RU2229051C1

RU2229051C1 - Gate valve

Info

Publication number: RU2229051C1
Application number: RU2003109004/06A
Authority: RU
Inventors: В.М. Артеменко (RU); В.М. Артеменко; С.Н. Новосельцев (RU); С.Н. Новосельцев; В.Б. Лисин (RU); В.Б. Лисин; А.К. Филиппов (RU); А.К. Филиппов
Original assignee: ЗАО "Технология"
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
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 in its plane. Gate interacts with support surfaces of housing through thrust bearings in form of contour sealing members. Gate turning mechanism consists of toothed sector made on gate and drive gear engaging with sector. Disk gate is aligned relative to inner diameter of spacer ring. Segment lubricating groove is made on inner surface of spacer ring symmetrically to drive gear from side of toothed sector. Length of lubricating groove is equal to length of adjusting zone. Diameter of through channel in gate is equal to 0.25-0.4 of its outer diameter. Thrust bearings in form of contour sealing members are installed on end face surfaces of gate. EFFECT: simplified design of gate valve by reducing its overall dimensions and weight, improved reliability in operation. 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 удобством, простотой эксплуатации и надежностью используемых при этом технических средств. Элементы запорной арматуры, в частности задвижки, имеют вес до нескольких десятков килограмм, ограниченный срок службы и затраты на их ремонт часто превышают их первоначальную стоимость. При монтаже и демонтаже элементов запорной арматуры непосредственно на промыслах имеет место большая доля ручного труда, и большой вес запорной арматуры значительно усложняет проведение и увеличивает время ремонтных работ. Поэтому актуальной задачей является разработка таких конструкций задвижек, которые имеют меньше габариты и вес, что позволило бы монтировать и демонтировать оборудование вручную без использования грузоподъемных механизмов.The effectiveness of industrial oil production is determined by the convenience, ease of operation and reliability of the technical means used. Elements of valves, in particular valves, have a weight of up to several tens of kilograms, a limited service life and the cost of their repair often exceed their original cost. When assembling and disassembling the elements of shutoff valves directly in the fields, a large proportion of manual labor takes place, and the large weight of the shutoff valves greatly complicates the implementation and increases the time of repair work. Therefore, the urgent task is to develop gate valve designs that have smaller dimensions and weight, which would allow manual installation and dismantling of equipment without the use of hoisting mechanisms.

Известна задвижка [1], выполненная в виде поворотного затвора, содержащая корпус, в котором подвижно на оси, 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 имеющий уплотнительные элементы для исключения утечек рабочей среды.Known valve [1], made in the form of a rotary shutter, comprising a housing in which it is movable on the axis, with the formation of the regulation zone, placed a disk locking element in the form of a gate with a passage channel, in which the housing consists of two parts interconnected by bolts, and having sealing elements to prevent leakage of the working environment.

Недостатками такой задвижки являются сложность конструкции вследствие большой массы, потому что дисковый шибер центрируется на оси и мал угол зоны регулирования, а также низкая надежность вследствие возможной деформации уплотнительных элементов и их механического повреждения при повороте шибера.The disadvantages of this valve are the design complexity due to the large mass, because the disk gate is centered on the axis and the angle of the regulation zone is small, as well as low reliability due to the possible deformation of the sealing elements and their mechanical damage when the gate is rotated.

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 на оси 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 housing 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 with a spacer channel, which can be rotated on the axis within the control zone ring closed peripheral cavity and interacting with the supporting surfaces of the housing through thrust bearings made in it in the form of contour sealing elements covering the adjustment zone Niya at the lower trajectory.

Недостатком такой задвижки является сложность конструкции, обусловленная тем, что дисковый шибер центрируется на оси. Мал угол зоны регулирования, так как контурные уплотнительные элементы выполнены в опорных поверхностях корпуса, это приводит к увеличению габаритов шибера. Вследствие этого рабочее давление во внутренней полости задвижки создает большое усилие на корпус, что требует обеспечить прочность корпуса, увеличивая его габариты, что также усложняет конструкцию. При изменении давления на шибер со стороны действия рабочей среды происходит интенсивный износ уплотнительных элементов, возможен перекос уплотнительных элементов при повороте шибера, вызывающий преждевременный износ уплотнительных элементов и рабочих поверхностей шибера.The disadvantage of this valve is the design complexity, due to the fact that the disk gate is centered on the axis. The angle of the regulation zone is small, since the contour sealing elements are made in the supporting surfaces of the housing, this leads to an increase in the dimensions of the gate. As a result of this, the working pressure in the internal cavity of the gate valve creates a large force on the body, which requires ensuring the strength of the body, increasing its dimensions, which also complicates the design. When the pressure on the gate is changed from the side of the working medium, intensive wear of the sealing elements occurs, skewing of the sealing elements during rotation of the gate is possible, causing premature wear of the sealing elements and the working surfaces of the gate.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является упрощение конструкции за счет уменьшения габаритов и веса задвижки, и повышение надежности задвижки.The technical problem to which the invention is directed is to simplify the design by reducing the dimensions and weight of the valve, and improving the reliability of the valve.

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 размещен дисковый шибер наружным диаметром D с проходным каналом диаметром d, взаимодействующий с опорными поверхностями корпуса через упорные подшипники в виде контурных уплотнительных элементов, а также механизм поворота шибера, состоящий из выполненного в нем зубчатого сектора и взаимодействующей с ним приводной шестерней, дисковый шибер центрируется по внутреннему диаметру распорного кольца, что позволяет исключить из конструкции ось, на которой раньше центрировался шибер, упростить конструкцию шибера и частей корпуса, исключив необходимость выполнения в них точных отверстий для оси и упростив таким образом конструкцию задвижки в целом и обеспечив повышение надежности за счет уменьшения количества ее элементов. На внутренней поверхности распорного кольца симметрично приводной шестерни со стороны зубчатого сектора выполнена сегментная смазочная канавка, длина которой равна длине зоны регулирования, что обеспечивает гарантированную смазку зоны контакта шибера с распорным кольцом, усложняет условия проникновения механических примесей в зону контакта, которые вызывают износ контактируемых поверхностей, что обеспечивает повышение надежности задвижки. Диаметр проходного канала d в шибере составляет не более 0,25...0,4 его наружного диаметра D, что обеспечивает уменьшение габаритных размеров задвижки без увеличения ее гидравлического сопротивления и упрощает ее конструкцию. Упорные подшипники в виде контурных уплотнительных элементов установлены на торцевых поверхностях шибера, что исключает возможность их контакта с кромками опорных седел, установленными в каждой из частей корпуса и их механическое повреждение при открывании и закрывании задвижки, что повышает надежность задвижки.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 internal cavity of which a disk gate with an external diameter D with a passage channel with a diameter d is arranged to interact with bearing surfaces of the housing through thrust bearings in the form of contour sealing elements, as well as a gate rotation mechanism consisting of a gear sector made in it and interaction The drive gear that is used with it, the disk gate is centered on the inner diameter of the spacer ring, which eliminates the axis on which the gate was centered earlier, simplifies the gate structure and body parts, eliminating the need to make exact holes for the axis in them and thereby simplifying the valve design in general, and providing increased reliability by reducing the number of its elements. A segment lubricating groove is made on the inner surface of the spacer ring symmetrically of the drive gear from the side of the gear sector, the length of which is equal to the length of the regulation zone, which ensures guaranteed lubrication of the gate contact zone with the spacer ring, complicates the conditions for penetration of mechanical impurities into the contact zone, which cause wear of the contacted surfaces, which provides increased reliability of the valve. The diameter of the passage channel d in the gate is not more than 0.25 ... 0.4 of its outer diameter D, which ensures a decrease in the overall dimensions of the valve without increasing its hydraulic resistance and simplifies its design. Thrust bearings in the form of contour sealing elements are installed on the end surfaces of the gate, which eliminates the possibility of their contact with the edges of the support seats installed in each part of the housing and their mechanical damage when opening and closing the valve, which increases the reliability of the valve.

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 conformity of the complex of new features of the valve with the criterion of "significant differences" according to the information sources available to the authors and the applicant, it was not possible to find signs in the well-known technical solutions of signs similar to those claimed.

На фиг.1 приведена конструктивная схема задвижки, в том положении, когда шибер находится в открытом положении, на фиг.2 показано поперечное сечение задвижки в открытом положении, а на фиг.3 - схема расположения смазочной канавки.In Fig.1 shows a structural diagram of the valve, in the position when the gate is in the open position, Fig.2 shows a cross section of the valve in the open position, and Fig.3 is a diagram of the location of the lubrication groove.

Задвижка содержит выполненный из двух частей 1 и 2 корпус, между которыми с помощью шпилек с шайбами и гайками (поз. 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 свободно с зазором размещен дисковый шибер 5 с проходным каналом 6, диаметр которого зависит от конструкции элементов седла 16 и размеров волнообразных пружин 17 и составляет не менее 0,25...0,4 его наружного диаметра D. Указанные соотношения получены в процессе конструирования задвижек для реальных условий эксплуатации. Меньшее значение соответствует задвижке с диаметром проходного канала, равным 32 мм, а большее - 80 мм. Уменьшение указанных соотношений приводит к увеличению габаритных размеров и массы задвижки, а увеличение их невозможно вследствие ограничений, налагаемых конструкцией седла 16, размеров волнообразных пружин 17 и размеров поперечного сечения упорных подшипников в виде контурных уплотнительных элементов 8. Дисковый шибер 5 центрируется по внутреннему диаметру распорного кольца 3. Для уменьшения коэффициента трения между ними у распорного кольца рекомендуется увеличить твердость. Дисковый шибер 5 образует с распорным кольцом 3 и частями 1 и 2 корпуса замкнутую периферийную полость 7 и взаимодействует с опорными поверхностями корпуса через выполненные в дисковом шибере 5 упорные подшипники 8 в виде контурных уплотнительных элементов. Это позволяет исключить контакт поверхностей зубчатого сектора 14 с поверхностями упорных подшипников 8, что могло бы привести к их быстрому износу. 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, защищенными от попадания рабочей среды резиновыми уплотнительными кольцами, которые на фиг.1, 2, 3 не показаны. В распорном кольце 3 с целью уменьшения момента сил трения при движении дискового шибера 5 по внутренней поверхности распорного кольца 3, на ней, симметрично приводной шестерни 15 со стороны зубчатого сектора 14 выполнена сегментная смазочная канавка, длина которой равна длине зоны регулирования. Канавка предназначена для обеспечения наличия смазки в периферийной зоне 7. Смазочная канавка 20 соединена с отверстием 11, которое в рабочем положении закрыто пробкой 12 и шариком 13.The valve comprises a housing made of two parts 1 and 2, between which, using studs with washers and nuts (pos. 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, a disk slide 5 with a passage channel 6 is freely placed with a gap, the diameter of which depends on the design of the saddle elements 16 and the dimensions of the wave-like springs 17 and is at least 0.25 .. .0.4 of its outer diameter D. The indicated ratios were obtained in the process of designing valves for actual operating conditions. A lower value corresponds to a valve with a passage diameter of 32 mm, and a larger one - 80 mm. A decrease in these ratios leads to an increase in the overall dimensions and mass of the valve, and their increase is not possible due to the restrictions imposed by the design of the seat 16, the dimensions of the wave-like springs 17 and the cross-sectional dimensions of the thrust bearings in the form of contour sealing elements 8. The disk slide 5 is centered on the inner diameter of the spacer ring 3. To reduce the coefficient of friction between them at the spacer ring, it is recommended to increase the hardness. The disk gate 5 forms a closed peripheral cavity 7 with the spacer ring 3 and parts 1 and 2 of the housing and interacts with the supporting surfaces of the housing through thrust bearings 8 made in the disk gate 5 in the form of contour sealing elements. This eliminates the contact of the surfaces of the gear sector 14 with the surfaces of the thrust bearings 8, which could lead to their rapid wear. Opposite the passage bore 6, a through recess is made in the disk gate 5, on the peripheral part of which there is a gear sector 14, which interacts with the gear shaft 15 installed in the body parts 1 and 2 of the housing 15. In each of the body parts 1 and 2, movable saddles interacting with the disk gate 5 are installed 16 with wave-like springs 17, protected from the working medium by rubber sealing rings, which are not shown in FIGS. 1, 2, 3. In the spacer ring 3, in order to reduce the moment of frictional forces when the disk gate 5 moves along the inner surface of the spacer ring 3, a segment lubrication groove is made on it, symmetrically with the drive gear 15 from the gear sector 14, the length of which is equal to the length of the regulation zone. The groove is designed to ensure the presence of lubricant in the peripheral zone 7. The lubricating groove 20 is connected to the hole 11, which in the working position is closed by a plug 12 and a ball 13.

Задвижка работает следующим образом. При вращении вала-шестерни 15 с помощью ключа (на фиг.1 не показан) происходит поворот дискового шибера 5 в распорном кольце 3 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 1005 градусов шибер поворачивается на оси на 116 градусов, полностью открывая или закрывая проходное сечение задвижки. Для исключения попадания рабочей среды в периферийную полость 7 на опорных поверхностях дискового шибера установлены упорные подшипники 8 в виде контурных уплотнительных элементов. 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. 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 in the spacer ring 3 is rotated 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 1005 degrees, the gate rotates on the axis by 116 degrees, fully Opening or closing the valve bore To prevent the ingress of the working medium into the peripheral cavity 7, thrust bearings 8 in the form of contour sealing elements are installed on the supporting surfaces of the disk gate. 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. 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-shaped 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.

Таким образом, упростив конструкцию задвижки, удалось уменьшить ее вес на 15%. Это получено для задвижки с диаметром проходного сечения 65 мм. Высокая ремонтопригодность, надежность и удобство управления задвижкой подтверждены ее испытаниями в реальных производственных условиях в нефтедобывающей промышленности. Полный средний ресурс составил 2100 циклов, что обеспечивает ее полный срок службы не менее 10 лет. Ожидается средний срок службы задвижки до капитального ремонта не менее 5 лет.Thus, having simplified the design of the valve, it was possible to reduce its weight by 15%. This is obtained for valves with a bore diameter of 65 mm. 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 2100 cycles, which ensures its full service life of at least 10 years. The average valve service life is expected to be at least 5 years before major repairs.

Источники информацииSources of information

1. Авторское свидетельство СССР №1390468, МПК F 16 К 31/53. Поворотный затвор./Г.М.Папцов и др. (СССР). Опубл. в БИ № 15, 1988 г.1. USSR author's certificate No. 1390468, IPC F 16 K 31/53. Butterfly valve / G.M. Paptsov et al. (USSR). Publ. in BI 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, БИ № 3, 2000, с.472.2. Certificate for utility model No. 12713, IPC F 16 K 3/06. Latch. / Yu.N. Paramonov, S.N. Novoseltsev, V.S. Melnik, V.M. Artemenko. Publ. 01/27/2000, BI 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 rotary valve with an external diameter D with a passage channel with a diameter of d is arranged to rotate in its plane, interacting with the bearing surfaces of the housing through thrust bearings in the form contour sealing elements, as well as a gate rotation mechanism, consisting of a gear sector made in it and a drive gear interacting with it, characterized in that the disks the th gate is centered on the inner diameter of the spacer ring, on the inner surface of which the gear wheel is symmetrically driven from the gear sector, a segment lubricating groove is made, the length of which is equal to the length of the regulation zone, the diameter of the passage channel d in the gate is not more than 0.25 ... 0.4 its outer diameter D, and thrust bearings in the form of contour sealing elements mounted on the end surfaces of the gate.