Задвижка
GATE VALVE

Изобретение  относится к запорной трубопроводной арматуре, в частности, к промышленным задвижкам с шибером, обеспечивающим движение рабочей среды только в одном направлении и может быть использовано при эксплуатации нефтяных и газовых трубопроводов и водоводов,  в устьевом оборудовании для строительства и эксплуатации нефтяных и газовых скважин.
Известна   задвижка (патент RU №  131842, опубл. 27.08.2013), содержащая цельный металлический корпус с осевым каналом, шибер для перекрытия канала со шпиндельным приводом и седла, причем задвижка снабжена приспособлением для фиксации седел в рабочем положении и указателем положения шибера, а корпус задвижки выполнен цельным из сортового проката. Недостатком данной задвижки является ее невысокая надежность в работе, обусловленная тем, что шибер выполнен коротким и при открывании задвижки он поднимается в верхнюю часть корпуса, открывая канал для прохода под давлением жидкости к рабочим стенкам сёдел. Из-за этого происходит коррозия и быстрый выход сёдел из строя. При смене направления жидкости в аварийной ситуации задвижка не обеспечивает моментальное разобщение полости трубопровода.
Известна задвижка (патент RU № 147867, опубл. 20.11.2014), содержащая шибер, выполненный удлиненным и со сквозным отверстием в нижней части, привод для шибера, сёдла и корпус с осевым каналом и стаканом для шибера.  Указанная задвижка служит для сообщения двух полостей трубопровода, соединенного с этой задвижкой, или для разобщения полостей трубопровода. В открытом положении известная задвижка не препятствует движению жидкости при изменении ее направления. Для обеспечения этого условия к корпусу задвижки соединяют трубой или патрубком обратный клапан.
Недостатком данной задвижки является ограниченность ее функциональных возможностей из-за отсутствия в конструкции задвижки узлов, позволяющих регулировать движение рабочей среды при изменении ее направления и оперативно выводить ее на нужный рабочий режим.
Наиболее близким техническим решением является задвижка, содержащая шибер со сквозным отверстием в нижней части, привод для шибера, седла и корпус с осевым каналом и стаканом для шибера, в сквозное отверстие шибера установлено герметично седло для шарика, выполненное в форме цилиндрического кольца с фасками на концах боковой стенки ее отверстия, в сквозное отверстие шибера установлена направляющая втулка для шарика, выполненная из профильной трубы, которая одним торцом упирается на ближний торец седла для шарика, а другим торцом - на шайбу, внутри профильной трубы, с возможностью перемещения вдоль этой трубы, установлен шарик, подпружиненный относительно шайбы пружиной сжатия, и герметично прилегающий своей стенкой к конической стенке ближней фаски цилиндрического кольца седла (патент RU № 181481, опубл. 16.07.2018).
Недостатком данной задвижки является ограниченность ее функциональных возможностей из-за отсутствия в конструкции задвижки узлов, позволяющих регулировать движение рабочей среды при изменении ее направления и оперативно выводить ее на нужный рабочий режим.
Технической задачей изобретения является расширение технических возможностей путем придания задвижке функции обратного клапана, снижения времени регулирования движения рабочей среды при изменении ее направления.
Техническая задача решается задвижкой, содержащей шибер со сквозным отверстием в нижней части, привод для шибера, седла и корпус с осевым каналом и стаканом для шибера, в сквозное отверстие шибера установлено герметично седло для шарика, выполненное в форме цилиндрического кольца с фасками на концах боковой стенки ее отверстия, в сквозное отверстие шибера установлена направляющая втулка для шарика, выполненная из профильной трубы, которая одним торцом упирается на ближний торец седла для шарика, а другим торцом - на шайбу, внутри профильной трубы, с возможностью перемещения вдоль этой трубы, установлен шарик, подпружиненный относительно шайбы пружиной сжатия, и герметично прилегающий своей стенкой к конической стенке ближней фаски цилиндрического кольца седла.
Новым является то, что  с  нижней части стенки шибера рядом с его торцами выполнены по одной резьбовой выборке, при этом седло для шарика установлено над одной резьбовой выборкой, а шайба расположена рядом с другой резьбовой выборкой шибера, причем в свободную резьбовую выборку шибера  завернут болт с наконечником,  взаимодействующим с  наружной стенкой шайбы.
На фиг. 1 изображен общий вид задвижки; на фиг. 2 – вид А фиг. 1; на фиг. 3 – вид с торца на профильную трубу.
Задвижка содержит шибер 1 (фиг. 1), выполненный и со сквозным отверстием 2 в нижней части, привод 3 для шибера, сёдла 4 и корпус с осевым каналом 5 и стаканом 6 для шибера 1.  С нижней части стенки 7 шибера рядом с его торцами 8 выполнены по одной резьбовой выборке 9 и 10 (фиг. 2). При этом в сквозное отверстие 2 шибера над одной резьбовой выборкой 10 установлено герметично седло 11 (фиг. 2) для шарика. Оно выполнено  в форме  цилиндрического кольца с фасками 12 и 13 на концах боковой стенки его отверстия 14. На наружной боковой стенке цилиндрического кольца выполнена кольцевая канавка 15, обеспечивающая крепление и уплотнение элемента обратного клапана. В нее   входит наконечник 16 болта 17, завернутого в резьбовую выборку 10 шибера 1. В сквозное отверстие 2 шибера установлена направляющая втулка для шарика, выполненная из профильной трубы 18 (фиг. 2). Внутренний диаметр трубы обеспечивает свободное прохождение жидкости. Эта труба правым (по фиг. 2) торцом упирается на ближний торец седла 11 для шарика, а другим торцом – на шайбу 19, расположенную рядом с другой резьбовой выборкой 9 шибера. Внутри профильной трубы 18, с возможностью перемещения вдоль этой трубы, установлен шарик 20 (фиг. 1). Шарик подпружинен относительно шайбы 19 пружиной сжатия 21 (фиг. 1) и герметично прилегает своей стенкой к конической стенке ближней фаски 12 цилиндрического кольца седла 11. Второй конец пружины упирается на шайбу 19, расположенную рядом с другой резьбовой выборкой шибера. Герметичность прилегания шарика 20 обеспечивается выполнением необходимой чистоты обработки поверхностей стенок этого шарика и фаски 12. В свободную резьбовую выборку 9 шибера завернут болт 17 с наконечником 22 (фиг. 2), взаимодействующим с наружной стенкой 23 шайбы 19.  Эта шайба служит упором для пружины сжатия 21 и профильной трубы 18.
Предлагаемая конструкция задвижки дает возможность регулировать направление потока рабочей среды, оперативно исключать возможность движения потока при изменении направления движения, исключает аварийную ситуацию.
Работает задвижка следующим образом.  Жидкость движется с правой части (см. фиг. 1) осевого канала 5 корпуса задвижки влево. Под действием давления этой жидкости шарик 20 отходит влево от конической стенки фаски 12 седла 11 для шарика.  При этом пружина сжатия 21 деформируется и сжимается. Жидкость, проходя между стенкой и поверхностью шарика 20 и конической стенкой фаски 12 седла 11, движется по центральной полости Б (на фиг. 3 показана пунктирно) профильной трубы 18 (фиг. 3) влево.  В эту   полость Б жидкость, обтекая стенки шарика 20, поступает через боковые   полости В 24 (фиг. 3) профильной трубы 18. Затем жидкость проходит через отверстие шайбы 19 и через левое седло 4 поступает в левую   полость канала 5 корпуса задвижки. При аварии на объекте, связанном посредством трубопровода с задвижкой, давление жидкости перед свободным торцом шайбы 19 повышается и становится больше давления жидкости, поступающей справа шарика 20.  При этом шарик 20, под действием пружины сжатия 21 и от давления жидкости, двигается по стенкам 25 (фиг. 3) выступающих внутрь частей стенки профильной трубы 18, вправо.  Далее шарик 20 упирается с конической стенкой фаски 12 седла 11 для шарика и садится в проходное сечение отверстия 14 этого седла 11, препятствуя движению жидкости вправо. В этом случае задвижка работает как обратный клапан. Для полного предотвращения движения жидкости как справа, так и слева задвижку закрывают перемещением шибера вниз с помощью привода 3.  В этом случае задвижка работает как запорная арматура.
Предлагаемая задвижка выполняет функцию запорной арматуры и функцию обратного клапана. Задвижка работает на трубопроводе, обеспечивающем движение рабочей среды только в одном направлении с рабочим давлением, обеспечивающем открытие обратного клапана, регулируя изменение толщины стенки  профильной трубы, упорной шайбы. Поэтому в предложенной задвижке расширяются технические возможности. Это позволяет снизить количество соединений в трубопроводе и металлоемкость оборудования трубопровода при простоте конструкции, удобстве в использовании, высоких эксплуатационных качествах.