ЗАДВИЖКА ШИБЕРНАЯ
SLIDING SHUTTER

Изобретение относится к трубопроводной запорной арматуре и может быть использовано в устьевой арматуре нефтяных и газовых скважин.
Известна шиберная задвижка (см. а.с. СССР №609016, кл. F16K 29/00, вып.1976 г.), содержащая корпус, в полости которого размещен запорный диск со штоком, имеющий возможность совершать возвратно-поступательное перемещение. На конце штока выполнен наклонный паз, в котором установлен палец, другой конец которого шарнирно связан с центром запорного диска, который прижат к седлу с помощью дисковой пружины, действующей на палец.
За счет наличия наклонного паза, в результате возвратно-поступательного движения штока, запорный диск совершает как поступательное, так и вращательное движение в плоскости уплотнительной поверхности.
Недостаток - низкая надежность из-за скапливания абразивных микрочастиц под пружинным элементом. В результате пружина перестает функционировать, что приводит к недостаточному поджиму запорного диска к седлу.
Известна задвижка (см. А.с. СССР №1634914, кл. F16K 3/02, опубл. 1989 г.), содержащая полый корпус с полуцилиндрическим днищем и расположенным на нем седлом с проходным каналом, запорный диск с зубьями, кинематически связанный с приводным валом через кулису, жестко закрепленную на валу, и шток, одним концом свободно установленный на кулисе, а другим жестко связанный с подвижным элементом. Подвижный элемент выполнен в виде дискового элемента, непосредственно контактирующего с поверхностью запорного диска, и содержит пружинный элемент в виде лепестковой пластины и упоры, установленные с возможностью контакта с пружинным элементом и размещенные вне проходного канала запорного диска на оси вращения, перпендикулярной его торцу.
Ненадежность работы задвижки в промысловых условиях заключается в сложности конструкции.
При неточности изготовления и монтажа элементов конструкции давление жидкости воздействует на запорный диск неравномерно, что может привести к его перекосу и неплотному поджиму к седлу. Попадание абразивных частиц под лепестковые пружины приводит к снижению усилия поджима седла к шиберу.
Известна шиберная задвижка (см. технические условия ТУ-3741-001-49652808-2000, выданные компании «Техновек». Каталог оборудования: запорная и запорно-регулирующая арматура. Сайт http://www.technovek.ru/catalog-oborudovaniya/detail.php?iD=65), принятая авторами за прототип.
Задвижка состоит из двух полукорпусов, связанных друг с другом через промежуточное опорное кольцо, стянутых по периметру шпильками. Внутри опорного кольца установлен на оси дисковый шибер, снабженный зубчатым венцом. В одном из полукорпусов выполнена цилиндрическая расточка, в которой установлен вал-шестерня, зубья которого входят в кинематическую связь с зубчатым венцом дискового шибера. Вал-шестерня герметизирован в цилиндрической расточке уплотнителем. В каждом из полукорпусов внутри выполнены расточки, в которых установлены седла с торцовыми уплотнениями, контактирующими с торцовыми поверхностями шибера. Кольцевые зазоры между седлами и корпусом герметизированы эластичными уплотнениями.
Для обеспечения поворота дискового шибера на определенный угол конец вала-шестерни квадратом выходит за пределы полукорпуса и снабжен съемной ручкой.
Работа устройства.
Для закрытия задвижки вращением вала-шестерни съемной рукояткой необходимо осуществить съем рукоятки с конца вала-шестерни и перенести на другую часть квадрата, поскольку для поворота дискового шибера на 120-180° необходимо осуществить вращение вала-шестерни на несколько оборотов вокруг своей оси, что невозможно сделать, т.к. вращению рукоятки мешает тело полукорпуса.
К недостаткам конструкции устройства можно отнести следующее:
- сложность проведения сборки и контроля равномерной затяжки ряда шпилек по периметру фланцев полукорпусов;
- при высокой температуре прокачиваемой среды (нефть, газ, водяной пар) необходимо, в качестве уплотнительного материала, использовать материалы, обладающие высокой температуростойкостью (Т=200-250°С), что, в свою очередь, накладывает ограничения на его упругие и эластичные характеристики. Это заключается в малой упругости известных применяемых термостойких уплотнительных материалов (например, ГРАФЛЕКС). Отсюда следует необходимость изменить конструкцию уплотнения кольцевого зазора между телом седел и внутренней поверхностью расточки полукорпусов;
- при термическом изменении поперечных размеров дискового шибера, которое происходит при прокачке высокотемпературной среды, необходимо учитывать этот фактор при изготовлении сопрягаемых деталей и затяжке шпилек при соединении полукорпусов.
Технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемого изобретения, заключается в следующем:
- упрощение монтажа сопрягаемых деталей дискового шибера в корпусе, с обеспечением необходимых контактных напряжений с уплотнителем на торцовой поверхности втулочных седел и поддержанием оптимальных напряжений в радиальных уплотнителях;
- возможность применения задвижек при прокачивании высокотемпературной среды, с поддержанием оптимальных контактных напряжений на торцовой поверхности дискового шибера, при термическом изменении поперечных размеров дискового шибера и линейных размеров втулочных седел;
- возможность обеспечения открытия - закрытия дискового шибера, путем передачи крутящего момента от вала с конической шестерней, без перемены местоположения штурвала на конце вала.
Технический результат достигается тем, что зубчатый венец в виде сектора установлен в радиальной расточке дискового шибера, на одной из его торцовых поверхностей. Вал снабжен конической шестерней, установленной в расточке корпуса, выполненной в корпусе со стороны расположения сектора зубчатого венца, с возможностью образования кинематической связи между ним и конической шестерней. Причем задвижка снабжена крышкой, установленной в боковой расточке корпуса, и поджата корончатой гайкой с образованием между ними герметичного торцового контакта.
Вал дополнительно снабжен фиксирующей втулкой на конце, установленной в расточке корпуса, выполненной ниже места расположения конической шестерни.
Конструкция задвижки шиберной поясняется чертежами, где
- на фиг.1 задвижка шиберная, в разрезе, в положении открытого дискового шибера;
- на фиг.2 задвижка шиберная, в разрезе, по оси штока.
Задвижка состоит из корпуса 1, с подводящим и отводящим 2 патрубком, снабженными присоединительными фланцами 3 и 4.
Внутри корпуса 1 установлен на оси 5 дисковый шибер 6, в котором на торцовой части выполнена радиальная расточка 7, в которой закреплен зубчатый венец, в виде сектора 8 конического колеса.
В теле корпуса 1 выполнена камера 9 и расточка 10, в которую пропущен вал 11, снабженный конической шестерней 12, кинематически связанной с зубчатым венцом 8 конического колеса. На нижнем конце вала 11, в расточке 13 корпуса 1, расположена фиксирующая втулка 14 с фиксатором 15. В теле корпуса 1 выполнена расточка, в которой установлено уплотнение 16 вала 11, поджатое грундбуксой 17.
Корпус 1 снабжен крышкой 18, установленной в его расточке и поджатой корончатой гайкой 19, зафиксированной винтом 20.
В крышке 18 установлена ось 5, пропущенная через тело дискового шибера 6, с вводом ее противоположного конца в отверстие корпуса 1. В корпусе 1 и крышке 18 выполнены цилиндрические расточки, в которых установлены втулочные седла 21 и 22 с торцовыми уплотнениями 23 и 24. Для герметизации кольцевого зазора между втулочным седлом 21 и корпусом 1, втулочным седлом 22 и крышкой 18 установлены уплотнения 25 и 26.
Вал 11 снабжен штурвалом 27.
Для контроля положения дискового шибера 6 грундбукса 17 снабжена втулкой 28 с продольным пазом 29, внутри которой установлена гайка 30, кинематически связанная резьбой с ответной резьбой на вале 11. В продольный паз 29 грундбуксы 17 пропущен штифт 31, жестко связанный с гайкой 30.
Штурвал 27 закреплен на вале 11 стопорной гайкой 32.