СИЛЬФОННАЯ ШИБЕРНАЯ ЗАДВИЖКА

Полезная модель относится к области арматуростроения и предназначена для использования в системах управления движением флюида в фонтанной арматуре, в том числе и при глубоководной добыче для открытия и закрытия продуктовых трубопроводов под высоким давлением.
В практике глубоководной добычи флюида обычно применяется комбинированный тип привода, обеспечивающий управляемое открытие шиберной задвижки гидравлическим приводом, а при снятии управляющего давления или аварийном закрытии шиберной задвижки, срабатывание на закрытие происходит накопленной энергией пружины, которое осуществляется в два этапа: в период предварительного сжатия в процессе сборке механизма привода и добавочное сжатие в период управляемого открывания шиберной задвижки, т.к. в осевом перемещении они движутся совместно. Также при отсутствии управляющего давления приводом открытия шибера можно управлять посредством механического воздействия от телеуправляемого необитаемого подводного аппарата (ТНПА) через механизм преобразования энергии вращения в поступательное, которое и осуществляет открытие задвижки в аварийном ситуации. Известными зарубежными производителями шиберных задвижек для глубоководной добычи флюида являются компании: Pacson Valves, Bel Valves и ATV
В известных конструкциях шиберных задвижек для глубоводной добычи флюида выявлены следующие недостатки:
- срабатывание на закрытие происходит с помощью накопленной энергии сжатой пружины, которая физически занимает большое пространство и ее производство достаточно уникальное и дорогое;
- необходимость установки большого количества различных уплотнений и комбинаций уплотнений, которые значительно усложняют сборку и влияют на надежность работы изделия.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является клапан по SU №310083, кл. F16K 3/02,31/143, опубл.1971, содержащий корпус, запорную арматуру, поршневой гидропривод и сильфонное уплотнение. Однако данный клапан не обеспечивает надежную герметизацию и большой (около 1000 циклов) потенциал срабатываний привода, а также простоту в процессе эксплуатации в системах управления транспортированием жидкостей и газа под высоким давлением (до 34,5 МПа), где нет возможности технического обслуживания оборудования.
Технической проблемой является устранение отмеченных недостатков. Техническим результатом полезной модели является разработка арматуры, которая уменьшает опасность повреждения и износа уплотнений за счет того, что в конструкции «поршень-цилиндр» применяется специальная система уплотнений, а роль конструкций штоковых уплотнений передается омегообразному сильфонному уплотнению с бронекольцами, который обеспечивает осевое перемещение равным ходу шиберной задвижки при закрытии. Это также обеспечивает раздел сред флюида и газовой смеси привода на закрытие задвижки.
Проблема решается, а технический результат обеспечивается тем, что сильфонная шиберная задвижка содержит корпус, запорную арматуру, поршневой гидропривод и сильфонное уплотнение, при этом поршень привода выполнен двусторонним. Сильфонное уплотнение соединено с корпусом и левой стороной поршня, являясь разделителем сред флюида и сжатой газовой смеси, при этом левая сторона поршня соединена со штоком запорной арматуры с одной строны, а с другой - с направляющим патрубком механизма аварийного открывания.
Сильфонное уплотнение может быть выполнено в виде омегообразного сильфона с бронекольцами. С внешней стороны сильфона может быть образована замкнутая полость, заполненная сжатой газовой смесью.
При такой конструкции привода сильфонной задвижки обеспечивается надежная герметизация и большой (около 1000 циклов) потенциал срабатываний привода не требующий технического обслуживания в течении всего срока эксплуатации, а также дешевизна в изготовлении и простота в процессе эксплуатации в системах управления транспортированием жидкостей и газа под высоким давлением (до 34,5 МПа), где нет возможности технического обслуживания оборудования.
На чертеже представлена сильфонная шиберная задвижка, где омегообразный сильфон с бронекольцами показан в растянутом виде и в положении задвижки «Закрыто».
Сильфонная шиберная задвижка состоит из корпуса 1 запорной арматуры с седлами 2 и шибером 5 и приводом шиберной задвижки,
который включает в себя сильфонное уплотнение 13 и поршневой гидропривод, состоящий из корпуса привода и поршня, поршень которого выполнен двусторонним. При этом левая сторона поршня соединена с помощью направляющей трубы 15 со штоком 9 запорной арматуры с одной строны, а с другой - с направляющим патрубком 17 механизма аварийного открывания. Несущий кожух 12 опирается на несущие фланец 7 и кольцо 21, соединенных с несущим кожухом 12 в единый корпус привода, который соединен посредством шпилек 6 и гаек 8 с корпусом 1.
Полость гидропривода 36 формируется между поршнем 16 и неподвижной опорой 23, которая базируется на кольце 21 единого корпуса. Опора 23 является базой для подшипникового узла 30, который обеспечивает ориентацию резьбового винта 20 в осевом направлении. Подшипниковый узел 30 крепится фланцем 32 посредством болтов 31 к неподвижной опоре 23. Фланец 25 и уплотнение на этом же фланце и уплотнение 24 обеспечивают гидроизоляцию полости 36 со стороны резьбового винта 20. Механическое замыкание полости 36 обеспечивают болтовые соединения 33.
Для создания замкнутой полости 34 со сжатой газовой смесью и герметизации от давления в продуктовом канале 35 в полость 34 встраивается сильфонное уплотнение 13 в виде омегообразного сильфона с бронекольцами 14. С одной стороны сильфонное уплотнение 13 соединено с левой стороной поршня 16, а с другой стороны - с несущим фланцем 7, который соединен посредством шпилек 6 и гаек 8 с корпусом 1 и будет выполнять роль разделения сред флюида и сжатой газовой смеси.
В созданное замкнутое пространство полости 34 закачивается через газовый клапан 10 газовая смесь находится под давлением (до 2-3 МПа). Давление в нем определяется как необходимое давление из технической потребности на закрытие шиберной задвижки и определяется расчетом. Для реализации гидропривода создается замкнутая полость для гидравлической жидкости в полости 36 между поршнем 16 и неподвижной опорой 23, в которую через редуктор 22 по каналу подается управляющее давление гидравлической жидкости.
Для создания механизма аварийного открывания дистанционно управляемым ТНПА предусмотрена пара «винт-гайка» 20 и 19 соответственно, которая базируется на неподвижной опоре 23, которая опирается на опорный фланец и крепиться болтами 28 к корпусу рамы фонтанной арматуры 27. Также этими болтами крепится корпус интерфейса 26, дистанционно управляемого ТНПА, который содержит патрубок и ориентирующий фланец. Для передачи вращающего движения предусмотрен квадрат 29 на винте 20, который передает вращательное движение через пару «винт-гайка» 20 и 19 соответственно. Так как вращающийся винт 20 остается на своей позиции в осевом направлении, то гайка 19 движется поступательно относительно винта, - вращаться ей не дает скользящая шпонка 18. Движение на открытие задвижки шибера 5, возможно только после воздействия гайки 19 на торец поршня 16. Шпонка 18 обеспечивает опирание гайки на направляющий патрубок 17 механизма аварийного открывания и тем самым поступательное движение гайки 19 относительно винта 20. Шпоночный паз в направляющем патрубке 17 обеспечивает свободное перемещение всей шиберной задвижки при работе в автоматическом режиме. Сильфонная шиберная задвижка работает следующим образом.
В исходном состоянии шибер 5 расположен в крайнем правом положении «закрыто», сильфонное уплотнение 13 находится в растянутом состоянии и направляющий патрубок 17 упирается в неподвижную опору 23. Управляющее давление гидравлической жидкости 36 отсутствует. Продуктовый канал 35 «закрыт».
При работе на открытие шиберной задвижки в полость 36 подается давление гидравлической жидкости через гидравлический клапан - редуктор 22, в результате чего повышается давление и создается рабочее усилие, действующее на поршень 16. Далее усилие передается через направляющую трубу 15, шток 9 к шиберу 5, что в результате приводит к перемещению шиберной задвижки в крайнее левое положение «открыто». Шибер 5 упирается в корпус 1. Параллельно происходит сжатие сильфонного уплотнение 13 и сжатие замкнутой газовой смеси в полости 34. Продуктовый канал 35 «открыт».
Работа на закрытие шиберной задвижки.
Управляющее давление сбрасывается из полости 36, далее начинает срабатывать сильфонное уплотнение 13, который был сжат на этапе открытия. Под воздействием сжатой газовой смеси в полости 34 создается усилие на поршень 16, которое передается на направляющую трубу 15, шток 9 к шиберу 5, что в результате приводит к закрытию шиберной задвижки - крайнее правое положение «закрыто». Направляющий патрубок 17 упирается в неподвижную опору 23. Избыточная жидкость при ее возникновении может сливаться через клапан-редуктор 22 в систему управления. Продуктовый канал 35 «закрыт».
Работа шиберной задвижки, при аварийной ситуации, когда нет управляющего гидравлического давления, на открытие. В исходном состоянии шибер 5 расположен в крайнем правом положении «закрыто». Сильфонное уплотнение 13 находится в растянутом состоянии и направляющий патрубок 17 упирается в неподвижную опору 23, управляющее давление гидравлической жидкости 36 также отсутствует. Гайка 19 упирается в торец поршня 16. Продуктовый канал 35 «открыт».
Работа на открытие шиберной задвижки с помощью дистанционно управляемого ТНПА. ТНПА входит в контакт с интерфейсом фонтанной арматуры и получив команду на открытие шиберной задвижки, через квадрат 29 начинает вращать резьбовой винт 20 на такое количество витков, которое необходимо при данном шаге резьбы на осевое перемещение для открытия шиберной задвижки. Далее усилие передается через торец поршня 16, направляющую трубу15, шток 9 к шиберу 5, что в результате приводит к открытию шиберной задвижки - крайнее левое положение «открыто». Шибер 5 упирается в корпус 1. Параллельно происходит сжатие сильфонного уплотнения 13 и сжатие замкнутой газовой смеси в полости 34. Продуктовый канал 35 «закрыт».
Работа на закрытие шиберной задвижки с помощью дистанционно управляемого ТНПА, начинается после поступления команды на закрытие. ТНПА отрабатывает вращение резьбового винта 20 на такое количество витков, которое необходимо при данном шаге резьбы на осевое перемещение для закрытия шиберной задвижки или возврата в исходное положение. Далее начинает срабатывать сильфон 13, который был сжат на этапе открытия; под воздействием сжатой газовой смеси 34 создается усилие на поршень 16, которое передается на направляющую трубу 15, шток 9 к шиберу 5, что в результате приводит к закрытию шиберной задвижки - в крайнее правое положение «закрыто». Направляющий патрубок 17 упирается в неподвижную опору 23.
Сильфонная шиберная задвижка может встраиваться в трубопроводную систему непосредственно в корпус 1 и соединяется с ответными фланцами системы или с помощью приварных фланцев 4 может быть вварена в трубную систему.