КЛИНОВАЯ ЗАДВИЖКА

Предлагаемое техническое решение в соответствии с подразделами МПК F16K 3/00, F16K 3/12, относится к трубопроводной арматуре с клиновидным запорными элементами, совершающими скользящее движение вдоль седловых поверхностей и может быть использовано на энергетических, нефтехимических и нефтегазодобывающих предприятиях.
Известен узел затвора клиновой задвижки по патенту RU 2382923 [1], содержащий клин, уплотнительные поля которого взаимодействуют с ответными полями самоустанавливающихся и закрепляемых в корпусе седел, отличающийся тем, что в корпусе коаксиально проходному каналу выполнены расточки, торцевая поверхность которых контактирует с ответной поверхностью торцов седел, помещаемых в расточке корпуса, причем между упомянутыми торцевыми поверхностями помещена прокладка из упругодеформируемого материала. Данное техническое решение направлено на создание самоустанавливающегося узла клиновой задвижки него надежной герметизации относительно корпуса.
Однако надежность герметизации узла клиновой задвижки относительно корпуса по данному патенту [1] недостаточна в условиях воздействия высокого давления (более 10 МПа) и температуры (более 100°C) жидкой или газообразной среды, находящейся внутри корпуса задвижки.
Известен затвор клиновой задвижки по патенту RU 2307274 [2], который состоит из корпуса запорного органа, двух охватывающих его уплотнительных элементов. Уплотнительные элементы имеют двухсторонние уступы. Эти уступы взаимодействуют с фиксаторами. Изобретение направлено на повышение ремонтопригодности и надежности в эксплуатации затвора задвижки.
Однако, как и в указанном выше устройстве, надежность эксплуатации затвора задвижки недостаточна в условиях воздействия высокого давления и температуры транспортируемой жидкой или газообразной среды.
Для обеспечения надежности задвижки при большом давлении среды в магистрали предложена задвижка по патенту RU 2131548 [3], которая содержит корпус, запорные диски, подпружиненный шток. Шток соединен с клином. Клин связан с запорными дисками посредством тел качения. Крышка соединена с корпусом крепежными элементами и герметизирована первым кольцом. Первое кольцо зафиксировано разрядным кольцом. Последнее размещено в проточке корпуса. Крышка уплотнена вторым кольцом. Второе кольцо расположено между наружной поверхностью крышки и первым кольцом. На крышке выполнены два прилива. Крепежные элементы связаны по резьбе с упомянутыми приливами и упираются в торцевую поверхность корпуса. Приливы расположены по вертикали на расстоянии, не меньшем толщины любого из упомянутых колец. По второму варианту выполнения задвижки клин соединен со штоком с возможностью перемещения. Пружина, нагружающая шток, выполнена тарельчатой. Изобретение направлено на обеспечение работы задвижки при большом давлении среды в магистрали путем совершенствования конструкции узла герметизации корпуса и механической разгрузки узла привода от больших усилий.
Однако надежность данной задвижки недостаточна в условиях совместного воздействия жидкой или газообразной среды привысоком давлении (более 10 МПа) и температуре (более 100°C), находящейся в полости задвижки над клином.
Известна двойная тарельчатая клиновая задвижка по патенту RU 2050494 [4], в которой корпус имеет перепускной канал и два уплотнительных седла. Между седлами расположены тарелка с возможностью перемещения посредством исполнительного штока и связанная с ней трубная перемычка, состоящая из соединенных компенсатором двух уплотнительных колец. Кольца установлены с возможностью упругого смещения к седлам в открытом положении задвижки. Компенсатор выполнен в виде гофрированной трубной секции с периферийной выемкой. В гофрированной секции аксиально установлена внутренняя трубная секция, жестко соединенная с одним кольцом и установленная с возможностью осевого перемещения относительно другого кольца. Давление в полости корпуса над тарелкой выше давления в перепускном канале при открытом положении задвижки.
Однако эксплуатационная надежность данной задвижки недостаточна, поскольку задвижка содержит функционально важные узлы, расположенные с внешней стороны корпуса задвижки. Такое расположение узлов может послужить причиной их повреждения при монтаже, ремонте или эксплуатации. Кроме того, недостатками известной конструкции является сложность технического решения. Поскольку давление в полости корпуса над тарелкой выше давления в перепускном канале при открытом положении задвижки, то создаются неблагоприятные условия для функционирования герметизирующих и уплотнительных элементов корпуса задвижки.
В предлагаемом устройстве технический результат заключается в повышении надежности функционирования клиновой задвижки путем саморегулирования давления в полости над клиновым затвором, что обеспечивается расположением, размерами и функционированием перепускного канала в условиях воздействия высокого давления и температуры (более 100°C) жидкой или газообразной среды, находящейся в полости клиновой задвижки над клином.
Данный технический результат достигается за счет того, что перепускной канал задвижки размещен в стенке корпуса задвижки, причем перепускной канал соединяет полость корпуса над клином задвижки с внутренней областью на стыке задвижки и трубопровода, а диаметр перепускного канала находится в интервале от 1/20 до 1/1000 от диаметра примыкающего к задвижке трубопровода, но не менее двух наибольших размеров твердых частиц, представляющих собой продукты износа деталей задвижки и примеси, содержащиеся в транспортируемой через задвижку газообразной или жидкой среде.
Техническая реализация предлагаемого решения. Изготовление элементов и сборка клиновой задвижки выполняется с использованием обычно используемых технологий арматуростроения. Клиновая задвижка содержит корпус 1 (фиг. 1 и 2) и снабжена крышкой 2. Крышка 2 соединена с корпусом 1 с помощью болтов 3. Для герметизации использованы уплотнения 4. Внутренняя поверхность корпуса имеет сопряжения с клиновым затвором 5. Конструкция корпуса, как и в известных аналогах, обеспечивает возможность скользящего движения клинового затвора 5 вдоль седловых поверхностей при переводе задвижки из состояния «Открыто» («Закрыто») в состояние «Закрыто»(«Открыто»).
Корпус клиновой задвижки снабжен перепускным каналом 6 (фиг. 1 и 3). Перепускной канал 6 соединяет полость над клином 9 с областью 7 на стыке задвижки с трубопроводом. Канал 6 выполнен в виде отверстия диаметром, например, от трех до пяти миллиметром, но не менее двух наибольших размеров твердых частиц, представляющих собой продукты износа деталей клиновой задвижки и примеси, которые могут находиться в транспортируемой через задвижку газообразной или жидкой среде. Обычно размеры этих частиц составляют примерно один миллиметр.
Перепускной канал 6 может быть получен сверлением. Если диаметр D (фиг. 1) меньше 250 мм, то возможности сверления в ограниченном пространстве 7 существуют, однако реализация этих возможностей ограничена. Для клиновых задвижек, в которых диаметр D превышает 250 мм, образование канала 6 технически возможно и затруднений не вызывает. Именно для таких задвижек, в которых диаметр D превышает 250 мм, объем полости 9 над клином существенно возрастает, что при повышении давления и температуры в данной полости увеличивает опасность разрушения уплотнительных элементов задвижки. Поэтому сброс повышенного давления особенно необходим для клиновых задвижек на трубопроводах относительно большого диаметра.
Маховик, шпиндель и другие детали клиновой задвижки не отличаются от известных аналогов и по этой причине на фиг. 1-3 не показаны, поскольку существенные отличия имеет только техническое решение корпуса задвижки.
Функционирование предлагаемого устройства. Для клиновой задвижки возможны два состояния: «Открыто» и «Закрыто». Промежуточное состояние частичного открытия или частичного закрытия относится к состоянию «Открыто».
Клиновая задвижка предназначена для транспортирования жидкой или газообразной среды в любом из двух возможных направлений, как в направлении от полости 8 к полости 7, так и в направлении от полости 7 к полости 8 (фиг. 1).
Предлагаемое техническое решение обеспечивает следующие функциональные свойства клиновой задвижки.
1) В состоянии «Открыто» давление транспортируемой среды в полости 9 корпуса над клином задвижки не выше давления в перепускном каналеб, поскольку канал сообщается с полостями 7 и 8 (фиг. 1).
2) В состоянии «Открыто» давление транспортируемой среды в полости 9 корпуса над клином задвижки не выше давления в областях 7 и 8 стыков задвижки с трубопроводом.
3) В состоянии «Закрыто» давление среды в полости 9 корпуса над клином 5 задвижки равно давлению в перепускном канале 6 и в полости 7, поскольку канал 6 сообщается с полостью 7.
4) С повышением температуры в полости 9 корпуса над клином 5 задвижки повышается также давление в той же полости. Под воздействием этого избыточного давления содержимое указанной полости по каналу 6 транспортируется в полость 7 на стыке задвижки с трубопроводом. Направление движения содержимого указанной полости обозначено на фиг. 1 наклонной стрелкой.
5) В процессе функционирования предлагаемой задвижки, по причинам, указанным выше, давление в полости 9 корпуса над клином 5 не превышает опасных значений, т.е.создаются благоприятные условия для надежного функционирования герметизирующих и уплотнительных элементов корпуса задвижки.
Если диаметр d канала 6 будет меньше, чем 1/1000 от внутреннего диаметра D (фиг. 1) примыкающего к задвижке трубопровода, то при его диаметре, равном 1200 мм, диаметр канала 6 будет меньше 1,2 мм, что может повлечь засорение и закупорку канала продуктами износа деталей задвижки или примесями в транспортируемых средах. С уменьшением диаметра примыкающего трубопровода эта опасность возрастает
Если диаметр канала 6 будет больше, чем 1/20 от внутреннего диаметра примыкающего к клиновой задвижке трубопровода, то при его диаметре, равном 1200 мм, диаметр канала 6 будет не меньше 60 мм, что превращает канал в окно, делает его нецелесообразным и технически недопустимым по критерию прочности и надежности функционирования задвижки.
Если диаметр канала 6 будет меньше, чем удвоенный наибольший размер твердых частиц, представляющих собой продукты износа деталей задвижки и примеси, которые могут содержаться в транспортируемой через задвижку среде, то возможно заклинивание двух или более частиц в канале 6. Как следствие, уменьшится надежность функционирования клиновой задвижки. Поэтому диаметр канала должен быть не меньше, чем удвоенный наибольший размер указанных выше частиц.
Библиография
1. Патент RU 2382923, МПК F16K 3/12, F16K 1/42. Узел затвора клиновой задвижки. Дата публикации: 20.07.2009.
2. Патент RU 2307274, МПК F16K 3/12. Затвор клиновой задвижки. Дата публикации: 27.09.2007.2131548
3. Патент RU 2131548, МПК F16K 3/12, F16K 27/12. Задвижка (варианты). Дата публикации: 10.06.1999.
4. Патент RU 2050494, МПК F16K 3/10. Двойная тарельчатая клиновая задвижка. Дата публикации: 20.12.1995.