RU2246653C1

RU2246653C1 - Gate valve

Info

Publication number: RU2246653C1
Application number: RU2004108686/06A
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 members. Each housing member receives spring-loaded seats provided with sealing members. The disk slide valve provided with through port is interposed between the seat for permitting rotation. The port receives changeable control member. The changeable control member is made of the valve chamber for permitting movement in the axial direction at a distance which does not exceed the space between the housing members and disk slide valve. The sealing members are fit with interference in the shaped grooves provided in the faces of seats.

EFFECT: enhanced reliability and expanded functional capabilities.

2 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 и быстрой сменой используемых при этом технических средств, которые часто работают под высоким давлением химически активной среды. Поэтому актуальной задачей является разработка таких конструкций задвижек, которые позволяют при необходимости производить очистку и добычу нефтепродуктов без демонтажа оборудования и не требуют больших затрат на их ремонт, и могут работать в сложных климатических условиях в течение нескольких лет.The effectiveness of industrial oil production is determined by the reliability and rapid change of technical means used, which often operate under high pressure of a chemically active medium. Therefore, the urgent task is the development of such valve designs that allow, if necessary, to clean and produce oil products without dismantling the equipment and do not require large expenses for their repair, and can operate in difficult climatic conditions for several years.

Известна задвижка [1], выполненная в виде шарового крана, содержащая корпус, в котором между подпружиненными в осевом направлении седлами с уплотнительными элементами расположена сферическая пробка, снабженная установленными в подшипниках верхней опорой в виде шпинделя с кольцевым буртиком и нижней, расположенной в расточке пробки и сопрягаемой с ней посредством шарика. Пробка имеет проходное отверстие диаметром D и имеет возможность поворота с образованием зоны регулирования от положения “закрыто” до положения “открыто”.Known valve [1], made in the form of a ball valve, comprising a housing in which between the axially springed seats with sealing elements there is a spherical plug equipped with an upper support installed in the bearings in the form of a spindle with an annular collar and a lower plug located in the bore and mating with it through a ball. The plug has a through hole with a diameter of D and has the ability to rotate with the formation of the regulation zone from the “closed” position to the “open” position.

Недостатком такой задвижки является отсутствие возможности регулирования направления потока жидкости, что требует наличие обратного клапана. Недостатком также является невозможность замены сферической пробки под давлением рабочей среды без демонтажа оборудования, что усложняет работу обслуживающего персонала, а также технологическая сложность изготовления сферической пробки и ответных деталей, требующая высокоточного оборудования.The disadvantage of this valve is the inability to control the direction of fluid flow, which requires the presence of a check valve. The disadvantage is the impossibility of replacing a spherical plug under pressure of the working medium without dismantling the equipment, which complicates the work of maintenance personnel, as well as the technological complexity of manufacturing a spherical plug and reciprocal parts, requiring high-precision equipment.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сути является задвижка [2], содержащая два соединенных друг с другом полукорпуса, размещенный между ними дисковый шибер с проходным отверстием, подпружиненными седлами с уплотнительными элементами и сменный регулирующий элемент - дроссель.Closest to the one proposed in technical essence is a valve [2], which contains two half-bodies connected to each other, a disk gate with a bore located between them, spring-loaded seats with sealing elements and a replaceable control element - a throttle.

Недостатком такой задвижки является отсутствие возможности регулирования направления потока жидкости, что требует наличие обратного клапана. Недостатком также является невозможность замены дросселя без демонтажа оборудования под давлением рабочей среды, что усложняет работу обслуживающего персонала.The disadvantage of this valve is the inability to control the direction of fluid flow, which requires the presence of a check valve. The disadvantage is the inability to replace the throttle without dismantling the equipment under the pressure of the working medium, which complicates the work of maintenance personnel.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение надежности, расширение функциональных возможностей задвижки, выражающееся в возможности совмещение функции задвижки и обратного клапана, а также для облегчения труда обслуживающего персонала при проведении технологических операций.The technical problem to which the claimed invention is directed is to increase reliability, expand the functionality of the valve, expressed in the possibility of combining the function of the valve and check valve, as well as to facilitate the work of maintenance personnel during technological operations.

Поставленная техническая задача решена за счет того, что в известной задвижке, содержащей корпус, выполненный из двух соединенных между собой частей, в каждой из которых установлены подпружиненные седла с уплотнительными элементами, между которыми с возможностью поворота в своей плоскости размещен дисковый шибер с проходным отверстием, в котором установлен сменный регулирующий элемент, выполненный в виде клапанной камеры с возможностью перемещения ее в осевом направлении на величину, не превышающую величину зазора между частями корпуса и дисковым шибером, а уплотнительные элементы установлены с натягом на торце седел в канавках, имеющих рифленую поверхность.The stated technical problem is solved due to the fact that in a known valve comprising a housing made of two interconnected parts, in each of which spring-loaded seats with sealing elements are installed, between which a rotary gate with a passage hole is placed in its plane, in which a removable control element is installed, made in the form of a valve chamber with the possibility of moving it in the axial direction by an amount not exceeding the size of the gap between the body parts CA and a disk gate, and the sealing elements are installed with an interference fit at the end of the seats in grooves having a corrugated surface.

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" by 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 расположения уплотнительного элемента в седле.In Fig.1 shows a structural diagram of the valve, in the position when the gate is in the open position, Fig.2 is a diagram of the location of the sealing element in the saddle.

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 на оси 5, жестко закрепленной в каждой из частей 1 и 2 корпуса, размещен дисковый шибер 4 с проходным отверстием D. В проходном отверстии дискового шибера 4 с возможностью перемещения в осевом направлении на величину, не превышающую величину зазора между частями корпуса и дисковым шибером, установлена клапанная камера 8. Наличие клапанной камеры 8 дает возможность автоматического управления потоком рабочей среды. Для исключения выдавливания клапанной камеры 8 давлением рабочей жидкости диаметр проходных отверстий d в седлах 7 выполнен меньше диаметра проходного отверстия D в дисковом шибере 4. В каждой из частей 1 и 2 корпуса установлены взаимодействующие с дисковым шибером 4 и обеспечивающие его уплотнение подвижные седла 7 с уплотнительными элементами 9. Уплотнительные элементы 9 установлены на торце седел 7 в канавках, имеющих рифленую поверхность 13, с натягом. Наличие рифленой поверхности 13 на торце седла 7 обеспечивает увеличение сил сцепления, развивающихся на контактной поверхности, следовательно, повышается прочность соединения уплотнительного элемента 9 с седлом 7, что обеспечивает повышение надежности работы задвижки. Дисковый шибер 4 образует с упорным кольцом 3 и частями 1 и 2 корпуса замкнутую периферийную полость и взаимодействует с опорными поверхностями седла 7 через выполненные в нем уплотнительные элементы 9. Для обеспечения герметичности и работоспособности задвижки величина зазора а, между дисковым шибером 4 и седлом 7, составляет 0,07...0,12 ширины уплотнительного элемента 9 шириной b если он выполнен из фторопласта марки Ф-4 ТУ 6-05-041-535-74. Данная зависимость обусловлена тем, что при увеличении зазора а возникает вероятность установки шибера 4 с перекосом, а также скапливанием в периферийной полости между шибером 4, распорным кольцом 3 и частями 1 и 2 корпуса рабочей среды с механическими примесями, вызывающими преждевременный износ уплотнительных элементов и рабочих поверхностей шибера. При уменьшении зазора а давлением рабочей среды раздавит уплотнительные элементы 9, произойдет контакт “металл по металлу”, что затруднит вращение шибера 4 и приведет к выходу из строя задвижки. Указанные пределы отношения а к b получены опытным путем и зарекомендовали себя только с положительной стороны. В каждой из частей корпуса напротив друг друга выполнены сквозные отверстия диаметром больше диаметра проходного отверстия в шибере 4, закрытые пробками 14. Сквозные отверстия расположены на радиусе, равном радиусу расположения проходного отверстия в шибере 4, и на расстоянии от оси проходных отверстий в седлах, равном длине зоны регулирования, что позволяет производить замену клапанной камеры 8 без демонтажа оборудования.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 on the axis 5, is rigidly fixed in each of the parts 1 and 2 of the housing, there is a disk gate 4 with a passage hole D. In the passage hole of the disk gate 4 in the axial direction by a value not exceeding the gap between the parts of the housing and the disk gate, a valve chamber 8 is installed. The presence of a valve chamber 8 makes it possible to automatically control the flow of the working medium. To exclude the extrusion of the valve chamber 8 by the pressure of the working fluid, the diameter of the through holes d in the seats 7 is made smaller than the diameter of the through holes D in the disk gate 4. In each of the body parts 1 and 2, movable saddles 7 interacting with the disk gate 4 and providing its sealing are installed with sealing elements 9. Sealing elements 9 are installed at the end of the seats 7 in grooves having a grooved surface 13, with interference. The presence of a corrugated surface 13 at the end of the seat 7 provides an increase in the adhesion forces developing on the contact surface, therefore, increases the strength of the joint of the sealing element 9 with the seat 7, which improves the reliability of the valve. The disk gate 4 forms a closed peripheral cavity with the thrust ring 3 and parts 1 and 2 of the casing and interacts with the supporting surfaces of the seat 7 through the sealing elements 9 made therein. To ensure the tightness and operability of the valve, the clearance value a, between the disk gate 4 and the seat 7, is 0.07 ... 0.12 of the width of the sealing element 9 of width b if it is made of fluoropolymer grade F-4 TU 6-05-041-535-74. This dependence is due to the fact that with an increase in the gap a, there is a chance of installing the gate 4 with a bias, as well as accumulation in the peripheral cavity between the gate 4, the spacer ring 3 and parts 1 and 2 of the working medium body with mechanical impurities, causing premature wear of the sealing elements and working gate surfaces. If the clearance decreases, the pressure of the working medium will crush the sealing elements 9, a metal-to-metal contact will occur, which will complicate the rotation of the gate 4 and lead to failure of the valve. The indicated limits of the relation a to b were obtained experimentally and have proven themselves only on the positive side. In each of the body parts opposite each other, through holes with a diameter larger than the diameter of the through hole in the gate 4 are closed, closed by plugs 14. The through holes are located at a radius equal to the radius of the passage through the gate 4 and at a distance from the axis of the through holes in the saddles the length of the regulation zone, which allows the replacement of the valve chamber 8 without dismantling the equipment.

Задвижка работает следующим образом. При вращении вала-шестерни 10 с помощью ключа (не показан) происходит поворот дискового шибера 4 на оси 5 из положения "открыто" в положение "закрыто" или наоборот. Угол поворота вала-шестерни 10 зависит от геометрических размеров основных деталей задвижки - дискового шибера 4 и параметров зубчатого зацепления сектора 12. В опытных образцах задвижек с диаметром условного прохода 20 мм при повороте вала-шестерни 10 на 899 градусов шибер 4 поворачивается на оси 5 на 124 градуса, полностью открывая или закрывая проходное сечение задвижки. Для исключения попадания рабочей среды в периферийную полость на опорных поверхностях корпуса 1 и 2 установлены упорные подшипники 11 в виде контурных уплотнительных элементов. Уплотнение шибера 4 обеспечивается двумя подвижными седлами 7. Прижим седла 7 осуществляется дисковыми тарельчатыми пружинами 6. В закрытом или промежуточном положениях дискового шибера 4 на него действует поперечная сила, определяемая статическим давлением, и скоростным напором рабочей среды и площадью, на которую они действуют. Эту силу воспринимают упорные подшипники 11. При этом сила, действующая в зоне контакта седла 7 с дисковым шибером 4, от давления рабочей среды не зависит и остается постоянной, определяемой только силой упругости тарельчатых пружин 6, что уменьшает износ рабочих поверхностей седел и шибера, а также повышает надежность работы задвижки. Замена клапанной камеры 8 производится следующим образом: дисковый шибер 4 устанавливается в положение “закрыто”, выкручиваются пробки 14 и клапанная камера 8 выталкивается в удобную сторону. Пробки 14 устанавливаются в гнезда и подтягиваются до обеспечения соответствующей герметичности, для чего на торцах пробки имеются уплотнения. Перед нагнетанием смазки в корпус задвижки при ее периодическом техническом обслуживании и замены клапанной камеры 8 необходимо разрядить ее от давления. Сброс давления производится через отверстие, выполненное в одном из частей корпуса. Смазка в зазоры между шибером 4 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 не показаны.The valve operates as follows. When the shaft of the gear wheel 10 is rotated using a key (not shown), the disk gate 4 on the axis 5 rotates from the open position to the closed position or vice versa. The angle of rotation of the pinion shaft 10 depends on the geometric dimensions of the main parts of the valve - disk gate 4 and the gearing parameters of sector 12. In the pilot samples of valves with a nominal diameter of 20 mm, when the shaft of the pinion gear 10 is turned 899 degrees, the gate 4 is rotated on axis 5 by 124 degrees, fully opening or closing the bore of the valve. To prevent the ingress of the working medium into the peripheral cavity on the supporting surfaces of the housing 1 and 2, thrust bearings 11 are installed in the form of contour sealing elements. The sealing of the gate 4 is provided by two movable saddles 7. The clamp of the saddle 7 is carried out by disk disk springs 6. In the closed or intermediate positions of the disk gate 4, a transverse force acts on it, determined by static pressure and the pressure head of the working medium and the area on which they act. Thrust bearings 11 perceive this force. Moreover, the force acting in the contact zone of the seat 7 with the disk gate 4 does not depend on the pressure of the working medium and remains constant, determined only by the elastic force of the disk springs 6, which reduces wear on the working surfaces of the seats and the gate, and also increases the reliability of the valve. The valve chamber 8 is replaced as follows: the disk gate 4 is set to the “closed” position, the plugs 14 are unscrewed and the valve chamber 8 is pushed out in a convenient direction. Plugs 14 are installed in sockets and tightened to ensure proper tightness, for which there are seals on the ends of the plugs. Before injecting lubricant into the valve body during its periodic maintenance and replacement of the valve chamber 8, it is necessary to discharge it from the pressure. Pressure relief is carried out through an opening made in one of the parts of the housing. Lubrication in the gaps between the gate 4 and parts 1 and 2 of 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 pinion shaft and gate, which are not shown in FIGS. 1, 2.

Широкая функциональная возможность, надежность и удобство управления задвижкой подтверждены ее испытаниями в реальных производственных условиях в нефтедобывающей промышленности. Время, необходимое для замены клапанной камеры, составляет от 15 до 30 минут в зависимости от удобства расположения задвижки и времени года. 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.Wide functionality, reliability and ease of control of the valve are confirmed by its tests in real production conditions in the oil industry. The time required to replace the valve chamber is from 15 to 30 minutes, depending on the convenience of the location of the valve and the time of year. 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. №1523815, СССР, МПК F 16 К 5/06. Шаровой кран / В.В.Псарев, Ю.Л.Рухлов и др. (СССР). Опубл. в БИ №43, 1989 г.1. A.S. No. 1523815, USSR, IPC F 16 K 5/06. Ball valve / V.V. Psarev, Yu.L. Rukhlov et al. (USSR). Publ. in BI No. 43, 1989

2. Свидетельство на полезную модель №24715, RU, МПК F 16 К 3/06. Задвижка / Ю.Н.Парамонов и др. (RU). Опубл. в БИ 2002.08.20.2. Utility Model Certificate No. 24715, RU, IPC F 16 K 3/06. Latch / Yu.N. Paramonov et al. (RU). Publ. in BI 2002.08.20.

Claims

A valve comprising a housing made of two interconnected parts, in each of which spring-loaded seats with sealing elements are installed, between which a rotary gate with a through hole is installed in its plane, in which a removable control element is installed, characterized in that interchangeable control element is made in the form of a valve chamber with the ability to move it in the axial direction by an amount not exceeding the gap between the parts of the housing and the disk gate And sealing elements are mounted with an interference fit on the end of the saddles in the grooves having a knurled surface.