RU2020351C1

RU2020351C1 - Valve

Info

Publication number: RU2020351C1
Authority: RU
Inventors: Б.Г. Балакирский; Ю.М. Авилкин; С.В. Ловчев; Г.Н. Линник
Original assignee: Всесоюзный Научно-Исследовательский И Проектно-Конструкторский Институт Нефтяного Машиностроения
Priority date: 1990-12-27
Filing date: 1990-12-27
Publication date: 1994-09-30

Abstract

FIELD: hydraulic engineering. SUBSTANCE: closing member in the form of upper pressure element and lower circular elements installed on common rod interact with contact surface of seat. Part of rod carrying sealing elements is resilient and can be flexibly deformed in a radial direction from valve axis. This part of rod has a minimum stiffness portion disposed between sealing elements installed on rod with a provision for limited axial displacement. Positioned in the space between them is easily deformable flexible circular sealing gasket. Surfaces of elements interacting with gasket are conical with conicity arranged opposite the gasket. These surfaces may be spherical with their convexities directed towards the gasket or congruent to one another. The gasket is made of a material with a low coefficient of friction. EFFECT: improved design. 4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к гидромашиностроению, в частности к клапанам преимущественно буровых насосов. The invention relates to hydraulic engineering, in particular to valves mainly of mud pumps.

Известны клапаны, включающие седло, установленное в клапанной коробке, и подпружиненную тарелку с четко закрепленным на ней направляющим потоком [1]. Known valves, including a seat installed in the valve box, and a spring-loaded plate with a clearly fixed guide flow on it [1].

Недостатком таких клапанов является быстрое разрушение уплотнительной манжеты, конических посадочных поверхностей седла и тарелки клапана. The disadvantage of such valves is the rapid destruction of the sealing collar, the tapered seating surfaces of the seat and valve disc.

Известен клапан, принятый за прототип, содержащий седло с опорной крестовиной, снабженной ребрами, и запорный орган, включающий установленные на общем штоке верхний и нижний кольцевые элементы и расположенную между ними кольцевую уплотнительную манжету. Запорный орган сопрягается с поверхностью седла [2]. A known valve adopted for the prototype, containing a saddle with a supporting cross, equipped with ribs, and a locking body, including mounted on the common stock of the upper and lower ring elements and located between them an annular sealing collar. The locking body mates with the surface of the saddle [2].

Недостатком прототипа является сравнительно низкая долговечность, обусловленная контактным давлением на поверхность уплотнительной манжеты, контактирующей с седлом, которое соизмеримо с давлением нагнетательной среды, а также высокими динамическими нагрузками при посадке запорного органа клапана на седло, особенно при изношенном сопряжении манжета-седло, и неравномерным износом сопрягаемых поверхностей запорного органа клапана и седла. Невысокая герметичность обусловлена также тем, что при работе с вязкопластическими промывочными жидкостями, содержащими во взвешенном состоянии твердые включения различного гранулометрического состава, на седле клапана в момент его закрепления возможно защемление гранул твердых включений, т.е. запорный орган неплотно садится на коническую поверхность седла, что приводит к разливу сопрягаемых поверхностей и быстрому выходу их из строя. The disadvantage of the prototype is the relatively low durability due to contact pressure on the surface of the sealing collar in contact with the seat, which is commensurate with the pressure of the injection medium, as well as high dynamic loads when the valve is mounted on the seat, especially when the cuff-seat is worn, and uneven wear mating surfaces of the valve body and seat. The low tightness is also due to the fact that when working with viscoplastic washing liquids containing suspended solids of various particle sizes, on the valve seat at the moment of its fastening, crushing of granules of solid inclusions is possible, i.e. the locking element does not fit snugly on the conical surface of the saddle, which leads to spillage of the mating surfaces and their quick failure.

Целью изобретения является повышение надежности за счет независимой самоустановки уплотнительных элементов;
На фиг. 1 представлен клапан в сборе, продольный разрез; на фиг.2-4 - варианты выполнения клапана.The aim of the invention is to increase reliability due to independent self-installation of sealing elements;
In FIG. 1 shows a valve assembly, a longitudinal section; figure 2-4 - embodiments of the valve.

Клапан содержит седло 1 с опорной крестовиной 2 и сопрягаемый с поверхностью седла 1 запорный орган, включающий установленные на общем штоке 3 верхний поджимной 4 и нижние кольцевые уплотнительные 5 и 6 элементы. Шток 3 выполнен из эластичного материала, например жесткой резины, и армирован в нижней части, взаимодействующей с центрирующим отверстием 7 крестовины 2, металлической втулкой 8. Между кольцевыми уплотнительными элементами 5 и 6 на штоке 3 установлена кольцевая легко деформируемая упругая прокладка 9, выполненная, например, из мягкой резины, при этом на штоке 3 напротив прокладки 9 выполнена кольцевая проточка 10. Для обеспечения ограниченной осевой подвижности уплотненные элементы 5 и 6 установлены на штоке 3 посредством втулок 11 и 12, выполненных из более мягкой резины, чем материал штока. Нижний кольцевой уплотнительный элемент 6, работающий в наиболее тяжелых условиях, выполнен жестким, например металлическим, а верхний элемент 5 - эластичным. Верхний кольцевой уплотнительный элемент 5 снабжен фиксатором 13, поджимным колпачком 14 и пружиной 15, опирающейся на поджимной элемент 4. The valve comprises a seat 1 with a supporting crosspiece 2 and a locking member mating with the surface of the seat 1, including an upper presser 4 and lower ring sealing elements 5 and 6 mounted on a common stem 3. The rod 3 is made of an elastic material, for example, hard rubber, and is reinforced in the lower part, which interacts with the centering hole 7 of the spider 2, with a metal sleeve 8. An annular easily deformable elastic gasket 9 is installed between the ring sealing elements 5 and 6, made, for example , of soft rubber, while on the rod 3 opposite the gasket 9 is made an annular groove 10. To ensure limited axial mobility, the sealed elements 5 and 6 are mounted on the rod 3 by means of bushings 11 and 12, made s of a softer rubber than the rod material. The lower annular sealing element 6, operating under the most severe conditions, is made rigid, for example, metal, and the upper element 5 is elastic. The upper annular sealing element 5 is equipped with a latch 13, a compression cap 14 and a spring 15, based on the compression element 4.

Поверхности кольцевых 4 уплотнительных элементов 5 и 6, обращенные к кольцевой прокладке 9, могут быть выполнены плоскими, конусными и сферическими с встречным направлением конусности или выпуклости, а также (в варианте выполнения) сферическими с конгруэнтным их расположением. В последнем случае прокладка 9 выполнена из материала с низким коэффициентом трения, например из полимерной резины. The surfaces of the annular 4 sealing elements 5 and 6, facing the annular gasket 9, can be made flat, conical and spherical with the opposite direction of the taper or convexity, and also (in the embodiment) spherical with their congruent arrangement. In the latter case, the gasket 9 is made of a material with a low coefficient of friction, for example, polymer rubber.

Запорный орган клапана установлен в центральном центрирующем отверстии 7 опорной крестовины 2 седла 1 и опирается нижним кольцевым уплотнительным элементом 6 на плоскоконическую поверхность седла 1. Между седлом 1 и кольцом 4 имеется кольцевой зазор а. Запорный орган клапана прижимается к седлу 1 пружиной 15. The valve shut-off element is installed in the central centering hole 7 of the supporting crosspiece 2 of the seat 1 and is supported by the lower ring sealing element 6 on the flat-conical surface of the seat 1. Between the seat 1 and ring 4 there is an annular gap a. The valve closure is pressed against the seat 1 by a spring 15.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При выравнивании давления в полостях насоса запорный орган опускается и прижимается нижним кольцевым уплотнительным элементом 6 к плоскоконической поверхности седла 1, а затем при повышении перепада давления жидкости происходит сжатие кольцевого уплотнительного элемента 5 и прокладки 9 между относительно подвижными кольцевыми элементами 5 и 6 запорного органа клапана, в результате чего используется полный объем элемента 5 и прокладки 9 для гашения динамических нагрузок при посадке клапана. Поскольку перепад давления среды передается на верхнюю проекцию клапана, включая верхнюю торцовую поверхность поджимного колпачка 14 запорного органа и поверхность кольцевого уплотнительного элемента (манжеты) 5 в кольцевом зазоре а, и воспринимается плоскоконической поверхностью седла через нижний кольцевой уплотнительный элемент 6, площадь которого меньше площади проекции клапана на величину площади поперечного сечения штока 3, в манжете 5 контактные давления в сопряжении манжета - седло возрастают по сравнению с давлением среды, что повышает герметизирующую способность узла клапана, а уплотнение работает по принципу дифференциального уплотнения. When equalizing the pressure in the pump cavities, the shut-off element is lowered and pressed by the lower annular sealing element 6 to the squared surface of the seat 1, and then, when the differential pressure increases, the annular sealing element 5 and the gasket 9 are compressed between the relatively movable annular elements 5 and 6 of the valve shut-off element, as a result, the full volume of element 5 and gasket 9 is used to absorb dynamic loads during valve seating. Since the differential pressure of the medium is transmitted to the upper projection of the valve, including the upper end surface of the compression cap 14 of the locking member and the surface of the annular sealing element (cuff) 5 in the annular gap a, and is perceived as a flat-conical surface of the seat through the lower annular sealing element 6, the area of which is smaller than the projection area valve by the value of the cross-sectional area of the rod 3, in the cuff 5 contact pressure in the pairing of the cuff - seat increases compared to the pressure of the medium, which increases the sealing ability of the valve assembly, and the seal works on the principle of differential sealing.

При возрастании давления над запорным органом клапана последний поднимается над седлом 1 и открывает клапан. With increasing pressure above the locking element of the valve, the latter rises above the seat 1 and opens the valve.

При работе клапана периодически возникает благоприятная возможность для осаждения частиц твердой фазы на плоскоконическую поверхность седла 1 клапана в момент посадки на него запорного органа. Это происходит как из-за циклического изменения направления потока жидкости, так и вследствие изменения проходного сечения седла клапана по направлению потока жидкости. В случае попадания твердой частицы, например шлама выбуренной породы, на плоскоконическую поверхность седла 1 в момент его закрытия происходит неплотная посадка одного из кольцевых уплотнительных элементов 5 или 6. В этом случае возможны два варианта. Если неплотно сядет нижний элемент 6, то шток 3 перемещается относительно него на ограниченную величину, определяемую деформацией эластичной втулки 12, при этом верхний элемент 5 под совместным действием пружины 15 и перепада давления стремится сесть на седло. Это возможно только при условии изгиба штока 3 и деформации эластичной втулки 11 и прокладки 9. Вследствие того, что кольцевая проточка 10 штока 3 расположена между уплотнительными элементами 5 и 6, шток изгибается преимущественно в этой области. Это приводит к тому, что верхний уплотнительный элемент 5 получает возможность плотно сесть на седло клапана, при этом в момент посадки материал легкодеформируемой прокладки 9 выдавливается взаимодействующими с ней поверхностями уплотнительных элементов 5 и 6 в направлении к плоскоконической поверхности седла 1, что дополнительно увеличивает герметичность узла клапана. В случае зависания верхнего уплотнительного элемента 5 нижний уплотнительный элемент 6 плотно садится на седло 1, деформируя при этом шток 3 и втулки 11 и 12. Если частица твердого материала располагается на поверхности клапана между уплотнительными элементами 5 и 6, то это не оказывает влияния на работу запорного органа, поскольку при его посадке на седло легкодеформируемая прокладка 9 локально деформируется в этом месте, не влияя на посадку уплотнительных элементов 5 и 6. Поверхности последних, обращенные к легкодеформируемой прокладке 9 и выполненные фасонными с оппозитным расположением конусности или выпуклости, при воздействии на прокладку 9 способствуют отжатию ее материала от центра запорного органа к его периферии. When the valve is operating, an opportunity periodically arises for the deposition of particles of the solid phase on the flat-conical surface of the valve seat 1 at the time the shut-off member is placed on it. This occurs both due to a cyclical change in the direction of fluid flow and due to a change in the bore of the valve seat in the direction of fluid flow. If a solid particle, such as cuttings cuttings, gets on the flat-conical surface of the seat 1 at the moment of its closure, one of the ring sealing elements 5 or 6 is loosely fitted. In this case, two options are possible. If the lower element 6 does not sit snugly, then the stem 3 moves relative to it by a limited amount, determined by the deformation of the elastic sleeve 12, while the upper element 5, under the combined action of the spring 15 and the differential pressure, tends to sit on the saddle. This is possible only if the rod 3 is bent and the elastic sleeve 11 and the gasket 9 are deformed. Due to the fact that the annular groove 10 of the rod 3 is located between the sealing elements 5 and 6, the rod bends mainly in this area. This leads to the fact that the upper sealing element 5 gets the opportunity to sit tightly on the valve seat, while at the time of landing the material of the easily deformable gasket 9 is squeezed out by the surfaces of the sealing elements 5 and 6 interacting with it towards the plane surface of the seat 1, which further increases the tightness of the assembly valve. If the upper sealing element 5 hangs, the lower sealing element 6 fits tightly on the seat 1, deforming the stem 3 and bushings 11 and 12, if a particle of solid material is located on the valve surface between the sealing elements 5 and 6, this does not affect the operation a locking body, since when it is seated on the saddle, the easily deformable gasket 9 is locally deformed in this place, without affecting the seating of the sealing elements 5 and 6. The surfaces of the latter facing the easily deformable gasket 9 and you olnennye shaped with opposed taper or convex arrangement, when exposed to the gasket 9 contribute wrung its material from the center of the closure member to its periphery.

В варианте выполнения, в котором поверхности уплотнительных элементов 5 и 6, взаимодействующие с легкодеформируемой прокладкой 9, выполненной из материала с низким коэффициентом трения, выполнены сферическими с их относительным конгруэнтным расположением, работа запорного органа происходит аналогично описанному с той лишь разницей, что при относительном смещении уплотнительных элементов 5 и 6 их сферические поверхности скользят по прокладке 9, т.е. по характеру работы в этом варианте выполнения уплотнительные элементы 5 и 6 взаимодействуют между сбой подобно шаровому шарниру с центральным соединительным упругим звеном - штоком 3. In an embodiment in which the surfaces of the sealing elements 5 and 6 interacting with an easily deformable gasket 9 made of a material with a low coefficient of friction are made spherical with their relative congruent arrangement, the operation of the locking element occurs similarly to that described with the only difference being that with a relative displacement the sealing elements 5 and 6, their spherical surfaces slide along the gasket 9, i.e. by the nature of the work in this embodiment, the sealing elements 5 and 6 interact between the failure like a ball joint with a central connecting elastic link - rod 3.

При работе с очень загрязненными промывочными жидкостями, т.е. когда возможна одновременно неплотная посадка обоих уплотнительных элементов 5 и 6, запорный орган непродолжительное время сохраняет свою работоспособность за счет деформации прокладки 9 и перекрытия тем самым зазоров между уплотнительными элементами 5 и 6 и плоскоконической поверхностью седла 1. When handling very contaminated flushing liquids, i.e. when a loose fit of both sealing elements 5 and 6 is possible at the same time, the locking body retains its operability for a short time due to deformation of the gasket 9 and thereby overlapping gaps between the sealing elements 5 and 6 and the flat-conical surface of the seat 1.

Таким образом, клапан сохраняет свою работоспособность при неблагоприятных условиях работы. При обычных условиях работы, т.е. при работе в расчетных режимах, значительно повышается его долговечность и увеличивается межремонтный период бурового насоса. Это достигается снижением динамических нагрузок при посадке на седло запорного органа клапана и исключением размыва сопрягаемых поверхностей при их неплотном примыкании из-за попадания на них твердых частиц, содержащихся в промывочной жидкости. Thus, the valve remains operational under adverse operating conditions. Under normal operating conditions, i.e. when working in design conditions, its durability is significantly increased and the overhaul period of the mud pump is increased. This is achieved by reducing dynamic loads when landing on the saddle of the valve body and eliminating erosion of the mating surfaces when they are loosely adjoined due to the ingress of solid particles contained in the flushing fluid.

Claims

1. VALVE containing a seat with a supporting cross and interacting with the surface of the seat of the locking element, made in the form of installed on the common rod of the upper clamping and lower ring sealing elements, characterized in that, in order to increase reliability due to independent self-installation of sealing elements on the saddle, the stem portion carrying the sealing elements is flexible with the possibility of its elastic deformation in the radial direction relative to the valve axis, while Stock with minimum rigidity, located between the sealing elements mounted on the stem for limited axial displacement, and in the space therebetween installed easily deformable elastic annular gasket.

2. The valve according to claim 1, characterized in that the surfaces of the sealing elements interacting with the easily deformable elastic annular sealing gasket are conical with an opposed taper with respect to the gasket.

3. The valve according to claim 1, characterized in that the surfaces of the sealing elements interacting with the easily deformable annular gasket are made spherical with the bulge disposed toward said gasket.

4. The valve according to claim 1, characterized in that the surfaces of the sealing elements interacting with an easily deformable annular gasket are made spherical and congruent to each other, and the easily deformable annular gasket is made of a material with a low coefficient of friction.