RU2229050C1

RU2229050C1 - Gate valve

Info

Publication number: RU2229050C1
Application number: RU2003106724/06A
Authority: RU
Inventors: В.М. Артеменко (RU); В.М. Артеменко; С.Н. Новосельцев (RU); С.Н. Новосельцев
Original assignee: ЗАО "Технология"
Priority date: 2003-03-11
Filing date: 2003-03-11
Publication date: 2004-05-20

Abstract

FIELD: oil and chemical engineering. SUBSTANCE: invention is designed for use as shutoff device in pipelines. Proposed gate valve has housing consisting of two parts, with spacer ring rigidly secured in between disk gate with through channel is installed in inner space of spacer ring for turning on its axle in its plane within the limits of adjusting zone. Said gate forms closed periphery space with spacer ring and engages with support surfaces of housing through thrust bearings in form of contour sealing members. Through hole, diameter from 0.02 to 0.05 of through channel diameter from 0.02 to 0.05 of through channel diameter is made in disk gate in parallel with its axis on radius equal to radius of location of through channel in center of adjusting zone. Said hole is connected by radial hole with closed periphery space. The latter communicates with atmosphere through normally closed hole made in one of housing parts. Thrust bearings in form of contour sealing members are interference fitted in each part of housing. EFFECT: increased operation reliability and service life till first repair. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области нефтяного и химического машиностроения и может быть использовано в качестве запирающего устройства на трубопроводах, транспортирующих нефть или техническую воду, а также для перекрытия каналов устьевой арматуры фонтанных, насосных и нагнетательных скважин при промышленной добыче нефти.The invention relates to the field of petroleum and chemical engineering and can be used as a locking device on pipelines transporting oil or industrial water, as well as for blocking the channels of wellhead fittings for fountain, pump and injection wells in industrial oil production.

Эффективность промышленной добычи нефти определяется надежностью используемых при этом технических средств, которые часто работают под высоким давлением химически активной среды. Элементы запорной арматуры, в частности задвижки, имеют ограниченный срок службы и затраты на их ремонт часто превышают их первоначальную стоимость. Поэтому актуальной задачей является разработка таких конструкций задвижек, которые не требуют больших затрат на ремонт и могут работать в сложных климатических условиях в течение нескольких лет.The effectiveness of industrial oil production is determined by the reliability of the technical means used, which often operate under high pressure of a chemically active medium. Elements of valves, in particular valves, have a limited service life and the cost of their repair often exceeds their original cost. Therefore, the urgent task is to develop such valve designs that do not require large repair costs and can operate in difficult climatic conditions for several years.

Известна задвижка [1], выполненная в виде поворотного затвора, содержащая корпус, в котором подвижно с образованием зоны регулирования размещен дисковый запорный орган в виде шибера с проходным каналом, в котором корпус состоит из двух частей, соединенных между собой болтами и имеющих уплотнительные элементы для исключения утечек рабочей среды.Known gate valve [1], made in the form of a rotary shutter, comprising a housing, in which a disk shutter in the form of a gate with a passage channel is movably placed to form a control zone, in which the housing consists of two parts interconnected by bolts and having sealing elements for exception of leaks of a working environment.

Недостатком такой задвижки является недостаточная надежность, обусловленная тем, что при быстром открытии или закрытии ее происходит резкое изменение силы, действующей на шибер со стороны действия рабочей среды, что приводит к интенсивному износу уплотнительных элементов и контактным деформациям рабочих поверхностей шибера.The disadvantage of such a valve is the lack of reliability, due to the fact that when it is quickly opened or closed, there is a sharp change in the force acting on the gate from the side of the working medium, which leads to intensive wear of the sealing elements and contact deformation of the working surfaces of the gate.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сути является задвижка [2], содержащая выполненный из двух частей корпус, между которыми жестко закреплено распорное кольцо, во внутренней полости которого с возможностью поворота в своей плоскости в пределах зоны регулирования размещен дисковый шибер с проходным каналом, образующий с распорным кольцом замкнутую периферийную полость и взаимодействующий с опорными поверхностями корпуса через выполненные в нем упорные подшипники в виде контурных уплотнительных элементов, охватывающих зону регулирования по наименьшей траектории.Closest to the one proposed in technical essence is a valve [2], comprising a body made of two parts, between which a spacer ring is rigidly fixed, in the inner cavity of which a disk gate with a passage channel is formed, which can spacer ring closed peripheral cavity and interacting with the bearing surfaces of the housing through thrust bearings made in it in the form of contour sealing elements covering the zones regulation at the lower trajectory.

Недостатком такой задвижки является недостаточная надежность, обусловленная тем, что при быстром открытии или закрытии ее происходит резкое изменение силы, действующей на шибер со стороны действия рабочей среды, что приводит к интенсивному износу уплотнительных элементов и контактным деформациям рабочих поверхностей шибера, возможности перекоса уплотнительных элементов при повороте шибера, а также скапливанию в периферийной полости между шибером, распорным кольцом и корпусом рабочей среды с механическими примесями, вызывающими преждевременный износ уплотнительных элементов и рабочих поверхностей шибера.The disadvantage of such a valve is the lack of reliability, due to the fact that when it is quickly opened or closed, there is a sharp change in the force acting on the gate from the side of the working medium, which leads to intensive wear of the sealing elements and contact deformations of the working surfaces of the gate, the possibility of misalignment of the sealing elements when the rotation of the gate, as well as the accumulation in the peripheral cavity between the gate, the spacer ring and the housing of the working medium with mechanical impurities causing devremenny wear of sealing elements and working surfaces of slide.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение надежности задвижки, выражающееся в увеличении срока ее эксплуатации до первого ремонта.The technical problem to be solved by the claimed invention is directed is to increase the reliability of the valve, expressed in increasing the life of the valve until the first repair.

Поставленная техническая задача решена за счет того, что в известной задвижке, содержащей выполненный из двух частей корпус, между которыми жестко закреплено распорное кольцо, во внутренней полости которого с возможностью поворота в своей плоскости в пределах зоны регулирования на своей оси размещен дисковый шибер с проходным каналом, образующий с распорным кольцом замкнутую периферийную полость и взаимодействующий с опорными поверхностями корпуса через выполненные в нем упорные подшипники в виде контурных уплотнительных элементов, в дисковом шибере параллельно его оси на радиусе, равном радиусу расположения проходного канала, в центре зоны регулирования выполнено сквозное отверстие диаметром от 0,02 до 0,05 диаметра проходного канала, соединенное радиальным отверстием с замкнутой периферийной полостью, которая через выполненное в одной из частей корпуса нормально закрытое отверстие соединена с атмосферой, а упорные подшипники в виде контурных уплотнительных элементов установлены в каждой из частей корпуса с натягом.The stated technical problem is solved due to the fact that in the known valve, comprising a body made of two parts, between which a spacer ring is rigidly fixed, in the inner cavity of which a disk gate with a passage is placed on its axis with the possibility of rotation in its plane within the control zone forming a closed peripheral cavity with a spacer ring and interacting with the bearing surfaces of the housing through thrust bearings made in it in the form of contour sealing elements, in the disk gate parallel to its axis at a radius equal to the radius of the passage channel, a through hole with a diameter of 0.02 to 0.05 of the diameter of the passage channel is made in the center of the control zone, connected by a radial hole with a closed peripheral cavity, which through one of the parts housing normally closed hole is connected to the atmosphere, and thrust bearings in the form of contour sealing elements are installed in each part of the housing with interference.

При оценке соответствия комплекса новых признаков задвижки критерию "существенные отличия" по доступным авторам и заявителю информационным источникам в известных технических решениях признаков, сходных с заявляемыми, обнаружить не удалось.When assessing the compliance of the complex of new features of the valve with the criterion of "significant differences" according to the available sources and authors, information sources in the known technical solutions of signs similar to those claimed were not found.

На фиг.1 приведена конструктивная схема задвижки, в том положении, когда шибер находится в центральной части зоны регулирования; на фиг.2 - поперечное сечение задвижки в открытом положении; на фиг.3 - схема расположения упорного подшипника в виде контурного уплотнительного элемента.Figure 1 shows a structural diagram of the valve, in the position when the gate is in the Central part of the regulation zone; figure 2 - cross section of the valve in the open position; figure 3 - arrangement of the thrust bearing in the form of a contour sealing element.

Задвижка содержит выполненный из двух частей 1 и 2 корпус, между которыми с помощью шпилек с шайбами и гайками (не указаны) жестко закреплено распорное кольцо 3. Каждая из частей корпуса имеет сквозные каналы и конструктивные элементы, например фланцы, для монтажа задвижки в трубопроводе. Во внутренней полости распорного кольца 3 с возможностью поворота в своей плоскости в пределах зоны регулирования на оси 4, жестко закрепленной в каждой из частей 1 и 2 корпуса, размещен дисковый шибер 5 с проходным каналом 6, диаметр которого не превышает диаметр сквозных отверстий в корпусе. Дисковый шибер 5 образует с упорным кольцом 3 и частями 1 и 2 корпуса замкнутую периферийную полость 7 и взаимодействует с опорными поверхностями корпуса через выполненные в нем упорные подшипники 8 в виде контурных уплотнительных элементов. В дисковом шибере 5 параллельно его оси на радиусе, равном радиусу расположения проходного канала 6, в центре зоны регулирования выполнено сквозное отверстие 9 диаметром d, которое составляет от 0,02 до 0,05 диаметра D проходного канала 6. Отверстие 9 соединено радиальным отверстием 10 с замкнутой периферийной полостью 7, которая через выполненное в одной из частей корпуса нормально закрытое отверстие 11 соединена с атмосферой. Отверстие 11 в рабочем положении закрыто пробкой 12 и шариком 13. Упорные подшипники 8 выполнены в виде контурных уплотнительных элементов и установлены в каждой из частей 1 и 2 корпуса с натягом. Напротив проходного отверстия 6 в дисковом шибере 5 выполнена сквозная выемка, на периферийной части которой закреплен зубчатый сектор 14, взаимодействующий с установленной в частях 1 и 2 корпуса вал-шестерней 15. В каждой из частей 1 и 2 корпуса установлены взаимодействующие с дисковым шибером 5 подвижные седла 16 с волнообразными пружинами 17.The valve comprises a housing made of two parts 1 and 2, between which, using studs with washers and nuts (not indicated), a spacer ring 3 is rigidly fixed. Each housing part has through channels and structural elements, for example flanges, for mounting the valve in the pipeline. In the inner cavity of the spacer ring 3 with the possibility of rotation in its plane within the control zone on the axis 4, rigidly fixed in each of the parts 1 and 2 of the housing, there is a disk gate 5 with a passage channel 6, the diameter of which does not exceed the diameter of the through holes in the housing. The disk gate 5 forms with a thrust ring 3 and parts 1 and 2 of the housing a closed peripheral cavity 7 and interacts with the supporting surfaces of the housing through thrust bearings 8 made in it in the form of contour sealing elements. In the disk gate 5 parallel to its axis at a radius equal to the radius of the passage channel 6, a through hole 9 of diameter d is made in the center of the control zone, which is from 0.02 to 0.05 of the diameter D of the passage channel 6. The hole 9 is connected by a radial hole 10 with a closed peripheral cavity 7, which through a normally closed hole 11 made in one of the housing parts is connected to the atmosphere. The hole 11 in the working position is closed by a stopper 12 and a ball 13. Thrust bearings 8 are made in the form of contour sealing elements and installed in each of the parts 1 and 2 of the housing with an interference fit. Opposite the passage bore 6, a through recess is made in the disk gate 5, on the peripheral part of which a gear sector 14 is fixed, which interacts with the gear shaft 15 installed in parts 1 and 2 of the housing. Mobile parts interacting with the disk gate 5 are installed in each of the housing parts 1 and 2 saddles 16 with wave springs 17.

Задвижка работает следующим образом. При вращении вала-шестерни 15 с помощью ключа (на фиг.1 не показан) происходит поворот дискового шибера 5 на оси 4 из положения "открыто" в положение "закрыто" или наоборот. Угол поворота вала-шестерни зависит от геометрических размеров основных деталей задвижки - дискового шибера 5 и параметров зубчатого зацепления сектора 14. В опытных образцах задвижек с диаметром условного прохода 65 мм при повороте вала-шестерни на 540 градусов шибер поворачивается на оси на 80 градусов, полностью открывая или закрывая проходное сечение задвижки. Для исключения попадания рабочей среды в периферийную полость 7 на опорных поверхностях корпуса установлены упорные подшипники 8 с натягом в виде контурных уплотнительных элементов. Это исключает возможность их перемещения в канавках и возможность перекоса, что повышает надежность работы задвижки. Уплотнение шибера обеспечивается двумя подвижными седлами 16. Прижим седла осуществляется дисковыми волнообразными пружинами 17. В закрытом или промежуточном положении дискового шибера на него действует поперечная сила, определяемая статическим давлением и скоростным напором рабочей среды и площадью, на которую они действуют. Эту силу воспринимают упорные подшипники 8. Для снижения статического давления и скоростного напора рабочей среды в дисковом шибере 5 выполнено сквозное отверстие 9, соединенное радиальным отверстием 10 с замкнутой периферийной полостью 7. Отверстие 9 предназначено для снижения нагрузки от скоростного потока жидкости на уплотнительную часть седла 16, для предотвращения разрушений уплотнительной части седла. При этом сила, действующая в зоне контакта седла 16 с дисковым шибером 5, от давления рабочей среды не зависит и остается постоянной, определяемой только силой упругости волнообразных пружин 17, что уменьшает износ рабочих поверхностей седел и шибера, а также повышает надежность работы задвижки. Перед нагнетанием смазки в корпус задвижки при ее периодическом техническом обслуживании необходимо разрядить ее от давления. Сброс давления производится через отверстие 11 при открытии пробки 12. Смазка в зазоры между шибером 5 и частями 1 и 2 корпуса, а также в зону зубчатого зацепления подается при сборке задвижки через пресс-масленку и специальные каналы, выполненные в вал-шестерне и шибере, которые на фиг.1, 2, 3 не показаны. Для визуального контроля наполнения смазкой задвижки служит отверстие 11 с открученной на 2...3 оборота пробкой 12.The valve operates as follows. When the shaft of the gear 15 is rotated using a key (not shown in FIG. 1), the disk gate 5 on the axis 4 rotates from the open position to the closed position or vice versa. The angle of rotation of the pinion shaft depends on the geometrical dimensions of the main parts of the valve - disk gate 5 and the gearing parameters of sector 14. In the pilot samples of valves with a nominal diameter of 65 mm, when the pinion shaft is turned 540 degrees, the gate rotates 80 degrees on the axis, fully Opening or closing the valve bore To prevent the ingress of the working medium into the peripheral cavity 7, thrust bearings 8 with interference fit in the form of contour sealing elements are installed on the supporting surfaces of the housing. This eliminates the possibility of their movement in the grooves and the possibility of bias, which increases the reliability of the valve. The gate seal is provided by two movable saddles 16. The saddle clamp is carried out by disk wave-shaped springs 17. In the closed or intermediate position of the disk gate, shear forces act on it, determined by the static pressure and velocity head of the working medium and the area on which they act. Thrust bearings take this force 8. To reduce the static pressure and high-pressure head of the working medium, a through hole 9 is made in the disk slide 5, connected by a radial hole 10 with a closed peripheral cavity 7. The hole 9 is designed to reduce the load from the high-speed fluid flow on the sealing part of the seat 16 , to prevent damage to the sealing part of the seat. In this case, the force acting in the contact zone of the seat 16 with the disk gate 5 does not depend on the pressure of the working medium and remains constant, determined only by the elastic force of the wave springs 17, which reduces wear on the working surfaces of the seats and the gate, and also increases the reliability of the valve. Before injecting lubricant into the valve body during its periodic maintenance, it is necessary to discharge it from pressure. The pressure is released through the hole 11 when the plug 12 is opened. Lubrication is supplied to the gaps between the gate 5 and the housing parts 1 and 2, and also to the gearing zone when the valve is assembled through a grease nipple and special channels made in the pinion shaft and gate, which are not shown in FIGS. 1, 2, 3. For visual inspection of the lubricant filling of the gate valve, a hole 11 with a stopper 12 unscrewed by 2 ... 3 turns is used.

Высокая ремонтопригодность, надежность и удобство управления задвижкой подтверждены ее испытаниями в реальных производственных условиях в нефтедобывающей промышленности. Полный средний ресурс составил 1800 циклов, что обеспечивает ее полный срок службы не менее 9 лет. Практикой подтверждено, что средний срок службы задвижки до капитального ремонта не менее 5 лет.High maintainability, reliability and ease of control of the valve are confirmed by its tests in real production conditions in the oil industry. The total average resource was 1800 cycles, which ensures its full service life of at least 9 years. Practice has confirmed that the average valve service life before major repairs is at least 5 years.

Источники информацииSources of information

1. А.с. СССР № 1390468, МПК F 16 К 31/53. Поворотный затвор. /Г.М. Папцов и др. (СССР). Опубл. в БИО № 15, 1988 г.1. A.S. USSR No. 1390468, IPC F 16 K 31/53. Rotary shutter. / G.M. Paptsov et al. (USSR). Publ. in BIO No. 15, 1988

2. Свидетельство на полезную модель № 12713, МПК F 16 K 3/06. Задвижка. /Ю.Н. Парамонов, С.Н. Новосельцев, В.С. Мельник, В.М. Артеменко. Опубл. 27.01.2000, БИПМ № 3, 2000, с.472.2. Utility Model Certificate No. 12713, IPC F 16 K 3/06. Gate valve / U.N. Paramonov, S.N. Novoseltsev, V.S. Melnik, V.M. Artemenko. Publ. 01/27/2000, BIPM No. 3, 2000, p. 472.

Claims

A valve containing a housing made of two parts, between which a spacer ring is rigidly fixed, in the internal cavity of which a disk gate with a passage channel is placed on its axis with the possibility of rotation in its plane within its control zone, forming a closed peripheral cavity with an expansion ring and interacting with bearing surfaces of the housing through thrust bearings made in it in the form of contour sealing elements, characterized in that in the disk gate parallel to its axis radially e, equal to the radius of the passage channel, in the center of the control zone there is a through hole with a diameter of 0.02 to 0.05 of the diameter of the passage channel connected by a radial hole with a closed peripheral cavity, which is connected to the atmosphere through a normally closed hole made in one part of the housing and thrust bearings in the form of contour sealing elements are installed in each part of the housing with an interference fit.