RU2516086C2

RU2516086C2 - Shutoff valve

Info

Publication number: RU2516086C2
Application number: RU2011137611/06A
Authority: RU
Inventors: Олег Михайлович Шагинян
Original assignee: Олег Михайлович Шагинян
Priority date: 2011-09-12
Filing date: 2011-09-12
Publication date: 2014-05-20
Also published as: RU2011137611A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to pipeline valve engineering, in particular, to shutoff valves, and intended for blocking of the pipeline flow area by means of manual or power-operated drive. A shutoff valve comprises a casing with inlet and outlet branch pipes which are connected to a trim. The trim is made in the form of a cylinder installed in the casing at an angle to its axis. An opening with a seat is made in the cylinder bottom and a hole is provided in the cylinder wall on the side of the inlet branch pipe. The cylinder comprises a stem where a cone closing plug interacting with the seat is fixed and a piston installed after the closing plug at a distance exceeding the hole height which forms two cavities. A pipeline connecting the cavity after the piston with the outlet branch pipe is provided.

EFFECT: invention is designed to produce a valve of improved reliability, able of working in corrosive media under high forward pressure and high temperatures.

4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к трубопроводному арматуростроению, в частности к запорным клапанам, и предназначено для перекрытия проходного сечения трубопровода с использованием ручного или механизированного привода.The invention relates to pipeline valves, in particular to shut-off valves, and is intended to overlap the bore of the pipeline using a manual or mechanized actuator.

Известна шиберная задвижка, содержащая установленные в корпусе шибер со штоком, седла, уплотнительное устройство штока, установленное в крышке (см. Молчанов Г.В., Молчанов А.Г. Машины и оборудование для добычи нефти и газа. М.: Недра, 1984, с.94, рис.IV.12). Недостатком известного устройства является низкая надежность в системе уплотнителя при высоких давлениях и температуре.Known gate valve containing installed in the body of the gate with the stem, seats, stem sealing device installed in the cover (see Molchan G.V., Molchan A.G. Machines and equipment for oil and gas production. M .: Nedra, 1984 , p. 94, fig. IV.12). A disadvantage of the known device is the low reliability in the seal system at high pressures and temperatures.

Известна трубопроводная арматура патент US 3186426, F16K 5/00; F16K 43/00, дата публикации - 01.06.1965 г. Трубопроводная арматура предназначена для использования в топливном баке самолета. Она содержит корпус с входным и выходным патрубками для рабочей среды и подвижными седлами с уплотнительными поверхностями. В корпус встроены одна в другую две поворотные обечайки, связанные с корпусом и друг с другом байонетным затвором. Внутренняя встроенная обечайка уплотняет седла в положении трубопроводной арматуры «открыто», при этом в нее, в свою очередь, встроен регулирующий клапан, работающий в трубопроводной арматуре в указанном положении внутренней обечайки.Known pipe fittings patent US 3186426, F16K 5/00; F16K 43/00, publication date - 06/01/1965. Pipe fittings are designed for use in the aircraft fuel tank. It contains a housing with inlet and outlet nozzles for the working environment and movable saddles with sealing surfaces. Two rotary shells are integrated into the housing one into the other, connected with the housing and with each other by a bayonet lock. The internal built-in shell seals the seats in the position of the pipe fittings “open”, while in turn, a control valve is installed in it, working in the pipe fittings in the specified position of the internal shell.

Недостатком устройства является сложность конструкции и ограниченная область применения устройства из-за невозможности использовать в системах с высокотемпературным режимом работы.The disadvantage of this device is the design complexity and limited scope of the device due to the inability to use in systems with high temperature operation.

Известна трубопроводная арматура для нефтегазопроводов, проложенных по морскому дну, защищенная патентом US 4736771, F16K 5/02; F16K 15/18; F16K 43/00; F16K 5/00; F16K 15/00, дата публикации - 12.04.1988 г. содержит корпус с входным и выходным патрубками для рабочей среды, проточной частью и седловой поверхностью для запорной пробки. Запорная пробка снабжена сквозным проходным отверстием, перекрываемым обратным затвором (захлопкой), закрепленным с помощью поворотной оси в крышке корпуса. В рабочем режиме запорная пробка установлена в положении «открыто», поток рабочей среды воздействует на захлопку, открывая ее либо закрывая. Для проведения осмотра и/или ремонта захлопки запорную пробку поворачивают в положение «закрыто» с помощью переносного привода, устанавливаемого на крышку корпуса, и извлекают захлопку в сборе с поворотной осью и крышкой корпуса.Known pipe fittings for oil and gas pipelines laid along the seabed, protected by patent US 4736771, F16K 5/02; F16K 15/18; F16K 43/00; F16K 5/00; F16K 15/00, publication date - 04/12/1988, contains a housing with inlet and outlet nozzles for the working medium, a flowing part and a saddle surface for the locking plug. The locking plug is provided with a through hole, blocked by a check valve (flap), fixed with a rotary axis in the housing cover. In operating mode, the stopper is set to the open position, the flow of the working medium acts on the flap, opening it or closing it. For inspection and / or repair of the flap, the locking plug is turned to the “closed” position using a portable drive mounted on the housing cover, and the flap assembly is removed with a rotary axis and the housing cover.

Недостатком данного запорного устройства является узкая область его применения, невозможность работы при температуре более 270-300°C.The disadvantage of this locking device is the narrow scope of its application, the inability to work at a temperature of more than 270-300 ° C.

Известна трубопроводная арматура для использования в нефтегазовой промышленности по заявке на полезную модель RU 2007121320, F16K 5/00, F16K 15/00, F16K 43/00. Она содержит корпус, включающий входной и выходной патрубки для рабочей среды, патрубок с окном, уплотнительные седла для запорной пробки шаровидной формы, соединенной с приводным штоком. В запорной пробке имеется сквозное проходное отверстие, соединяющее входной и выходной патрубки.Known pipe fittings for use in the oil and gas industry according to the application for utility model RU 2007121320, F16K 5/00, F16K 15/00, F16K 43/00. It contains a housing including an inlet and an outlet nozzle for a working medium, a nozzle with a window, sealing seats for a globe-shaped locking plug connected to a drive rod. In the stopper plug there is a through passage hole connecting the inlet and outlet nozzles.

Недостатком устройства является невозможность использования для работы в агрессивной среде и при температуре более 270-300°C.The disadvantage of this device is the inability to use to work in an aggressive environment and at temperatures above 270-300 ° C.

Наиболее близким техническим решением из аналогов принятым за прототип является запорный клапан АТЕК модели ЗК DN 20-100 (см. каталог стр.32, рис.2 «Клапаны АТЕК», 2011, ЗАО НПФ «АТЕК», Москва, Потановский пер., д.5, стр.3)The closest technical solution of the analogues adopted for the prototype is an ATEC shut-off valve model ZK DN 20-100 (see catalog page 32, Fig. 2 “ATEC valves”, 2011, ATEK NPF, Moscow, Potanovsky per., D .5, p. 3)

Запорный клапан ЗК DN 20-100 содержит корпус, включающий входной и выходной патрубки для рабочей среды типа газ, мазут и др. нефтепродукты, пар, вода и другие среды, патрубок с окном, запорную шаровую пробку и седло, образующие затвор, уплотнения по шаровой пробке, ось управления поворотом шаровой пробки, уплотнения из терморасширительного графита, фторопласта или флувиса. Ось управления для взаимосвязи с шаровой пробкой и приводом снабжена по концам многогранниками.Shut-off valve ЗК DN 20-100 contains a housing including inlet and outlet nozzles for a working medium such as gas, fuel oil and other oil products, steam, water and other media, a nozzle with a window, a shut-off ball plug and a saddle forming a shutter, ball seals plug, axis of rotation control of the ball plug, seals made of thermal expansion graphite, fluoroplastic or fluvis. The control axis for interconnection with the ball plug and the drive is equipped with polyhedrons at the ends.

Недостатком указанного клапана является то, что запорная шаровая пробка, взаимодействующая с седлом технологически сложны в изготовлении, уплотнения из фторопласта не выдержат высоких температур свыше 270-300°C, агрессивная среда различных кислот будет способствовать разрушению уплотнений, снижая надежность запорного клапана.The disadvantage of this valve is that the locking ball plug interacting with the seat is technologically difficult to manufacture, the fluoroplastic seals will not withstand high temperatures above 270-300 ° C, the aggressive environment of various acids will contribute to the destruction of the seals, reducing the reliability of the shut-off valve.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания запорного клапана повышенной надежности, способного работать в агрессивных средах при высоком напорном давлении и высоких температурах свыше 270-300°C.The basis of the present invention is the task of creating a shut-off valve of increased reliability, capable of operating in aggressive environments at high pressure and high temperatures above 270-300 ° C.

Поставленная задача решается тем, что запорный клапан содержит такие известные признаки, как корпус, включающий входной и выходной патрубки, связанных между собой затвором.The problem is solved in that the shutoff valve contains such well-known features as a housing, including the inlet and outlet nozzles, interconnected by a shutter.

Для решения поставленной задачи необходимо решить проблему обеспечения герметизации затвора без использования уплотнений в условиях агрессивных сред, высоких давлений и температур. Это решается тем, что в запорном клапане затвор выполнен в виде цилиндра вмонтированного в корпус под углом к его оси, снабжен выполненными в днище цилиндра отверстием с седлом и в его стенке со стороны входного патрубка окном, размещенным в цилиндре штоком с закрепленными на нем конической запорной пробкой и поршнем, установленным за запорной пробкой на расстоянии большем высоты окна, образуя две полости, при этом запоршневая полость связана посредством трубопровода с выходным патрубком, поршень установлен с зазором, а запорная пробка взаимодействует с седлом. На трубопроводе установлен разгрузочный клапан для создания разряжения в запоршневой полости. Возможен вариант исполнения, когда поршень имеет конический профиль запорной пробки. Для обеспечения герметичности запоршневой полости цилиндра от перетечки среды от входа к выходу в цилиндре смонтировано дополнительное герметичное седло для взаимодействия с поршнем. Седла выполнены в виде усеченных конусов, обращенных во внутрь меньшим основанием. В варианте втором на трубопроводе разгрузочный клапан не ставится.To solve this problem, it is necessary to solve the problem of providing sealing of the shutter without the use of seals in aggressive environments, high pressures and temperatures. This is solved by the fact that in the shutoff valve the shutter is made in the form of a cylinder mounted in the housing at an angle to its axis, equipped with a hole with a seat made in the bottom of the cylinder and a window placed in the cylinder on the side of the inlet pipe with a conical shutter fixed to it a plug and a piston installed behind the stopper plug at a distance greater than the height of the window, forming two cavities, while the piston cavity is connected via a pipe to the outlet pipe, the piston is installed with a gap, and the stopper plug in Interaction of a saddle. An unloading valve is installed on the pipeline to create a vacuum in the piston cavity. An embodiment is possible when the piston has a conical profile of the stopper plug. To ensure the tightness of the piston cylinder cavity from the overflow of medium from the inlet to the outlet, an additional tight seat is mounted in the cylinder for interaction with the piston. The saddles are made in the form of truncated cones facing inward with a smaller base. In the second variant, an unloading valve is not installed on the pipeline.

Анализ устройств трубопроводной арматуры, в частности запорных клапанов, исследованных по патентной и технической литературе позволяет сделать вывод, что не обнаружен запорный клапан, который бы содержал совокупность известных и новых признаков охарактеризованных формулой изобретения, что позволяет считать заявленное техническое решение как соответствующее критерию «новизна».An analysis of pipeline fittings, in particular shut-off valves, studied according to patent and technical literature allows us to conclude that no shut-off valve was found that would contain a combination of known and new features characterized by the claims, which allows us to consider the claimed technical solution as meeting the criterion of "novelty" .

Творческое решение вопроса повышения надежности работы запорного клапана в условиях повышенных температур, высокого давления, агрессивных сред путем оригинального конструктивного решения узла затворного механизма без использования уплотняющих элементов в виде цилиндра, штока, размещенных на нем запорной пробки и поршня, а также седла в днище цилиндра позволяют сделать вывод о соответствии решения критерию «изобретательский уровень».A creative solution to the issue of improving the reliability of the shut-off valve under conditions of elevated temperatures, high pressure, aggressive environments by means of an original constructive solution to the shutter assembly without the use of sealing elements in the form of a cylinder, a rod, a shut-off plug and piston placed on it, and also a saddle in the cylinder bottom allow to conclude that the solution meets the criterion of "inventive step".

Графическое изображение клапана позволяет специалисту в данной отрасли его воспроизвести, что соответствует критерию «промышленная применимость».A graphic image of the valve allows a specialist in the industry to reproduce it, which meets the criterion of "industrial applicability".

Запорный клапан поясняется чертежом, где на фиг.1 схематично показан вариант клапана с цилиндрическим поршнем, а на фиг.2 - вариант клапана с коническими поршнем и седлом.The shut-off valve is illustrated in the drawing, where Fig. 1 schematically shows a variant of a valve with a cylindrical piston, and in Fig. 2, a variant of a valve with a conical piston and a seat.

Запорный клапан содержит корпус 1, входной 2 и выходной 3 патрубки, которые связаны между собой затвором 4. Затвор 4 выполнен в виде цилиндра 5, вмонтированного в корпус 1 под углом к его оси. В днище 6 цилиндра 5 имеется пропускное отверстие с седлом 7, а на стенке цилиндра 5 со стороны входного патрубка 2 имеется окно 8 для пропуска перекачиваемой жидкой или газообразной среды из входного в выходной патрубок. В цилиндре 5 размещен шток 9, на одном конце которого закреплена коническая запорная пробка 10, а другим концом шток 9 связан с приводом (на чертеже не показан) его подъема и опускания. На штоке 9 за запорной пробкой 10 установлен поршень 11 на расстоянии от пробки 10 большем высоты окна 8, образуя полости 12 и запоршневую 13. Между стенкой цилиндра 5 и наружной поверхностью поршня 11 имеется зазор для свободного прохода перекачиваемой среды из полости 12 в полость 13. Пробка 10 поджимается к седлу 7 пружиной 14, размещенной на штоке 9 между поршнем 11 и крышкой 15. Запоршневая полость 13 связана трубопроводом 16, на котором установлен разгрузочный клапан 17, с выходным патрубком 3, с возможностью открывания и закрывания клапана 17 автоматизированным приводом (на чертеже не показан).The shut-off valve comprises a housing 1, an inlet 2 and an outlet 3 nozzles that are interconnected by a shutter 4. The shutter 4 is made in the form of a cylinder 5 mounted in the housing 1 at an angle to its axis. In the bottom 6 of the cylinder 5 there is a passage hole with a seat 7, and on the wall of the cylinder 5 from the inlet pipe 2 side there is a window 8 for passing the pumped liquid or gaseous medium from the inlet to the outlet pipe. A rod 9 is placed in the cylinder 5, at one end of which a conical locking plug 10 is fixed, and the rod 9 is connected to the drive (not shown) of its lifting and lowering at the other end. A piston 11 is installed on the rod 9 behind the stopper plug 10 at a distance from the plug 10 greater than the height of the window 8, forming a cavity 12 and a piston 13. Between the cylinder wall 5 and the outer surface of the piston 11 there is a gap for free passage of the pumped medium from the cavity 12 into the cavity 13. The plug 10 is pressed against the seat 7 by a spring 14 located on the stem 9 between the piston 11 and the cover 15. The piston cavity 13 is connected by a pipe 16, on which the discharge valve 17 is installed, with the outlet pipe 3, with the possibility of opening and closing the valve 17 automatically a drive (not shown in the drawing).

Возможен другой вариант выполнения поршня 11, показанного на фигуре 2 с конической формой исполнения поршня 18. Для этого в цилиндре 5 монтируется жестко дополнительное коническое седло 19, взаимодействующее с коническим поршнем 18. Седла 7, 19, поршень 18 и пробка 10 выполнены в виде усеченных конусов, обращенных во внутрь меньшим основанием. При этом давление перекачиваемой среды на поршень 18 способствует разгрузке системы и создает условия для более легкого подъема запорной пробки 10 при ее открывании.Another embodiment of the piston 11 shown in FIG. 2 with a conical embodiment of the piston 18 is possible. For this purpose, a rigid additional conical seat 19 is mounted in the cylinder 5, interacting with the conical piston 18. The seats 7, 19, the piston 18 and the plug 10 are made in the form of truncated cones facing inward with a smaller base. In this case, the pressure of the pumped medium onto the piston 18 contributes to the unloading of the system and creates conditions for easier lifting of the stopper plug 10 when it is opened.

Для обеспечения лучшего уплотнения седел площадь усеченного конического основания запорной пробки 10 принимается большей аналогичного основания конического поршня 18. Отводной трубопровод 20 связывает запоршневую полость 13 напрямую с выходным патрубком 3.To ensure a better seal of the saddles, the area of the truncated conical base of the locking plug 10 is taken to be larger than the similar base of the conical piston 18. The outlet pipe 20 connects the piston cavity 13 directly with the outlet pipe 3.

Между крышкой 15 и штоком 9, а также между крышкой 15 и цилиндром 5 имеются уплотнения 21, герметизирующие выход среды наружу.Between the cover 15 and the stem 9, as well as between the cover 15 and the cylinder 5 there are seals 21, which seal the outlet of the medium to the outside.

Запорный клапан работает следующим образом. Для первого варианта перекачивания среды в виде газа, мазута, пара, воды и других жидких и газообразных сред открывают клапан 17 и в полости 13 создается разрежение, затем штоком 9 поднимают запорную пробку 10 и перекачиваемая среда под давлением из входного патрубка 2 через окно 8 и отверстие в днище 6 цилиндра поступает в выходной патрубок 3. Клапан закрывается обратной последовательностью выполненных действий.The shutoff valve operates as follows. For the first variant of pumping the medium in the form of gas, fuel oil, steam, water, and other liquid and gaseous media, open the valve 17 and create a vacuum in the cavity 13, then the shut-off plug 10 is lifted by the rod 9 and the pumped medium under pressure from the inlet pipe 2 through the window 8 and the hole in the bottom of the cylinder 6 enters the outlet pipe 3. The valve closes by the reverse sequence of actions.

При втором варианте исполнения запорного клапана, посредством привода (на чертеже не показан), тянущим усилием шток 9 поднимают. Более легкому подъему способствует разность площадей усеченных конусов пробки 10 и поршня 18. При этом пружина 14 сжимается, среда из полости 13 сливается в патрубок 3, пробка 10 поднимается до упора в седло 19, перекрывая отверстие связывающее полости 12 и 13 и перекачиваемая среда через окно 8 и отверстие в днище 6 поступает в выходной патрубок 3 и далее в систему потребления. Закрытие клапана осуществляется в обратной последовательности.In the second embodiment of the shut-off valve, by means of a drive (not shown in the drawing), the rod 9 is raised by pulling force. An easier lift is facilitated by the difference in the areas of the truncated cones of the plug 10 and the piston 18. In this case, the spring 14 is compressed, the medium from the cavity 13 merges into the nozzle 3, the plug 10 rises to the stop in the seat 19, blocking the opening of the connecting cavity 12 and 13 and the pumped medium through the window 8 and the hole in the bottom 6 enters the outlet pipe 3 and then into the consumption system. The valve closes in the reverse order.

В конструкции запорного клапана отсутствуют уплотняющие седло уплотнительные элементы, изготавливаемые из синтетических материалов, которые при перекачивании жидких углеводородов быстро разрушаются. Они подвергаются разрушению при перекачивании горячих или агрессивных сред. В заявленном устройстве используются металлические материалы, которые несмотря на более высокую трудоемкость изготовления оправдывают длительную эксплуатацию и возможность работы при высоких температурах, давлении и присутствии агрессивных сред.In the design of the shut-off valve, there are no seat-sealing gaskets made of synthetic materials, which quickly collapse when pumping liquid hydrocarbons. They are destroyed when pumping hot or aggressive media. The claimed device uses metallic materials, which, despite the higher laboriousness of manufacture, justify long-term operation and the ability to work at high temperatures, pressure and the presence of aggressive media.

Claims

1. A shut-off valve comprising a housing comprising an inlet and outlet nozzles interconnected by a shutter, characterized in that the shutter is made in the form of a cylinder mounted in the housing at an angle to its axis, provided with a hole in the cylinder bottom with a saddle and in its wall from the inlet pipe, by a window placed in the cylinder by a rod with a conical locking plug fixed to it and a piston installed behind the locking plug at a distance greater than the height of the window, forming two cavities, while the piston cavity is connected by a medium dstvom conduit with an outlet, and cooperates with the locking plug seat.

2. The shut-off valve according to claim 1, characterized in that the discharge valve is installed on the pipeline with a manual or automated opening-closing actuator.

3. The shutoff valve according to claim 1, characterized in that the piston has a conical profile.

4. The shutoff valve according to claim 1, characterized in that it is equipped with an additional seat mounted in the cylinder for interaction with the piston.