Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВКИ ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ

Устройство относится к трубопроводной арматуре, используется для регулирования перепада давления потока жидкой или газовой среды, может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности при регулировании уровня жидкой среды в газосепараторах, а также в качестве запорной арматуры на технологических линиях для перекрытия потока или создания заданного перепада давления.

Известна задвижка с вращающейся пластиной (BR, патент №DE 3538404 А1, 30.04.1987, F16K 3/06), содержащая корпус с перекрываемым проходным отверстием, состоящий из двух частей, между которыми по уплотняемой поверхности с антифрикционными свойствами по дуге движется пластина задвижки с проходным отверстием.

Недостатком известной задвижки является небольшой срок службы из-за быстрого износа уплотняемой поверхности с антифрикционными свойствами и вследствие этого частичной потери герметичности сопряжения пластины с уплотняемой поверхностью, вызванных абразивным воздействием твердых частиц загрязнений природного газа или нефти на уплотняемые поверхности. Твердые частицы захватываются притуплением кромок пластины, сопрягаемых с уплотняемыми поверхностями, при движении ее относительно уплотняемых поверхностей, удерживаются там и при движении наносят глубокие царапины и борозды на уплотняемые поверхности.

Известно устройство для регулирования перепада давления (RU, патент №2191308 С2, 20.10.2002 г., F16K 3/06), содержащее корпус с перекрываемым отверстием, крышку, шибер с проходным отверстием специально спрофилированной формы, расположенный между корпусом и крышкой, уплотнительные элементы, рычаг, воздействующий на шибер через валик.

Недостатками известного устройства являются

- Нерациональность конструкции устройства, выражающаяся в том, что точность величины зазора между корпусом и крышкой, предназначенного для размещения шибера между ними, не обеспечивается автоматически сборкой сопрягаемых элементов, а требует настройки.

- Недостаточно технологична конструкция корпуса для изготовления в мелкосерийном производстве, затруднителен процесс шлифования в глухом отверстии торца корпуса, сопрягаемого с шибером.

- Износ шибера и вследствие этого частичная потеря герметичности сопряжения шибера и уплотнительных элементов, вызываемые тем, что твердые частицы загрязнений природного газа или нефти при движении шибера захватываются притуплением кромок уплотнительных элементов, сопрягаемых с поверхностью шибера, и заносятся под уплотняющую поверхность уплотнительного элемента, сопрягаемую с шибером, частично внедряются в тело уплотнительного элемента и удерживаются в нем, тем самым образуется как бы абразивный инструмент, наносящий глубокие риски на уплотняемой поверхности шибера. Это возможно по причине внедрения извне твердых частиц из-за значительной податливости материала уплотнительных элементов, например эластомера, определяемой функциональным назначением элементов.

Технической задачей изобретения является повышение рациональности конструкции устройства и технологичности его деталей, увеличение надежности герметичности сопряжения шибера и уплотнительных элементов, снижение износа трущихся деталей уплотнения и, как следствие, увеличение ресурса устройства в целом.

Техническая задача по устройству для регулирования перепада давления, содержащему корпус и крышку с перекрываемыми в них отверстиями, шибер с проходным отверстием, расположенный между корпусом и крышкой, уплотнительные элементы, рычаг, воздействующий на шибер через валик, решается согласно изобретению тем, что устройство включает дистанционное кольцо, установленное между крышкой и корпусом, выполненным со съемным дном, а уплотнительные элементы, герметизирующие сопряжения шибера и крышки, шибера и дна корпуса, выполнены из жесткого антифрикционного материала в виде плавающих в соответствующих гнездах дна корпуса и крышки втулок, подпружиненных относительно дна гнезд уплотнительными кольцами круглого сечения из эластомера и прижатых тем самым уплотняющими поверхностями к плоскости шибера, при этом в торцах втулок, образующих уплотняющие поверхности, выполнены канавки лабиринтного уплотнения, причем кромки втулок, сопрягаемые с шибером, имеют угол заострения α≤60°.

Сущность изобретения поясняется чертежами

фиг.1 - сечение А-А по оси устройства;

фиг.2 - сечение Б-Б по плоскости шибера;

фиг.3 - выноска В с сечения А-А;

фиг.4 - сечение Г-Г по проходному отверстию шибера.

Устройство для регулирования перепада давления содержит корпус 1 со съемным дном 2 с перекрываемым отверстием 3, шибер 4 с проходным отверстием 5, крышку 6 с перекрываемым отверстием 7. Крышка 6 и съемное дно 2 крепятся в корпусе 1 упорными плоскими пружинными кольцами 8. Между крышкой 6 и съемным дном 2 установлено дистанционное кольцо 9, в зазоре между крышкой 6 и съемным дном 2 корпуса 1, определяемом толщиной дистанционного кольца 9, установлен шибер 4, посаженный с возможностью передачи вращающего момента через шестигранник 10 на валик 11, на конце которого посажен с возможностью передачи вращающего момента плоский рычаг 12, размещенный в плоской щели съемного дна 2. Зазоры между корпусом 1, крышкой 6 и съемным дном 2 уплотняются круглыми кольцами из эластомера 13, зазор между валиком 11 и съемным дном 2 также уплотнен круглым кольцом из эластомера 14. Под торцы шестигранника 10 установлены опорные шайбы 10а из антифрикционного материала, воспринимающие осевую нагрузку от валика 11. Установочный винт 15 и штифт 16 служат для фиксации взаимного положения относительно друг друга: корпуса 1, съемного дна 2, крышки 6 и дистанционного кольца 9. В гнездах 17 съемного дна 2 и крышки 6 установлены с диаметральными и осевыми зазорами относительно гнезд 17, обеспечивающими возможность «плавания», уплотнительные элементы 18 в виде втулок 19 из жесткого антифрикционного материала, например из антифрикционной бронзы или композитов на основе фторполимеров. Втулки 19 подпружинены относительно дна гнезд 17 уплотнительными кольцами 20 круглого сечения из эластомера и прижаты уплотняющей поверхностью 21 к шиберу 4. В торце втулки 19, образующем уплотняющую поверхность 21, выполнены канавки 22 лабиринтного уплотнения. Кромки 23 втулок 19 имеют угол заострения α≤60°.

Устройство работает следующим образом. Плоским рычагом 12 шибер 4 поворачивают в зазоре между крышкой 6 и съемным дном 2. Проходное отверстие 5 шибера 4 совмещают с перекрываемыми отверстиями 3 и 7 и тем самым открывают полный проход рабочей среды через устройство. При повороте в другую сторону шибера 4 сначала проходное отверстие 5 частично совмещают с перекрываемыми от отверстиями 3 и 7, тем самым, регулируя величину сечения канала для прохода потока рабочей среды, обеспечивая сопротивление для создания необходимого перепада давления потока рабочей среды в устройстве. При дальнейшем повороте шибера 4 перекрывают отверстия 3, 7 глухим участком шибера 4. Устройство заперто. Величина и точность зазора между съемным дном 2, крышкой 6 и шибером 4 образуется разницей толщин и допусков толщин дистанционного кольца 9 и шибера 4 и реализуется при сборке устройства. Величина зазора, с одной стороны, должна обеспечивать свободное перемещение и координацию положения шибера 4 в пространстве, с другой - препятствовать проникновению загрязнений в полость устройства при переходных положениях шибера 4 между состояниями устройства «Полный проход» и «Заперто». Подсасывающее воздействие потока рабочей среды через частично открытый канал прохода тоже препятствует проникновению загрязнений в полость устройства. Выполнение съемного дна 2 корпуса 1 отдельной деталью значительно облегчает обработку шлифованием его поверхности, сопрягаемой с шибером 4. Также высокотехнологичны для обработки остальные детали устройства.

Втулка 19 уплотнительных элементов 18 уплотняющей поверхностью 21 прижата к шиберу 4 силой упругости уплотнительных колец 20 и перепадом давления среды на втулке 19. Уплотнительные кольца 20, кроме того, герметизируют зазор между втулкой 19 и гнездом 17. Способность втулки 19 «плавать» в гнезде 17 обеспечивает равномерно распределенное по уплотняющей поверхности 21 усилие прижатия к шиберу 4 втулки 19 и равномерную притертость ее к сопрягаемой поверхности, что обуславливает беззазорное прилегание, являющееся гарантией надежной герметизации сопряжения шибера 4 и уплотнительных элементов 18. Канавки 22 лабиринтного уплотнения дополнительно увеличивают надежность герметизации.

Кромки 23 втулки 19 самозатачиваются и постоянно сохраняют остроту в дальнейшем при притирании втулки 19 к шиберу 4 по причине того, что угол заострения кромки 23 - α≤60°. Величина угла заострения α≤60° выбрана по аналогии с углом заострения режущей части резцов для токарных работ (см. «Краткий справочник металлиста». П.Н.Орлов, Е.А.Скороходова. Москва, Машиностроение, 1987 г., стр.344, таблица 8). Угол заострения резцов принят в пределах 70÷60°, что обеспечивает стойкость и самозатачиваемость резцов в процессе работы. Учитывая отсутствие заднего угла кромки 23 втулки 19 аналогичного заднему углу резцов, принимаем α≤60°. Это исключает затупление кромки 23, способствующее захвату твердых частиц загрязнений при перемещении шибера 4 относительно втулки 19 и внедрению их между втулкой 19 и шибером 4, что может привести к нарушению герметичности уплотнения и абразивному износу деталей. Остроугольная кромка 23 плотно примыкает к поверхности шибера 4, счищает с поверхности шибера 4 все загрязнения, уносимые потоком рабочей среды, и препятствует проникновению загрязнений в стык между втулкой 19 и шибером 4.

Применение изобретения в практике позволит создать по сравнению с прототипом надежное, с большим ресурсом и малой себестоимостью устройство, используемое для регулирования перепада давления потока рабочей среды и в качестве запорной арматуры на технологических линиях при транспортировке природных газа и нефти.