Шиберная задвижка

Изобретение относится к области арматуростроения, а именно к трубопроводной запорной арматуре, и предназначено в качестве запорного органа для использования в трубопроводных системах поддержания пластового давления при добыче нефти. Шиберная задвижка содержит корпус с проходными каналами, шибер с проходным отверстием. Подвижные втулочные седла размещены в гнездах корпуса и поджаты к шиберу пружинами. Уплотнительные элементы установлены между шибером и втулочными седлами. Задвижка также имеет шпиндель с сальниковой набивкой, крышку и маховик. Уплотнительные элементы выполнены в виде самоуплотняющихся манжет с П-образной формой сечения. Эти манжеты обращены открытой стороной к центру и установлены в кольцевых расточках. Последние выполнены на противоположных сторонах уплотняемых поверхностей шибера. Прилегающая к седлу стенка каждой манжеты выполнена с большим углом наклона к оси расточки, чем противолежащая ей стенка. Каждая манжета снабжена тонкостенным кольцом, размещенным в ее кольцевом пространстве. Подвижные седла снабжены щеками. Эти щеки жестко соединены с седлами и вытянуты в диаметральном направлении. Со стороны крышки длина их не менее длины хода шпинделя. С противоположной стороны длина равна сумме величин хода шпинделя и половине диаметра проходного канала корпуса плюс 2-3 мм. Изобретение направлено на обеспечение высокой эксплуатационной надежности и низких эксплуатационных расходов задвижки. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области арматуростроения, а именно к трубопроводной запорной арматуре, и предназначено для трубопроводных систем поддержания пластового давления при добыче нефти и может также применяться в других отраслях народного хозяйства.

Известна шиберная задвижка, состоящая из корпуса с проходными отверстиями, седел, шибера, уплотнительных колец, шпинделя, крышки, подшипника и маховика-ручки. (Полезная модель №23479, МКИ 7 F 16 K 3/02, 2002.)

Недостатки устройства:

- неудовлетворительная эксплуатационная надежность, обусловленная сравнительно частым нарушением уплотнительных поверхностей седел и шибера из-за агрессивности перекачиваемой среды (пластовая вода) и наличия в ней твердых механических примесей;

- значительные эксплуатационные расходы, связанные с частыми заменами задвижек и трудоемкостью их ремонта.

Известна также шиберная задвижка, состоящая из корпуса с проходными отверстиями, шибера с проходным отверстием и уплотнительньтм участком, подвижных втулочных седел с уплотнительными кольцами на наружных поверхностях, шпинделя с сальниковой набивкой, крышки, подшипника качения и маховика-ручки. (Паспорт ЗШ.00.000ПС на задвижку 3Ш-65×35 производства ГУЛ “Зеленодольский завод им. А.М.Горького”, 1996 г., г.Зеленодольск, Татарстан).

Недостатки устройства:

- сравнительно быстрое нарушение герметичности уплотняемых поверхностей седел и шибера, обусловленное их эрозией, вызываемой наличием в перекачиваемой среде твердых механических частиц и агрессивности перекачиваемой среды по отношению к этим поверхностям;

- значительные эксплуатационные расходы, связанные с частыми выходами из строя задвижек.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является шиберная задвижка, состоящая из корпуса с проходными каналами, шибера с проходным отверстием, подвижных втулочных седел, размещенных в гнездах корпуса, уплотнителънътх элементов, установленных между шибером и втулочными седлами, пружин, шпинделя с сальниковой набивкой, крышки и маховика (А.С. №1495554, МКИ 4 F 16 К 3/02, 3/30, 1989).

Основными недостатками устройства являются:

- неудовлетворительная эксплуатационная надежность, обусловленная тем, что участок упругого уплотнителя 12, примыкающий к шиберу 4, изгибается под действием давления жидкости в канале 2 в сторону кольцевой полости 14. В результате снижается удельное давление на шибер 4, что приводит к просачиванию перекачиваемой жидкости из канала 2 в кольцевую полость 14 и оттуда в отверстие 5. Интенсивность просачивания жидкости возрастает по мере износа уплотняемых поверхностей наружной втулки 8 и шибера 4;

- значительные эксплуатационные расходы, связанные с малым сроком службы задвижек, приводящим к частым их заменам.

Задачей изобретения является создание шиберной задвижки, обладающей высокой эксплуатационной надежностью и низкими эксплуатационными расходами.

Указанная задача решается предлагаемой задвижкой, включающей корпус с проходными каналами, шибер с проходным отверстием, подвижные втулочные седла, размещенные в гнездах корпуса, уплотнительные элементы, установленные между шибером и втулочными седлами, пружины, шпиндель с сальниковой набивкой, крышку и маховик.

Новым является то, что в качестве уплотнительных элементов использованы самоуплотняющиеся манжеты с П-образной формой сечения, обращенные открытой стороной к центру и установленные в кольцевых расточках, выполненных на противоположных сторонах уплотняемых поверхностей шибера, причем прилегающая к седлу стенка каждой манжеты выполнена с большим углом наклона к оси расточки, чем противолежащая ей стенка, при этом каждая манжета снабжена тонкостенным кольцом, размещенным в ее кольцевом пространстве, кроме этого подвижные седла снабжены щеками, жестко соединенными с ними и вытянутыми в диаметральном направлении, причем со стороны крышки длина их не менее длины хода шпинделя, а с противоположной - она равна мм, где h - ход шпинделя, d - диаметр проходного канала корпуса.

Новым также является то, что концы щек с внутренней стороны, обращенные к маховику, скошены.

На фиг.1 изображен общий вид предлагаемой шиберной задвижки в продольном сечении.

На фиг.2 - общий вид задвижки в поперечном сечении.

На фиг.3 - вид I фиг.1 в увеличенном масштабе.

На фиг.4 - вид II фиг.1 в увеличенном масштабе.

Шиберная задвижка (фиг.1) состоит из корпуса 1 с проходными каналами 2 и 3, шибера 4 с проходным отверстием 5, подвижных втулочных седел 6 и 7, щек 8 и 9, жестко соединенных с седлами. Щеки вытянуты в диаметральном направлении, причем со стороны верхней части длина их не менее длины хода шпинделя 10, а с противоположной - она равна мм, где h - ход шпинделя, d - диаметр проходного канала корпуса.

Уплотняемые поверхности шибера с противоположных сторон снабжены кольцевыми расточками 11 и 12 (фиг.3), в которых установлены уплотнительные элементы в виде самоуплотняющихся манжет 13 и 14 с П-образной формой сечения, обращенные открытой стороной к центру, причем у каждой манжеты прилегающая к седлу стенка выполнена с большим углом наклона к оси расточки, чем противолежащая ей стенка.

Последнее обеспечивает надежное уплотнение при наличии небольшого зазора между шибером и щеками. Манжеты снабжены тонкостенными кольцами 15.

Втулочные седла 6 и 7 поджимаются к шиберу тарельчатыми пружинами 16 (фиг.4). Задвижка содержит также крышку 17, уплотнительные кольца 18, стойки 19 и маховик 20.

Работает задвижка следующим образом. В положении, когда отверстие 5 шибера 4 располагается соосно с осями проходных отверстий 2 и 3, шиберная задвижка полностью открыта. В этом случае полости “А” и “Б” разобщены от полости “В” уплотняемыми поверхностями седел 6 и 7 и шибера 4. При этом надежность разобщения зависит от состояния их уплотняемых поверхностей.

При подаче шибера 4 вниз активное проходное сечение отверстия 5, находящегося в створе проходных отверстий 2 и 3, уменьшается. Когда нижние части манжет 13 и 14 начинают входить в зону проходных отверстий 2 и 3, давлением жидкости стенки манжет 13 и 14 отгибаются от уплотняемых поверхностей седел 6 и 7 в продольном направлении. При этом деформацию манжет в поперечном направлении предотвращают кольца 15. В результате полости “А” и “Б” сообщаются с полостью “В”. Когда верхний край отверстия 5 подходит к осям проходных отверстий 2 и 3, верхние края манжет 13 и 14 начинают наезжать на скошенные участки щек 8 и 9. В этот момент полости “А” и “Б” с одной стороны и “В” с другой все еще сообщены, и нет между ними перепада давления, который нарушил бы форму манжет 13 и 14. Дальнейшее перемещение шибера 4 сопровождается соблюдением этого условия до тех пор, пока верхний край отверстия 5 шибера 4 не совпадет с нижним краем отверстий 2 и 3 седел 6 и 7. С этого момента начинается разобщение полостей “А” и “Б” от полости “В”. Дальнейшее перемещение шибера 4 приводит к тому, что манжеты 13 и 14 наезжают на уплотняемые поверхности седел 6 и 7, причем вначале прилегающие к уплотняемым поверхностям 6 и 7 стенки манжет 13 и 14 находятся в уравновешенном (разгруженном) состоянии. Это происходит из-за равенства давлений по обе стороны стенок манжеты. Когда шибер 4 займет нижнее крайнее положение, полость “А” надежно разобщена от полостей “Б” и “В”. С момента осуществления герметизации полостей под действием давления жидкости на площадь, охватываемую уплотнением 18, шибер 4 и седла 6 и 7 смещаются в направлении транспортирования перекачиваемой жидкости на величину “а” (фиг 4), равную приблизительно до 1 мм. При этом тарельчатая пружина 16, расположенная со стороны седла 6, разгружена, а со стороны 7 - нагружена.

Открытие задвижки осуществляется в обратной последовательности.

Предлагаемая задвижка позволяет:

- резко повысить эксплуатационную надежность благодаря достижению надежной герметизации полостей даже при значительных геометрических нарушениях уплотняемых поверхностей седел и шибера;

- снизить эксплуатационные расходы благодаря увеличению межремонтного периода и улучшению условий труда операторов.

1. Шиберная задвижка, содержащая корпус с проходными каналами, шибер с проходным отверстием, подвижные втулочные седла, размещенные в гнездах корпуса, уплотнительные элементы, установленные между шибером и втулочными седлами, пружины, шпиндель с сальниковой набивкой, крышку и маховик, отличающаяся тем, что уплотнительные элементы выполнены в виде самоуплотняющихся манжет с П-образной формой сечения, обращенных открытой стороной к центру и установленных в кольцевых расточках, выполненных на противоположных сторонах уплотняемых поверхностей шибера, причем прилегающая к седлу стенка каждой манжеты выполнена с большим углом наклона к оси расточки, чем противолежащая ей стенка, при этом каждая манжета снабжена тонкостенным кольцом, размещенным в ее кольцевом пространстве, кроме этого, подвижные седла снабжены щеками, жестко соединенными с ними и вытянутыми в диаметральном направлении, причем со стороны крышки длина их не менее длины хода шпинделя, а с противоположной она равна

где h - ход шпинделя;

d - диаметр проходного канала корпуса.

2. Шиберная задвижка по п.1, отличающаяся тем, что концы щек с внутренней стороны, обращенные к маховику, скошены.