КЛИНОВАЯ ЗАДВИЖКА

Полезная модель относится к трубопроводной арматуре и может быть использована при разработке запорных устройств на технологических линиях с высоким давлением среды нефтегазовых и химических предприятий, а также в других отраслях промышленности.
Клиновая задвижка применяется в качестве запорного устройства, входит в состав технологических трубопроводов обвязки скважин и служит для полного перекрытия потока рабочей среды.
Известна клиновая задвижка, в которой направляющие образуются за счет выполнения пазов в боковых выступах корпуса и пазов в уплотнительных фланцах, взаимодействующих с седлами и запорным органом, в плоскости, перпендикулярной оси седел (см. патент США №3152786, кл.251-167, опублик. 1964 г.) Однако указанная задвижка характеризуется значительной трудоемкостью изготовления и низкой надежностью из-за необходимости уплотнения ввертных седел с корпусом и седел с уплотнительными фланцами.
Известна клиновая задвижка, содержащая корпус, в котором размещены седла и запорный орган и выполнены направляющие для запорного органа в виде выступов с фигурным профилем сечения, причем запорный орган выполнен с кольцевыми пазами под наплавку износостойкого слоя и продольными пазами для взаимодействия с направляющими выступами корпуса, при этом запорный орган связан с приводом (см. а.с. SU №1548570 А1, кл. F16K 3|12, 07.03.1990 г.).
Недостатком известной задвижки является значительное увеличение площади уплотнительных поверхностей, с наплавленным износостойким слоем, за счет смещения (h) центра внутреннего верхнего радиуса уплотнительных поверхностей, что приводит к увеличению трудоемкости при наплавке износостойкого слоя и последующей его механической обработки, особенно внутреннего контура, имеющего форму эллипса.
Получение направляющих выступов прямоугольного профиля технологично в литом корпусе, а в кованом требует операции долбления, что значительно повышает трудоемкость изготовления.
Известна задвижка клиновая, содержащая корпус, в котором размещены седла и запорный орган и выполнены направляющие для запорного органа в виде выступов с фигурным профилем сечения, причем запорный орган выполнен с кольцевыми пазами под наплавку износостойкого слоя и продольными пазами для взаимодействия с направляющими выступами корпуса, при этом запорный орган связан с приводом, при этом продольные пазы запорного органа выполнены фигурными с боковыми поверхностями криволинейного профиля, расположенными эквидистантно боковым поверхностям верхней части направляющих выступов кованого корпуса, при этом кольцевые пазы под наплавку износостойкого слоя выполнены путем механической обработки относительно продольных фигурных пазов, причем толщина стенок между дном кольцевых пазов и боковыми поверхностями продольных фигурных пазов увеличивается по глубине продольных фигурных пазов, (патент РФ №2243436, МПК: F16K 3/12 - прототип).
Недостатками данной задвижки являются сложность конструкции, значительное усилие вращения маховика, вызванное наличием трущихся материалов со значительным коэффициентом трения в зоне уплотнения штока в крышке.
Задачей полезной модели является устранение указанных недостатков и создание конструкции задвижки, применение которой позволит повысить надежность работы задвижки и снизить вращающий момент на маховике для открытия/закрытия задвижки.
Решение указанной задачи достигается тем, что, в предложенной клиновой задвижке, содержащей полый корпус с проточной частью и ответными присоединительными местами для присоединения к трубопроводам, запорный механизм, выполненный в виде шибера, имеющего возможность вертикального осевого перемещения перпендикулярно к потоку перекрываемой среды, и размещенного внутри корпуса между ответными седлами, установленными в корпусе по обе стороны шибера в его проточной части, причем в верхней части шибера выполнен Т-образный паз, крышку корпуса с корпусом подшипников, размещенным на упомянутой крышке, предпочтительно, при помощи резьбы, преимущественно, цилиндрической, причем крышка корпуса и корпус соединены между собой при помощи шпилек через металлическую прокладку, при этом в упомянутой крышке корпуса и крышке подшипников установлен шток, согласно техническому решению, на одном конце штока выполнен выступ в виде буквы Т для взаимодействия с ответным Т-образным пазом в шибере, а на другом конце выполнена резьба и установлен маховик с втулкой, имеющей опорные поверхности, причем во втулке выполнена ответная резьба для установки на шток, при этом уплотнение штока шибера в крышке корпуса выполнено, преимущественно, в виде резино-фторопластовой втулки, внутренняя поверхность которой, взаимодействующая со штоком, выполнена из фторопласта, а наружная, взаимодействующая с ответным местом в крышке, и фторопластовой втулкой, из резины, при этом упомянутая втулка размещена на штоке в крышке корпуса между двумя металлическими, преимущественно, стальными кольцами, причем одно из колец, предпочтительно, оба, выполнено с возможностью осевого перемещения по штоку, и фиксируется в заданном положении при помощи гайки, установленной на штоке в крышке корпуса, при этом втулка, на которой размещен штурвал штока, установлена в корпусе подшипников на упорных кольцах, предпочтительно, углепластиковых, размещенных между корпусом подшипников и торцом крышки корпуса, причем гарантированный зазор между поверхностями упомянутых колец и ответными элементами корпуса подшипников и торца крышки корпуса обеспечивается путем установки и фиксации в заданном положении на упомянутой крышке корпуса подшипников, при этом, в верхней части упомянутой втулки установлен цилиндр с пазом, в котором установлен с возможностью осевого перемещения, соответствующего осевому перемещению штока, указатель его положения, при этом упомянутые ответные присоединительные места корпуса выполнены в виде отверстия и выступа с резьбой, предпочтительно, конической, расположенных, соответственно, во входной и выходной частях корпуса.
Сущность полезной модели иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан продольный осевой разрез предложенной задвижки, на фиг.2 - место соединения штока и шибера.
Основными составными частями задвижки являются:
1 - полый корпус;
2 - присоединительное отверстие;
3 - выступ;
4 - шибер;
5 - седло;
6 - седло;
7 - Т-образный паз шибера;
8 - крышка корпуса;
9 - шпильки;
10 - прокладка;
11 - корпус подшипников;
12 - шток;
13 - Т-образный выступ штока;
14 - маховик;
15 - втулка;
16 - резино-фторопластовая втулка;
17 - внутренняя поверхность резино-фторопластовой втулки;
18 - наружная поверхность резинофторопластовой втулки;
19 - металлическое кольцо;
20 - гайка;
21 - втулка;
22 - углепластиковое упорное кольцо;
23 - углепластиковое упорное кольцо;
24 - цилиндр;
25 - паз;
26 - указатель положения штока.
Клиновая задвижка содержит полый корпус 1 с проточной частью и ответными присоединительными местами для присоединения к трубопроводам. Ответные присоединительные места корпуса 1 выполнены в виде отверстия 2 и выступа 3 с резьбой, предпочтительно, конической, расположенных, соответственно, во входной и выходной частях корпуса. Запорный механизм выполнен в виде шибера 4, размещенного внутри корпуса 1 между ответными седлами 5 и 6, установленными в корпусе 1 по обе стороны шибера 4. В верхней части шибера выполнен Т-образный паз 7. Крышка корпуса 8 и корпус 1 соединены между собой при помощи шпилек 9 через металлическую прокладку 10. На крышке корпуса 8 установлен корпус подшипников 11. В крышке корпуса 8 и корпусе подшипников 11 установлен шток 12, на одном конце которого выполнен выступ 13 в виде буквы Т для взаимодействия с ответным Т-образным пазом 7 в шибере 4. На другом конце штока 12 выполнена резьба и установлен маховик 14 с втулкой 15. Уплотнение штока 12 шибера 4 в крышке корпуса 8 выполнено виде резино-фторопластовой втулки 16, внутренняя поверхность 17 которой, взаимодействующая со штоком 12, выполнена из фторопласта, а наружная 18, взаимодействующая с ответным местом в крышке корпуса 8, и фторопластовой втулкой 17, из резины. Втулка 16 размещена на штоке 12 в крышке корпуса 8 между двумя металлическими кольцами 19. Одно из колец 19, предпочтительно, оба, выполнено с возможностью осевого перемещения по штоку 12, и фиксируется в заданном положении при помощи гайки 20, установленной на штоке 12 в крышке корпуса 8. Втулка 21, на которой размещен маховик 14 штока 12, установлена в корпусе подшипников 11 на углепластиковых упорных кольцах 22 и 23. Гарантированный зазор между поверхностями упомянутых колец 22 и 23 и ответными элементами корпуса подшипников 11 и торца крышки корпуса 8 обеспечивается путем установки и фиксации в заданном положении на упомянутой крышке корпуса подшипников 11. В верхней части втулки 21 установлен цилиндр 24 с пазом 25, в котором установлен с возможностью осевого перемещения, соответствующего осевому перемещению штока 12, указатель его положения.
Предложенная задвижка работает следующим образом.
Клиновая задвижка устанавливается в поток перекрываемой среды при помощи ответных присоединительных мест, выполненных в виде отверстия 2 и выступа 3 с резьбой, расположенных, соответственно, во входной и выходной частях корпуса.
Задвижка имеет два рабочих положения: «открыто» и «закрыто».
Для открытия задвижки необходимо вращать маховик 14 против часовой стрелки до упора, затем сделать половину оборота в обратную сторону. В этом случае шибер 4 поднимается вертикально вверх и выводится из взаимодействия с ответными уплотняемыми поверхностями седел 5 и 6, установленных в корпусе 1, после чего перекрываемая среда поступает из полости входной части корпуса в его выходную часть. Это положение шибера 4 будет соответствовать состоянию задвижки «Открыто», при этом визуально верхний торец штока 12 находится против риски с надписью «О» на указателе 26.
Для закрытия задвижки необходимо вращать маховик 14 по часовой стрелке до упора. В этом случае шибер 4 входит между ответными уплотняемыми поверхностями седел 5 и 6, установленных в корпусе 1, уплотняется по конической поверхности, после чего прекращается движение рабочей среды поступает из полости входной части корпуса в его выходную часть. Это положение шибера 4 будет соответствовать состоянию задвижки «Закрыто», при этом визуально верхний торец штока 12 находится против риски с надписью «З» на указателе 26.
Уплотнение штока 12 шибера 4 в крышке корпуса 8, выполненное в виде резино-фторопластовой втулки 16, внутренняя поверхность 17 которой, взаимодействующая со штоком 12, выполнена из фторопласта, а наружная 18, взаимодействующая с ответным местом в крышке корпуса 8, и фторопластовой втулкой 17, из резины, позволяет снизить трение между уплотняемыми частями, и, тем самым, снизить момент вращения на маховике 14.
Втулка 16 размещена на штоке 12 в крышке корпуса 8 между двумя металлическими кольцами 19. Поджатие поверхностей втулки к уплотняемым поверхностям штока и корпуса осуществляется за счет перемещения по штоку одного из колец 19. Кольцо 19 воздействует на торец втулки и деформирует втулку в осевом направлении, за счет чего втулка увеличивается в диаметре и поджимается своими поверхностями к уплотняемым поверхностям. Кольцо 19 фиксируется в заданном положении при помощи гайки 20, установленной на штоке 12 в крышке корпуса 8.
Втулка 21, на которой размещен маховик 14 штока 12, установлена в корпусе подшипников 11 на углепластиковых упорных кольцах 22 и 23. Такое исполнение позволяет упростить конструкцию, уменьшить ее габаритные размеры и снизить потери на трение в подшипниковом узле.
Применение предложенного технического решения позволит упростить конструкцию задвижки, снизить вращающий момент на маховике для открытия/закрытия задвижки и, тем самым, улучшить ее эксплуатационные характеристики.
Таблица 2
- Механические характеристики
Материал
Временное сопротивление σ<sub>в, </sub>МПа
Предел текучести σ<sub>0,2</sub>, МПа
Относительное удлинение δ, %
Относительное сужение ψ, %
Твердость НВ
Работа удара KV, Дж
+20°C
-46°C
Контрольные данные 30ХМА
568,0
399,3
19,3
54,3
170
59,6
14,1
601,4
452,2
27,7
75,6
170
56,5
29,8
594,5
442,4
31,0
74,8
170
59,6
23,5
ср. 588,0
ср. 431,3
ср. 26,0
ср. 68,2
ср. 170
ср. 58,6
ср. 22,5
Требования ГОСТ Р 51365
75К
≥655
≥517
≥18,0
≥35,0
≥197
60К
≥586
≥414
≥17,0
≥35,0
≥174
исполнение У
≥20