RU218016U1

RU218016U1 - Butterfly valve body

Info

Publication number: RU218016U1
Application number: RU2023106811U
Authority: RU
Inventors: Виктор Владимирович Васильев; Валерий Васильевич Беликов; Евгений Геннадьевич Молоков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "БУРМАШ ЗАВОД"
Filing date: 2023-03-22
Publication date: 2023-05-02

Abstract

Полезная модель относится к трубопроводной арматуре и может быть использована в качестве запирающего устройства устьевой фонтанной арматуры и на трубопроводах. Корпус дисковой задвижки содержит два металлических полукорпуса 1 и 2, соединенных друг с другом болтовым соединением 3. Каждый полукорпус 1 (2) содержит переходный патрубок в виде втулки 4, фланец 5 и основание 6 в виде диска с выборкой 7. Составляющие металлического полукорпуса дисковой задвижки осуществляют сборкой методом сварки трением. Фланец 5 и основание 6 в виде диска присоединены к переходному патрубку в виде втулки 4 сварными швами 8,9, которые выполнены сваркой трением. Переходной патрубок в виде втулки 4 и фланец 5 могут быть выполнены из конструкционной высоколегированной стали, например марки 40Х. Переходной патрубок в виде втулки 4 и фланец 5 могут быть выполнены из нержавеющей стали, например марки 40X13, которая уменьшает тепловую нагрузку на рабочие узлы корпуса дисковой задвижки. Основание 6 в виде диска выполнено из нержавеющей стали, не обладающей магнитными свойствами, например из нержавеющей стали марки 40X13. Технический результат - сокращение технологических затрат на изготовление корпуса дисковой задвижки и сокращение расхода металла с одновременным достижением высокой эксплуатационной надежности.

The utility model relates to pipe fittings and can be used as a locking device for wellhead Christmas tree fittings and on pipelines. The body of the butterfly valve contains two metal semi-bodies 1 and 2, connected to each other by a bolted connection 3. Each half-body 1 (2) contains a transition pipe in the form of a sleeve 4, a flange 5 and a base 6 in the form of a disk with a recess 7. Components of the metal half-body of the butterfly valve carried out by assembly by friction welding. Flange 5 and base 6 in the form of a disc are attached to the transition pipe in the form of a sleeve 4 by welds 8.9, which are made by friction welding. The transition pipe in the form of a sleeve 4 and the flange 5 can be made of structural high-alloy steel, for example, grade 40X. The transition pipe in the form of a sleeve 4 and the flange 5 can be made of stainless steel, for example, grade 40X13, which reduces the thermal load on the working units of the butterfly valve body. The disc-shaped base 6 is made of non-magnetic stainless steel, such as 40X13 stainless steel. The technical result is a reduction in technological costs for the manufacture of the valve body and a reduction in metal consumption while achieving high operational reliability.

Description

Полезная модель относится к трубопроводной арматуре и может быть использована в качестве запирающего устройства устьевой фонтанной арматуры и на трубопроводах.The utility model relates to pipe fittings and can be used as a locking device for wellhead Christmas tree fittings and on pipelines.

Известен корпус дисковой задвижки, состоящий из двух соединенных друг с другом по дискам полукорпусов, фланец каждого полукорпуса установлен на переходный патрубок посредством резьбового соединения (патент на полезную модель РФ №176075, опубл. 27.12.2017 г.).A body of a disk valve is known, consisting of two semi-housings connected to each other along the disks, the flange of each semi-housing is installed on the adapter pipe by means of a threaded connection (utility model patent of the Russian Federation No. 176075, publ. 27.12.2017).

Наиболее близким техническим решением, выбранным заявителем в качестве прототипа, является корпус дисковой задвижки, состоящий из двух металлических полукорпусов, разъемно соединенных друг с другом по дискам, при этом каждый полукорпус содержит диск, переходный патрубок и фланец, выполнены за одно целое из монолитной металлической заготовки, каждый полукорпус дополнительно имеет технологические расточки (патент на изобретение РФ №2547200, опубл.10.04.2015 г.).The closest technical solution, chosen by the applicant as a prototype, is a body of a disk valve, consisting of two metal half-bodies, detachably connected to each other by disks, with each half-body containing a disk, a transition pipe and a flange, made in one piece from a monolithic metal billet , each half-body additionally has technological bores (patent for the invention of the Russian Federation No. 2547200, publ. 10.04.2015).

Достоинством известной конструкции является прочность и механическая надежность эксплуатации, т.к. составные элементы задвижки выполнены за одно целое, а следовательно, в самих полукорпусах отсутствуют соединения, которые могут привести к нарушению их целостности в процессе эксплуатации в результате воздействия механических нагрузок. Недостатком данной конструкции является то, что при изготовлении известной задвижки имеют место значительные технологические затраты, в частности при токарной обработке монолитной заготовки более половины металла уходит в стружку, поэтому коэффициент использования металла низкий. В случае изготовления заготовки методом литья требуется значительное время на подготовку оснастки. При формировании полукорпусов ударным способом поковки в форму заданного изделия, внутри металла образуются скрытые дефекты в виде микротрещин, волосин и пустот, что происходит по причине деформации металла разрушающим методом удара. После штамповки (ковки) все изделие проходит ультразвуковой контроль, где и выявляется от 15 до 25% брака в виде скрытых дефектов. Кроме того, конструкции полукорпусов известной дисковой задвижки требуют дополнительного конструктивного решения, обеспечивающего возможность отвода тепла (температурных компенсаторов), которые обычно изготавливаются из другого металла, имеющего другой коэффициент температурного расширения. Изготовление температурного компенсатора за одно целое в известной задвижке невозможно, т.к. полукорпуса изготавливаются из одной монолитной металлической заготовки. Отсутствие температурного компенсатора в известной задвижке неизбежно приведет к сокращению срока службы дисковой задвижки в результате температурного воздействия. Также конструкция полукорпусов известной дисковой задвижки требуют дополнительных конструктивных элементов, которые обеспечивают улавливание и удержание ферросодержащих микрочастиц, поступающих в задвижку, и создают риск повреждения поверхности основных узлов задвижки. Изготовление корпуса задвижки осуществляют, как правило, из конструкционной стали, которая имеет магнитные свойства и при эксплуатации возникает статическое электричество (статическое напряжение), которое снимается контуром заземления. Однако, остаточное статическое напряжение, возникающее на элементах задвижки, в основном на рабочих поверхностях дисков, влечет риск появления искры и, как следствие, при контакте с нефтепродуктами или газами, создается риск взрыва или воспламенения.The advantage of the known design is the strength and mechanical reliability of operation, tk. the components of the valve are made in one piece, and therefore, there are no joints in the semi-bodies themselves, which can lead to a violation of their integrity during operation as a result of mechanical loads. The disadvantage of this design is that in the manufacture of the known valve there are significant technological costs, in particular, when turning a monolithic workpiece, more than half of the metal goes into chips, so the metal utilization rate is low. In the case of manufacturing a workpiece by casting, a significant time is required to prepare the tooling. When semi-hulls are formed by impact forging into the shape of a given product, hidden defects are formed inside the metal in the form of microcracks, hairs and voids, which occurs due to deformation of the metal by the destructive impact method. After stamping (forging), the entire product undergoes ultrasonic testing, where from 15 to 25% of defects are detected in the form of hidden defects. In addition, the designs of semi-bodies of the known butterfly valve require an additional design solution that provides the possibility of heat removal (temperature compensators), which are usually made of another metal having a different coefficient of thermal expansion. The manufacture of a temperature compensator in one piece in a known valve is impossible, because semi-hulls are made from one monolithic metal billet. The absence of a temperature compensator in a known valve will inevitably lead to a reduction in the service life of the butterfly valve as a result of temperature exposure. Also, the design of semi-bodies of the well-known butterfly valve requires additional structural elements that capture and retain ferro-containing microparticles entering the valve and create a risk of damage to the surface of the main components of the valve. The valve body is usually made of structural steel, which has magnetic properties and during operation static electricity (static voltage) occurs, which is removed by the ground loop. However, the residual static voltage that occurs on the valve elements, mainly on the working surfaces of the disks, entails the risk of sparks and, as a result, when in contact with oil products or gases, there is a risk of explosion or ignition.

Технической задачей заявляемой полезной модели является сокращение технологических затрат на изготовление корпуса дисковой задвижки при одновременном обеспечении ее надежной эксплуатации в течение длительного времени.The technical task of the claimed utility model is to reduce the technological costs for the manufacture of the body of the butterfly valve while ensuring its reliable operation for a long time.

Технический результат - сокращение технологических затрат на изготовление корпуса дисковой задвижки за счет сокращения количества технологических операций и сокращения расхода металла с одновременным достижением высокой эксплуатационной надежности за счет устойчивости к механическим и температурным воздействиям, уменьшением взрывоопасности за счет устранения риска возникновения остаточного статического напряжения на рабочих поверхностях.EFFECT: reduction of technological costs for the manufacture of the body of a butterfly valve by reducing the number of technological operations and reducing the consumption of metal while achieving high operational reliability due to resistance to mechanical and thermal influences, reducing the explosion hazard by eliminating the risk of residual static stress on the working surfaces.

Техническая задача достигается тем, что заявляется корпус дисковой задвижки, состоящий из двух металлических полукорпусов, соединяемых друг с другом разъемно, каждый полукорпус содержит основание в виде диска, переходный патрубок и фланец, выполненных за одно целое, отличающийся тем, что в каждом полукорпусе основание в виде диска соединено с переходным патрубком, выполненным в виде втулки, последняя в свою очередь соединена с фланцем, причем каждое соединение представляет собой сварной шов, выполненный сваркой трением, а основание в виде диска выполнено из немагнитной стали.The technical problem is achieved by the fact that the valve body is claimed, consisting of two metal half-bodies connected to each other detachably, each half-body contains a base in the form of a disk, a transition pipe and a flange made in one piece, characterized in that in each half-body the base is in in the form of a disk is connected to a transition pipe made in the form of a sleeve, the latter in turn is connected to a flange, each connection being a friction weld, and the base in the form of a disk is made of non-magnetic steel.

В заявляемом корпусе дисковой задвижки разъемное соединение полукорпусов по основаниям в виде дисков выполнено болтовым соединением.In the inventive body of the disc valve, the detachable connection of the semi-bodies on the bases in the form of disks is made by a bolted connection.

Сами полукорпуса дисковой задвижки являются составными, но выполнены за одно целое за счет соединения трех составных частей - основания в виде диска, переходного патрубка в виде втулки и фланца, каждый из которых могут быть выполнены из нержавеющей немагнитной стали, посредством их соединения сваркой трением. Переходный патрубок в виде втулки и фланец могут быть выполнены из конструкционной стали марки 40Х или из марок высоколегированных сталей, таких как 40ХНА, а основание в виде диска может быть выполнено из нержавеющей стали, например марки 40Х13, не обладающей магнитными свойствами. Причем заготовки, изготовленные из нержавеющей стали или из разных марок сталей, соединяются друг с другом посредством сварки трением с образованием корпуса дисковой задвижки, выполненного за единое целое. При соединении сталей разных марок, имеющих разные коэффициенты температурного расширения, не требуется дополнительной нормализации с применением токов низкой частоты или иных известных приемов нормализации. Сварка трением известна в науке и технике, но не применялась для изготовления корпусов дисковых задвижек.The semi-bodies of the butterfly valve themselves are composite, but made in one piece by connecting three components - a base in the form of a disk, a transition pipe in the form of a sleeve and a flange, each of which can be made of stainless non-magnetic steel, by means of their connection by friction welding. The adapter in the form of a bushing and the flange can be made of structural steel grade 40X or high-alloy steels such as 40XHA, and the base in the form of a disc can be made of stainless steel, for example 40X13, which does not have magnetic properties. Moreover, blanks made of stainless steel or different grades of steel are connected to each other by friction welding to form a valve body made in one piece. When joining steels of different grades with different coefficients of thermal expansion, no additional normalization is required using low-frequency currents or other known normalization techniques. Friction welding is known in science and technology, but has not been used for the manufacture of butterfly valve bodies.

Сравнение заявляемого решения с прототипом показывает, что оно отличается следующими признаками:Comparison of the proposed solution with the prototype shows that it differs in the following features:

в каждом полукорпусе основание в виде диска соединено с переходным патрубком;in each semi-body, the base in the form of a disk is connected to a transition pipe;

переходной патрубок выполнен в виде втулки,the transition pipe is made in the form of a sleeve,

втулка соединена с фланцем;the sleeve is connected to the flange;

каждое соединение представляет собой сварной шов, выполненный сваркой трением,each joint is a friction weld,

основание в виде диска выполнено из немагнитной стали.the disc-shaped base is made of non-magnetic steel.

Поэтому можно сделать вывод, что заявляемое техническое решение соответствует критерию «новизна».Therefore, we can conclude that the proposed technical solution meets the criterion of "novelty".

Полезная модель может быть выполнена на известном оборудовании, поэтому она соответствует критерию «промышленная применимость».The utility model can be made on well-known equipment, so it meets the criterion of "industrial applicability".

На фиг. 1 показана дисковая задвижка в сборе с установленными полукорпусами с образованием заявляемого корпуса; In FIG. 1 shows a butterfly valve assembly with semi-bodies installed to form the inventive body;

на фиг. 2 показан полукорпус дисковой задвижки в разрезе; in fig. 2 shows a semi-body of a butterfly valve in section;

на фиг. 3 показан фланец полукорпуса дисковой задвижки в разрезе;in fig. 3 shows a half-body flange of a butterfly valve in section;

на фиг. 4 показан переходной патрубок в виде втулки полукорпуса дисковой задвижки в разрезе,in fig. 4 shows a transition pipe in the form of a bushing of a semi-body of a butterfly valve in section,

на фиг. 5 показано основание в виде диска полукорпуса дисковой задвижки в разрезе.in fig. 5 shows the base in the form of a disk of a semi-body of a butterfly valve in section.

Заявляемый корпус дисковой задвижки содержит два металлических полукорпуса 1 и 2, соединенных друг с другом болтовым соединением 3 (фиг. 1). Каждый полукорпус 1 (2) содержит переходный патрубок в виде втулки 4, фланец 5 и основание 6 в виде диска с выборкой 7 (фиг. 2) Выборка 7 выполнена путем механической обработки для размещения и установки в нее основного механизма дисковой задвижки. Составляющие металлического полукорпуса дисковой задвижки изготавливают из марок сталей 40Х и 40Х13 методом механической (токарной) обработки, распиловки в размер на лентопильном станке и сборки полукорпусов методом сварки трением. Фланец 5 и основание 6 в виде диска присоединены к переходному патрубку в виде втулки 4 сварными швами 8,9, которые выполнены сваркой трением. Переходной патрубок в виде втулки 4 и фланец 5 могут быть выполнены из конструкционной высоколегированной стали, например марки 40Х. Переходной патрубок в виде втулки 4 и фланец 5 могут быть выполнены из нержавеющей стали, например марки 40X13, которая уменьшает тепловую нагрузку на рабочие узлы корпуса дисковой задвижки. Основание 6 в виде диска выполнено из нержавеющей стали, не обладающей магнитными свойствами, например из нержавеющей стали марки 40X13.The inventive body of the disc valve contains two metal half-shells 1 and 2, connected to each other by a bolted connection 3 (Fig. 1). Each semi-body 1 (2) contains a transition pipe in the form of a sleeve 4, a flange 5 and a base 6 in the form of a disk with a selection 7 (Fig. 2) The selection 7 is made by machining to accommodate and install the main mechanism of the disk valve. The components of the metal half-body of the butterfly valve are made of steel grades 40X and 40X13 by mechanical (turning) processing, sawing to size on a band saw machine and assembly of the half-bodies by friction welding. Flange 5 and base 6 in the form of a disc are attached to the transition pipe in the form of a sleeve 4 by welds 8.9, which are made by friction welding. The transition pipe in the form of a sleeve 4 and the flange 5 can be made of structural high-alloy steel, for example, grade 40X. The transition pipe in the form of a sleeve 4 and the flange 5 can be made of stainless steel, for example, grade 40X13, which reduces the thermal load on the working units of the butterfly valve body. The disc-shaped base 6 is made of non-magnetic stainless steel, such as 40X13 stainless steel.

Технологическая операция сварки трением фланца 5 с одним концом переходного патрубка в виде втулки 4 и сварка трением второго конца переходного патрубка в виде втулки 4 с основанием 6 осуществляется известным способом, например, на машине МСТ 160 при температуре разогрева до пластичности металла для фланца 5 и втулки 4, выполненных из марки стали 40Х - 1250°С в течение 3 мин (один цикл), и при температуре разогрева до пластичности металла для основания 6, выполненного из марки стали 40Х13 - 1550°С в течение 5 минут (один цикл) с усилием проковки 140 т. Сварка осуществляется в любой последовательности с последующей обработкой града в линии стана МСТ160 (снимается ножами). Дополнительной обработки не требуется. В результате сварки трением в местах контакта соединяемых частей образуется прочное соединение, представляющее собой монолитный диффузный слой, обеспечивающей структуру полукорпуса как выполненное за одно целое.The technological operation of friction welding of the flange 5 with one end of the adapter in the form of a sleeve 4 and friction welding of the second end of the adapter in the form of a sleeve 4 with the base 6 is carried out in a known manner, for example, on an MCT 160 machine at a temperature of heating up to the plasticity of the metal for the flange 5 and the sleeve 4, made of steel grade 40X13 - 1250°C for 3 minutes (one cycle), and at a temperature of heating to the plasticity of the metal for the base 6, made of steel grade 40X13 - 1550°C for 5 minutes (one cycle) with force forging 140 tons. Welding is carried out in any sequence, followed by hail processing in the line of the MCT160 mill (removed with knives). Additional processing is not required. As a result of friction welding, at the points of contact of the parts to be joined, a strong connection is formed, which is a monolithic diffuse layer, providing the structure of the semi-hull as one piece.

После изготовления полукорпусов, они соединяются друг с другом разъемно, например, болтовым соединением 3 и посредством известных сборочных операций устанавливаются в дисковую задвижку, как показано на фиг. 1.After the semi-bodies have been manufactured, they are detachably connected to each other, for example, by bolting 3 and, by means of known assembly operations, are installed in a butterfly valve, as shown in FIG. 1.

С дисковыми задвижками, собранными из заявляемого корпуса, были проведены гидроиспытания. При установленном рабочем давлении в 350 Атм или 34.32 Мпа (испытания проводятся при подаче двойной нагрузки от рабочего давления до 700 Атм или 68.64 Мпа) дисковой задвижки, изготовленные методом сварки трением, при испытании выдерживают нагрузку давлением свыше 1000 Атм или 98.06 Мпа. Испытания проводились на гидропрессе с мощностью до 1000 Атм или 98.06 Мпа.With disk valves assembled from the inventive body, hydraulic tests were carried out. At a set working pressure of 350 Atm or 34.32 MPa (tests are carried out when applying a double load from an operating pressure of up to 700 Atm or 68.64 MPa), friction welded butterfly valves withstand a pressure load of more than 1000 Atm or 98.06 MPa during testing. The tests were carried out on a hydraulic press with a power of up to 1000 atm or 98.06 MPa.

Таким образом, заявляемая полезная модель по сравнению с прототипом за счет использование сварных соединений, выполненных сваркой трением, обеспечивает сокращение технологических затрат на изготовление корпуса дисковой задвижки за счет сокращения количества технологических операций и сокращения расхода металла, что повышает коэффициент использования металла и сокращает трудо- и энергозатраты на изготовление корпусов дисковых задвижек. Сварка трением обеспечивает возможность изготовления корпуса дисковой задвижки из заготовок, выполненных из разных марок сталей. При этом, получаемый корпус дисковой задвижки характеризуется высокой эксплуатационной надежностью за счет высокой устойчивости к механическим и температурным воздействиям без дополнительной нормализации токами низкой частоты. Кроме того, изготовление основания из немагнитной стали, обеспечивает отсутствие остаточного статического напряжения на узле, который подвергается трению. Это приводит к тому, что эксплуатационная надежность заявляемого корпуса дисковой задвижки обеспечивается также тем, что исключается возможность появления искры в процессе эксплуатации, которая при контакте с взрывоопасными жидкостями и газами могла бы привести к взрыву. Кроме того, изготовление основания из немагнитной стали приводит к тому, что исключается попадание железосодержащих частиц, обладающих магнитными свойствами, и их оседание в основном механизме дисковой задвижки, нарушая нормальную эксплуатацию дисковой задвижки.Thus, the claimed utility model, in comparison with the prototype, due to the use of welded joints made by friction welding, provides a reduction in technological costs for the manufacture of the valve body by reducing the number of technological operations and reducing metal consumption, which increases the metal utilization factor and reduces labor and energy consumption for the manufacture of bodies of butterfly valves. Friction welding makes it possible to manufacture the body of a butterfly valve from blanks made of different steel grades. At the same time, the resulting body of the butterfly valve is characterized by high operational reliability due to high resistance to mechanical and thermal influences without additional normalization by low-frequency currents. In addition, the manufacture of the base from non-magnetic steel, ensures that there is no residual static stress on the node that is subjected to friction. This leads to the fact that the operational reliability of the inventive body of the butterfly valve is also ensured by the fact that the possibility of a spark during operation is excluded, which, in contact with explosive liquids and gases, could lead to an explosion. In addition, the manufacture of the base of non-magnetic steel leads to the fact that the ingress of iron-containing particles with magnetic properties is excluded, and their settling in the main mechanism of the butterfly valve, disrupting the normal operation of the butterfly valve.

Claims

1. The body of a disc valve, consisting of two metal half-body, connected to each other detachably, each half-body contains a base in the form of a disk, a transition pipe and a flange made in one piece, characterized in that in each half-body the base in the form of a disk is connected to the transition by a branch pipe made in the form of a sleeve, the latter in turn is connected to the flange, each connection being a friction weld, and the base in the form of a disk is made of non-magnetic steel.

2. The body of the butterfly valve according to claim 1, characterized in that the base in the form of a disc is equipped with a sample.

3. The body of the butterfly valve according to claim 1, characterized in that the base in the form of a disk is made of non-magnetic steel, which is stainless steel grade 40X13.

4. The body of the butterfly valve according to claim 1, characterized in that the flange and the adapter in the form of a sleeve are made of structural high-alloy steel grade 40X.

5. The body of the butterfly valve according to claim 1, characterized in that the flange and the adapter in the form of a sleeve are made of stainless steel grade 40X13.