RU2307967C1

RU2307967C1 - Gate valve

Info

Publication number: RU2307967C1
Application number: RU2006102615/06A
Authority: RU
Inventors: Василий Михайлович Артеменко (RU); Василий Михайлович Артеменко; Сергей Николаевич Новосельцев (RU); Сергей Николаевич Новосельцев
Original assignee: ЗАО "Технология"
Priority date: 2006-01-30
Filing date: 2006-01-30
Publication date: 2007-10-10

Abstract

FIELD: oil and chemical engineering.

SUBSTANCE: proposed gate valve has housing consists of two half-housings divided by spacer ring. Seats with through channels installed in half-housings. Disk gate with gear rim and through holes of different diameters is installed between half-housings for rotation around its axle. With disk gate being turned, holes register with through channels in seats in turn. Spacer ring is provided with sector cutout accommodating toothed or warm gear train connected with shaft-gear and gear rim of disk gate. Gate valve contains drive mechanism consist of housing containing also two half-housings. Shaft-gear is installed in housing of drive mechanism. Gear train can be installed also in housing of drive mechanism. Disk gate is made up of separate gear rim, powdered ceramic material insert with through holes, and bushing. Half-housings of gate valve and drive mechanism are made in form of solids of revolution. Shaft-gear is connected with dial. Each seat is furnished with spring and sealing rings insulating spring. Sealing rings are installed in half-housings of gate valve over edge of disk gate.

EFFECT: reduced overall dimensions and metal usage of gate valve, increased reliability of gate valve owing to separation of gate valve space from drive mechanism members.

Description

Изобретение относится к области нефтяного и химического машиностроения и может быть использовано в качестве запирающего и регулирующего устройства на трубопроводах, транспортирующих агрессивную рабочую среду, например нефть с высоким объемным содержанием СО₂ и Н₂С, техническую воду под давлением до 35 МПа, а также для перекрытия каналов устьевой арматуры фонтанных, насосных и нагнетательных скважин.The invention relates to the field of petroleum and chemical engineering and can be used as a locking and regulating device in pipelines transporting an aggressive working environment, for example, oil with a high volume content of CO ₂ and N ₂ C, process water under pressure up to 35 MPa, and also overlapping channels of wellhead valves of fountain, pump and injection wells.

Известна задвижка, использующаяся в глубоководных трубопроводах высокого давления, при добыче нефти с шельфа, по патенту GB 2277573, включающая цельный корпус, уплотняющие подпружиненные седла, шибер с набором проходных отверстий разного размера для регулирования потока жидкости. Ее недостатками являются низкая ремонтопригодность и сложный ненадежный привод, являющийся следствием особенностей цельнокорпусной конструкции глубоководной задвижки. Другим недостатком является то, что рабочее давление и агрессивная среда воздействуют на привод, действующий на зубчатый венец, и могут вывести его из строя.Known valve used in deep-sea high pressure pipelines, for oil production from the shelf, according to patent GB 2277573, including a one-piece housing, sealing spring-loaded seats, a gate with a set of through holes of different sizes for regulating fluid flow. Its disadvantages are low maintainability and a complex unreliable actuator, which is a consequence of the features of the all-body design of a deep-water valve. Another disadvantage is that the working pressure and aggressive environment act on the drive acting on the ring gear and can damage it.

Известна задвижка по патенту RU 2228474, содержащая корпус, состоящий из двух соединенных полукорпусов, в которых установлены подпружиненные седла с проходными каналами, между седлами с возможностью поворота размещен дисковый шибер с проходным отверстием. В проходном отверстии шибера установлен сменный штуцер с проходным отверстием, в каждом из полукорпусов напротив друг друга выполнены сквозные отверстия для смены штуцера, закрытые пробками.Known valve according to patent RU 2228474, comprising a housing consisting of two connected half-bodies, in which spring-loaded seats with passage channels are installed, a disk gate with a passage hole is placed between the seats with the possibility of rotation. A replaceable nozzle with a through hole is installed in the gate opening of the gate, through holes for changing the nozzle closed by plugs are made in each of the half-bodies opposite each other.

Недостатком данной задвижки является сложность регулирования расхода жидкости, которая достигается за счет замены штуцера через отверстия в полукорпусах. При этом смена штуцера производится при закрытой задвижке, то есть с остановкой технологического процесса.The disadvantage of this valve is the complexity of regulating the flow of fluid, which is achieved by replacing the fitting through the holes in the half-bodies. In this case, the nozzle is changed with the valve closed, that is, with the stop of the process.

Известна задвижка по патенту RU 2246652, выбранная в качестве прототипа, содержащая корпус, состоящий из двух соединенных между собой полукорпусов, между которыми с возможностью поворота в своей плоскости размещен дисковый шибер с зубчатым сектором, взаимодействующим с приводной шестерней. Полукорпуса соединены между собой бандажом, состоящим из двух полуколец П-образного сечения, дисковый шибер имеет не менее двух проходных отверстий разного диаметра, оси которых расположены на одинаковом расстоянии друг от друга, равном 0.85...1.2 диаметра наибольшего проходного отверстия, причем зубчатый сектор на дисковом шибере выполнен замкнутым.Known valve according to patent RU 2246652, selected as a prototype, comprising a housing consisting of two interconnected half-bodies, between which a disk gate with a gear sector interacting with a drive gear is rotatably placed in its plane. The half-bodies are interconnected by a bandage consisting of two half-rings of U-shaped cross-section, the disk gate has at least two passage holes of different diameters, the axes of which are located at the same distance from each other, equal to 0.85 ... 1.2 of the diameter of the largest passage hole, and the gear sector on a disk gate made closed.

Недостатком данной задвижки является недостаточная разобщенность полости задвижки, находящейся под воздействием агрессивной среды с высоким давлением, и приводного механизма: при поворотах шибера рабочая среда из проходных отверстий и через зазоры между шибером и полукорпусами попадает к приводной шестерне.The disadvantage of this valve is the lack of isolation of the valve cavity, which is under the influence of an aggressive medium with high pressure, and the drive mechanism: when turning the gate, the working medium from the through holes and through the gaps between the gate and the half-bodies gets to the drive gear.

Целью изобретения является уменьшение габаритов и металлоемкости задвижки. При этом повышается надежность задвижки за счет разобщения полости задвижки с элементами приводного механизма.The aim of the invention is to reduce the size and intensity of the valve. This increases the reliability of the valve due to the separation of the cavity of the valve with the elements of the drive mechanism.

Технический результат достигается в задвижке, содержащей корпус, состоящий из двух полукорпусов, разделенных распорным кольцом, с установленными в них седлами с проходными каналами, между полукорпусами с возможностью поворота вокруг своей оси размещен дисковый шибер с зубчатым венцом и с проходными отверстиями разного диаметра, которые при повороте дискового шибера поочередно совмещаются с проходными каналами в седлах, вал-шестерню. Распорное кольцо выполнено с секторным вырезом, в котором установлена зубчатая или червячная передача, которая может быть выполнена из двух шестерен, соединенная с валом-шестерней и зубчатым венцом дискового шибера. Задвижка содержит приводной механизм, содержащий корпус, состоящий из двух полукорпусов, при этом вал-шестерня установлен в корпусе приводного механизма. Зубчатая передача также может быть установлена в корпусе приводного механизма. Дисковый шибер выполнен составным из раздельных зубчатого венца, минералокерамической вставки с проходными отверстиями и втулки. Полукорпуса задвижки и приводного механизма выполнены в виде тел вращения. Вал-шестерня соединен с лимбом. Каждое седло снабжено пружиной и уплотнительными кольцами, изолирующими пружину. В полукорпусах задвижки, по краю дискового шибера, установлены уплотнительные кольца.The technical result is achieved in a valve containing a housing consisting of two half-bodies, separated by a spacer ring, with saddles with passage channels installed in them, between the half-bodies with the possibility of rotation around its axis there is a disk gate with a gear ring and with passage holes of different diameters, which at When turning the disk gate, they are alternately aligned with the passage channels in the saddles, the pinion shaft. The spacer ring is made with a sector cut-out in which a gear or worm gear is installed, which can be made of two gears, connected to the gear shaft and the ring gear of the disk gate. The valve comprises a drive mechanism, comprising a housing consisting of two half-bodies, wherein the pinion shaft is installed in the housing of the drive mechanism. The gear transmission can also be installed in the housing of the drive mechanism. The disk gate is made of a composite of a separate gear rim, a ceramic-mineral insert with passage holes and a sleeve. The valve half-body and the drive mechanism are made in the form of bodies of revolution. Pinion shaft connected to the limb. Each seat is equipped with a spring and o-rings to isolate the spring. In the valve half-bodies, along the edge of the disk gate, O-rings are installed.

Задвижка показана на чертежах:The valve is shown in the drawings:

фиг.1 - задвижка;figure 1 - valve;

фиг.2 - задвижка (вариант);figure 2 - valve (option);

фиг.3 - задвижка (фронтальный вид);figure 3 - valve (front view);

фиг.4 - дисковый шибер с проходными отверстиями.figure 4 - disk gate with through holes.

Задвижка (фиг.1) состоит из корпуса, образованного двумя полукорпусами 1 с установленными в них седлами 2, имеющими проходные каналы 3. Между полукорпусами 1 расположено распорное кольцо 4 с секторным вырезом (не показан) для установки зубчатой или червячной передачи, выполненной из шестерен 5 (показаны две зубчатые шестерни, при использовании червячных шестерен 5 соответственно меняется выполенение зубчатого венца 10 и вала-шестерни 12). Дисковый шибер 6 установлен между полукорпусами 1 с возможностью поворота вокруг своей оси 7 и выполнен составным. Минералокерамическая вставка 8 изготовлена в виде диска с проходными отверстиями 9 (фиг.4) для прохода рабочей жидкости. Один сектор дискового шибера 6 не имеет отверстия, что соответствует положению задвижки «закрыто». Дисковый шибер 6 снабжен раздельными зубчатым венцом 10 и втулкой 11, при помощи которой дисковый шибер устанавливается на ось 7. Задвижка содержит вал-шестерню 12, соединенную с зубчатым венцом 10 через шестерни 5 зубчатой передачи.The valve (Fig. 1) consists of a housing formed by two half-bodies 1 with saddles 2 installed in them and having passage channels 3. Between the half-bodies 1 there is a spacer ring 4 with a sector cut-out (not shown) for installing a gear or worm gear made of gears 5 (two gears are shown; when using worm gears 5, the performance of the gear ring 10 and the pinion shaft 12 changes accordingly). The disk gate 6 is installed between the half-bodies 1 with the possibility of rotation around its axis 7 and is made integral. Mineraloceramic insert 8 is made in the form of a disk with through holes 9 (figure 4) for the passage of the working fluid. One sector of the disk gate 6 has no holes, which corresponds to the position of the valve “closed”. The disk gate 6 is equipped with a separate gear ring 10 and a sleeve 11, by which the disk gate is mounted on the axis 7. The valve comprises a gear shaft 12 connected to the ring gear 10 via gears 5 of the gear transmission.

Вал-шестерня 12 и шестерни 5 могут быть установлены в корпусе приводного механизма, состоящего из полукорпусов 13, 14, выполненных раздельными с полукорпусами 1 задвижки. На фиг.2 показан вариант задвижки, в котором шестерни 5 зубчатой передачи установлены в корпусе задижки, а полукорпуса 13, 14 приводного механизма охватывают корпус задвижки. Полукорпуса 1 задвижки и части 13, 14 корпуса редуктора выполнены в виде тел вращения (фиг.3). Вал-шестерня 12 соединен с лимбом 15.Pinion shaft 12 and pinion 5 can be installed in the housing of the drive mechanism, consisting of half-bodies 13, 14, made separate from the valve half-bodies 1. Figure 2 shows a variant of the valve, in which the gears 5 of the gear transmission are installed in the valve body, and a half-housing 13, 14 of the drive mechanism cover the valve body. The half-body 1 of the valve and parts 13, 14 of the gear housing are made in the form of bodies of revolution (figure 3). Gear shaft 12 is connected to the limb 15.

Пружины 16 на седлах 2 могут быть изолированы от рабочей жидкости уплотнительными кольцами 17 (фиг.2). В полукорпусах 1 задвижки, по краю дискового шибера 6, установлены уплотнительные кольца 18.The springs 16 on the saddles 2 can be isolated from the working fluid by the sealing rings 17 (FIG. 2). In the half-bodies 1 of the valve, along the edge of the disk gate 6, sealing rings 18 are installed.

Задвижка работает следующим образом.The valve operates as follows.

Регулирование потока рабочей среды через проходные каналы 3 достигается при повороте дискового шибера 6 с проходными отверстиями 9 разного диаметра (фиг.4). Размер и количество проходных отверстий 9 зависит от диаметра шибера и диаметра седел 2. Дисковый шибер 6, таким образом, разбит на секторы с проходным отверстием 9 в каждом секторе. Один сектор не имеет проходного отверстия, что позволяет полностью перекрывать движение потока рабочей среды. Использование минералокерамической вставки 8 с проходными отверстиями 9, уплотнительных колец 17, защищающих стальные пружины 16, позволяют использовать данные задвижки для регулирования потока агрессивных сред.The regulation of the flow of the working medium through the passage channels 3 is achieved by turning the disk gate 6 with the passage holes 9 of different diameters (figure 4). The size and number of through holes 9 depends on the diameter of the gate and the diameter of the seats 2. The disk gate 6 is thus divided into sectors with a through hole 9 in each sector. One sector does not have a through hole, which allows you to completely block the movement of the fluid flow. The use of mineral-ceramic inserts 8 with passage openings 9, sealing rings 17 protecting steel springs 16 allow these valves to be used to control the flow of aggressive media.

При вращении вала-шестерни 12 усилие передается через шестерни 5 зубчатой передачи на зубчатый венец 10, при этом происходит поворот дискового шибера 6 вокруг оси 7, открывая, закрывая или меняя проходные отверстия 9 задвижки. Точное положение дискового шибера 6 относительно проходных каналов 3 определяется при помощи лимба 15.During the rotation of the pinion shaft 12, the force is transmitted through the gears 5 of the gear transmission to the ring gear 10, while the disk gate 6 is rotated around the axis 7, opening, closing or changing the valve openings 9. The exact position of the disk gate 6 relative to the passage channels 3 is determined using the dial 15.

Зубчатая передача предпочтительно состоит из нескольких шестерен 5 (на фиг.1, 2 показаны две шестерни). Это позволяет уменьшить размер секторного выреза на распорном кольце 4.The gear transmission preferably consists of several gears 5 (two gears are shown in FIGS. 1, 2). This allows you to reduce the size of the sector cutout on the spacer ring 4.

Уплотнительные кольца 18 создают дополнительный контур уплотнений, с помощью которого удерживается избыточное давление, попадающее в пространство между дисковым шибером 6 и полукорпусами 1 при поворотах шибера. Зазоры между полукорпусами 1 и дисковым шибером 6 выполнены таким образом, чтобы контур уплотнений 18 удерживал избыточное давление между полукорпусом и шибером, а вращение шибера 6 при этом проходило с усилием на рукоятке управления, не превышающим 20 кгс.O-rings 18 create an additional contour of seals, with the help of which excess pressure is retained, which enters the space between the disk gate 6 and the half-bodies 1 during the rotation of the gate. The gaps between the half-bodies 1 and the disk gate 6 are made so that the contour of the seals 18 maintains excess pressure between the half-case and the gate, and the rotation of the gate 6 was carried out with an effort on the control handle not exceeding 20 kgf.

Использование нескольких шестерен 5, малый размер секторного выреза и дополнительные уплотнительные кольца 18 позволяют разобщить вал-шестерню 12 и пространство между седлами 2 и дисковым шибером 6, находящееся под воздействием рабочего давления и агрессивной среды. Кроме того, достигается значительное уменьшение габаритов и металлоемкости задвижки.The use of several gears 5, the small size of the sector cut-out and additional sealing rings 18 allow to separate the shaft gear 12 and the space between the saddles 2 and the disk gate 6, which is under the influence of working pressure and aggressive environment. In addition, a significant reduction in the dimensions and metal consumption of the valve is achieved.

Сборка задвижки, замена деталей упрощены за счет использования разъемных полукорпусов 1 и частей 13, 14 редуктора, которые для технологичности изготовления и обработки выполнены в виде тел вращения (фиг.3).The assembly of the valve, replacement of parts is simplified by the use of detachable half-bodies 1 and parts 13, 14 of the gearbox, which for the manufacturability and processing are made in the form of bodies of revolution (figure 3).

Широкая функциональная возможность задвижки обусловлена возможностью регулирования расхода рабочей жидкости, подтверждена ее испытаниями в реальных производственных условиях в нефтедобывающей промышленности. Время, необходимое для изменения состояния задвижки из одного положения в другое, составляет 10-15 сек. Упростив конструкцию, удалось снизить вес задвижки в 1,5 раза, наработка на отказ составила 1800 циклов, что обеспечивает ее полный срок службы не менее 10 лет. Практикой подтверждено, что средний срок службы задвижки до капитального ремонта не менее 5-и лет.The wide functionality of the valve is due to the ability to control the flow of working fluid, confirmed by its tests in real production conditions in the oil industry. The time required to change the state of the valve from one position to another is 10-15 seconds. By simplifying the design, it was possible to reduce the weight of the valve by 1.5 times, MTBF was 1800 cycles, which ensures its full service life of at least 10 years. Practice has confirmed that the average valve service life before major repairs is at least 5 years.

Claims

1. A valve containing a housing consisting of two half-bodies, separated by a spacer ring, with saddles with passage channels installed in them, between the half-bodies with the possibility of rotation around its axis, a disk gate with a toothed ring and with passage holes of different diameters, which when turning the disk the gates are alternately aligned with the passage channels in the saddles, the pinion shaft, characterized in that the spacer ring is made with a sector cut in which a gear or worm gear is connected, connected shaft pinion and ring gear disk gate.

2. The valve according to claim 1, characterized in that it comprises a drive mechanism comprising a housing consisting of two half-bodies, wherein the pinion shaft is installed in the housing of the drive mechanism.

3. The valve according to claim 2, characterized in that the gear is installed in the housing of the drive mechanism.

4. The valve according to claim 1, characterized in that the disk gate is made of a composite of a separate gear ring, a ceramic-mineral insert with passage holes and a sleeve.

5. The valve according to claim 1, characterized in that the gear transmission consists of two gears.

6. The valve according to claim 1, characterized in that the half-body of the valve is made in the form of bodies of revolution.

7. The valve according to claim 2 or 3, characterized in that the half-housing of the drive mechanism is made in the form of bodies of revolution.

8. The valve according to claim 1, characterized in that the pinion shaft is connected to the limb.

9. The valve according to claim 1, characterized in that each seat is equipped with a spring and o-rings that isolate the spring.

10. The valve according to claim 1, characterized in that the sealing rings are installed in the valve half-bodies along the edge of the disk gate.