ЗАТВОР ШИБЕРНОЙ ЗАДВИЖКИ
GATE OF SLIDING SHUTTER

Изобретение относится к области арматуростроения и может быть использовано в шиберных задвижках любых типов с плоским шибером, предназначенных для эксплуатации в качестве запорного устройства на магистральных газопроводах, конденсатопроводах и нефтепродуктопроводах, в технологических схемах перекачивающих станций и резервуарных парков для газовой, нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности.
Из уровня техники известны многочисленные варианты исполнения шиберных задвижек, а также узлов, их составляющих.
Так, из патента РФ №2128308 известна задвижка шиберная с подвижными седлами и независимыми опорными втулками, в которой каждая независимая опорная втулка закреплена внутри корпуса с возможностью образования между опорной втулкой и соответствующим подвижным седлом кольцевого зазора, а уплотнительный элемент со стороны, обращенной к шиберу, выполнен по радиусу.
Для уменьшения габаритных размеров опорных втулок при сохранении устойчивости к эксплуатационным нагрузкам их изготавливают из металла, обеспечивающего наименьший коэффициент трения при скольжении по металлическому шиберу, каким является дорогостоящая бронза. Мелкие примеси, находящиеся в рабочей среде, попав между шибером и опорной втулкой, могут привести к повреждениям рабочей поверхности шибера при его поджатии к опорной втулке под действием перепада давления рабочей среды и, как следствие, к потере герметичности затвора. Поэтому в условиях работы изделия коэффициент трения в задвижке, имеющей пару металлический шибер-металлическая опорная втулка, является более высоким по сравнению с парой металлический шибер-полимерные опоры, из-за чего требуется более высокий крутящий момент для управления задвижкой, что является основным недостатком уплотнительной системы и всей задвижки в целом.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является уплотнительная система промышленных задвижек (запорный узел), содержащая корпус с проходными отверстиями, установленными в нем седлами и шибером с запорной частью (патент EP 2 366 920).
Недостатки известной конструкции уплотнительной системы затвора задвижки заключаются в следующем. Уплотнительные элементы (60а, 60b) и (70а, 70b) воспринимают эксплуатационную нагрузку, вызванную осевым перемещением шибера под действием давления среды и возвратно-поступательным движением шибера при перестановке из положения «закрыто» в положение «открыто», что существенно сокращает ресурс изделия. Конструкция не исключает вырывание из седла уплотнительных элементов из эластомера (70а, 70b) под воздействием давления и скоростного потока транспортируемой среды, а также при низкой температуре эксплуатации. При износе или повреждении уплотнительных и предохранительных элементов седла отсутствует возможность их замены без применения специального оборудования и технологий.
Задачей технического решения является повышение надежности узла затвора шиберных задвижек, снижение необходимого для управления задвижкой усилия (крутящего момента), а также достижение ремонтопригодности седла, в том числе и в полевых условиях.
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого изобретения заключается в обеспечении разборности конструкции седла, а также защиты уплотнительных элементов седла затвора шиберной задвижки от механических примесей, содержащихся в транспортируемой среде за счет оптимального расположения входящих в состав конструкции элементов.
Поставленная задача решается тем, что в затворе шиберной задвижки, имеющей плоский шибер с проходным отверстием, седла, расположенные соосно проходному отверстию патрубков, снабженные уплотнительными и опорными элементами, в соответствии с техническим решением, уплотнительный элемент представляет собой комбинированное уплотнение, включающее зафиксированные радиусный уплотнительный элемент и расположенный перед ним со стороны прохода уплотнительный элемент, обеспечивающий чистящую функцию, а седло выполнено разборным с жесткой заделкой (в замок) уплотнительных и опорных элементов. Радиусный уплотнительный элемент выполнен из эластомерного материала, а уплотнительный элемент, обеспечивающий чистящую функцию, выполнен из полимерного материала. Седло снабжено разнесенным опорным подшипником, выполненным в виде отдельных опор из полимерного материала. Седло также может быть снабжено кольцевой проточкой, обеспечивающей улавливание крупных механических примесей и выполненной в седле со стороны прохода.
Заявляемое изобретение поясняется следующими чертежами.
На фиг.1 представлен общий вид затвора шиберной задвижки;
на фиг.2 представлен узел затвора;
на фиг.3 отражен способ заделки уплотнительных элементов в седле;
на фиг.4 представлен общий вид затвора в положении «закрыто» при перепаде давления;
на фиг.5 показаны условия работы затвора в положении «закрыто» при перепаде давления;
на фиг.6 схематично представлено седло шиберной задвижки.
Позициями на чертежах обозначены:
1 - корпус;
2 - шпиндель;
3 - шибер;
4, 11 - нажимные кольца;
5, 12 - седло;
6, 13 - пружина;
7, 14 - кольцо уплотнительное;
8, 15 - опоры;
9, 16 - радиусный уплотнительный элемент;
10, 17 - уплотнительный элемент (чистящий);
18, 19 - патрубки;
20, 21 - кольцевые проточки.
Затвор шиберной задвижки (представлен на фиг.1) состоит из плоского шибера (3) с проходным отверстием, находящимся между двумя седлами (5 и 12), которые расположены в гнездах корпуса (1) соосно проходному отверстию патрубков (18 и 19) и имеют возможность осевого перемещения. Шибер (3) выполнен с возможностью перемещения из положения «открыто» в положение «закрыто» и обратно, совершая возвратно-поступательные движения посредством шпинделя (2), связанного с приводным механизмом (на фиг.1 не показан). Седла (5, 12) имеют разборную конструкцию с жесткой заделкой (в замок) при помощи нажимных колец (4 и 11), радиусных уплотнительных элементов (9, 16), уплотнительных элементов (10, 17), совмещающих функцию чистильщика, и разнесенного опорного подшипника, состоящего из отдельных опор (8, 15). Седла (5 и 12) поджаты к шиберу (3) пружинами (6, 13) и герметизируются с корпусом (1) кольцами уплотнительными (7, 14). На седлах (5 и 12) могут быть выполнены проточки (20, 21), выполненные на обойме седла со стороны прохода для улавливания крупных механических примесей и исключения их заволакивания под радиусные уплотнительные элементы (9, 16) и уплотнительные элементы (10, 17), совмещающие функцию чистильщика.
Радиусный уплотнительный элемент (9), уплотнительный элемент (10), совмещающий функцию чистильщика седла (5), и кольцо уплотнительное (7) (фиг. 2) образуют с корпусом (1) поршневую камеру, необходимую для обеспечения герметичности по шиберу (3). Седло (5) под действием пружин (6) поджимается к шиберу (3), обеспечивая предварительное уплотнение узла затвора при низком давлении. Предварительное уплотнение обеспечивается уплотнительным элементом (9), выполненным, например, из эластомера, выступающим над уплотнительным элементом (10), совмещающим функцию чистильщика, и опорой (8) из полимера на величину Н (фиг.3). Величину Н подбирают с учетом модуля упругости уплотнительного элемента (9) для обеспечения герметичности затвора в пределах заданного ресурса. Уплотнительный элемент (9) со стороны, обращенной к шиберу (3), выполнен по радиусу, что позволяет исключить срез уплотнительного элемента (9) при перестановке шибера (3) из одного крайнего положения в другое.
В заявляемом изобретении для устранения недостатков прототипов седло шиберной задвижки имеет разборную конструкцию с жесткой заделкой (в замок) уплотнительного, чистящего и опорных элементов, обеспечивающую его ремонтопригодность. Комбинированное уплотнение «шибер-седло» состоит из двух элементов: радиусный уплотнительный элемент из эластомерного материала (например, полиуретан) 9, 16 и уплотнительный элемент из полимерного материала (например, полиамид, нейлон с различными модификациями) 10, 17, совмещающий функцию чистильщика (скребка).  Кроме того, седло имеет разнесенный опорный подшипник в виде отдельных опор из полимерного материала (например, полиамид, нейлон с различными модификациями).
Предлагаемое седло позволяет повысить надежность узла затвора шиберной задвижки с плоским шибером за счет наличия такого комбинированного уплотнения «шибер-седло». Уплотнительный элемент 10, 17 из полимера размещен со стороны прохода перед радиусным уплотнительным элементом 9, 16 из эластомера, выполняет функцию чистильщика (скребка) и защищает элемент уплотнения из эластомера от мелких механических примесей (размером не более 2 мм), пропущенных кольцевой проточкой со стороны прохода. Кольцевая проточка 20, 21 со стороны прохода предназначена для улавливания крупных механических примесей (размером от 2 мм до 5 мм), исключает вдавливание механических примесей, содержащихся в транспортируемой среде, в шибер при поджатии седла рабочим давлением, тем самым предотвращает появление глубоких повреждений на рабочих плоскостях шибера. Разборность конструкции седла с жесткой заделкой (в замок) уплотнительных, чистящих и опорных элементов исключает вырывание этих элементов под воздействием скоростного потока транспортируемой среды, а также при низкой температуре эксплуатации (до минус 70°С). Она позволяет производить замену всех уплотнительных и опорных элементов после выработки ими назначенного ресурса или при выявлении повреждений, связанных с нештатными ситуациями. Разнесенный опорный подшипник, выполненный в виде отдельных опор из полимерного материала, разгружает комбинированное уплотнение седла от эксплуатационных нагрузок, вызванных осевым перемещением шибера под действием давления среды и возвратно-поступательным движением шибера при перестановке из положения «закрыто» в положение «открыто». Опорные элементы разнесенного подшипника жестко заделаны в отверстиях массивного нажимного кольца, в связи с чем мало подвержены деформациям от эксплуатационных нагрузок, что обеспечивает их равномерный износ. Это позволяет уменьшить площадь суммарной опорной поверхности подшипника и выдерживать возросшие контактные нагрузки. При перестановке шибера задвижки из одного положения в другое опоры разнесенного подшипника седла легко преодолевают и разрушают своими острыми кромками загрязнения на шибере, вызванные отложениями транспортируемой среды, например, такими как парафин, и тем самым уменьшают риск потери герметичности затвора по причине попадания под уплотнительные элементы инородных частиц. Разнесенная установка опор уменьшает риск попадания под них механических примесей, тем самым уменьшая риск повреждения рабочих поверхностей шибера.
Заявляемый узел работает следующим образом.
В затворе, находящемся в положении «закрыто» (фиг.4), при перепаде давления Р1 больше Р2 в патрубках (18 и 19), начинает работать поршневая камера, образованная с корпусом (1) кольцом уплотнительным (7) и уплотнительным элементом (9) седла (5). Как только уплотнительный элемент (10), совмещающий функцию чистильщика, соприкоснется с шибером (3), усилие поджатия седла станет еще более высоким из-за увеличения поршневого эффекта. Шибер (3) и седло (5) под действием давления Р1 в поршневой камере перемещаются в сторону седла (12). Седло (12) (фиг.5), упершись в корпус (1), воспринимает нагрузку через опоры (15), которые в свою очередь не допускают разрушения уплотнительного элемента (16) и уплотнительного элемента (17), совмещающего функцию чистильщика, от осевой силы. При перестановке шибер (3) скользит по опорам (15), предохраняя уплотнительный элемент (16) и уплотнительный элемент (17), совмещающий функцию чистильщика, от вырывания и износа.