Вкладыш шиберно-ножевой задвижки
Изобретение относится к шиберно-ножевой задвижке и направлено на предотвращение износа металлической части корпуса задвижки. Шиберно-ножевая задвижка содержит корпус задвижки в сборе и цельный вкладыш. Корпус задвижки в сборе ограничивает канал, характеризующийся наличием оси, и содержит первую половину корпуса и вторую половину корпуса, каждая из которых содержит утопленный участок фланца, ограничивающий поверхность выемки фланца. Цельный вкладыш расположен между первой половиной корпуса и второй половиной корпуса. Каждая поверхность выемки фланца, утопленная в поверхность фланца, расположена снаружи корпуса задвижки в сборе аксиально щелевому отверстию для шибера, образованному в цельном вкладыше. Каждая поверхность выемки фланца содержит первый участок поверхности фланца, второй участок поверхности фланца и выступающий буртик фланца, расположенный между первым участком поверхности фланца и вторым участком поверхности фланца. Цельный вкладыш содержит первый фланец вкладыша, входящий в зацепление с первым участком поверхности фланца, выступающим буртиком фланца и вторым участком поверхности фланца первой половины корпуса, и второй фланец вкладыша, входящий в зацепление с первым участком поверхности фланца, выступающим буртиком фланца и вторым участком поверхности фланца второй половины корпуса. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 12 ил.
Ссылка на родственные заявки
Согласно настоящей заявке испрашивается приоритет на основании параграфа 119 раздела 35 Кодекса законов США в соответствии с предварительной заявкой на выдачу патента США №62/170,602, поданной 3 июня 2015 года, и предварительной заявкой на выдачу патента США №62/190,099, поданной 8 июля 2015 года, содержания которых посредством ссылки полностью включено в настоящий документ.
Предшествующий уровень техники настоящего изобретения
Шиберные задвижки или шиберно-ножевые задвижки используют для управления потоком жидкой среды, такой как технологическая жидкая среда, по трубопроводу. Эти задвижки содержат корпус, характеризующийся наличием канала для жидкой среды, и подвижный шибер, служащий для открытия или закрытия канала для жидкой среды. Шибер выполнен с возможностью скольжения внутри вкладыша, расположенного внутри корпуса. В открытом положении шибер расположен таким образом, чтобы обеспечивать поток через канал для жидкой среды между впускным и выпускным отверстиями задвижки. В закрытом положении шибер расположен таким образом, чтобы закрывать канал для жидкой среды и блокировать поток. Как правило, вкладыш является цельным и полностью находится внутри задвижки. Цельные вкладыши предотвращают износ металлической части корпуса задвижки. В случае износа «отлитых на месте» вкладышей задвижку, как правило, выбрасывают.
Краткое раскрытие настоящего изобретения
Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения относятся к шиберно-ножевой задвижке, содержащей корпус задвижки в сборе, ограничивающий канал, характеризующийся наличием оси, и содержащий первую половину корпуса и вторую половину корпуса, каждая из которых содержит утопленный участок фланца, ограничивающий поверхность выемки фланца. Каждая поверхность выемки фланца содержит первый участок поверхности фланца, второй участок поверхности фланца и выступающий буртик фланца, расположенный между первым участком поверхности фланца и вторым участком поверхности фланца. Шиберно-ножевая задвижка дополнительно содержит цельный вкладыш, расположенный между первой половиной корпуса и второй половиной корпуса и содержащий первый фланец вкладыша, входящий в зацепление с первым участком поверхности фланца, выступающим буртиком фланца и вторым участком поверхности фланца первой половины корпуса, и второй фланец вкладыша, входящий в зацепление с первым участком поверхности фланца, выступающим буртиком фланца и вторым участком поверхности фланца второй половины корпуса.
Другие варианты осуществления настоящего изобретения относятся к цельному вкладышу для шиберно-ножевой задвижки, которая содержит шибер, выполненный с возможностью перемещения между первым положением и вторым положением. Цельный вкладыш содержит радиальный уплотнительный буртик, выполненный с возможностью герметичного уплотнения шибера во втором положении и характеризующийся наличием высоты выступания, верхней части, средней линии и нижней части. Высота выступания изменяется от максимального значения высоты в области верхней части до минимального значения высоты в области нижней части, при этом минимальное значение высоты меньше максимального значения высоты.
Другие варианты осуществления настоящего изобретения относятся к шиберно-ножевой задвижке, которая содержит корпус задвижки в сборе, который ограничивает канал, характеризующийся наличием оси. Корпус задвижки также содержит утопленный участок фланца, ограничивающий поверхность выемки фланца, которая содержит первый участок поверхности фланца, второй участок поверхности фланца и выступающий буртик фланца, расположенный между первым участком поверхности фланца и вторым участком поверхности фланца. Шиберно-ножевая задвижка дополнительно содержит цельный вкладыш, расположенный по меньшей мере частично внутри корпуса задвижки и содержащий цилиндрический участок, проходящий вверх коробчатый участок и щелевое отверстие для шибера. Цилиндрический участок содержит поверхность стенки отверстия вкладыша и фланец вкладыша, входящий в зацепление с первым участком поверхности фланца, выступающим буртиком фланца и вторым участком поверхности фланца. Щелевое отверстие для шибера характеризуется наличием радиального уплотнительного буртика, расположенного рядом с поверхностью стенки отверстия вкладыша и на продольной поверхности щелевого отверстия для шибера. Радиальный уплотнительный буртик характеризуется наличием высоты выступания, верхней части, средней линии и нижней части. Высота выступания изменяется от максимального значения высоты в области верхней части до минимального значения высоты в области нижней части, при этом минимальное значение высоты меньше максимального значения высоты.
Краткое описание Фигур
На фиг. 1 представлен вид в перспективе шиберно-ножевой задвижки в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 2 представлен вид спереди шиберно-ножевой задвижки, изображенной на фиг. 1.
На фиг. 3 представлен покомпонентный вид в перспективе корпуса задвижки в сборе и шибера шиберно-ножевой задвижки, изображенной на фиг. 1.
На фиг. 4 представлен поперечный разрез шиберно-ножевой задвижки, изображенной на фиг. 3, который выполнен вдоль линии 4-4, при этом шибер находится в первом положении.
На фиг. 5 представлен поперечный разрез шиберно-ножевой задвижки, изображенной на фиг. 1, который выполнен вдоль линии 5-5.
На фиг. 6 представлен вид спереди участка вкладыша шиберно-ножевой задвижки, изображенной на фиг. 1, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 7 представлен график, иллюстрирующий соотношение между уменьшением в процентах относительно максимальной высоты Нmах выступания и расстоянием вдоль первого и второго радиальных уплотнительных буртиков вкладыша шиберно-ножевой задвижки, изображенной на фиг. 1, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 8 представлен вид спереди участка вкладыша шиберно-ножевой задвижки, изображенной на фиг. 1, в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 9 представлен график, иллюстрирующий соотношение между уменьшением в процентах относительно максимальной высоты Нmах выступания и расстоянием вдоль первого и второго радиальных уплотнительных буртиков вкладыша шиберно-ножевой задвижки, изображенной на фиг. 1, в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 10 представлен поперечный разрез шиберно-ножевой задвижки, изображенной на фиг. 3, который выполнен вдоль линии 4-4, при этом шибер находится в первом положении.
На фиг. 11 представлен поперечный разрез шиберно-ножевой задвижки, изображенной на фиг. 3, который выполнен вдоль линии 4-4, при этом шибер находится во втором положении.
На фиг. 12 представлен поперечный разрез, иллюстрирующий трубу, соединенную с шиберно-ножевой задвижкой, изображенной на фиг. 1.
Подробное раскрытие настоящего изобретения
Перед тем как приступить к подробному описанию какого-либо из вариантов осуществления настоящего изобретения, следует отметить, что применение настоящего изобретения не ограничивается деталями конструкции и конфигурации компонентов, которые приведены в нижеследующем раскрытии или представлены на прилагаемых фигурах. Настоящее изобретение может иметь другие варианты осуществления и быть практически реализовано или осуществлено различными способами. Кроме того, следует понимать, что используемые в настоящем документе формулировки и терминология служат лишь в целях описания и не должны рассматриваться в качестве ограничивающих. Использование в настоящем документе слов «включает в себя», «содержит» или «характеризуется наличием» и их вариантов предназначено для охвата предметов, перечисляемых после этих слов, и их эквивалентов, а также дополнительных предметов. Если не указано иное, термины «установленный», «соединенный», «поддерживаемый» и «связанный», а также их варианты используют в их широком значении, при этом они охватывают как непосредственное, так и опосредованное крепление, соединение, поддержку и связывание. Кроме того, термины «соединенный» и «связанный» не ограничиваются физическими или механическими соединениями или связями.
Представленное ниже подробное описание предназначено для того, чтобы специалист в данной области техники смог реализовать и использовать варианты осуществления настоящего изобретения. Специалисту в данной области техники будут очевидны различные модификации представленных вариантов осуществления, и изложенные в настоящем документе основные принципы могут быть применены к другим вариантам осуществления и практическим применениям без отступления от объема настоящего изобретения. Следовательно, варианты осуществления настоящего изобретения не должны ограничиваться показанными вариантами осуществления, при этом они должны рассматриваться в самом широком объеме, согласующемся с изложенными в настоящем документе принципами и признаками. Приведенное ниже подробное раскрытие выполнено со ссылками на прилагаемые фигуры, на которых подобные элементы на различных фигурах обозначены подобными позициями. На фигурах, которые не обязательно выполнены с соблюдением масштаба, показаны выбранные варианты осуществления, при этом фигуры не предназначены для ограничения объема вариантов осуществления настоящего изобретения. Специалистам в данной области техники будет понятно, что приведенные в настоящем документе примеры имеют множество пригодных для практического использования альтернатив и находятся в пределах объема вариантов осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 1 представлена шиберно-ножевая задвижка 10 в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Шиберно-ножевая задвижка 10 включает в себя корпус 14 задвижки в сборе, сальник 18 в сборе и приводной механизм 22 шибера. Корпус 14 задвижки в сборе включает в себя первую половину 26а корпуса, вторую половину 26b корпуса, симметричную первой половине 26а корпуса, и вкладыш 30, расположенный между первой половиной 26а корпуса и второй половиной 26b корпуса. Корпус 14 задвижки в сборе ограничивает канал 34, характеризующийся наличием оси 38, вдоль которой может протекать (как в прямом, так и в обратном направлениях) технологическая жидкая среда.
Первая и вторая половины 26а, 26b корпуса являются симметричными, и последующее описание первой половины 26а корпуса также относится ко второй половине 26b корпуса. Первая половина 26а корпуса и вторая половина 26b корпуса содержат подобные элементы, которые обозначены на фигурах подобными позициями и отличаются индексами «а» и «b». Как изображено на фиг. 3, первая половина 26а корпуса содержит множество соединительных отверстий 42а, фланцевый участок 46а и сальниковый участок 50а. Каждое из множества соединительных отверстий 42а расположено таким образом, чтобы совмещаться с соответствующим соединительным отверстием 42b на второй половине 26b корпуса. Каждое из соединительных 42а, 42b отверстий выполнено с возможностью размещения крепежного элемента 54 (см. фиг. 1) для соединения первой половины 26а корпуса и второй половины 26b корпуса. Согласно одному варианту осуществления крепежные элементы 54 представляют собой болты, зафиксированные гайками. Первая половина 26а корпуса и вторая половина 26b корпуса изготовлены из металлического материала, такого как железо, нержавеющая сталь или другие сплавы на основе железа или сплавы цветных металлов.
Как изображено на фиг. 4, фланцевый участок 46а первой половины 26а корпуса содержит поверхность 58а фланца и утопленный участок 62а фланца, проходящий вертикально вовнутрь в направлении оси 38 относительно поверхности 58а фланца. Поверхность 58а фланца содержит множество фланцевых отверстий 66а (см. фиг. 2), расположенных радиально вокруг поверхности 58а фланца, что позволяет выполнить соединение первой половины 26а корпуса с трубой (не показана), по которой протекает технологическая жидкая среда. Утопленный участок 62а фланца ограничивает отверстие Bv задвижки и поверхность 74а выемки фланца, расположенную по существу параллельно поверхности 58а фланца и утопленную относительно последней. Поверхность 74а выемки фланца содержит первый участок 75а поверхности фланца, второй участок 76а поверхности фланца и выступающий буртик 78а фланца, расположенный между первым участком 75а поверхности фланца и вторым участком 76а поверхности фланца, который выступает из поверхности 74а выемки фланца. Первый участок 75а поверхности фланца и второй участок 75b поверхности фланца расположены в одной плоскости и проходят по существу перпендикулярно оси 38. Выступающий буртик 78а фланца проходит радиально вокруг поверхности 74а выемки фланца и характеризуется по существу прямоугольной формой поперечного сечения. Согласно другим вариантам осуществления выступающий буртик 78а фланца может характеризоваться по существу круглой формой, по существу треугольной формой, по существу многоугольной формой или другой подходящей формой поперечного сечения.
Как изображено на фиг. 3, сальниковый участок 50а первой половины 26а корпуса содержит охватываемый воротник 82а сальника и установочную поверхность 86а, проходящую аксиально наружу от охватываемого воротника 82а сальника. Охватываемый воротник 82а сальника ограничивает соответствующее гнездо 90а, которое выполнено с возможностью размещения в нем части вкладыша 30. Установочная поверхность 86а содержит множество установочных отверстий 92а, служащих для присоединения сальника 18 в сборе и приводного механизма 22 шибера (как изображено на фиг. 1 и 2).
Кроме того, как изображено на фиг. 3, вкладыш 30 является цельным вкладышем, сформированным из цельного куска материала и выполненным с возможностью расположения между первой половиной 26а корпуса и второй половиной 26b корпуса. Согласно некоторым вариантам осуществления вкладыш 30 изготовлен из полимерного материала, такого как полиуретан, которому присуща высокая стойкость к технологическим потокам с абразивными и(или) коррозионными свойствами. Вкладыш 30 содержит первый цилиндрический участок 94а, второй цилиндрический участок 94b, симметричный первому цилиндрическому участку 94а, проходящий вверх коробчатый участок 98 и щелевое отверстие 102 для шибера. Аналогично первой половине 26а корпуса и второй половине 26b корпуса, первый цилиндрический участок 94а и второй цилиндрический участок 94b являются симметричными, и последующее описание первого цилиндрического участка 94а также относится ко второму цилиндрическому участку 94b. Кроме того, первый цилиндрический участок 94а и второй цилиндрический участок 94b содержат подобные элементы, которые обозначены на фигурах подобными позициями и отличаются индексами «а» и «b».
Как изображено на фиг. 4, первый цилиндрический участок 94а содержит поверхность 110а стенки отверстия вкладыша, проходящую в направлении от щелевого отверстия 102 для шибера, и фланец 114а вкладыша, проходящий по существу перпендикулярно поверхности 110а стенки отверстия вкладыша. Поверхность 110а стенки отверстия вкладыша ограничивает отверстие BL вкладыша. Поверхность 110а стенки отверстия вкладыша и фланец 114а вкладыша совместно образуют паз 116а вкладыша, который сконфигурирован для размещения в нем утопленного участка 62а фланца первой половины 26а корпуса и приведение в зацепление фланца 114а вкладыша с поверхностью 74а выемки фланца.
Как изображено на фиг. 4, проходящий вверх коробчатый участок 98 проходит от первого цилиндрического участка 94а и второго цилиндрического участка 94b к верхнему фланцу 122 вкладыша (см. фиг. 3). Коробчатый участок 98 выполнен с возможностью размещения внутри соответствующих гнезд 90а, 90b, и верхний фланец 122 вкладыша выполнен с возможностью вхождения в зацепление с охватываемыми воротниками 82а, 82b сальника, как изображено на фиг. 3.
Как дополнительно изображено на фиг. 4, щелевое отверстие 102 для шибера предназначено для расположения в нем с возможностью скольжения шибера 126 шиберно-ножевой задвижки 10. Щелевое отверстие 102 для шибера проходит через вкладыш 30 от верхнего фланца 122 вкладыша (см. на фиг. 3) до паза 130, служащего для размещения шибера, который находится в нижней части вкладыша 30 между первым и вторым цилиндрическими участками 94а, 94b и проходит перпендикулярно оси 38. Изображенное на фигурах щелевое отверстие 102 для шибера характеризуется по существу прямоугольной формой для соответствия геометрическим характеристикам шибера 126. Согласно другим вариантам осуществления щелевое отверстие 102 для шибера может характеризоваться другой формой, чтобы соответствовать геометрическим характеристикам шибера 126 для предоставления потока в прямом и обратном направлениях.
Как изображено на фиг. 5, щелевое отверстие 102 для шибера характеризуется наличием верхнего уплотнительного буртика 132, расположенного рядом с верхним фланцем 122 вкладыша, первого радиального уплотнительного буртика 134а, расположенного рядом с поверхностью 110а стенки отверстия вкладыша на первой продольной поверхности 138а щелевого отверстия 102 для шибера, и второго радиального уплотнительного буртика 134b (см. фиг. 4), расположенного рядом с поверхностью 110b стенки отверстия вкладыша на второй продольной поверхности 138b щелевого отверстия 102 для шибера. Первый радиальный уплотнительный буртик 134а является симметричным второму радиальному уплотнительному буртику 134b, и, следовательно, последующее описание первого радиального уплотнительного буртика 134а на первой продольной поверхности 138а также относится ко второму радиальному уплотнительному буртику 134b на второй продольной поверхности 138b.
Как изображено на фиг. 4, первый радиальный уплотнительный буртик 134а выступает из первой продольной поверхности 138а и проходит радиально вокруг указанной поверхности. Расстояние, на которое первый радиальный уплотнительный буртик 134а выступает из первой продольной поверхности 138а, именуют высотой выступания. Согласно одному варианту осуществления первый радиальный уплотнительный буртик 134а характеризуется изменяющейся высотой выступания, которая включает в себя максимальную высоту Нmах выступания в области верхней части 140а первого радиального уплотнительного буртика 134а, высоту Нс в области средней линии 144 (см. фиг. 5) и минимальную высоту Hmin в области нижней части 148а первого радиального уплотнительного буртика 134а. Изменяющаяся высота выступания первого радиального уплотнительного буртика 134а описана посредством уменьшения в процентах относительно Нmах, что определяется при помощи Уравнения 1, которое приведено ниже:
где Нd представляет собой высоту выступания на расстоянии d вдоль первого радиального уплотнительного буртика 134а от верхней части 140а к нижней части 148а первого радиального уплотнительного буртика 134а.
Как изображено на фиг. 6 и 7, высота выступания изначально является постоянной и равна Нmах, а затем она начинает уменьшаться в месте, которое находится приблизительно на 15 градусов ниже средней линии 144. В месте, расположенном приблизительно на 15 градусов ниже средней линии 144, высота выступания первого радиального уплотнительного буртика 134а начинает по существу линейно уменьшаться до приблизительно 75-50 процентов относительно Нmах. Высота выступания достигает Hmin в области нижней части 148а первого радиального уплотнительного буртика 134а. Согласно одному варианту осуществления минимальная высота Hmin выступания уменьшается приблизительно на 55 процентов относительно Нmах.
Как изображено на фиг. 8 и 9, согласно другому варианту осуществления высота выступания изначально является постоянной и равна Нmах, а затем она начинает уменьшаться в месте, которое находится приблизительно на 15 градусов ниже средней линии 144. Высота выступания уменьшается по существу линейно от Нmах в месте, которое находится на приблизительно 15 градусов ниже средней линии 144, до Hmin в месте, которое находится приблизительно на шестьдесят пять градусов ниже средней линии 144. Согласно одному варианту осуществления высота выступания первого радиального уплотнительного буртика 134а уменьшается приблизительно на 75-100 процентов относительно Нmах. Согласно другому варианту осуществления высота выступания первого радиального уплотнительного буртика 134а уменьшается приблизительно на 100 процентов относительно Нmах.
Согласно некоторым вариантам осуществления соотношение между уменьшением в процентах высоты выступания относительно Нmах и расстоянием вдоль первого радиального уплотнительного буртика 134а может находиться в пределах соотношений, изображенных на фиг. 7 и 9. Например, минимальная высота Hmin выступания может быть достигнута в месте, расположенном между приблизительно 65 градусами ниже средней линии 144 и нижней частью 148а, и уменьшаться приблизительно на 50-100 процентов относительно Нmах. Согласно одному варианту осуществления высота выступания может начать уменьшаться относительно Нmах выше средней линии 144.
Хотя на профилях, демонстрирующих уменьшение в процентах высоты выступания относительно Нmах в зависимости от расстояния вдоль первого радиального уплотнительного буртика 134а (см. фиг. 7 и 9), показана высота выступания, уменьшающаяся по существу линейно с расстоянием, высота выступания может характеризоваться ступенчатым или нелинейным уменьшением в зависимости от расстояния вдоль первого радиального уплотнительного буртика 134а. Кроме того, рассмотренные выше профили являются лишь иллюстративными, при этом предполагается, что могут быть использованы другие диапазоны и значения угла наклона/профили уменьшения высоты буртика. Следует отметить, что в объем настоящего изобретения входит высота буртика, которая уменьшается любым путем между верхней и нижней частями первого радиального уплотнительного буртика 134а.
Как изображено на фиг. 3, сальник 18 в сборе содержит сальниковую коробку 152, прикрепленную к установочным поверхностям 86а, 86b первой и второй половин 26а, 26b корпуса при помощи крепежных элементов 154 (которые для ясности не показаны на фиг. 2, см. фиг. 1), проходящих через установочные отверстия 156 сальника в установочные отверстия 92а, 92b. Сальниковая коробка 152 выполнена с возможностью вмещать один или несколько слоев набивки 160, прижимая набивку 160 к верхнему фланцу 122 вкладыша, что обеспечивает герметичное уплотнение верхнего фланца 122 вкладыша между охватываемыми воротниками 82а, 82b сальника и набивкой 160. Сальниковая коробка 152 и набивка 160 характеризуются наличием щелевого отверстия 164 сальника, которое совмещено со щелевым отверстием 102 для шибера во вкладыше 30 и сконфигурировано для расположения в нем с возможностью скольжения шибера 126.
Как изображено на фиг. 1, приводной механизм 22 шибера присоединен к шиберу 126 и прикреплен к установочным поверхностям 86а, 86b первой и второй половин 26а, 26b корпуса. Приводной механизм 22 шибера выполнен с возможностью приведения в движение шибера 126 между первым или открытым положением (как изображено на фиг. 10), когда шибер 126 не блокирует каким-либо образом канал 34, позволяя технологической жидкой среде свободно протекать через канал 34, и вторым или закрытым положением (как изображено на фиг. 11), когда шибер 126 блокирует канал 34, предотвращая протекание технологической жидкой среды через канал 34. Согласно некоторым вариантам осуществления приводной механизм 22 шибера представляет собой электронный привод. Согласно другим вариантам осуществления приводной механизм 22 шибера может представлять собой пневматический привод, маховик ручной подачи и резьбовой стержень или рычаг.
Как изображено на фиг. 12, шиберно-ножевую задвижку 10 собирают путем установки вкладыша 30 на первую половину 26а корпуса посредством осуществления перемещения фланца 114а вкладыша через меньший диаметр отверстия Bv задвижки, которое ограничено утопленным участком 62а фланца. После того как фланец 114а вкладыша перемещен через утопленный участок 62а фланца, указанный вкладыш расширяется, становясь в свое конечное положение, в результате чего утопленный участок 62а фланца находится внутри паза 116а вкладыша, при этом фланец 114а вкладыша входит в зацепление с выступающим буртиком 78а фланца на поверхности выемки 74а фланца. Благодаря расположению утопленного участка 62а фланца внутри паза 116а вкладыша, коробчатый участок 98 также располагается внутри соответствующего гнезда 90а, а верхний фланец 122 вкладыша входит в зацепление с охватываемым воротником 82а сальника. Согласно одному варианту осуществления вкладыш 30 может быть изготовлен из полиуретана, что обеспечивает гибкость вкладыша 30 при осуществлении манипуляций в отверстии Bv задвижки, при этом указанный вкладыш является достаточно жестким, что предотвращает его необратимую деформацию при осуществлении манипуляций в отверстии Bv задвижки.
Аналогичный процесс используют для установки вкладыша 30 на вторую половину 26b корпуса, так как вторая половина 26b корпуса и второй цилиндрический участок 94b являются симметричными первой половине 26а корпуса и первому цилиндрическому участку 94а, соответственно. После того как вкладыш 30 установлен на первую и вторую половины 26а, 26b корпуса, вкладыш 30 будет располагаться между первой и второй половинами 26а, 26b корпуса, при этом крепежные элементы 54 устанавливают через соединительные отверстия 42а, 42b, а затем затягивают, чтобы соединить первую половину 26а и вторую половину 26b корпуса. Это завершает сборку корпуса 14 задвижки в сборе, после чего сальник 18 в сборе устанавливают на корпус 14 задвижки в сборе, при этом сначала осуществляют расположение набивки 160 на верхнем фланце 122 вкладыша таким образом, чтобы щелевое отверстие 164 сальника совмещалось со щелевым отверстием 102 для шибера. Затем сальниковую коробку 152 устанавливают поверх набивки 160, после чего шибер 126 устанавливают через щелевое отверстие 164 сальника и щелевое отверстие 102 для шибера. После того как выполнена установка шибера 126, крепежные элементы 154 располагают так, как изображено на фиг. 1, после чего их вставляют через установочные отверстия 156 сальника в соответствующие установочные отверстия 92а, 92b, а затем затягивают для прижатия набивки 160 к шиберу 126 и обеспечения герметичного уплотнения верхнего фланца 122 вкладыша между набивкой 160 и охватываемыми воротниками 82а, 82b сальника.
Как изображено на фиг. 1, приводной механизм 22 шибера присоединяют к шиберу 126 и прикрепляют к первой и второй половинам 26а и 26b корпуса задвижки при помощи штанг 168, входящих в соответствующие установочные отверстия 92а, 92b. Использование штанг 168 предоставляет достаточное пространство между приводным механизмом 22 шибера и установочными поверхностями 86а, 86b, чтобы шибер 126 мог быть приведен в движение между открытым положением и закрытым положением.
Как изображено на фиг. 12, трубу 174 присоединяют к первой половине 26а корпуса при помощи фланца 176 трубы. Фланец 176 трубы прикрепляют к поверхности 58а фланца посредством множества фланцевых отверстий 66а (см. фиг. 1). Согласно некоторым вариантам осуществления фланец 176 трубы представляет собой приварной охватывающий фланец. Фланец 176 трубы характеризуется наличием отверстия Вр фланца трубы, диаметр которого превышает диаметр отверстия BL вкладыша. Фланец 114а вкладыша не взаимодействует с фланцем 176 трубы на всем своем протяжении до отверстия BL вкладыша. Другим словами, из-за присущей приварным охватывающим фланцам конструкции некоторый участок фланца 114а вкладыша не взаимодействует с фланцем 176 трубы. Как правило, невозможно обеспечить надежное уплотнение между шиберно-ножевыми задвижками со сменными вкладышами и приварным охватывающим фланцем трубы.
Как изображено на фиг. 12, после того как фланец 176 трубы прикреплен к поверхности 58а фланца, фланец 176 трубы прижимает фланец 114а вкладыша к поверхности 74а выемки фланца и выступающему буртику 78а фланца. Благодаря наличию выступающего буртика 78а фланца создается локальная область более высокого сжатия (например, линейное контактное уплотнение), что предотвращает перемещение фланца 114а вкладыша и формирует сплошное уплотнение между фланцем 114а вкладыша и поверхностью 74а выемки фланца. Фланец 176 трубы прижимает фланец 114а вкладыша по существу перпендикулярно к первому участку 75а поверхности фланца, второму участку 76а поверхности фланца и выступающему буртику 78а фланца поверхности 74а выемки фланца. При этом первый участок 75а поверхности фланца и второй участок 76а поверхности фланца расположены в одной плоскости и проходят по существу перпендикулярно оси 38. Это препятствует сползанию или перемещению фланца 114а вкладыша под нагрузкой, прикладываемой фланцем 176 трубы или технологической жидкой средой. В дополнение к тому, что шиберно-ножевая задвижка 10 может использоваться с трубой, оснащенной приварным охватывающим фланцем, выступающий буртик 78а фланца устраняет необходимость в наличии отдельной прокладки, устанавливаемой между фланцем 176 трубы и поверхностью 58а фланца.
Другая труба может быть соединена со второй половиной 26b корпуса при помощи другого фланца трубы, чтобы обеспечить дальнейший перенос технологической жидкой среды после прохождения через канал 34. Кроме того, вторая половина 26b корпуса и второй цилиндрический участок 94b являются симметричными первой половине 26а корпуса и первому цилиндрическому участку 94а, соответственно. Таким образом, предшествующее описание также относится ко второй половине 26b корпуса и второму цилиндрическому участку 94b вкладыша 30. Кроме того, первая половина 26а корпуса и вторая половина 26b корпуса выполнены с возможностью соединения с другими типами фланцев трубы (отличными от приварного охватывающего фланца), которые характеризуются наличием отверстия Вр трубы, которое меньше или равно отверстию Bv вкладыша.
Как изображено на фиг. 4, во время функционирования технологическая жидкая среда создает перепад давления на шибере 126 шиберно-ножевой задвижки 10, когда шибер 126 находится в закрытом положении. Благодаря наличию перепада давления на шибере 126, он прижимается либо к первому радиальному уплотнительному буртику 134а, либо ко второму радиальному уплотнительному буртику 134b в зависимости от направления усилия, создаваемого в результате перепада давления, что предотвращает утечку технологической жидкой среды вдоль или за пределы шибера 126. Увеличение перепада давления на шибере 126 может вызвать отклонение (изгиб) указанного шибера. Например, шибер 126 может взаимодействовать с верхней частью 140а первого радиального уплотнительного буртика 134а и отклоняться для взаимодействия с нижней частью 148b второго радиального уплотнительного буртика 134b. Поскольку шибер 126 поддерживается коробчатым участком 98 вкладыша 30, отклонение шибера 126 обычно является максимальным в области нижних частей 148а, 148b первого и второго радиальных уплотнительных буртиков 134а, 134b.
Первый и второй радиальные уплотнительные буртики 134а, 134b характеризуются высотой выступания, которая имеет максимальное значение Нmах в области верхних частей 140а, 140b первого и второго радиальных уплотнительных буртиков 134а, 134b и уменьшается до минимального значения Hmin в области нижних частей 148а, 148b первого и второго радиальных уплотнительных буртиков 134а, 134b. Изменяющаяся высота первого и второго радиальных уплотнительных буртиков 134а, 134b позволяет вкладышу 30 использовать отклонение шибера 126 для обеспечения более надежного уплотнения при повышенном перепаде давления. Это обеспечивается за счет того, что первый и второй радиальные уплотнительные буртики 134а, 134b характеризуются максимальной высотой Нmах выступания, где отклонение шибера 126 является минимальным, и характеризуются минимальной высотой Hmin выступания, где отклонение шибера 126 является максимальным.
Одновременно, изменяющаяся высота первого и второго радиальных уплотнительных буртиков 134а, 134b обеспечивает поддержание минимального усилия закрытия задвижки при увеличении отклонения шибера 126 с повышением перепада давления. Усилие закрытия задвижки представляет собой усилие, необходимое для перемещения шибера 126 из открытого положения в закрытое положение. Когда шибер 126 перемещается в закрытое положение, а перепад давления вызывает отклонение (изгиб) шибера 126, передняя кромка 172 шибера 126 должна преодолеть высоту выступания в нижних частях 148а, 148b первого радиального уплотнительного буртика 134а или второго радиального уплотнительного буртика 134b в зависимости от направления отклонения шибера 126, чтобы достигнуть закрытого положения. Высота выступания в области нижних частей 148а, 148b первого и второго радиальных уплотнительных буртиков 134а, 134b является минимальной высотой Hmin выступания, что минимизирует усилие закрытие задвижки и по-прежнему обеспечивает эффективное уплотнение.
Сплошное уплотнение образуется между фланцами 114а, 114b вкладыша и поверхностями 74а, 74b выемок фланцев, при этом верхний фланец 122 вкладыша герметично уплотнен между набивкой 160 и охватываемыми воротниками 82а, 82b сальника. Эти уплотнения позволяют вкладышу 30 полностью изолировать половины 26а, 26b корпуса задвижки от технологической жидкой среды, протекающей через канал 34. Это защищает половины 26а, 26b корпуса задвижки от взаимодействия с технологической жидкой средой, которая может быть высоко абразивной и(или) коррозийно-активной средой, и обеспечивает повторное использование шиберно-ножевой задвижки 10, при этом требуется замена лишь вкладыша 30, изношенного под воздействием технологической жидкой среды.
Симметрия, присущая первой и второй половинами 26а, 26b корпуса, первым и вторым цилиндрическими участками 94а, 94b и первым и вторым радиальными уплотнительными буртиками 134а, 134b, позволяет шиберно-ножевой задвижке 10 обеспечить двухстороннее уплотнение при любом направлении потока (т.е. от первой половины 26а корпуса ко второй половине 26b корпуса или от второй половины 26b корпуса к первой половине 26а корпуса).
Специалистам в данной области техники будет понятно, что, хотя настоящее изобретение описано выше в связи с конкретными вариантами осуществления и примерами, оно не обязательно ограничивается ими, и что многочисленные другие варианты осуществления, примеры, практические применения, модификации и отступления от описанных вариантов осуществления, примеров и практических применений будут находиться в пределах объема прилагаемой формулы изобретения. Полное раскрытие каждого патента и публикации, упоминаемых в настоящем документе, включается при помощи ссылки в настоящий документ, как если бы каждый из этих патентов и каждая из этих публикаций был(а) бы отдельно включен(а) при помощи ссылки в настоящий документ.
Различные признаки и преимущества настоящего изобретения приведены в прилагаемой формуле изобретения.
1. Шиберно-ножевая задвижка, содержащая:
корпус задвижки в сборе, ограничивающий канал, характеризующийся наличием оси, и содержащий первую половину корпуса и вторую половину корпуса, каждая из которых содержит утопленный участок фланца, ограничивающий поверхность выемки фланца; и
цельный вкладыш, расположенный между первой половиной корпуса и второй половиной корпуса,
отличающаяся тем, что каждая поверхность выемки фланца, утопленная в поверхность фланца, расположена снаружи корпуса задвижки в сборе аксиально щелевому отверстию для шибера, образованному в цельном вкладыше, при этом каждая поверхность выемки фланца содержит первый участок поверхности фланца, второй участок поверхности фланца и выступающий буртик фланца, расположенный между первым участком поверхности фланца и вторым участком поверхности фланца; и
цельный вкладыш, содержащий первый фланец вкладыша, входящий в зацепление с первым участком поверхности фланца, выступающим буртиком фланца и вторым участком поверхности фланца первой половины корпуса, и второй фланец вкладыша, входящий в зацепление с первым участком поверхности фланца, выступающим буртиком фланца и вторым участком поверхности фланца второй половины корпуса.
2. Шиберно-ножевая задвижка по п. 1, в которой выступающий буртик фланца первой половины корпуса расположен радиально вокруг поверхности выемки фланца первой половины корпуса и выступает из нее, и выступающий буртик фланца второй половины корпуса расположен радиально вокруг поверхности выемки фланца второй половины корпуса и выступает из нее.
3. Шиберно-ножевая задвижка по п. 1, в которой первый участок поверхности фланца и второй участок поверхности фланца первой половины корпуса лежат в одной плоскости, и первый участок поверхности фланца и второй участок поверхности фланца второй половины корпуса лежат в одной плоскости.
4. Шиберно-ножевая задвижка по п. 1, в которой первый участок поверхности фланца и второй участок поверхности фланца первой половины корпуса расположены по существу перпендикулярно оси, и первый участок поверхности фланца и второй участок поверхности фланца второй половины корпуса расположены по существу перпендикулярно оси.
5. Шиберно-ножевая задвижка по п. 1, в которой цельный вкладыш содержит проходящий вверх коробчатый участок, характеризующийся наличием верхнего фланца вкладыша.
6. Шиберно-ножевая задвижка по п. 5, дополнительно содержащая сальник в сборе, содержащий по меньшей мере один слой набивки, расположенный внутри сальниковой коробки, при этом сальниковая коробка обеспечивает герметичное уплотнение верхнего фланца вкладыша между по меньшей мере одним слоем набивки и охватываемыми воротниками сальника первой половины корпуса и второй половины корпуса.
7. Шиберно-ножевая задвижка по п. 1, в которой выступающий буртик фланца первой половины корпуса характеризуется по существу прямоугольной формой поперечного сечения, и выступающий буртик фланца второй половины корпуса характеризуется по существу прямоугольной формой поперечного сечения.
8. Шиберно-ножевая задвижка по п. 1, в которой выступающий буртик фланца первой половины корпуса входит в зацепление с первым фланцем вкладыша для обеспечения первого линейного контактного уплотнения, и выступающий буртик фланца второй половины корпуса входит в зацепление со вторым фланцем вкладыша для обеспечения второго линейного контактного уплотнения.
9. Шиберно-ножевая задвижка по п. 1, в которой первый фланец вкладыша прижимается к первому участку поверхности фланца, выступающему буртику фланца и второму участку поверхности фланца первой половины корпуса под воздействием усилия, прикладываемого по существу перпендикулярно поверхности выемки фланца, и второй фланец вкладыша прижимается к первому участку поверхности фланца, выступающему буртику фланца и второму участку поверхности фланца второй половины корпуса под воздействием усилия, прикладываемого по существу перпендикулярно поверхности выемки фланца.
10. Шиберно-ножевая задвижка по п. 1, в которой первая половина корпуса выполнена с возможностью приема первого фланца трубы, при этом выступающий буртик фланца первой половины корпуса обеспечивает формирование первого сплошного уплотнения между первым фланцем трубы и первой половиной корпуса, и вторая половина корпуса выполнена с возможностью приема второго фланца трубы, при этом выступающий буртик фланца второй половины корпуса обеспечивает формирование второго сплошного уплотнения между вторым фланцем трубы и второй половиной корпуса.
11. Цельный вкладыш для шиберно-ножевой задвижки, содержащей шибер, выполненный с возможностью перемещения между первым положением и вторым положением, при этом указанный цельный вкладыш содержит:
радиальный уплотнительный буртик, выполненный с возможностью герметичного уплотнения шибера во втором положении и характеризующийся наличием высоты выступания, верхней части, средней линии и нижней части, при этом высота выступания изменяется от максимального значения высоты в области верхней части до минимального значения высоты в области нижней части, причем минимальное значение высоты меньше максимального значения высоты.
12. Цельный вкладыш для шиберно-ножевой задвижки по п. 11, дополнительно содержащий второй радиальный уплотнительный буртик, выполненный с возможностью герметичного уплотнения шибера во втором положении и характеризующийся наличием высоты выступания, верхней части, средней линии и нижней части, при этом высота выступания изменяется от максимального значения высоты в области верхней части до минимального значения высоты в области нижней части, причем минимальное значение высоты меньше максимального значения высоты.
13. Цельный вкладыш для шиберно-ножевой задвижки по п. 12, дополнительно содержащий первую поверхность стенки отверстия вкладыша, вторую поверхность стенки отверстия вкладыша и щелевое отверстие для шибера, сконфигурированное для расположения в нем с возможностью скольжения шибера и характеризующееся наличием первой продольной поверхности и второй продольной поверхности, которая расположена напротив первой продольной поверхности,
в котором радиальный уплотнительный буртик расположен рядом с первой поверхностью стенки отверстия вкладыша и на первой продольной поверхности, при этом второй радиальный уплотнительный буртик расположен рядом со второй поверхностью стенки отверстия вкладыша и на второй продольной поверхности.
14. Цельный вкладыш для шиберно-ножевой задвижки по п. 11, в котором минимальное значение высоты выравнено с максимальным отклонением шибера, а максимальное значение высоты выравнено с минимальным отклонением шибера.
15. Цельный вкладыш для шиберно-ножевой задвижки по п. 11, в котором высота выступания уменьшается линейно от максимального значения высоты до минимального значения высоты.
16. Шиберно-ножевая задвижка, содержащая:
корпус задвижки в сборе, ограничивающий канал, характеризующийся наличием оси, и содержащий утопленный участок фланца, ограничивающий поверхность выемки фланца, которая содержит первый участок поверхности фланца, второй участок поверхности фланца и выступающий буртик фланца, расположенный между первым участком поверхности фланца и вторым участком поверхности фланца; и
цельный вкладыш, расположенный по меньшей мере частично внутри корпуса задвижки и содержащий цилиндрический участок, проходящий вверх коробчатый участок и щелевое отверстие для шибера,
при этом цилиндрический участок содержит поверхность стенки отверстия вкладыша и фланец вкладыша, входящий в зацепление с первым участком поверхности фланца, выступающим буртиком фланца и вторым участком поверхности фланца, и
щелевое отверстие для шибера содержит радиальный уплотнительный буртик, расположенный рядом с поверхностью стенки отверстия вкладыша и на продольной поверхности щелевого отверстия для шибера, при этом радиальный уплотнительный буртик характеризуется наличием высоты выступания, верхней части, средней линии и нижней части, причем высота выступания изменяется от максимального значения высоты в области верхней части до минимального значения высоты в области нижней части, и минимальное значение высоты меньше максимального значения высоты.
17. Шиберно-ножевая задвижка по п. 16, дополнительно содержащая второй радиальный уплотнительный буртик, расположенный напротив упомянутого радиального уплотнительного буртика.
18. Шиберно-ножевая задвижка по п. 16, в которой выступающий буртик фланца расположен радиально вокруг поверхности выемки фланца и выступает из нее.
19. Шиберно-ножевая задвижка по п. 16, в которой корпус задвижки в сборе выполнен с возможностью приема приварного охватывающего фланца трубы, при этом выступающий буртик фланца обеспечивает формирование сплошного уплотнения между приварным охватывающим фланцем трубы и корпусом задвижки.
20. Шиберно-ножевая задвижка по п. 16, в которой выступающий буртик фланца входит в зацепление с фланцем вкладыша для обеспечения линейного контактного уплотнения.
