RU193785U1

RU193785U1 - BELLOWS GATE VALVE

Info

Publication number: RU193785U1
Application number: RU2019129583U
Authority: RU
Inventors: Павел Валерьевич Крылов; Виктор Юрьевич Шарохин; Андрей Анатольевич Семенов; Павел Сергеевич Вакулов; Николай Александрович Маслов; Михаил Юрьевич Юдин; Татьяна Геннадьевна Чистякова; Станислав Анатольевич Молчанов; Олег Николаевич Орешин; Павел Владимирович Скарук; Евгений Петрович Степанов
Original assignee: Акционерное Общество "Инженерный Центр Судостроения"
Priority date: 2019-09-19
Filing date: 2019-09-19
Publication date: 2019-11-14

Abstract

Полезная модель относится к области арматуростроения и предназначена для использования в системах управления движением флюида в фонтанной арматуре, в том числе и при глубоководной добыче для открытия и закрытия продуктовых трубопроводов под высоким давлением. Сильфонная шиберная задвижка, содержащая корпус 1, запорную арматуру, поршневой гидропривод и сильфонное уплотнение 13, при этом поршень гидропривода выполнен двусторонним, а сильфонное уплотнение, соединенное с корпусом 1 арматуры и левой стороной поршня 16, является разделителем сред флюида и сжатой газовой смеси. Левая сторона поршня 16 соединена со штоком 9 запорной арматуры с одной строны, а с другой - с направляющим патрубком 17 механизма аварийного открывания.Конструкция сильфонной задвижки обеспечивает надежную герметизацию и большой (около 1000 циклов) потенциал срабатываний привода. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.The utility model relates to the field of valve engineering and is intended for use in control systems for fluid movement in gushing, including deep-water production for opening and closing product pipelines under high pressure. A bellows gate valve comprising a housing 1, shutoff valves, a hydraulic piston actuator and a bellows seal 13, wherein the hydraulic actuator piston is double-sided, and a bellows seal connected to the valve housing 1 and the left side of the piston 16 is a separator of fluid and compressed gas mixture. The left side of the piston 16 is connected to the stem 9 of the shutoff valve on one side and, on the other, to the guide pipe 17 of the emergency opening mechanism.The design of the bellows valve provides reliable sealing and a large (about 1000 cycles) potential actuator response. 2 n.p. f-ly, 1 ill.

Description

Полезная модель относится к области арматуростроения и предназначена для использования в системах управления движением флюида в фонтанной арматуре, в том числе и при глубоководной добыче для открытия и закрытия продуктовых трубопроводов под высоким давлением.The utility model relates to the field of valve engineering and is intended for use in fluid control systems in fountain valves, including deep-water production for opening and closing high pressure product pipelines.

В практике глубоководной добычи флюида обычно применяется комбинированный тип привода, обеспечивающий управляемое открытие шиберной задвижки гидравлическим приводом, а при снятии управляющего давления или аварийном закрытии шиберной задвижки, срабатывание на закрытие происходит накопленной энергией пружины, которое осуществляется в два этапа: в период предварительного сжатия в процессе сборке механизма привода и добавочное сжатие в период управляемого открывания шиберной задвижки, т.к. в осевом перемещении они движутся совместно. Также при отсутствии управляющего давления приводом открытия шибера можно управлять посредством механического воздействия от телеуправляемого необитаемого подводного аппарата (ТНПА) через механизм преобразования энергии вращения в поступательное, которое и осуществляет открытие задвижки в аварийном ситуации. Известными зарубежными производителями шиберных задвижек для глубоководной добычи флюида являются компании: Pacson Valves, Bel Valves и ATVIn the practice of deep-sea fluid production, a combined drive type is usually used, which provides controlled opening of the slide gate valve by a hydraulic drive, and when the control pressure is removed or the slide gate valve is emergency closed, the closure is triggered by the accumulated spring energy, which takes place in two stages: during the preliminary compression during assembly of the drive mechanism and additional compression during the controlled opening of the slide gate valve, as in axial movement, they move together. Also, in the absence of control pressure, the gate opening actuator can be controlled by mechanical action from a telecontrolled uninhabited underwater vehicle (TNLA) through a mechanism for converting rotational energy into translational, which opens the valve in an emergency. Well-known foreign manufacturers of slide gate valves for deep-sea fluid production are: Pacson Valves, Bel Valves and ATV

В известных конструкциях шиберных задвижек для глубоводной добычи флюида выявлены следующие недостатки:In the known designs of slide gate valves for deep-water fluid production, the following disadvantages are identified:

- срабатывание на закрытие происходит с помощью накопленной энергии сжатой пружины, которая физически занимает большое пространство и ее производство достаточно уникальное и дорогое;- closing is triggered by the accumulated energy of a compressed spring, which physically occupies a large space and its production is quite unique and expensive;

- необходимость установки большого количества различных уплотнений и комбинаций уплотнений, которые значительно усложняют сборку и влияют на надежность работы изделия.- the need to install a large number of different seals and combinations of seals, which greatly complicate the assembly and affect the reliability of the product.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является клапан по SU №310083, кл. F16K 3/02,31/143, опубл.1971, содержащий корпус, запорную арматуру, поршневой гидропривод и сильфонное уплотнение. Однако данный клапан не обеспечивает надежную герметизацию и большой (около 1000 циклов) потенциал срабатываний привода, а также простоту в процессе эксплуатации в системах управления транспортированием жидкостей и газа под высоким давлением (до 34,5 МПа), где нет возможности технического обслуживания оборудования.The closest technical solution to the claimed is a valve according to SU No. 310083, class. F16K 3 / 02.31 / 143, publ. 1971, comprising a housing, shutoff valves, a hydraulic piston actuator and a bellows seal. However, this valve does not provide reliable sealing and a large (about 1000 cycles) actuating potential, as well as simplicity during operation in control systems for transporting liquids and gas under high pressure (up to 34.5 MPa), where there is no possibility of equipment maintenance.

Технической проблемой является устранение отмеченных недостатков. Техническим результатом полезной модели является разработка арматуры, которая уменьшает опасность повреждения и износа уплотнений за счет того, что в конструкции «поршень-цилиндр» применяется специальная система уплотнений, а роль конструкций штоковых уплотнений передается омегообразному сильфонному уплотнению с бронекольцами, который обеспечивает осевое перемещение равным ходу шиберной задвижки при закрытии. Это также обеспечивает раздел сред флюида и газовой смеси привода на закрытие задвижки.A technical problem is the elimination of these shortcomings. The technical result of the utility model is the development of fittings, which reduces the risk of damage and wear of the seals due to the fact that a special sealing system is used in the piston-cylinder design, and the role of the rod seal designs is transferred to the omega-shaped bellows seal with armored rings, which ensures axial movement equal to the stroke gate valve when closing. It also provides a separation of the fluid and gas mixture of the actuator to close the valve.

Проблема решается, а технический результат обеспечивается тем, что сильфонная шиберная задвижка содержит корпус, запорную арматуру, поршневой гидропривод и сильфонное уплотнение, при этом поршень привода выполнен двусторонним. Сильфонное уплотнение соединено с корпусом и левой стороной поршня, являясь разделителем сред флюида и сжатой газовой смеси, при этом левая сторона поршня соединена со штоком запорной арматуры с одной строны, а с другой - с направляющим патрубком механизма аварийного открывания.The problem is solved, and the technical result is ensured by the fact that the bellows gate valve comprises a housing, shutoff valves, a hydraulic piston actuator and a bellows seal, while the actuator piston is double-sided. The bellows seal is connected to the body and the left side of the piston, being a separator of fluid and compressed gas mixture, while the left side of the piston is connected to the valve stem from one side and, on the other, to the guide pipe of the emergency opening mechanism.

Сильфонное уплотнение может быть выполнено в виде омегообразного сильфона с бронекольцами. С внешней стороны сильфона может быть образована замкнутая полость, заполненная сжатой газовой смесью.The bellows seal can be made in the form of an omega-shaped bellows with armored rings. A closed cavity filled with a compressed gas mixture may be formed on the outside of the bellows.

При такой конструкции привода сильфонной задвижки обеспечивается надежная герметизация и большой (около 1000 циклов) потенциал срабатываний привода не требующий технического обслуживания в течении всего срока эксплуатации, а также дешевизна в изготовлении и простота в процессе эксплуатации в системах управления транспортированием жидкостей и газа под высоким давлением (до 34,5 МПа), где нет возможности технического обслуживания оборудования.With this design of the actuator of the bellows valve, reliable sealing and a large (about 1000 cycles) actuating potential of the actuator that does not require maintenance during the entire period of operation, as well as low manufacturing cost and ease of use in high-pressure liquid and gas transportation control systems ( up to 34.5 MPa), where there is no possibility of equipment maintenance.

На чертеже представлена сильфонная шиберная задвижка, где омегообразный сильфон с бронекольцами показан в растянутом виде и в положении задвижки «Закрыто».The drawing shows a bellows slide gate valve, where an omega-shaped bellows with armored rings is shown in a stretched form and in the closed position of the gate valve.

Сильфонная шиберная задвижка состоит из корпуса 1 запорной арматуры с седлами 2 и шибером 5 и приводом шиберной задвижки,The bellows gate valve consists of a valve body 1 with valves 2 and a gate 5 and a gate valve actuator,

который включает в себя сильфонное уплотнение 13 и поршневой гидропривод, состоящий из корпуса привода и поршня, поршень которого выполнен двусторонним. При этом левая сторона поршня соединена с помощью направляющей трубы 15 со штоком 9 запорной арматуры с одной строны, а с другой - с направляющим патрубком 17 механизма аварийного открывания. Несущий кожух 12 опирается на несущие фланец 7 и кольцо 21, соединенных с несущим кожухом 12 в единый корпус привода, который соединен посредством шпилек 6 и гаек 8 с корпусом 1.which includes a bellows seal 13 and a piston hydraulic actuator consisting of a drive housing and a piston, the piston of which is made bilateral. In this case, the left side of the piston is connected via a guide pipe 15 to the rod 9 of the stop valve on one side and, on the other, to the guide pipe 17 of the emergency opening mechanism. The bearing casing 12 is supported by a bearing flange 7 and a ring 21 connected to the bearing casing 12 into a single drive housing, which is connected by means of studs 6 and nuts 8 to the housing 1.

Полость гидропривода 36 формируется между поршнем 16 и неподвижной опорой 23, которая базируется на кольце 21 единого корпуса. Опора 23 является базой для подшипникового узла 30, который обеспечивает ориентацию резьбового винта 20 в осевом направлении. Подшипниковый узел 30 крепится фланцем 32 посредством болтов 31 к неподвижной опоре 23. Фланец 25 и уплотнение на этом же фланце и уплотнение 24 обеспечивают гидроизоляцию полости 36 со стороны резьбового винта 20. Механическое замыкание полости 36 обеспечивают болтовые соединения 33.The cavity of the hydraulic actuator 36 is formed between the piston 16 and the fixed support 23, which is based on the ring 21 of a single housing. The support 23 is the basis for the bearing assembly 30, which provides the orientation of the threaded screw 20 in the axial direction. The bearing assembly 30 is fastened by a flange 32 by means of bolts 31 to a fixed support 23. The flange 25 and the seal on the same flange and seal 24 provide waterproofing of the cavity 36 from the side of the threaded screw 20. Bolt connections 33 provide mechanical closure of the cavity 36.

Для создания замкнутой полости 34 со сжатой газовой смесью и герметизации от давления в продуктовом канале 35 в полость 34 встраивается сильфонное уплотнение 13 в виде омегообразного сильфона с бронекольцами 14. С одной стороны сильфонное уплотнение 13 соединено с левой стороной поршня 16, а с другой стороны - с несущим фланцем 7, который соединен посредством шпилек 6 и гаек 8 с корпусом 1 и будет выполнять роль разделения сред флюида и сжатой газовой смеси.To create a closed cavity 34 with a compressed gas mixture and seal against pressure in the product channel 35, a bellows seal 13 is inserted into the cavity 34 in the form of an omega-shaped bellows with armor rings 14. On the one hand, the bellows seal 13 is connected to the left side of the piston 16, and on the other hand, with a bearing flange 7, which is connected by means of studs 6 and nuts 8 to the housing 1 and will play the role of separating the fluid medium and the compressed gas mixture.

В созданное замкнутое пространство полости 34 закачивается через газовый клапан 10 газовая смесь находится под давлением (до 2-3 МПа). Давление в нем определяется как необходимое давление из технической потребности на закрытие шиберной задвижки и определяется расчетом. Для реализации гидропривода создается замкнутая полость для гидравлической жидкости в полости 36 между поршнем 16 и неподвижной опорой 23, в которую через редуктор 22 по каналу подается управляющее давление гидравлической жидкости.In the created closed space of the cavity 34 is pumped through the gas valve 10, the gas mixture is under pressure (up to 2-3 MPa). The pressure in it is determined as the necessary pressure from the technical need to close the slide gate valve and is determined by calculation. To implement the hydraulic actuator, a closed cavity for hydraulic fluid is created in the cavity 36 between the piston 16 and the stationary support 23, into which the control pressure of the hydraulic fluid is fed through the gearbox 22 through the channel.

Для создания механизма аварийного открывания дистанционно управляемым ТНПА предусмотрена пара «винт-гайка» 20 и 19 соответственно, которая базируется на неподвижной опоре 23, которая опирается на опорный фланец и крепиться болтами 28 к корпусу рамы фонтанной арматуры 27. Также этими болтами крепится корпус интерфейса 26, дистанционно управляемого ТНПА, который содержит патрубок и ориентирующий фланец. Для передачи вращающего движения предусмотрен квадрат 29 на винте 20, который передает вращательное движение через пару «винт-гайка» 20 и 19 соответственно. Так как вращающийся винт 20 остается на своей позиции в осевом направлении, то гайка 19 движется поступательно относительно винта, - вращаться ей не дает скользящая шпонка 18. Движение на открытие задвижки шибера 5, возможно только после воздействия гайки 19 на торец поршня 16. Шпонка 18 обеспечивает опирание гайки на направляющий патрубок 17 механизма аварийного открывания и тем самым поступательное движение гайки 19 относительно винта 20. Шпоночный паз в направляющем патрубке 17 обеспечивает свободное перемещение всей шиберной задвижки при работе в автоматическом режиме. Сильфонная шиберная задвижка работает следующим образом.To create an emergency opening mechanism by remotely controlled TNLA, a screw-nut pair 20 and 19, respectively, is provided, which is based on a fixed support 23, which is supported by a support flange and bolted 28 to the frame body of the fountain armature 27. Also, these bolts are attached to the interface housing 26 , remotely controlled TNPA, which contains a pipe and an orienting flange. To transmit the rotational motion, a square 29 is provided on the screw 20, which transmits the rotational motion through the screw-nut pair 20 and 19, respectively. Since the rotary screw 20 remains at its position in the axial direction, the nut 19 moves forward relative to the screw, the sliding key does not allow it to rotate 18. The movement to open the gate valve 5 is possible only after the nut 19 acts on the piston end 16. The key 18 ensures that the nut is supported on the guide pipe 17 of the emergency opening mechanism and thereby the translational movement of the nut 19 relative to the screw 20. The keyway in the guide pipe 17 provides free movement of the entire gate valve during operation e in automatic mode. The bellows gate valve operates as follows.

В исходном состоянии шибер 5 расположен в крайнем правом положении «закрыто», сильфонное уплотнение 13 находится в растянутом состоянии и направляющий патрубок 17 упирается в неподвижную опору 23. Управляющее давление гидравлической жидкости 36 отсутствует. Продуктовый канал 35 «закрыт».In the initial state, the gate 5 is located in the extreme right position “closed”, the bellows seal 13 is in the extended state and the guide pipe 17 abuts against the stationary support 23. There is no control pressure of the hydraulic fluid 36. Product channel 35 is “closed”.

При работе на открытие шиберной задвижки в полость 36 подается давление гидравлической жидкости через гидравлический клапан - редуктор 22, в результате чего повышается давление и создается рабочее усилие, действующее на поршень 16. Далее усилие передается через направляющую трубу 15, шток 9 к шиберу 5, что в результате приводит к перемещению шиберной задвижки в крайнее левое положение «открыто». Шибер 5 упирается в корпус 1. Параллельно происходит сжатие сильфонного уплотнение 13 и сжатие замкнутой газовой смеси в полости 34. Продуктовый канал 35 «открыт».During operation, the pressure of the hydraulic fluid is supplied to the cavity 36 to open the gate valve through the hydraulic valve - pressure reducer 22, as a result of which the pressure rises and a working force is created acting on the piston 16. Next, the force is transmitted through the guide pipe 15, rod 9 to the gate 5, which as a result, the slide gate valve is moved to the leftmost position “open”. The gate 5 abuts against the housing 1. In parallel, the bellows seal 13 is compressed and the closed gas mixture is compressed in the cavity 34. The food channel 35 is “open”.

Работа на закрытие шиберной задвижки.Work on closing the slide gate valve.

Управляющее давление сбрасывается из полости 36, далее начинает срабатывать сильфонное уплотнение 13, который был сжат на этапе открытия. Под воздействием сжатой газовой смеси в полости 34 создается усилие на поршень 16, которое передается на направляющую трубу 15, шток 9 к шиберу 5, что в результате приводит к закрытию шиберной задвижки - крайнее правое положение «закрыто». Направляющий патрубок 17 упирается в неподвижную опору 23. Избыточная жидкость при ее возникновении может сливаться через клапан-редуктор 22 в систему управления. Продуктовый канал 35 «закрыт».The control pressure is discharged from the cavity 36, then the bellows seal 13, which was compressed at the opening stage, starts to operate. Under the influence of the compressed gas mixture in the cavity 34, a force is created on the piston 16, which is transmitted to the guide tube 15, the rod 9 to the gate 5, which results in the closing of the slide gate valve - the extreme right position is “closed”. The guide pipe 17 abuts against the fixed support 23. Excess fluid, when it occurs, can be drained through the pressure reducer 22 into the control system. Product channel 35 is “closed”.

Работа шиберной задвижки, при аварийной ситуации, когда нет управляющего гидравлического давления, на открытие. В исходном состоянии шибер 5 расположен в крайнем правом положении «закрыто». Сильфонное уплотнение 13 находится в растянутом состоянии и направляющий патрубок 17 упирается в неподвижную опору 23, управляющее давление гидравлической жидкости 36 также отсутствует. Гайка 19 упирается в торец поршня 16. Продуктовый канал 35 «открыт».The operation of the gate valve, in an emergency when there is no control hydraulic pressure, to open. In the initial state, the gate 5 is located in the extreme right position "closed". The bellows seal 13 is in tension and the guide pipe 17 abuts against the fixed support 23, the control pressure of the hydraulic fluid 36 is also absent. The nut 19 abuts against the piston end 16. The product channel 35 is “open”.

Работа на открытие шиберной задвижки с помощью дистанционно управляемого ТНПА. ТНПА входит в контакт с интерфейсом фонтанной арматуры и получив команду на открытие шиберной задвижки, через квадрат 29 начинает вращать резьбовой винт 20 на такое количество витков, которое необходимо при данном шаге резьбы на осевое перемещение для открытия шиберной задвижки. Далее усилие передается через торец поршня 16, направляющую трубу15, шток 9 к шиберу 5, что в результате приводит к открытию шиберной задвижки - крайнее левое положение «открыто». Шибер 5 упирается в корпус 1. Параллельно происходит сжатие сильфонного уплотнения 13 и сжатие замкнутой газовой смеси в полости 34. Продуктовый канал 35 «закрыт».Work on the opening of the slide gate valve using remotely controlled TNPA. TNPA comes into contact with the interface of the fountain valves and having received a command to open the slide gate valve, through the square 29 starts to turn the threaded screw 20 by the number of turns that is necessary at this thread pitch for axial movement to open the slide gate valve. Further, the force is transmitted through the end face of the piston 16, the guide tube 15, the rod 9 to the gate 5, which results in the opening of the gate valve - the extreme left position is “open”. The gate 5 abuts against the housing 1. In parallel, the bellows seal 13 is compressed and the closed gas mixture is compressed in the cavity 34. The food channel 35 is “closed”.

Работа на закрытие шиберной задвижки с помощью дистанционно управляемого ТНПА, начинается после поступления команды на закрытие. ТНПА отрабатывает вращение резьбового винта 20 на такое количество витков, которое необходимо при данном шаге резьбы на осевое перемещение для закрытия шиберной задвижки или возврата в исходное положение. Далее начинает срабатывать сильфон 13, который был сжат на этапе открытия; под воздействием сжатой газовой смеси 34 создается усилие на поршень 16, которое передается на направляющую трубу 15, шток 9 к шиберу 5, что в результате приводит к закрытию шиберной задвижки - в крайнее правое положение «закрыто». Направляющий патрубок 17 упирается в неподвижную опору 23.Work to close the slide gate valve using a remotely controlled high-pressure pump, starts after the close command is received. TNLA fulfills the rotation of the threaded screw 20 by such a number of turns, which is necessary at this thread pitch for axial movement to close the slide gate valve or return to its original position. Then the bellows 13 starts to work, which was compressed at the opening stage; under the influence of the compressed gas mixture 34, a force is created on the piston 16, which is transmitted to the guide tube 15, the stem 9 to the gate 5, which results in the closing of the slide gate valve - it is “closed” to the extreme right position. The guide pipe 17 abuts against the fixed support 23.

Сильфонная шиберная задвижка может встраиваться в трубопроводную систему непосредственно в корпус 1 и соединяется с ответными фланцами системы или с помощью приварных фланцев 4 может быть вварена в трубную систему.The bellows gate valve can be integrated directly into the housing 1 in the piping system and connected to the counter flanges of the system, or it can be welded into the pipe system using welded flanges 4.

Claims

1. A bellows slide valve containing a housing, shutoff valves, a hydraulic piston actuator and a bellows seal, characterized in that the hydraulic actuator piston is double-sided, the bellows seal is connected to the housing and the left side of the piston, being a separator of fluid and compressed gas mixture, while the left side the piston is connected to the stem of the stop valve on one side and, on the other, with a guide pipe of the emergency opening mechanism.

2. The bellows gate valve according to claim 1, characterized in that the bellows seal is made in the form of an omega-shaped bellows with armored rings.

3. Bellows gate valve according to claim 1 or 2, characterized in that on the outside of the bellows a closed cavity is formed filled with a compressed gas mixture.