ЗАТВОР КЛИНОВОЙ ЗАДВИЖКИ

Полезная модель относится к трубопроводной арматуре, предназначенной для перекрытия потока среды, в частности к затворам клиновых задвижек нефтепроводов и нефтепродуктопроводов.
В настоящее время в качестве запирающего элемента в клиновых задвижках применяется цельный или упругий клин, обеспечивающий герметизацию узла затвора за счет контакта уплотнительных поверхностей клина и седел задвижки и создание необходимых для герметизации контактных напряжений приложением усилия вдоль шпинделя.
Из-за конструктивных особенностей узла затвора клиновой задвижки наблюдаются неравномерное распределение контактных напряжений по уплотнительным поверхностям запирающего элемента, вследствие чего наблюдается неравномерный износ уплотнительных поверхностей.
Из уровня техники известна клиновая задвижка (патент РФ на изобретение №2186277, опубл. 27.07.2002, МПК: F16K 17/12). Клиновая задвижка содержит корпус с выполненными в нем центральным и проходными отверстиями. Каждое из проходных отверстий снабжено буртом и посадочным отверстием. В посадочном отверстии установлено седло. Наружная поверхность последнего выполнена ступенчатой. В центральном отверстии между двух седел расположен цельный клин. Клин соединен со шпинделем, который совершает поступательное движение совместно с цельным клином, клин вступает в плотный контакт с уплотнительными полями седел и тем самым происходит запирание проходных отверстий седел.
Для обеспечения герметичности бурт корпуса со стороны посадочного отверстия выполнен ступенчатым, наружные кромки кольцевых ступеней выполнены друг относительно друга по линии, расположенной под углом, конгруэнтным углу наклона ступеньки наружной поверхности седла.
Также из уровня техники известна клиновая задвижка с упругим клином (патент РФ на изобретение №2306471, опубл. 20.09.2007, МПК: F16K 17/12). Изобретение направлено на повышение работоспособности задвижки путем снижения степени деформации упругого клина при перекрытии потока рабочей среды с высокими температурными параметрами. Клиновая задвижка с упругим клином содержит корпус. Между уплотнительными полями корпуса помещен упругий клин. Упругий клин состоит из двух конических дисков. Конические диски связаны пальцем через центральное отверстие дисков. Бурт пальца взаимодействует с внутренними поверхностями дисков. С наружных сторон палец соединен с дисками сваркой. Бурт пальца выполнен либо сферическим, либо коническим. Ответная охватываемая поверхность дисков выполнена либо конической, либо сферической.
К недостаткам известных технических решений относится неравномерность контактных напряжений в месте сопряжения уплотнительных поверхностей клина и седел задвижки, вследствие чего происходит неравномерный износ уплотнительных поверхностей узла затвора клиновой задвижки, что приводит к потере герметичности в процессе эксплуатации и, как следствие, к выходу из строя задвижки.
Технической проблемой, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение надежности работы клиновой задвижки.
Технический результат, достигаемый при реализации полезной модели, заключается в снижении износа уплотнительных поверхностей за счет получения равномерного распределения контактных напряжений на уплотнительных поверхностях затвора клиновой задвижки.
Техническая проблема решается, а указанный технический результат достигается за счет того, что затвор клиновой задвижки включает клин с уплотнительными поверхностями, соединенный со шпинделем, седла, установленные в проточках корпуса, причем тело клина содержит две кольцевые проточки, равноудаленные от уплотнительных поверхностей клина, при этом глубина кольцевых проточек равна ширине уплотнительных поверхностей клина.
Кроме того, указанный технический результат достигается в частном случае реализации полезной модели за счет того, что:
- клин выполнен цельнолитым;
- шпиндель изготовлен из коррозионностойкой стали с пределом текучести не менее 590 МПа;
- уплотнительные поверхности клина и седел выполнены наплавкой из коррозионностойкой стали и имеют твердость не ниже 30 HRC, а разница твердости уплотнительных поверхностей составляет не менее 5 HRC.
Заявленная полезная модель поясняется чертежом общего вида затвора клиновой задвижки (фиг.), на котором позициями обозначены следующие конструктивные элементы:
1 - корпус;
2 - клин;
3 - седло;
4 - уплотнительные поверхности седел;
5 - уплотнительные поверхности клина;
6 - шпиндель;
7, 8 - кольцевые проточки.
Затвор клиновой задвижки представляет собой клин 2, уплотнительные поверхности 5 которого взаимодействуют с уплотнительными поверхностями 4 седел 3, установленных в проточках корпуса 1. Клин 2 соединен со шпинделем 6, обеспечивающим передачу управляющего усилия от привода. Шпиндель 6 изготовлен из коррозионностойкой стали с пределом текучести не менее 590 МПа. Необходимое для обеспечения герметичности удельное давление на уплотнительных поверхностях 4,5 затвора формируется за счет преобразования крутящего момента привода задвижки (на фиг. не показан) в усилие вдоль шпинделя 6.
Наплавка уплотнительных поверхностей седел 3 корпуса 1 и на клине 2 выполнена из коррозионностойкой стали. Твердость уплотнительных поверхностей 4, 5 клина и седел составляет не ниже 30 HRC, а разница твердости уплотнительных поверхностей составляет не менее 5 HRC.
В теле цельнолитого клина 2, в отличие от аналогов, выполнены две кольцевые проточки 7 и 8, равноудаленные от уплотнительных поверхностей 5 клина. Глубина кольцевых проточек 7 и 8 равна ширине уплотнительных поверхностей 5 клина.
За счет того, что кольцевые проточки 7, 8 расположены на равноудаленном расстоянии от уплотнительных поверхностей 5 клина, поджатие уплотнительных поверхностей 5 клина к уплотнительным поверхностям 4 седел осуществляется с равным усилием, что обеспечивает равные контактные напряжения по диаметру уплотнительных поверхностей 4,5 затвора.
Вследствие достигаемой равномерности распределения контактных напряжений по диаметру уплотнительных поверхностей затвора клиновой задвижки исключен повышенный износ, особенно в нижней части клина.
Применение клина, выполненного цельнолитым с проточками 7,8, расположенными на равноудаленном расстоянии от уплотнительных поверхностей 5 клина, и наплавок уплотнительных поверхностей седел 3 корпуса 1 и на клине 2 вышеуказанной твердости способствует обеспечению выравниванию контактных напряжений по диаметру уплотнительных поверхностей затвора.
Таким образом, совокупность заявленных признаков позволяет снизить износ уплотнительных поверхностей и повысить надежность работы клиновой задвижки.
Затвор клиновой задвижки работает следующим образом.
В исходном состоянии клин 2 находится в зацеплении со шпинделем 6 в верхнем положении «Открыто». Клин 2 со шпинделем 6 опускают вниз в положение «Закрыто» до соприкосновения уплотнительных поверхностей 4 седел 3 и уплотнительных поверхностей 5 клина 2 соответственно. В нижнем положении под действием осевого усилия от шпинделя 6 происходит упругая деформация частей клина 2 с уплотнительными поверхностями 5, выделенными от тела клина кольцевыми проточками 7, 8. За счет упругой деформации на уплотнительных поверхностях 4 и 5 седел 3 и клина 2 соответственно возникают контактные напряжения, необходимые для герметизации узла затвора задвижки, равномерно распределенные по уплотнительным поверхностям 4 и 5.
В полезной модели достигнуто снижение износа уплотнительных поверхностей за счет получения равномерного распределения контактных напряжений, что повышает надежность работы клиновых задвижек нефтепроводов и нефтепродуктопроводов.