной втулки 13 и 14 превышает высоту взаимодействующего с ней седла 7 и 8 на величину рабочего хода седла, что способствует смещению выступов 17 и 18 на опорных втулках 13 и 14 соответственно в сторону шибера 4 с образованием удлиненного кольцевого зазора. Величина удлинения кольцевого зазора соответствует рабочему ходу седел 7, 8 для свободного перемещения в нем упругого кольца 19, 20 в направлении движения транспортируемой среды под ее давлением и воздействием выступов 15 и 16 на подвижных седлах 7 и 8 соответственно.
По второму варианту выступы 17, 18 на опорных втулках 13, 14 смещены в сторону шибера 4 с образованием удлиненных кольцевых зазоров. В каждом кольцевом зазоре расположен упругий элемент 19 и 20 трубчатой формы. Размеры кольцевого зазора соответствуют размерам упругого элемента 19, 20 трубчатой формы при его сжатии.
Упругие элементы 19, 20, установленные в кольцевом зазоре между выступами 15, 16 седел 7 и 8 и соответствующими им выступами 17 и 18 независимых опорных втулок 13 и 14, могут быть выполнены, например, из эластомера.
Шиберная задвижка работает следующим образом.
Подвижное седло 7 с уплотнительным элементом 9 под действием пружины 10 и давления транспортируемой среды, действующей на эффективную площадь, образованную кольцом уплотнительным 11 и уплотнительным элементом 9, прижимается к шиберу 4, обеспечивая уплотнение ″металл - уплотнительный элемент″. Одновременно действует усилие от давления среды на внутреннюю площадь кольцевого зазора, с размещенным в нем упругим кольцом 19, сжимаемым средой. Под действием этих усилий, происходит перемещение независимой опорной втулки 13 к шиберу 4, и одновременно перемещение шибера 4 в направлении независимой опорной втулки 14, обеспечивая уплотнение ″металл по металлу″ на входе и в выходном седле 7. В то же время седла 7, 8, под действием усилия пружин 10 и давления среды, прижимаются к шиберу 4, создавая уплотнение ″металл - уплотнительный элемент″, то есть со стороны входа и выхода среды происходит уплотнение по типу ″металл - по металлу″ между шибером 4 и торцами опорных втулок 13 и 14 и по типу ″металл - уплотнительный элемент″ между шибером 4 и уплотнительными элементами 9 седел 7, 8.
Опорные втулки 13, 14, имеющие кольцевые выступы 17, 18 и образующие с соответствующим подвижным седлом 7 и 8 кольцевой зазор, в котором расположены упругие сжимаемые рабочей средой элементы трубчатой формы 19, 20, расположенные внутри подвижных седел 7 и 8, обеспечивают уплотнение по типу ″металл - по металлу″ и предохраняют уплотнительный элемент 9 от механических повреждений транспортируемой средой, увеличивая его надежность при эксплуатации и срок службы. Упругие элементы трубчатой формы 19, 20, расположенные в кольцевых зазорах, образованные опорными втулками 13, 14 и седлами 7, 8, обеспечивают независимое перемещение подвижных седел 7, 8 и опорных втулок 13, 14, последние воспринимают основную нагрузку от давления транспортируемой среды на шибер, обеспечивая герметичность затвора.
Уплотнительный элемент 9, на углах которого выполнены радиусы, позволяет надежно его закрепить за счет поверхности боковых граней, а при его прижатии к шиберу 4, деформируется и заполняет полость, в которую заключен, тем самым, предотвращая протечки транспортируемой среды через задвижку и разрушение уплотнительного элемента 9, и позволяет исключить во время ремонта выдавливание уплотнительного элемента 9 при перестановке шибера 4 из одного крайнего положения в другое, обеспечивая герметичное уплотнение по поверхности шибера и деталям седла углами, выполненными по радиусу.
Таким образом, предлагаемая конструкция шиберной задвижки обеспечивает повышение надежности в эксплуатации, долговечности уплотнительного узла и повышение ремонтопригодности.