RU2246652C1

RU2246652C1 - Gate valve

Info

Publication number: RU2246652C1
Application number: RU2004108685/06A
Authority: RU
Inventors: В.М. Артеменко (RU); В.М. Артеменко; С.Н. Новосельцев (RU); С.Н. Новосельцев
Original assignee: ЗАО "Технология"
Priority date: 2004-03-23
Filing date: 2004-03-23
Publication date: 2005-02-20

Abstract

FIELD: oil and chemical industry.

SUBSTANCE: gate valve has housing made of two interconnected housing members. The space between the housing members receives disk slide valve which is provided with geared sector and mounted for rotation in its plane. The geared sector engages the driving pinion. The housing members are interconnected through bending. The bending is made of two semirings which are of U-shaped in cross-section. The disk slide valve has at least two through openings of different diameters. The axes of the openings are arranged at the same distance from each other, which is equal to 0.85-1.2 of the diameter of the greater through opening. The geared sector of the disk slide valve is closed.

EFFECT: .

cl, dwg

Description

Изобретение относится к области нефтяного и химического машиностроения и может быть использовано в качестве запирающего и регулирующего устройства на трубопроводах, транспортирующих нефть или техническую воду (рабочую среду) под давлением до 35 МПа, а также для перекрытия каналов устьевой арматуры фонтанных, насосных и нагнетательных скважин.The invention relates to the field of petroleum and chemical engineering and can be used as a locking and regulating device in pipelines transporting oil or industrial water (working medium) under pressure up to 35 MPa, as well as for blocking the channels of wellhead fittings for fountain, pump and injection wells.

Добыча нефти происходит в сложных климатических условиях и сопряжена с тяжелым физическим трудом. Основные средства повышения производительности буровых и геолого-разведочных работ - оснащение новой высокоэффективной техникой и обеспечение условий для ее нормальной эксплуатации. При эксплуатации трубопроводной арматуры часто требуется не только перекрывать трубопроводы, работающие под высоким давлением химически активной рабочей среды, но и изменять расход рабочей среды. Поэтому актуальной задачей является разработка таких конструкций задвижек, которые не требуют больших усилий для управления ими и технологичны при эксплуатации.Oil production occurs in difficult climatic conditions and is associated with heavy physical labor. The main means of increasing the productivity of drilling and geological exploration is to equip new highly efficient equipment and provide conditions for its normal operation. When operating pipe fittings, it is often required not only to block pipelines operating under high pressure of a chemically active working medium, but also to change the flow rate of the working medium. Therefore, the urgent task is to develop such valve designs that do not require much effort to control them and are technologically advanced during operation.

Известна задвижка [1], выполненная в виде поворотного затвора, содержащая корпус, в котором подвижно размещен дисковый запорный орган в виде шибера, шарнирно соединенный с рычагом, связанным с приводом, содержащим червячный зубчатый механизм, в котором корпус состоит из двух частей, соединенных между собой болтами с шайбами и гайками.Known valve [1], made in the form of a rotary shutter, comprising a housing in which a movable disk locking element in the form of a gate is pivotally connected to a lever connected to an actuator containing a worm gear mechanism, in which the housing consists of two parts connected between bolts with washers and nuts.

Недостатком такой задвижки является сложность конструкции, корпус имеет нетехнологичные конструктивные элементы, червячная передача сложна в изготовлении, наличие большого количества болтов увеличивает время сборки такой задвижки и ухудшает эстетический вид.The disadvantage of such a valve is the complexity of the design, the housing has non-technological structural elements, the worm gear is difficult to manufacture, the presence of a large number of bolts increases the assembly time of such a valve and worsens the aesthetic appearance.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сути является задвижка [2], содержащая корпус, состоящий из двух соединенных между собой болтами с гайками и шайбами полукорпусов, между которыми с возможностью поворота в своей плоскости размещен дисковый шибер с внутренним зубчатым сектором, взаимодействующим с приводной шестерней. Дисковый шибер имеет одно проходное отверстие.Closest to the proposed technical essence is a valve [2], comprising a housing consisting of two interconnected bolts with nuts and washers of half-bodies, between which a disk gate with an internal gear sector interacting with a drive gear is rotatably placed in its plane. The disk gate has one passage opening.

Недостатками такой задвижки являются сложность конструкции, которая обусловлена наличием большого количества соединяющих полукорпуса болтов, внутренним зацеплением приводной шестерни с зубчатым сектором дискового шибера, что усложняет ее конструкцию, требует больших затрат времени и сил на сборку, а наличие только одного проходного отверстия не обеспечивает регулирования расхода рабочей среды.The disadvantages of such a valve are the design complexity, which is due to the presence of a large number of connecting half-housing bolts, internal gearing of the drive gear with the toothed sector of the disk gate, which complicates its design, requires a lot of time and effort to assemble, and the presence of only one passage opening does not provide flow control working environment.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является упрощение конструкции задвижки, снижение металлоемкости, снижение трудоемкости ее сборки и обеспечение регулирования расхода рабочей среды.The technical problem to which the claimed invention is directed is to simplify the design of the valve, reduce the metal consumption, reduce the complexity of its assembly and ensure the regulation of the flow of the working medium.

Поставленная техническая задача решена за счет того, что в известной задвижке, содержащей корпус, состоящий из двух соединенных между собой полукорпусов, между которыми с возможностью поворота в своей плоскости размещен дисковый шибер с зубчатым сектором, взаимодействующим с приводной шестерней, полукорпуса соединены между собой бандажом, состоящим из двух полуколец П-образного сечения, дисковый шибер имеет не менее двух проходных отверстий разного диаметра, оси которых расположены на одинаковом расстоянии друг от друга, равном 0.85...1.2 диаметра наибольшего проходного отверстия, причем зубчатый сектор на дисковом шибере выполнен замкнутым.The stated technical problem is solved due to the fact that in the known valve, comprising a housing consisting of two interconnected half-bodies, between which a rotary disk with a toothed sector interacting with the drive gear is rotated in its plane, the half-bodies are interconnected by a bandage, consisting of two semi-rings of a U-shaped cross-section, the disk gate has at least two passage holes of different diameters, the axes of which are located at the same distance from each other, equal to 0.85 ... 1.2 Diameter maximum passage opening, wherein a sector gear is formed on the disc vanes closed.

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 valve features to the criterion, significant differences in the available authors and the applicant 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 положении “открыто”, на фиг.2 - схема дискового шибера.Figure 1 shows the structural diagram of the valve, in the position when the gate is in the "open" position, figure 2 is a diagram of a disk gate.

Задвижка состоит из корпуса, образованного двумя полукорпусами 1 и 2, между которыми жестко закреплено распорное кольцо 10. Каждая из частей корпуса имеет сквозные каналы и конструктивные элементы, например фланцы, для монтажа задвижки в трубопроводе. Обе части полукорпуса 1 и 2 жестко соединены между собой бандажом, состоящим из двух полуколец 8 и 9 П-образного сечения. Полукольца 8 и 9 нагреваются до температуры 250-300°С и устанавливаются на полукорпуса 1 и 2, зажатые в приспособлении. При остывании бандажа до комнатной температуры образуется необходимый натяг для жесткого соединения обеих частей корпуса. Таким образом, предлагаемая задвижка имеет упрощенную конструкцию за счет того, что вместо используемого обычно болтового соединения (от восьми до двадцати болтов) ее основные детали - две части корпуса и шибер соединены одним бандажом. Одновременно со снижением трудоемкости сборки существенно улучшилось эстетическое оформление - корпус и бандаж образуют одну цилиндрическую форму без выступающих частей. Во внутренней полости распорного кольца 10 эксцентрично корпусу с возможностью поворота в своей плоскости в вокруг своей оси 3, жестко закрепленной в каждой из частей 1 и 2 корпуса размещен дисковый шибер 5, условно разделенный на n секторов. В опытном образце n=6. Дисковый шибер 5 имеет (n-1) проходных отверстий, размещенных на одной окружности диаметром D, с проходными отверстиями от d₁ до d_max для прохода рабочей среды. В опытном образце это d₁=18 мм, d₂=23 мм, d₃=28 мм, d₄=33 мм, d₅=d_max=37 мм. Один сектор на шибере не имеет отверстия, что соответствует положению “закрыто”, что позволяет полностью перекрывать движение потока рабочей среды. Оси проходных отверстий на дисковом шибере 5 расположены на одинаковом расстоянии L друг от друга, что позволяет в процессе работы менять положение дискового шибера, устанавливая необходимые проходные отверстия от d₁ до d_max, не останавливая полностью движение потока рабочей среды, что в свою очередь предохраняет технологическое оборудование от гидравлических ударов. Межосевое расстояние проходных отверстий принимается равным L=kd_max, где k - поправочный коэффициент (0,85...1,2); d_max - диаметр наибольшего проходного отверстия. Данная зависимость обусловлена технологической необходимостью. Для обеспечения плавного регулирования потока рабочей среды межосевое расстояние принимается с коэффициентом, близким к 0.85, а для обеспечения точного ступенчатого регулирования межосевое расстояние принимается с коэффициентом, близким к 1.2. В опытном образце L=d_max=37 мм. Зубчатый сектор 4 на дисковом шибере 5 выполнен по всему наружному диаметру D_ш с наружным зацеплением, взаимодействующий с приводной шестерней 6, которая установлена в подшипниках скольжения 7, при помощи которой приводится в движение дисковый шибер 5 для смены проходного отверстия или перекрытия потока. Дисковый шибер 5 центрируется в корпусе волнообразными пружинами 11. Количество волн пружин определяется расчетом в зависимости от давления рабочей среды и диаметра отверстия в задвижке.The valve consists of a body formed by two half-bodies 1 and 2, between which a spacer ring 10 is rigidly fixed. Each of the body parts has through channels and structural elements, for example flanges, for mounting the valve in the pipeline. Both parts of the half-shell 1 and 2 are rigidly interconnected by a bandage consisting of two half rings 8 and 9 of the U-shaped section. The half rings 8 and 9 are heated to a temperature of 250-300 ° C and are installed on the half shells 1 and 2, clamped in the device. When the bandage cools to room temperature, the necessary interference is formed for the rigid connection of both parts of the body. Thus, the proposed valve has a simplified design due to the fact that instead of the commonly used bolted connection (from eight to twenty bolts), its main parts - two parts of the body and the gate are connected by one brace. At the same time as the laboriousness of the assembly was reduced, the aesthetic design improved significantly - the body and the bandage form one cylindrical shape without protruding parts. In the inner cavity of the spacer ring 10 eccentric to the housing with the possibility of rotation in its plane around its axis 3, rigidly fixed in each of the parts 1 and 2 of the housing there is a disk gate 5 conditionally divided into n sectors. In the prototype n = 6. The disk gate 5 has (n-1) bore holes located on one circle with a diameter of D, with bore holes from d ₁ to d _max for the passage of the working medium. In the prototype, this is d ₁ = 18 mm, d ₂ = 23 mm, d ₃ = 28 mm, d ₄ = 33 mm, d ₅ = d _max = 37 mm. One sector on the gate does not have an opening, which corresponds to the “closed” position, which allows completely blocking the movement of the working medium flow. The axes of the passage openings on the disk gate 5 are located at the same distance L from each other, which allows changing the position of the disk gate during operation, setting the necessary passage openings from d ₁ to d _max , without completely stopping the flow of the working medium, which in turn protects process equipment from water hammer. The center distance of the through holes is taken equal to L = kd _max , where k is the correction factor (0.85 ... 1.2); d _max - the diameter of the largest bore. This dependence is due to technological necessity. To ensure smooth regulation of the flow of the working medium, the center distance is adopted with a coefficient close to 0.85, and to ensure accurate stepwise control, the center distance is taken with a coefficient close to 1.2. In the prototype L = d _max = 37 mm The gear sector 4 on the disk gate 5 is made along the entire outer diameter D _w with external gearing, interacting with the drive gear 6, which is installed in the sliding bearings 7, by means of which the disk gate 5 is driven to change the bore or block the flow. The disk gate 5 is centered in the housing by wave-like springs 11. The number of spring waves is determined by calculation depending on the pressure of the working medium and the diameter of the hole in the valve.

Задвижка работает следующим образом. При вращении приводной шестерни 6 с помощью ключа (на фиг.1, 2 не показан) происходит поворот дискового шибера 5 на оси 3 открывая, закрывая или меняя проходное сечение задвижки в пределах ее возможностей. Угол поворота приводной шестерни 6 зависит от геометрических размеров основных деталей задвижки - дискового шибера 5 и приводной шестерни 6. В опытных образцах задвижек с максимальным диаметром условного прохода, равным 37 мм, при повороте приводной шестерни на 390 градусов дисковый шибер 5 поворачивается на оси 3 на угол, равный α=360/n, где n - количество рабочих секторов шибера. В опытном образце α=60°. Для обеспечения надежной работы задвижки смазка в зазоры между шибером и корпусом, а также в зону зубчатого зацепления подается при сборке задвижки через пресс-масленку и специальные каналы, выполненные в приводной шестерне и шибере, которые на фиг.1, 2 не показаны. Волнообразные пружины 11 обеспечивают центрирование шибера 5 в корпусе задвижки и компенсируют силы, действующие на шибер 5 в закрытом положении, от давления рабочей среды лучше, чем обычно используемые в аналогах тарельчатые пружины.The valve operates as follows. When the drive gear 6 is rotated using a key (not shown in FIGS. 1, 2), the disk gate 5 is rotated on the axis 3, opening, closing or changing the valve cross-section of the valve within its capabilities. The angle of rotation of the drive gear 6 depends on the geometrical dimensions of the main parts of the valve - the disk gate 5 and the drive gear 6. In the pilot samples of valves with a maximum nominal diameter of 37 mm, when the drive gear is rotated by 390 degrees, the disk gate 5 is rotated on the 3 axis by angle equal to α = 360 / n, where n is the number of working sectors of the gate. In the prototype α = 60 °. To ensure reliable operation of the valve, the lubricant in the gaps between the gate and the housing, as well as in the gearing zone, is supplied when the valve is assembled through a grease nipple and special channels made in the drive gear and gate, which are not shown in Figs. 1, 2. The wave-like springs 11 provide centering of the gate 5 in the valve body and compensate for the forces acting on the gate 5 in the closed position, from the pressure of the working medium is better than the disk springs commonly used in analogues.

Широкая функциональная возможность задвижки обусловлена возможностью регулирования расхода рабочей среды, подтверждена ее испытаниями в реальных производственных условиях в нефтедобывающей промышленности. Время, необходимое для изменения состояния задвижки из одного положения в другое, составляет от 15 до 30 секунд, при этом поток полностью не перекрывается, что исключает гидравлические удары и обеспечивает долговечность задвижки и технологического оборудования. Упростив конструкцию, удалось снизить вес задвижки на 25%. Наработка на отказ составила более 1800 циклов, что обеспечивает ее полный срок службы не менее 10 лет. Практикой подтверждено, что средний срок службы задвижки до капитального ремонта не менее 5 лет.The wide functionality of the valve is due to the possibility of controlling the flow rate of the working medium, confirmed by its tests in real production conditions in the oil industry. The time required to change the state of the valve from one position to another is from 15 to 30 seconds, while the flow does not completely overlap, which eliminates hydraulic shocks and ensures the durability of the valve and process equipment. By simplifying the design, it was possible to reduce the weight of the valve by 25%. MTBF was more than 1800 cycles, which ensures its full service life of at least 10 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. №1390468, СССР, МПК F 16 К 31/53. Поворотный затвор / Г.М.Папцов и др.(СССР). Опубл. в БИ № 15, 1988 г.1. A.S. No. 1390468, USSR, 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. 2000 г. Задвижка / Ю.Н.Парамонов и др.2. Certificate for utility model No. 12713, IPC F 16 K 3/06. 2000 Gate valve / Yu.N. Paramonov et al.

Claims

A valve containing a housing consisting of two interconnected half-bodies, between which a rotary disk gate with a gear sector interacting with a drive gear is arranged rotatably in its plane, characterized in that the half-bodies are interconnected by a brace consisting of two U-shaped half rings sections, the disk gate has at least two passage holes of different diameters, the axes of which are located at the same distance from each other, equal to 0.85 ... 1.2 of the diameter of the largest passage hole, with it toothed sector formed on the disc vanes closed.