Задвижка

Изобретение относится к области арматуростроения и может быть использовано для регулирования и перекрытия рабочей среды с твердыми включениями, которая транспортируется по трубопроводам технологических систем, в газовой, нефтяной, химической и угольной отраслях промышленности. Задвижка включает приводной механизм с рукояткой, корпус с наружными фланцами, снабженными входными отверстиями, и с внутренними фланцами, в глухих отверстиях которых установлена центральная ось, шибер, вращающийся на центральной оси и снабженный каналом, несоосным центральной оси, уплотнения, запорные диски, седла, кольцо. Входные отверстия наружных фланцев соединены тремя эксцентричными каналами, входные отверстия в которые равномерно распределены по торцам входных отверстий наружных фланцев вокруг продольной оси корпуса. Центральная ось для вращения шибера снабжена продольным пазом, в котором по всей его длине выполнены продольные канавки разной глубины и ширины. Шибер выполнен в виде единого узла и состоит из обода с зубчатым венцом и радиальными отверстиями; зафиксированных от поворота и симметрично расположенных с обеих сторон обода втулок с разнонаправленной внутренней силовой резьбой; ввернутых во втулки и обращенных друг к другу поверхностями торцов запорных дисков с совпадающими шпоночными пазами и с выполненными в каждом из шпоночных пазов совпадающими радиальными ступенчатыми канавками, образующими в сборе отверстия для фиксаторов. Запорные диски обеспечены разнонаправленной наружной силовой резьбой, параметры которой отвечают параметрам внутренней резьбы втулок. Узел шибера в сборе имеет сквозное отверстие, соосное центральной оси, и каналы, несоосные центральной оси, которые соединяют эксцентричные каналы, входные отверстия в которые распространяются от торцов входных отверстий наружных фланцев до входных отверстий внутренних фланцев. Под седла установлены упругие элементы, а между внутренними фланцами и шибером размещены прокладки из упругого материала. Приводное устройство состоит, например, из червяка, размещенного на валу. Предложенное изобретение обеспечивает незначительный момент на рукоятке при переходе из положения "открыто" в положение "закрыто", создавая достаточное удельное давление на уплотнительные поверхности седел в положении задвижки "закрыто" независимо от их сноса в течение всего срока службы. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к области арматуростроения и может быть использовано для регулирования и перекрытия рабочей среды с содержанием твердых включений, транспортируемой по трубопроводам технологических систем, в газовой, нефтяной, химической и угольной отраслях промышленности.

Известна задвижка ЗМС 1 65×35 (Устьевое оборудование нефтяных и газовых скважин. М.: Недра, 1978, С.150), включающая корпус, шток, подпружиненные седла, шибер, крышку. Недостатком такой конструкции являются значительные габариты, сложность в изготовлении, в частности корпуса, и неудобства в обслуживании, проявляющиеся, например, в невозможности закрыть задвижку при отложении твердых включений или при замерзании воды в нижней части корпуса.

Известна конструкция задвижки, предназначенной для регулирования движения потоков среды в различных технологических системах ТЭЦ, ТЭС, ГРЕС (RU 2160860 С1, 25.04.2000), включающая корпус, шток, входной и выходной патрубки с фланцами, подвижный и неподвижный запорные диски, установленные на общей оси, привод в виде реечной передачи. Такая конструкция не обеспечивает самоторможения привода и уравновешенности воздействия давления рабочей среды на шток, который, стремясь занять верхнее положение, самопроизвольно закрывает задвижку. Кроме того, по мере износа запорных дисков появляется осевой люфт, теряется герметичность и снижается надежность задвижки.

Известна также конструкция задвижки (RU 2206006 С2, 25.07.2001), содержащая корпус с каналом, входной и выходной патрубки с фланцами, подвижный и неподвижный запорные диски, уплотнительные кольца, седла, привод в виде червячной передачи. Недостатком такой конструкции является повышенный износ уплотнительных колец, требуемые контактные давления между которыми обеспечиваются натягом при установке подвижных и неподвижных дисков. По мере износа седел теряется герметичность, а значит, и надежность задвижки.

Наиболее близкой к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является конструкция задвижки для трубопровода (RU 2219403 С1, 30.10.2002), включающая оснащенное рукояткой приводное устройство, корпус, снабженный наружными фланцами с входными отверстиями и внутренними фланцами, в глухих отверстиях которых установлена центральная ось; шибер, вращающийся на центральной оси, уплотнения, седла, указатель положения "открыто" и "закрыто", кольцо толщиной больше ширины шибера, причем шибер имеет канал, несоосный центральной оси.

Недостатком данной конструкции является низкое передаточное отношение зубчатой передачи, невозможность без переустановки рукоятки выполнить полный оборот. Герметичность относительно окружающей среды осуществляется уплотнением в подвижном соединении. По мере износа уплотнения возникают утечки транспортируемого продукта, что в том числе неблагоприятно воздействует на окружающую среду. Кроме того, герметичность в седлах достигается натягом при сборке элементов уплотнения, что первоначально затрудняет вращение шибера, а по мере износа приводит к люфту между седлом и сопрягаемыми элементами, к появлению протечек как по наружному диаметру седла, так и по периферии уплотнения.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание задвижки, конструкция которой должна обладать достоинствами аналогов и прототипа, например сохранять работоспособность в случае засорения полостей твердыми включениями или при замерзании воды, но при этом должна быть лишена их недостатков. Конструктивные признаки задвижки должны обеспечивать незначительный момент на рукоятке при переходе из положения "открыто" в положение "закрыто", создавая при этом достаточные удельные давления на уплотнительные поверхности седел в положении задвижки "закрыто" независимо от их износа на протяжении всего срока эксплуатации изделия.

Указанная техническая задача решается за счет создания задвижки, которая, как и прототип, включает снабженный рукояткой приводной механизм, корпус с наружными фланцами, имеющими входные отверстия, и с внутренними фланцами, в глухих отверстиях которых установлена центральная ось, вращающийся на центральной оси шибер, уплотнения, запорные диски, седла, кольцо толщиной больше ширины шибера, при этом шибер имеет канал, несоосный центральной оси, но в которой, в отличие от известных конструкций:

- входные отверстия наружных фланцев сообщаются, например, с тремя эксцентричными каналами, входные отверстия в которые равномерно распределены по торцам входных отверстий наружных фланцев вокруг продольной оси корпуса, и которые распространяются от торцов входных отверстий наружных фланцев до выходных отверстий внутренних фланцев; при этом суммарная площадь сечений эксцентричных каналов равна площади сечений входных отверстий наружных фланцев, а глухие отверстия во внутренних фланцах снабжены, например, шлицами; такое решение обеспечивает снижение габаритов изделия при сохранении надежности и работоспособности;

- центральная ось для вращения шибера снабжена, по меньшей мере, одним продольным пазом, в котором по всей его длине выполнены, как минимум, две продольные канавки различной глубины и ширины, определяющие различное положение фиксаторов в положениях шибера "открыто" и "закрыто", а также шлицами, в сборе совпадающими с упомянутыми выше шлицами в глухих отверстиях внутренних фланцев, при этом продольные пазы расположены по наружной поверхности центральной оси для вращения шибера таким образом, что выполненные в пазах канавки распределяются по поверхности оси, чередуясь по глубине, кроме того, разность между глубинами канавок в пазах равна величине хода фиксаторов, ширина канавки большей глубины равна ширине шпонки, а ширина канавки меньшей глубины определяет угол поворота шибера; такое решение позволяет ограничить поворот шибера положениями "открыто" и "закрыто", причем только в положении "закрыто" возможно срабатывание фиксаторов, в результате чего упрощается обслуживание задвижки за счет автоматического (без контроля оператора) изменения удельных давлений на уплотнительные поверхности седел: от малых - при переходе из положения "открыто" в положение "закрыто", до больших - в положении "закрыто";

- шибер выполнен в виде единого узла, состоящего из обода с зубчатым венцом и радиальными отверстиями для фиксаторов, зафиксированных от поворота и симметрично расположенных с обеих сторон обода втулок с разнонаправленной внутренней силовой резьбой, ввернутых во втулки и обращенных друг к другу торцовыми поверхностями запорных дисков, например, с тремя совпадающими в сборе шпоночными пазами и с выполненными в каждом из шпоночных пазов совпадающими в сборе радиальными ступенчатыми канавками, образующими в сборе отверстия для фиксаторов, причем запорные диски снабжены разнонаправленной наружной силовой резьбой, параметры которой соответствуют параметрам внутренней резьбы втулок, при этом узел шибера в сборе имеет сквозное отверстие, соосное центральной оси, и каналы, несоосные центральной оси, которые соединяют эксцентричные каналы, входные отверстия в которые распространяются от торцов входных отверстий наружных фланцев до выходных отверстий внутренних фланцев; кроме того, отверстие, соосное центральной оси, снабжено шпоночными пазами, а между запорными дисками установлены втулки из упругого материала, например резины; такое решение позволяет решить задачу снижения крутящего момента на рукоятке при регулировании перехода из положения "открыто" в положение "закрыто" и создания больших удельных давлений на уплотнительные поверхности седел в положении "закрыто" независимо от их износа на протяжении всего срока эксплуатации задвижки; кроме того, такое решение позволяет за счет самоторможения в силовой резьбе в положении задвижки "закрыто" поддерживать большие удельные давления на уплотнительные поверхности седел в течение длительного промежутка времени, повышая тем самым надежность задвижки; кроме того, наличие втулок из упругого материала между запорными дисками позволяет исключить засорение полостей задвижки твердыми включениями, содержащимися в рабочей среде как при переходе из положения "открыто" в положение "закрыто", так и в положении "закрыто", что также благоприятно влияет на повышение надежности и увеличение срока эксплуатации задвижки;

- под седла установлены упругие элементы, например резиновые кольца или тарельчатые пружины, а между внутренними фланцами и шибером размещены прокладки из упругого материала, например резины, полиуретана или фторопласта; аналогично изложенному выше такое решение также способствует исключению засорения полостей задвижки твердыми включениями, содержащимися в рабочей среде при переходе из положения "открыто" в положение "закрыто", и обеспечивает дополнительно к уплотнительным поверхностям седел герметизацию в зоне прокладок из упругого материала в положении "закрыто", повышая надежность задвижки и увеличивая срок ее эксплуатации;

- приводное устройство состоит, например, из червяка, размещенного на валу, установленном в отверстии, выполненном в кольце, с обеих сторон которого зафиксированы симметричные крышки, при этом на обоих концах вал червяка снабжен шейками под подшипники, установленные в крышках в уплотнениях одинакового диаметра для уравновешивания сил давления внутри корпуса, причем рукоятка и шестерня указателя положения "открыто" и "закрыто" связаны с концом вала червяка, при этом приводное устройство снабжено фиксаторами, например тремя, каждый из которых состоит из толкателя, пружины, шарика и шпонки, причем толкатель перемещается в отверстиях, образованных в сборе совпадающими радиальными ступенчатыми канавками, выполненными в обращенных друг к другу торцовых поверхностях запорных дисков; использование червячной передачи является предпочтительным, поскольку обеспечивает снижение крутящего момента на рукоятке при сниженных габаритах, благодаря исключению осевых сил давления на подшипники и расположению фиксаторов между торцовыми поверхностями запорных дисков.

Перечисленные существенные признаки, отличающие предлагаемое техническое решение от аналогов и прототипа, являются новыми, необходимыми и достаточными для получения технического результата, на достижение которого направлено настоящее изобретение.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 показано продольное сечение задвижки в положении "открыто".

На фиг.2 показано седло с упругим элементом.

На фиг.3 показан поперечный разрез оси для вращения шибера.

На фиг.4 дан поперечный разрез задвижки в положении "открыто".

На фиг.5 дано схематическое изображение указателя положения задвижки "открыто" и "закрыто".

На фиг.6 дан поперечный разрез задвижки в положении "закрыто".

Задвижка (фиг.1) содержит штампованный или литой корпус 1 с наружными 2 и внутренними 3 фланцами, со штампованным или литым кольцом 4, установленным между внутренними фланцами 3 и присоединенным к ним с помощью шпилек 5 и гаек 6. Кольцо 4 имеет толщину больше толщины шибера в сборе. Задвижка включает также прокладки 7 из упругого материала, например резины, фторопласта или полиуретана, ось 8 для вращения шибера, сменные седла 9 (фиг.2) с упругими элементами 10 в виде резиновых колец или тарельчатых пружин. В наружных фланцах 2 корпуса 1 (фиг.1) входные отверстия 11 сообщаются с тремя эксцентричными каналами 12, входные отверстия в которые равномерно распределены по торцам входных отверстий 11 наружных фланцев вокруг продольной оси корпуса 1 и распространяются от торцов входных отверстий 11 наружных фланцев 2 до выходных отверстий внутренних фланцев 3. Суммарная площадь сечений эксцентричных каналов 12 равна площади входных отверстий 11 наружных фланцев 2. Шибер выполнен в виде единого узла, состоящего из обода 13 с радиальными отверстиями 14 для фиксаторов, бронзовых втулок 15, 16 с разнонаправленной внутренней силовой резьбой, симметрично расположенных и зафиксированных от поворота с обеих сторон обода винтами 17, ввернутых во втулки 15, 16 запорных дисков 18, 19 с радиальными ступенчатыми канавками для фиксаторов и разнонаправленной силовой наружной резьбой, параметры которой соответствуют резьбе втулок, причем узел шибера в сборе имеет сквозное отверстие под ось 8, соосное центральной оси, и эксцентричные каналы 20, несоосные центральной оси, которые соединяют эксцентричные каналы 12, распространяющиеся от отверстий в торцах входных отверстий 11 наружных фланцев 2 до выходных отверстий внутренних фланцев 3. Эксцентричные каналы 20, шпоночные пазы 21, выполненные в центральном отверстии под ось, радиальные ступенчатые канавки для фиксаторов совпадают в обоих дисках. Между дисками установлены втулки 22, выполненные из упругого материала, например резины. В кольце 4 (фиг.4) выполнено отверстие под вал червяка 23, снабженный шейками под подшипники 24 и уплотнениями 25 одинакового диаметра для уравновешивания сил, создаваемых давлением внутри корпуса. Подшипники установлены в крышках 26, соединенных с кольцом шпильками 27 и гайками 28. На конце вала червяка установлена на шпонке 29 рукоятка 30 и шестерня указателя 31. Ось 8 (фиг.1) для вращения шибера центруется и фиксируется от поворота, например шлицами, выполненными во внутренних фланцах 3 корпуса 1. На наружной поверхности оси 8 имеются продольные пазы, в которых по всей длине выполнены продольные канавки (фиг.3) меньшей 32 и большей 33 глубины, обеспечивающие различные положения фиксаторов в положении шибера "открыто" и " закрыто". Для соединения обода 13 с дисками 18 и 19 и осью 8 предусмотрены, например, три фиксатора (фиг.4), состоящие из толкателей 34, перемещающихся в радиальных отверстиях, образованных совпадающими ступенчатыми канавками в запорных дисках 18, 19, при этом один конец толкателей поджат пружиной 35 (фиг.4) через шарик 36 к ободу 13, а другой конец ввернут в шпонку 37, входящую в канавки меньшей глубины 32 в положении задвижки "открыто" (фиг.4) и входящую в канавки большей глубины 33 при положении задвижки "закрыто" (фиг.6) и при шариках 36, вышедших из отверстий 14 обода 13. Продольные пазы расположены по наружной поверхности центральной оси 8 для вращения шибера таким образом, что выполненные в пазах канавки 32, 33 распределяются по поверхности оси 8, чередуясь по глубине, причем разность между глубинами канавок 32, 33 в пазах равна величине хода фиксаторов, ширина канавки 33 большей глубины равна ширине шпонки 37, а ширина канавки меньшей глубины 32 определяет угол поворота шибера. Усилие пружин 35 подбирают таким образом, чтобы при повороте шибера шарики 36 фиксаторов самопроизвольно не выходили из отверстий 14 обода 13 под действием сил трения в уплотнениях и под динамическим воздействием потока на запорные диски. Задвижка снабжена указателем положения (фиг.5), состоящим из шестерни 31, входящей в зацепление с зубчатым колесом 38 резьбового валика 39, заведенного в паз на наружной поверхности кольца 4, ползуна 40 со стрелкой.

Задвижка работает следующим образом.

С целью закрытия задвижки рукоятку 30 вращают по часовой стрелке. Через шпонку 29 вращательное движение передается на шестерню 31 указателя "закрыто" и "открыто" и червяк 23. Далее вращательное движение от червяка 23 передается ободу 13. Под действием пружин 35 толкатели 34, перемещающиеся в радиальных отверстиях, образованных в сборе ступенчатыми радиальными канавками, выполненными в торцовых поверхностях запорных дисков 18,19, вводят шарики 36 в отверстия 14 обода 13. Поскольку толкатели 34 ввернуты в шпонки 37, а шпонки 37 установлены в пазах 21, выполненных в обоих дисках 18, 19 и совпадающих в сборе, осуществляется поворот шибера в сборе, включая обод 13 и запорные диски 18, 19, толкателей 34, пружины 35, шариков 36, шпонок 37, резьбовых втулок 15, 16. От шестерни 31 указателя "закрыто" и "открыто" вращательное движение передается зубчатому колесу 38, неподвижно установленному на резьбовом валике 39. При вращении зубчатого колеса 38 приходит в движение ползун 40, заведенный в паз кольца 4 и зафиксированный в нем от поворота. В соответствии с перемещением стрелки ползуна по шкале указателя определяют степень открытия задвижки и выполняют регулирование расхода через задвижку. Рабочая среда, поступая во входное отверстие 11 наружного фланца, распределяется далее по каналам 12 и проходит через каналы 20 в запорных дисках 18 и 19. В открытом положении задвижка негерметична, седла 9 под действием упругих сил упругого элемента 10 прижаты к дискам 18, 19. Для исключения засорения полостей задвижки твердыми включениями, содержащимися в транспортируемой среде, установлены прокладки 7 и втулки 22. При повороте шибера в сборе в положение "закрыто", что соответствует повороту на угол, равный половине угла между эксцентричными каналами 20, шпонки 37 упираются в торцы канавок 32 меньшей глубины в пазах оси 8, в результате чего вращение запорных дисков 18, 19 прекращается. Приложив к рукоятке 30 усилие, большее, чем усилие, необходимое для поворота шибера, преодолевается усилие пружины 35 толкателя 34, в результате чего шарики 36 утопают в радиальных канавках запорных дисков 18, 19 и выходят из отверстий 14 в ободе 13. При этом толкатели 34 вместе со шпонками 37 входят в канавки 33 большей глубины в пазах оси 8. Расфиксированный обод 13 вместе с резьбовыми втулками 15, 16 продолжает вращательное движение, заставляя перемещаться запорные диски 18, 19 в различных направлениях, сжимая упругие элементы 10, прокладки 7, создавая при этом на уплотнительных поверхностях седел 9 требуемые контактные усилия. Задвижка становится герметичной и за счет эффекта самоторможения в резьбовых втулках 15, 16 и червячном приводном устройстве остается в таком состоянии в течение заданного промежутка времени. Открытие задвижки выполняется в обратной последовательности.

1. Задвижка, включающая оснащенное рукояткой приводное устройство, корпус, снабженный наружными фланцами с входными отверстиями и внутренними фланцами, в глухих отверстиях которых установлена центральная ось; шибер, вращающийся на центральной оси, уплотнения, запорные диски, седла, указатель положения "открыто" и "закрыто", кольцо толщиной больше ширины шибера, причем шибер имеет канал, несоосный центральной оси, отличающаяся тем, что входные отверстия наружных фланцев сообщаются, например, с тремя эксцентричными каналами, входные отверстия в которые равномерно распределены по торцам входных отверстий наружных фланцев вокруг продольной оси корпуса, и которые распространяются от торцов входных отверстий наружных фланцев до выходных отверстий внутренних фланцев; центральная ось для вращения шибера снабжена, по меньшей мере, одним продольным пазом, в котором по всей его длине выполнены, как минимум, две продольные канавки различной глубины и ширины; шибер выполнен в виде единого узла, состоящего из обода с зубчатым венцом и радиальными отверстиями; зафиксированных от поворота симметрично расположенных с обеих сторон обода втулок с разнонаправленной внутренней силовой резьбой; причем запорные диски ввернуты во втулки и обращены друг к другу торцовыми поверхностями, снабженными, например, тремя совпадающими в сборе шпоночными пазами и с выполненными в каждом из шпоночных пазов совпадающими в сборе радиальными ступенчатыми канавками, кроме того, запорные диски снабжены разнонаправленной наружной резьбой, параметры которой соответствуют параметрам внутренней резьбы втулок, при этом узел шибера в сборе имеет сквозное отверстие, соосное центральной оси, и каналы, несоосные центральной оси, которые соединяют эксцентричные каналы, входные отверстия в которые распространяются от торцов входных отверстий наружных фланцев до выходных отверстий внутренних фланцев; под седла установлены упругие элементы, например, резиновые кольца или тарельчатые пружины, а между внутренними фланцами и шибером размещены прокладки из упругого материала, например, резины, полиуретана или фторопласта; приводное устройство выполнено, например, червячного типа, установлено в кольце и снабжено фиксаторами, например, тремя, каждый из которых состоит из толкателя, перемещающегося в отверстиях, образованных совпадающими в сборе радиальными ступенчатыми канавками, выполненными в обращенных друг к другу торцовых поверхностях запорных дисков, пружины, шарика и шпонки.

2. Задвижка по п.1, отличающаяся тем, что внутренние фланцы снабжены шлицами.

3. Задвижка по п.1, отличающаяся тем, что суммарная площадь сечений эксцентричных каналов равна суммарной площади сечений входных отверстий наружных фланцев.

4. Задвижка по п.1, отличающаяся тем, что приводное устройство состоит из червяка, размещенного на валу, установленном в отверстии, выполненном в кольце, с обеих сторон кольца зафиксированы симметричные крышки, при этом оба конца вала червяка снабжены шейками под подшипники, установленные в крышках в уплотнениях одинакового диаметра, для уравновешивания сил давления внутри корпуса, причем рукоятка и шестерня указателя положения "открыто" и "закрыто" связаны с концом вала червяка.

5. Задвижка по п.1, отличающаяся тем, что соосное центральной оси сквозное отверстие узла шибера в сборе снабжено пазами под шпонки.

6. Задвижка по п.1, отличающаяся тем, что между дисками шибера установлены втулки из упругого материала, например резины.

7. Задвижка по п.1, отличающаяся тем, что продольные пазы расположены по наружной поверхности центральной оси для вращения шибера таким образом, что выполненные в пазах канавки распределяются по поверхности оси, чередуясь по глубине, причем разность между глубинами канавок в пазах равна величине хода фиксаторов, ширина канавки большей глубины равна ширине шпонки, а ширина канавки меньшей глубины определяет угол поворота шибера.