Задвижка

Изобретение относится к области нефтяного и химического машиностроения и предназначено для использования в качестве запирающего и регулирующего устройства на трубопроводах. Задвижка содержит корпус из двух соединенных между собой полукорпусов. Между полукорпусами с возможностью поворота в своей плоскости размещен дисковый шибер с зубчатым сектором. Последний взаимодействует с приводной шестерней. Полукорпуса соединены между собой бандажом. Бандаж состоит из двух полуколец П-образного сечения. Дисковый шибер имеет не менее двух проходных отверстий разного диаметра. Оси отверстий расположены на одинаковом расстоянии друг от друга, равном 0,85...1,2 диаметра наибольшего проходного отверстия. Зубчатый сектор на дисковом шибере выполнен замкнутым. Изобретение направлено на упрощение конструкции задвижки, снижение металлоемкости, снижение трудоемкости ее сборки и обеспечение регулирования расхода рабочей среды. 2 ил.

 

Изобретение относится к области нефтяного и химического машиностроения и может быть использовано в качестве запирающего и регулирующего устройства на трубопроводах, транспортирующих нефть или техническую воду (рабочую среду) под давлением до 35 МПа, а также для перекрытия каналов устьевой арматуры фонтанных, насосных и нагнетательных скважин.

Добыча нефти происходит в сложных климатических условиях и сопряжена с тяжелым физическим трудом. Основные средства повышения производительности буровых и геолого-разведочных работ - оснащение новой высокоэффективной техникой и обеспечение условий для ее нормальной эксплуатации. При эксплуатации трубопроводной арматуры часто требуется не только перекрывать трубопроводы, работающие под высоким давлением химически активной рабочей среды, но и изменять расход рабочей среды. Поэтому актуальной задачей является разработка таких конструкций задвижек, которые не требуют больших усилий для управления ими и технологичны при эксплуатации.

Известна задвижка [1], выполненная в виде поворотного затвора, содержащая корпус, в котором подвижно размещен дисковый запорный орган в виде шибера, шарнирно соединенный с рычагом, связанным с приводом, содержащим червячный зубчатый механизм, в котором корпус состоит из двух частей, соединенных между собой болтами с шайбами и гайками.

Недостатком такой задвижки является сложность конструкции, корпус имеет нетехнологичные конструктивные элементы, червячная передача сложна в изготовлении, наличие большого количества болтов увеличивает время сборки такой задвижки и ухудшает эстетический вид.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сути является задвижка [2], содержащая корпус, состоящий из двух соединенных между собой болтами с гайками и шайбами полукорпусов, между которыми с возможностью поворота в своей плоскости размещен дисковый шибер с внутренним зубчатым сектором, взаимодействующим с приводной шестерней. Дисковый шибер имеет одно проходное отверстие.

Недостатками такой задвижки являются сложность конструкции, которая обусловлена наличием большого количества соединяющих полукорпуса болтов, внутренним зацеплением приводной шестерни с зубчатым сектором дискового шибера, что усложняет ее конструкцию, требует больших затрат времени и сил на сборку, а наличие только одного проходного отверстия не обеспечивает регулирования расхода рабочей среды.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является упрощение конструкции задвижки, снижение металлоемкости, снижение трудоемкости ее сборки и обеспечение регулирования расхода рабочей среды.

Поставленная техническая задача решена за счет того, что в известной задвижке, содержащей корпус, состоящий из двух соединенных между собой полукорпусов, между которыми с возможностью поворота в своей плоскости размещен дисковый шибер с зубчатым сектором, взаимодействующим с приводной шестерней, полукорпуса соединены между собой бандажом, состоящим из двух полуколец П-образного сечения, дисковый шибер имеет не менее двух проходных отверстий разного диаметра, оси которых расположены на одинаковом расстоянии друг от друга, равном 0.85...1.2 диаметра наибольшего проходного отверстия, причем зубчатый сектор на дисковом шибере выполнен замкнутым.

При оценке соответствия комплекса новых признаков задвижки критерию существенные отличия по доступным авторам и заявителю информационным источникам в известных технических решениях признаков, сходных с заявляемыми, обнаружить не удалось.

На фиг.1 приведена конструктивная схема задвижки, в том положении, когда шибер находится в положении “открыто”, на фиг.2 - схема дискового шибера.

Задвижка состоит из корпуса, образованного двумя полукорпусами 1 и 2, между которыми жестко закреплено распорное кольцо 10. Каждая из частей корпуса имеет сквозные каналы и конструктивные элементы, например фланцы, для монтажа задвижки в трубопроводе. Обе части полукорпуса 1 и 2 жестко соединены между собой бандажом, состоящим из двух полуколец 8 и 9 П-образного сечения. Полукольца 8 и 9 нагреваются до температуры 250-300°С и устанавливаются на полукорпуса 1 и 2, зажатые в приспособлении. При остывании бандажа до комнатной температуры образуется необходимый натяг для жесткого соединения обеих частей корпуса. Таким образом, предлагаемая задвижка имеет упрощенную конструкцию за счет того, что вместо используемого обычно болтового соединения (от восьми до двадцати болтов) ее основные детали - две части корпуса и шибер соединены одним бандажом. Одновременно со снижением трудоемкости сборки существенно улучшилось эстетическое оформление - корпус и бандаж образуют одну цилиндрическую форму без выступающих частей. Во внутренней полости распорного кольца 10 эксцентрично корпусу с возможностью поворота в своей плоскости в вокруг своей оси 3, жестко закрепленной в каждой из частей 1 и 2 корпуса размещен дисковый шибер 5, условно разделенный на n секторов. В опытном образце n=6. Дисковый шибер 5 имеет (n-1) проходных отверстий, размещенных на одной окружности диаметром D, с проходными отверстиями от d₁ до d_max для прохода рабочей среды. В опытном образце это d₁=18 мм, d₂=23 мм, d₃=28 мм, d₄=33 мм, d₅=d_max=37 мм. Один сектор на шибере не имеет отверстия, что соответствует положению “закрыто”, что позволяет полностью перекрывать движение потока рабочей среды. Оси проходных отверстий на дисковом шибере 5 расположены на одинаковом расстоянии L друг от друга, что позволяет в процессе работы менять положение дискового шибера, устанавливая необходимые проходные отверстия от d₁ до d_max, не останавливая полностью движение потока рабочей среды, что в свою очередь предохраняет технологическое оборудование от гидравлических ударов. Межосевое расстояние проходных отверстий принимается равным L=kd_max, где k - поправочный коэффициент (0,85...1,2); d_max - диаметр наибольшего проходного отверстия. Данная зависимость обусловлена технологической необходимостью. Для обеспечения плавного регулирования потока рабочей среды межосевое расстояние принимается с коэффициентом, близким к 0.85, а для обеспечения точного ступенчатого регулирования межосевое расстояние принимается с коэффициентом, близким к 1.2. В опытном образце L=d_max=37 мм. Зубчатый сектор 4 на дисковом шибере 5 выполнен по всему наружному диаметру D_ш с наружным зацеплением, взаимодействующий с приводной шестерней 6, которая установлена в подшипниках скольжения 7, при помощи которой приводится в движение дисковый шибер 5 для смены проходного отверстия или перекрытия потока. Дисковый шибер 5 центрируется в корпусе волнообразными пружинами 11. Количество волн пружин определяется расчетом в зависимости от давления рабочей среды и диаметра отверстия в задвижке.

Задвижка работает следующим образом. При вращении приводной шестерни 6 с помощью ключа (на фиг.1, 2 не показан) происходит поворот дискового шибера 5 на оси 3 открывая, закрывая или меняя проходное сечение задвижки в пределах ее возможностей. Угол поворота приводной шестерни 6 зависит от геометрических размеров основных деталей задвижки - дискового шибера 5 и приводной шестерни 6. В опытных образцах задвижек с максимальным диаметром условного прохода, равным 37 мм, при повороте приводной шестерни на 390 градусов дисковый шибер 5 поворачивается на оси 3 на угол, равный α=360/n, где n - количество рабочих секторов шибера. В опытном образце α=60°. Для обеспечения надежной работы задвижки смазка в зазоры между шибером и корпусом, а также в зону зубчатого зацепления подается при сборке задвижки через пресс-масленку и специальные каналы, выполненные в приводной шестерне и шибере, которые на фиг.1, 2 не показаны. Волнообразные пружины 11 обеспечивают центрирование шибера 5 в корпусе задвижки и компенсируют силы, действующие на шибер 5 в закрытом положении, от давления рабочей среды лучше, чем обычно используемые в аналогах тарельчатые пружины.

Широкая функциональная возможность задвижки обусловлена возможностью регулирования расхода рабочей среды, подтверждена ее испытаниями в реальных производственных условиях в нефтедобывающей промышленности. Время, необходимое для изменения состояния задвижки из одного положения в другое, составляет от 15 до 30 секунд, при этом поток полностью не перекрывается, что исключает гидравлические удары и обеспечивает долговечность задвижки и технологического оборудования. Упростив конструкцию, удалось снизить вес задвижки на 25%. Наработка на отказ составила более 1800 циклов, что обеспечивает ее полный срок службы не менее 10 лет. Практикой подтверждено, что средний срок службы задвижки до капитального ремонта не менее 5 лет.

Источники информации

1. А.с. №1390468, СССР, МПК F 16 К 31/53. Поворотный затвор / Г.М.Папцов и др.(СССР). Опубл. в БИ № 15, 1988 г.

2. Свидетельство на полезную модель №12713, МПК F 16 K 3/06. 2000 г. Задвижка / Ю.Н.Парамонов и др.

Задвижка, содержащая корпус, состоящий из двух соединенных между собой полукорпусов, между которыми с возможностью поворота в своей плоскости размещен дисковый шибер с зубчатым сектором, взаимодействующим с приводной шестерней, отличающаяся тем, что полукорпуса соединены между собой бандажом, состоящим из двух полуколец П-образного сечения, дисковый шибер имеет не менее двух проходных отверстий разного диаметра, оси которых расположены на одинаковом расстоянии друг от друга, равном 0.85...1.2 диаметра наибольшего проходного отверстия, причем зубчатый сектор на дисковом шибере выполнен замкнутым.