Опорно-герметизирующий узел шпинделя клиновой задвижки для подземных трубопроводов

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к арматуростроению, и может быть использовано в нефтегазодобывающей, нефтехимической, энергетической отраслях промышленности. Технический результат от использования изобретения заключается в повышении надежности клиновой задвижки при исключении текущего обслуживания до планового ремонта при ее подземном размещении. ОГУ шпинделя клиновой задвижки для подземных трубопроводов, включающей в себя корпус с клиновым запором и крышкой, в которой расположен шпиндель перемещения клинового запора, содержит охватывающий шпиндель, блок герметизации из герметизирующих элементов, размещенный в цилиндрической полости, ограниченной днищем с центральным отверстием, выполненным с возможностью свободного перемещения в нем шпинделя, с поярусным размещением на днище упомянутых герметизирующих элементов, которые выполнены эластичными. В цилиндрической полости концентрично шпинделю между герметизирующими элементами установлено подкладочное кольцо, а сверху размещено опорное кольцо. Над опорным кольцом размещен блок скользящих уплотнителей, с верхним торцом которого сопряжен фланец крышки с возможностью осевого поджатия уплотнительных элементов узла средствами резьбового крепления фланца к крышке. Узел имеет канал контроля герметичности. Цилиндрическая полость состоит из двух цилиндрических камер разного диаметра, меньшая из которых является блоком герметизации. В меньшей камере установлен, по меньшей мере, один герметизирующий элемент, выполненный в виде кольцеобразной манжеты из эластичного упругого материала термостойкого при температуре (-60°C) - (+110°C) П-образного поперечного сечения с полкой и боковыми стенками, ориентированными в сторону корпуса задвижки. Нижний герметизирующий элемент первого яруса установлен на днище меньшей камеры. На полке манжеты герметизирующего элемента последующего яруса размещены указанные подкладочные кольца, которые выполнены из бронзы и имеют регулируемую монтажную толщину, с возможностью обеспечения плотной посадки манжет в блоке герметизации в пространстве от днища нижней камеры до опорного бронзового кольца, сопряженного с полкой верхней манжеты и выполненного двухступенчатым. Верхняя посадочная часть опорного кольца равна диаметру цилиндра большей камеры. Нижняя опорная часть его имеет геометрическую поверхность, соответствующую сопряженной с ней посадочной поверхности в меньшей камере. Подкладочное кольцо установлено сверху герметизирующих элементов, а на нем размещены упорные полукольца из бронзы, имеющие наружную цилиндрическую поверхность диаметром, равным диаметру цилиндра верхней камеры, сопряженную с соответствующей цилиндрической выемкой, выполненной в крышке корпуса, и внутреннюю цилиндрическую поверхность диаметром, не меньшим диаметра шпинделя. Уплотнительные элементы блока скользящих уплотнителей выполнены в виде колец из терморасширенного графита. 5 з.п. ф-лы, 11 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к арматуростроению, и может быть использовано в нефтегазодобывающей, нефтехимической, энергетической и других отраслях промышленности.

Известен опорно-герметизирующий узел шпинделя клиновой задвижки, включающей в себя корпус с клиновым запором и крышкой в которой расположен шпиндель перемещения клинового запора, содержащий, охватывающий шпиндель, блок герметизации из герметизирующих элементов, размещенный в цилиндрической полости, ограниченной днищем с центральным отверстием, выполненным с возможностью свободного перемещения в нем шпинделя, с поярусным размещением на днище упомянутых герметизирующих элементов, которые выполнены эластичными, причем в цилиндрической полости концентрично шпинделю между герметизирующими элементами установлено подкладочное кольцо, а сверху размещено опорное кольцо, при этом над опорным кольцом размещен блок скользящих уплотнителей, с верхним торцом которого сопряжен фланец крышки с возможностью осевого поджатия уплотнительных элементов узла средствами резьбового крепления фланца к крышке, и канал контроля герметичности (патент RU 176497, МПК F16K 41/04 (2006.01), F16J 15/16 (2006.01), Опубликовано: 22.01.2018 Бюл. №3).

Данное техническое решение является наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату, поэтому принято за прототип.

К недостаткам технического решения следует отнести невысокую надежность подземного варианта клиновой задвижки при необходимости регулярного текущем обслуживании между плановыми ремонтами.

Кроме того, устройство при эксплуатации имеет издержки на замену сальниковых уплотнений, издержки вследствие потери перекачиваемой среды в случае классического сальника, дает не позволяет использовать устройство в подземном варианте.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении надежности клиновой задвижки при исключении текущего обслуживания до планового ремонта при ее подземном размещении.

Ниже раскрыты все общие и частные существенные признаки изобретения, характеризующие их причинно-следственную связь с указанным техническим результатом, достаточные для осуществления специалистом в данной области техники.

Опорно-герметизирующий узел шпинделя клиновой задвижки для подземных трубопроводов, включающей в себя корпус с клиновым запором и крышкой в которой расположен шпиндель перемещения клинового запора, содержит, охватывающий шпиндель, блок герметизации из герметизирующих элементов, размещенный в цилиндрической полости, ограниченной днищем с центральным отверстием, выполненным с возможностью свободного перемещения в нем шпинделя, с поярусным размещением на днище упомянутых герметизирующих элементов, которые выполнены эластичными. В цилиндрической полости концентрично шпинделю между герметизирующими элементами установлено подкладочное кольцо, а сверху размещено опорное кольцо. Над опорным кольцом размещен блок скользящих уплотнителей, с верхним торцом которого сопряжен фланец крышки с возможностью осевого поджатия уплотнительных элементов узла средствами резьбового крепления фланца к крышке. Узел имеет канал контроля герметичности. Цилиндрическая полость состоит из двух цилиндрических камер разного диаметра, меньшая из которых является блоком герметизации. В меньшей камере установлен, по меньшей мере, один герметизирующий элемент, выполненный в виде кольцеобразной манжеты из эластичного упругого материала термостойкого при температуре (-60°C) - (+110°C) П-образного поперечного сечения с полкой и боковыми стенками, ориентированными в сторону корпуса задвижки. Нижний герметизирующий элемент первого яруса установлен на днище меньшей камеры. На полке манжеты герметизирующего элемента последующего яруса размещены указанные подкладочные кольца, которые выполнены из бронзы и имеют регулируемую монтажную толщину, с возможностью обеспечения плотной посадки манжет в блоке герметизации в пространстве от днища нижней камеры до опорного бронзового кольца, сопряженного с полкой верхней манжеты и выполненного двухступенчатым. Верхняя, посадочная часть опорного кольца равна диаметру цилиндра большей камеры, Нижняя опорная часть его имеет геометрическую поверхность, соответствующую сопряженной с ней посадочной поверхности в меньшей камере. Подкладочное кольцо установлено сверху герметизирующих элементов, а на нем размещены упорные полукольца из бронзы, имеющие наружную цилиндрическую поверхность диаметром равным диаметру цилиндра верхней камеры, сопряженную с соответствующей цилиндрической выемкой, выполненной в крышке корпуса и внутреннюю, цилиндрическую поверхность диаметром не меньшим диаметра шпинделя. Уплотнительные элементы блока скользящих уплотнителей выполнены в виде колец из терморасширенного графита. Нижняя опорная часть опорного бронзового кольца может иметь цилиндрическую поверхность диаметром, равным диаметру цилиндра упомянутой меньшей камеры или коническую поверхность, тождественную коническому срезу сопряженного отверстия меньшей камеры. Концы упорных полуколец выполнены с наклонными внутрь срезами наружной цилиндрической поверхности. Между торцом блока скользящих уплотнителей и фланцем крышки может быть установлен кольцевой бронзовый подшипник скольжения. Верхний и нижний уплотнительные элементы блока скользящих уплотнений могут быть снабжены обтюраторами.

Устройство иллюстрируется чертежами, где:

на фиг. 1 представлен общий вид клиновой задвижки на месте установки; на фиг. 2 - вид I на фиг. 1 показан частичный продольный разрез; на фиг. 3 - вид I на фиг. 1, частичный продольный разрез крышки; на фиг. 4 - вид I на фиг. 1, частичный продольный разрез, вариант исполнения с двумя манжетами, двумя полукольцами и с обтюраторами; на фиг. 5 - вид I на фиг. 1, частичный продольный разрез, вариант исполнения с тремя манжетами и двумя упорными полукольцами; на фиг. 6 - вид I на фиг. 1, частичный продольный разрез, вариант исполнения опорного кольца; на фиг. 7 - продольный разрез манжеты; на фиг. 8 - продольный разрез опорно-герметизирующего узла; на фиг. 9 - поперечный разрез А-А на фиг. 6; на фиг. 10 - поперечный разрез Б-Б на фиг. 8; на фиг. 11 - установка упорного полукольца.

Опорно-герметизирующий узел, далее - ОГУ шпинделя 1 клиновой задвижки 2 для подземных трубопроводов (не показано) включает в себя корпус 3 с клиновым запором (не показано) и крышкой 4, в которой расположен шпиндель 1 перемещения клинового запора.

ОГУ содержит, охватывающий шпиндель 1, блок герметизации БГ, состоящий из герметизирующих элементов 5.

Блок герметизации размещен в цилиндрической полости L, крышки 4, ограниченной днищем S с центральным отверстием, выполненным с возможностью свободного перемещения в нем шпинделя 1, с поярусным размещением на днище S упомянутых герметизирующих элементов 5, которые выполнены эластичными.

В цилиндрической полости L концентрично шпинделю 1 между герметизирующими элементами 5 установлено подкладочное кольцо 6, а сверху размещено опорное кольцо 7.

Над опорным кольцом 7 размещен блок скользящих уплотнителей БСУ, с верхним торцом которого сопряжен фланец 8 крышки 4 с возможностью осевого поджатия уплотнительных элементов 9 БСУ средствами резьбового крепления 10 фланца 8 к крышке 4.

ОГУ имеет канал 11 контроля герметичности.

Цилиндрическая полость L состоит из двух цилиндрических камер разного диаметра, меньшая 12 из которых является блоком герметизации БГ.

В меньшей камере 12 установлен, по меньшей мере, один герметизирующий элемент 5, выполненный в виде кольцеобразной манжеты (фиг. 7) из эластичного упругого материала термостойкого при температуре (-60°C) - (+110°C) П-образного поперечного сечения с полкой 13 и боковыми стенками 14, ориентированными в сторону корпуса 3 задвижки 2.

Нижний герметизирующий элемент 5 первого яруса установлен на днище S меньшей камеры 12.

На полке 13 манжеты 5 герметизирующего элемента последующего яруса размещены указанные подкладочные кольца 6, которые выполнены из бронзы и имеют регулируемую монтажную толщину, с возможностью обеспечения плотной посадки манжет 5 в блоке герметизации в пространстве от днища S нижней камеры до опорного бронзового кольца 15, сопряженного с полкой 13 верхней манжеты 5 и выполненного двухступенчатым.

Верхняя, посадочная часть опорного кольца 15 равна диаметру цилиндра большей камеры 16.

Нижняя опорная часть его имеет геометрическую поверхность, соответствующую сопряженной с ней посадочной поверхности в меньшей камере 13.

Подкладочное кольцо 6 установлено сверху герметизирующих элементов 5, а на нем размещены упорные полукольца 17 из бронзы, имеющие наружную цилиндрическую поверхность диаметром равным диаметру цилиндра верхней камеры 16, сопряженную с соответствующей цилиндрической выемкой, выполненной в крышке 4 корпуса 3 и внутреннюю, цилиндрическую поверхность диаметром не меньшим диаметра шпинделя 1.

Уплотнительные элементы 18 блока скользящих уплотнителей выполнены в виде колец из терморасширенного графита.

Нижняя опорная часть опорного бронзового кольца 15 может иметь цилиндрическую поверхность диаметром, равным диаметру цилиндра упомянутой меньшей камеры 12 (фиг. 6) или коническую поверхность (фиг. 4), тождественную коническому срезу сопряженного отверстия меньшей камеры 12.

Концы упорных полуколец 17 выполнены с наклонными внутрь срезами наружной цилиндрической поверхности.

Между торцом блока скользящих уплотнителей и фланцем 8 крышки 4 может быть установлена упорная втулка 19 с кольцевым бронзовым подшипником скольжения 20.

Верхний и нижний уплотнительные элементы 18 блока скользящих уплотнений могут быть снабжены обтюраторами 21.

Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники известным из научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках не выявило средство, которому присущи признаки, идентичные всем признакам, содержащимся в предложенной заявителем формуле изобретения, включая характеристику назначения. Т.е., совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна и не тождественна каким-либо известным техническим решениям, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".

Изобретение осуществимо и воспроизводимо, а отличительные признаки, приведенные в формуле изобретения относятся к существенным, поскольку они влияют на возможность решения указанной в заявке технической проблемы и получение обеспечиваемого изобретением технического результата - повышение надежности клиновой задвижки при исключении текущего обслуживания до планового ремонта при ее подземном размещении, то есть находятся в причинно-следственной связи с указанным результатом.

Данное техническое решение промышленно применимо, поскольку в описании к заявке и названии изобретения указано его назначение, оно может быть осуществлено промышленным способом, а отличительные признаки, приведенные в формуле изобретения позволяют получить новый технический результат.

Изобретение в том виде, как оно охарактеризовано в формуле, может быть осуществлено с помощью средств и методов, описанных в патенте РФ RU 176497, ставшим общедоступным до даты приоритета изобретения

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".

Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предложенное техническое решение не следует для специалиста явным образом из уровня техники, поскольку не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с его отличительными признаками, а в выявленных таких решениях не подтверждена известность влияния отличительных признаков на указанный в материалах заявки технический результат.

Т.е. заявленное решение имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование этих признаков в заявленной совокупности существенных признаков дает возможность получить новый технический результат - повышение надежности клиновой задвижки при подземной установке.

Следовательно, предложенное техническое решение может быть получено только путем творческого подхода и неочевидно для среднего специалиста в этой области, т.е. имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.

Для подтверждения возможности осуществления изобретения ниже приводятся сведения о работе устройства, раскрывающие, как может быть осуществлено изобретение с реализацией указанного заявителем назначения и с подтверждением возможности достижения технического результата при осуществлении изобретения.

Опорно-герметизирующий узел шпинделя 1 реализуется в клиновых задвижках подземных трубопроводов, используемых для транспортировки жидких и газообразных сред (преимущественно огнеопасных).

Клиновые задвижки устанавливаются под землей так, что опорно-герметизирующий узел шпинделя находится под горизонтом обратной засыпки грунта (фиг. 1), что дает специфические условия его работы - уплотнение шпинделя в этом случае является необслуживаемым. Не требуется проведение контроля за герметичностью уплотнения.

Опорно-герметизирующий узел (ОГУ) собирается следующим образом: при сборке задвижки, в полость L крышки 4 последовательно устанавливаются манжета 5, кольцо подкладное 6, кольцо разрезное 17, манжета 5, кольцо опорное 15, кольца из терморасширенного графита 18, втулка 19, фланец 8, средства резьбового крепления 10.

ОГУ работает следующим образом: при давлении рабочей среды под крышкой 4, манжеты 5, упираясь полкой 13 в кольца подкладные 6, раскрывают боковые стенки 14.

При этом боковые стенки 14 манжеты герметизируют шпиндель 1 и крышку 4.

В случае механического износа манжет 5 при превышении срока эксплуатации, рабочая среда будет герметизироваться уплотнительными кольцами 18 из терморасширенного графита.

Боковые стенки 14 манжеты 5и конструктивно обеспечивают герметичность шпинделя 1 и крышки 4 при давлении в два раза превышающего рабочего давления эксплуатации задвижки (до 40 Мпа).

Упорные полукольца 17 служат опорной поверхностью для манжеты 5.

При избыточном давлении под крышкой 4, манжета 5 герметизирует боковые поверхности (полости L в крышке 4 и шпинделя 1), и манжета 5 под действием давления выталкивается из крышки 4.

Но в проточке крышки 4 установлены опорные полукольца 17.

И манжета 5 упирается в упорные полукольца 17.

Если использовать целое, неразрезное кольцо, то оно не сможет вставиться в проточку крышки 4, из-за того, что наружный диаметр кольца больше внутреннего диаметра крышки 4.

Если на полукольце 17 не сделать лыски, то оно не сможет вставиться в проточку крышки 4, из-за того, что наружные кромки кольца не дадут кольцу зайти во внутренний диаметр крышки 4.

Таким образом, минимизируется попадание рабочей среды на скользящие уплотнения 18, которые дополнительно предотвращают выход транспортируемой среды в атмосферу за счет поджатия колец 18 из терморасширенного графита средствами резьбового крепления 10.

Использование ОГУ повышает надежность клиновой задвижки и срок службы до планового ремонта, а также исключает издержки на обслуживание задвижки, замену сальниковых уплотнений, издержки на потери перекачиваемой среды в случае классического сальника, дает возможность установить задвижку подземно в необслуживаемом варианте.

К основным достоинствам нового устройства следует отнести высокую надежность задвижки за счет эффективной работы ОГУ.

Данный ОГУ может быть использовано в клиновых задвижках подземного размещения в нефтегазодобывающей, нефтехимической, энергетической и других отраслях промышленности.

1. Опорно-герметизирующий узел шпинделя клиновой задвижки для подземных трубопроводов, включающей в себя корпус с клиновым запором и крышкой, в которой расположен шпиндель перемещения клинового запора, содержащий охватывающий шпиндель блок герметизации из герметизирующих элементов, размещённый в цилиндрической полости, ограниченной днищем с центральным отверстием, выполненным с возможностью свободного перемещения в нём шпинделя, с поярусным размещением на днище упомянутых герметизирующих элементов, которые выполнены эластичными, причём в цилиндрической полости концентрично шпинделю между герметизирующими элементами установлено подкладочное кольцо, а сверху размещено опорное кольцо, при этом над опорным кольцом размещен блок скользящих уплотнителей, с верхним торцом которого сопряжен фланец крышки с возможностью осевого поджатия уплотнительных элементов узла средствами резьбового крепления фланца к крышке, и канал контроля герметичности, отличающийся тем, что указанная цилиндрическая полость состоит из двух цилиндрических камер разного диаметра, меньшая из которых является блоком герметизации, в которой установлен по меньшей мере один герметизирующий элемент, выполненный в виде кольцеобразной манжеты из эластичного упругого материала термостойкого при температуре (-60°С)–(+110°С) П-образного поперечного сечения с полкой и боковыми стенками, ориентированными в сторону корпуса задвижки, при этом нижний герметизирующий элемент первого яруса установлен на днище меньшей камеры, а на полке манжеты герметизирующего элемента последующего яруса размещены указанные подкладочные кольца, которые выполнены из бронзы и имеют регулируемую монтажную толщину, с возможностью обеспечения плотной посадки манжет в блоке герметизации в пространстве от днища нижней камеры до опорного бронзового кольца, сопряженного с полкой верхней манжеты и выполненного двухступенчатым, верхняя посадочная часть которого равна диаметру цилиндра большей камеры, а нижняя опорная часть имеет геометрическую поверхность, соответствующую сопряженной с ней посадочной поверхности в меньшей камере, причём подкладочное кольцо установлено сверху герметизирующих элементов, а на нём размещены упорные полукольца из бронзы, имеющие наружную цилиндрическую поверхность диаметром, равным диаметру цилиндра верхней камеры, сопряженную с соответствующей цилиндрической выемкой, выполненной в крышке корпуса, и внутреннюю цилиндрическую поверхность диаметром, не меньшим диаметра шпинделя, при этом уплотнительные элементы блока скользящих уплотнителей выполнены в виде колец из терморасширенного графита.

2. Опорно-герметизирующий узел по п. 1, отличающийся тем, что нижняя опорная часть опорного бронзового кольца имеет цилиндрическую поверхность диаметром, равным диаметру цилиндра упомянутой меньшей камеры.

3. Опорно-герметизирующий узел по п. 1, отличающийся тем, что нижняя опорная часть опорного бронзового кольца имеет коническую поверхность, тождественную коническому срезу сопряженного отверстия меньшей камеры.

4. Опорно-герметизирующий узел по п. 1, отличающийся тем, что концы упорных полуколец выполнены с наклонными внутрь срезами наружной цилиндрической поверхности.

5. Опорно-герметизирующий узел по п. 1, отличающийся тем, что между торцом блока скользящих уплотнителей и фланцем крышки установлен кольцевой бронзовый подшипник скольжения.

6. Опорно-герметизирующий узел по п. 1, отличающийся тем, что верхний и нижний уплотнительные элементы блока скользящих уплотнений снабжены обтюраторами.