СОЕДИНЕНИЕ С ДВУМЯ ШАРОВЫМИ ЗАТВОРАМИ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ЭКСТРЕННОЕ РАЗЪЕДИНЕНИЕ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ УТЕЧКУ Российский патент 1998 года по МПК F16L37/30 

Изобретение относится к гидравлическим соединительным устройствам, предназначенным для соединения концов двух труб для транспортировки жидкости, в частности к усовершенствованному соединению с двумя шаровыми затворами, обеспечивающему исключающее утечку экстренное разъединение, в котором разъединение двух труб для транспортировки жидкости, каждая из которых содержит входящий в нее шаровой или конический затвор, исключается, пока оба шаровых или конических затвора не займут закрытое положение перед разъединением.

Соединительные устройства, в которых используются поворотные затворные элементы, перемещающиеся между открытым и закрытым положениями для регулировки потока жидкости, широко известны. Проблема состоит в том, что после закрытия двух затворных элементов такого соединения перед его разъединением некоторое количество жидкости остается в канале для прохода жидкости между двумя затворными элементами. После разъединения соединения или концов труб, эта оставшаяся жидкость может вытекать в окружающую среду. Известно решение данной проблемы за счет использования дополняющих шаровых затворных элементов, один из которых имеет выемку, расположенную радиально внутрь от его наружной поверхности и предназначенную для размещения выпуклой части другого шарового затвора при стыковке концов соединения. Однако, использование таких дополняющих затворных элементов требует, чтобы затворный элемент с выемкой был сначала закрыт при размещении выемки рядом с другим затворным элементом, чтобы принять выпуклую часть. Если такое соединение разъединяют до того, как затворные элементы займут правильное исключающее утечку положение, может произойти утечка. Следовательно, если возникает необходимость быстро разъединить соединение, исключая утечку, в экстренных ситуациях, нужно обеспечить его безотказным средством для регулировки последовательности закрытия затворных элементов перед разъединением и предотвращения расцепления соединения до того, как затворные элементы примут исключающее утечку положение.

Настоящее изобретение создает безотказное средство для регулировки последовательности закрытия элементов шаровых затворов в гидравлическом соединении во время быстрого разъединения в экстренных ситуациях и предотвращения расцепления соединения до тех пор, пока затворные элементы не повернутся в исключающее утечку положение.

Данное изобретение содержит два открытых конца жидкостных труб, выполненных с возможностью герметичного сцепления. Каждый из концов труб содержит шаровой затворный элемент, выполненный с возможностью взаимодействия с другим шаровым затворным элементом с исключением утечки. Предусмотрен механический или гидравлический исполнительный механизм для каждого затворного элемента, предназначенный для поворота каждого затворного элемента между открытым и закрытым положениями. Между исполнительными механизмами осуществляют механическую связь для регулировки последовательности операций одного исполнительного механизма в зависимости от другого. Блокирующий механизм, предназначенный для предотвращения разъединения до того, как затворные элементы займут исключающее утечку положение, содержит срезной штифт, предназначенный для срезания и позволяющий разъединить соединение, если на механизм воздействуют заранее определенной силой с помощью толкателя, приводимого в действие одним из исполнительных механизмов.

Фиг. 1 показывает вид сверху соединительного устройства, согласно настоящему изобретению, с двумя шаровыми затворными элементами в открытом для потока положении.

Фиг. 2 показывает вид сверху предложенного соединительного устройства, согласно настоящему изобретению, с двумя шаровыми затворными элементами в закрытом для потока положении, исключающем утечку.

Фиг. 3 показывает вид осевого сечения соединительного устройства с двумя шаровыми затворными элементами в открытом для потока положении, как на фиг. 1.

Фиг.4 показывает вид в радиальном сечении в плоскости 4-4 на фиг.1.

Фиг.5 показывает вид коленорычажного механизма, соединенного с удлиненным стержнем, в плоскости 5-5 на фиг.4.

Фиг. 6 показывает изометрический вид коленорычажного механизма в разобранном виде в связи с удлиненным стержнем и звеном.

Фиг.7 показывает вид в осевом сечении элементов шарового затвора, находящихся в положении, открытом для потока.

Фиг. 8 показывает вид в осевом сечении элементов шарового затвора в обычном рабочем положении, перекрывающем поток.

Фиг. 9 показывает вид в осевом сечении элементов шарового затвора в положении экстренного разъединения.

Фиг. 10 показывает вид в осевом сечении соединения, разъединенного в экстренных условиях.

Как показано на фиг.1, соединительное устройство 10 содержит первый и второй концы 12, 14 труб для транспортировки жидкости, предназначенные для соединения труб 16, 18, образующих канал для потока жидкости. Каждый конец 12, 14 трубы выполнен с возможностью размещения в нем шарового или конического затвора. В показанном варианте выполнения использован шаровой затвор 20, 22, имеющий туннелеобразный канал 19.

Как показано на фиг. 3, каждый конец 12, 14 трубы снабжен сопряженным фланцем 24, 26, выполненным с возможностью сопряженной посадки в герметичном контакте друг с другом при соединении концов труб. Внутренняя радиальная поверхность каждого сопряженного фланца выполнена в соответствии с контуром затворного элемента 20, 22 для образования уплотнения. Могут быть также использованы эластомерные уплотнительные элементы 28, 30 для усиления герметизации с затворными элементами 20,22. Также можно предусмотреть дополнительный эластомерный уплотнительный элемент 32 между сопряженными фланцами 24, 26 для улучшения герметизации. Каждый шаровой затвор 20, 22 размещен с возможностью поворота в соответствующем конце 12, 14 трубы. Первый шаровой затвор 20 имеет выемку 21, расположенную радиально внутрь от его наружной поверхности, которая предназначена для приема части выпуклой наружной поверхности другого шарового затвора 22 при соединении концов 12, 14 труб. Как будет пояснено ниже, этот отличительный признак предназначен для исключения задержки жидкости между двумя шаровыми затворами 20, 22 перед экстренным разъединением. Нижний шпиндель 34, 36, взаимодействующий с подшипниками 38, 40, установлен на нижнем конце каждого шарового затвора 20, 22, обеспечивая поворот каждого шарового затвора 20, 22 относительно соответствующего конца 12, 14 трубы. Верхний шпиндель 38, 40 соединен с каждым шаровым затвором 20, 22 шпоночным соединителем 42, 44, которое, в свою очередь, удерживается с возможностью поворота относительно соответствующего конца 12, 14 трубы. Дополнительные уплотнительные элементы 46, 48, 50, 52 могут быть использованы для обеспечения герметизации между каждым верхним шпинделем 38, 40 и соответствующим концом 12, 14 трубы.

Как показано на фиг.3, удлинение вала 54 выступает из второго верхнего шпинделя 40 вверх в корпус привода 56. Удлинение вала 4 снабжено зубчатым колесом 58 для передачи поворотного усилия при открытии или закрытии второго шарового затвора 22. Поворотное усилие передается зубчатому колесу 58 от зубчатой рейки 60, которая закреплена с возможностью поступательного движения с толкателем 62. Толкатель 62 прикреплен к поршню 64 и стержню 66, которые расположены в закрытом цилиндре 68, содержащем второй исполнительный механизм 70. Исполнительный механизм 70 может быть любого подходящего типа, например, пневматическим или механическим, для линейной передачи усилия.

Как показано на фиг.1-2, защелка 72 для блокировки исполнительного механизма 70 с целью предотвращения приведения в действие толкателя 62 и зубчатой рейки 60 установлена с возможностью поворота на втором конце 14 трубы. Первый конец 74 защелки 72 выполнен с возможностью его размещения в вырезе 76 на зубчатой рейке 60. Второй конец 78 защелки 72 несет кулачковый диск 80, чтобы при контакте вызывать поворот защелки 72, при котором первый конец 74 будет выходить из зацепления с вырезом 76, освобождая исполнительный механизм 70.

Плечо 82 рычага установлено с возможностью поворота в первом конце 12 трубы. Плечо 82 рычага имеет скошенный конец 84, предназначенный для контакта с кулачковым диском 80, чтобы повернуть защелку 72. Плечо 82 рычага поворачивается первым исполнительным механизмом 86. Исполнительный механизм 86 может быть любого подходящего типа, например, пневматическим или механическим для линейной передачи усилия. Исполнительный механизм 86 содержит цилиндрический корпус 87 и поршень 88 со стержнем 90, которые движутся в линейном направлении. У конца стержня 90 находится штифт 92, который взаимодействует с прорезью 94 на выступающей в радиальном направлении части 96 плеча 82 рычага, чтобы вызвать поворот плеча 82 рычага в ответ на линейное движение поршня 88 и стержня 90.

На фиг. 4 изображено множество соединенных элементов 98, 100, 102, 104, предназначенных для соединения вместе двух концов 12, 14 труб. Звенья 98 связаны с возможностью поворота с тягами 100 посредством осей 106 или других подходящих средств, так что каждая тяга 100 прилегает к звену 98 с каждой стороны. Хотя число звеньев 98 и тяг 100 может быть разным, в данном варианте выполнения предусмотрено четыре звена 98 и три тяги 100. На первом конце соединенных тяг 100 и звеньев 98 установлен коленорычажный механизм 104, содержащий две пластины 108, показанные на фиг.5, и соединенный с возможностью поворота с одним концом звена 98 осью 110 или другим подходящим средством. На другом конце соединенных тяг 100 и звеньев 98 удлиненный стержень 102 соединен с возможностью поворота со звеном 98 посредством оси 112 или другого подходящего средства. Другой конец каждого коленорычажного механизма 104 и удлиненный стержень 102 связаны с возможностью поворота друг с другом осью 114 или другим подходящим средством, так что соединенные тяги 100, звенья 98, удлиненный стержень 102 и коленорычажный механизм 104 образуют замкнутую петлю. На верхнем конце удлиненного стержня 102 установлен цилиндрический удлинитель 116, имеющий ударную поверхность 118. Как показано на фиг.6, каждое звено 98 содержит две пластины 99, выполненную за одно целое среднюю часть 101 и внутреннюю, составляющую часть окружности канавку 103, имеющую наклоненные стороны 105, предназначенные для посадки на скошенных краях 25, 27 сопряженных фланцев 24, 26, когда сопряженные фланцы 24, 26 взаимодействуют друг с другом.

Для того, чтобы замкнуть соединительное устройство 10 на соединенных концах 12, 14 труб сопряженные фланцы 24, 26 соединяют вместе, как ясно показано на фиг.3. Звенья 98 располагают по окружности сопряженных фланцев 24, 26, так что скошенные края 25, 27 сопряженных фланцев 24, 26 входят в канавки 103 звеньев 98. Затем удлиненный стержень 102 поворачивают вокруг оси 112, соединяющей его со звеном 98 в направлении к звену 98, к которому присоединен коленорычажный механизм 104. Этот поворот удлиненного стержня 102 вызывает поворот коленорычажного механизма 104 вокруг оси 110, соединяющей его со звеном 98, в том же направлении, что и удлиненный стержень 102. Поворот удлиненного стержня 102 и коленчатого рычага 104 вызывает уменьшение общей длины окружности соединенных элементов 98, 100, 102, 104, оказывая давление на наружную поверхность сопряженных фланцев 24, 26. Давление, оказываемое на сопряженные фланцы 24, 26, изменяет направление под действием скошенных поверхностей 25, 27 во взаимодействии с наклонными частями 105 канавки звена 103, в результате чего сопряженные фланцы 24, 26 герметично прижимаются друг к другу. Коленорычажный механизм 104 поворачивается в положение, в котором отверстие 125 в каждой пластине 108 центрировано с отверстием 107 в каждой пластине 99 звена 98. В этом положении соединение 10 заблокировано и концы 12,14 труб соединены.

Для управления потоком жидкости при нормальных рабочих условиях шаровые затворы 20, 22 располагают, как показано на фиг.7-8. На фиг.7 показаны оба шаровых затвора 20, 22 в открытом положении, обеспечивающем поток жидкости. На фиг.8 показано положение остановки потока при нормальных условиях, когда первый шаровой затвор 20 закрыт, а второй шаровой затвор 22 остается открытым.

В экстренной ситуации, если желательно быстро разъединить соединение, оба шаровых затвора 20, 22 поворачивают в закрытое положение, как показано на фиг. 9, так что выемка 21 первого шарового затвора 20 принимает а себя наружную выпуклую поверхность второго шарового затвора 22, чтобы предотвратить захват жидкости между шаровыми затворами 20, 22. Взаимодействие второго исполнительного механизма 70 и соединенных элементов 98, 100, 102, 104 исключает разъединение соединенных элементов 98, 100, 102, 104 перед закрытием обоих шаровых затворов 20, 22.

Для выполнения экстренного разъединения приводят в действие первый исполнительный механизм 86, вызывая линейное перемещение поршня 88 и стержня 90. Линейное перемещение стержня 90 вынуждает стержень 92 двигаться в прорези 94 в выступающей части 96 плеча 82 рычага, вызывая поворот плеча 82 рычага и верхнего шпинделя 38 и первого шарового затвора 20. После полного выдвижения поршня 88 и стержня 90 первый шаровой затвор 20 поворачивается в полностью закрытое положение и плечо рычага 82 поворачивается, входя в контакт и освобождая защелку 72, как показано на фиг.2. После освобождения защелки 72 приводится в действие второй исполнительный механизм 70, вызывая линейное перемещение поршня 64 и стержня 66. Это линейное движение стержня 66 вызывает продвижение зубчатой рейки 60 и толкателя 62. Зубчатая рейка 60 вызывает поворот зубчатого колеса 58, с которым она находится в зацеплении, что приводит к повороту верхнего шпинделя 40 второго шарового затвора 22 до тех пор, пока шаровой затвор 22 не примет полностью закрытое положение, как показано на фиг.9. Когда шаровой затвор 22 примет полностью закрытое положение, толкатель 62 входит в соприкосновение с ударной поверхностью 118, как показано на фиг.2. Усиление, оказываемое на ударную поверхность 118 толкателем 62, заставляет удлиненный стержень 102 поворачиваться вокруг оси 112 в направлении от коленорычажного механизма 104, вызывая напряжение срезного шрифта 109, приводящее к его срезу. После среза срезного шрифта 109, удлиненный стержень продолжает поворот вокруг оси 112 и коленорычажный механизм 104 поворачивается вокруг оси 110, увеличивая действительную длину окружности соединенных элементов 98, 100, 102, 104. Увеличение длины окружности соединенных элементов 98, 100, 102, 104 снимает давление с сопряженных фланцев 24, 26, так что концы труб 12, 14 могут быть разъединены, как показано на фиг.10.

Несмотря на то, что был описан и проиллюстрирован лучший вариант выполнения данного изобретения, является очевидным, что существует возможность его изменения и модификации, не выходя за рамки объекта изобретения.

Соединение относится к гидравлическому соединительному узлу, обеспечивающему экстренное разъединение, предназначенному для соединения двух элементов для транспортировки жидкости, каждый из которых снабжен шаровым затвором, содержащему первый и второй элементы для транспортировки жидкости, каждый из которых имеет открытый конец; первый и второй поворотные шаровые затворы, расположенные в открытых концах первого и второго элементов для транспортировки жидкости соответственно; стяжное средство, предназначенное для удерживания первого и второго элементов для транспортировки жидкости соединенными друг с другом; разъединяющее средство, предназначенное для избирательного разъединения первого и второго элементов для транспортировки жидкости только в том случае, когда первый и второй шаровые затворы находятся в закрытом положении. Изобретение повышает герметичность соединения. 17 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Гидравлический соединительный узел, обеспечивающий экстренное разъединение, для соединения двух элементов для транспортировки жидкости, каждый из которых содержит шаровой затвор, отличающийся тем, что содержит первый и второй элементы (16, 18) для транспортировки жидкости, каждый из которых имеет открытый конец (12, 14), выполненные с возможностью герметичного соединения друг с другом; первый и второй поворотные шаровые затворы (20, 22), расположенные в открытых концах (12, 14) первого и второго элементов для транспортировки жидкости соответственно, причем каждый шаровой затвор (20, 22) выполнен с возможностью поворота между открытым и закрытым положениями; стяжное средство (98, 100, 102, 104) для удерживания первого и второго элементов (16, 18) для транспортировки жидкости соединенными друг с другом и для селективного предотвращения разъединения первого и второго элемента (16, 18) для транспортировки жидкости друг от друга; приводное средство (70, 60, 58) для избирательного приведения в действие второго шарового затвора (22) независимо от приведения в действие первого шарового затвора (20); разъединяющее средство (62), связанное с приводным средством (70, 60), для избирательного обеспечения разъединения первого и второго элементов (16, 18) для транспортировки жидкости только в том случае, когда каждый первый и второй
шаровые затворы (20, 22) находятся в закрытом положении; блокирующее средств (72, 82) для предотвращения действия приводного средства (70, 60) до тех пор, пока первый шаровой затвор (20) не примет закрытое положение; причем каждый из первого и второго шаровых затворов содержит в основном сферическое тело (20, 22), выполненное с возможностью поворота вокруг вертикальной оси; и туннелеобразный канал (21), концентрически сцентрированный вокруг горизонтальной оси перпендикулярно вертикальной оси; стяжное средство содержит первый плоский сопряженный фланец (24), закрепленный на конце (12) первой трубы; второй плоский сопряженный фланец (26), закрепленный на конце (14) второй трубы, соответствующий первому плоскому сопряженному фланцу (24) и сцентрированный для соединения с ним, и скрепляющее средство (98) для крепления первого и второго плоских сопряженных фланцев друг с другом с целью удерживания концов упомянутых труб герметично соединенными друг с другом. 2. Узел по п. 1, отличающийся тем, что скрепляющее средство содержит гибкие сжимающие средства (98, 100, 102, 104), образующие замкнутую петлю, соединенную по окружности с первым и вторым плоскими сопряженными фланцами (24, 26); средство (102, 104) для селективной установки указанной замкнутой петли в положение уменьшения длины окружности, тем самым прикладывая сжимающее усилие на указанные фланцы (24, 26) и смещая первый и второй плоские сопряженные фланцы (24, 26) до соединения друг с другом, и средство (105, 107, 109) для блокировки замкнутой петли в положении с уменьшенной длиной окружности. 3. Узел по п. 2, отличающийся тем, что каждый из первого и второго плоских сопряженных фланцев (24, 26) имеет скошенный наружный край (25, 27) на стороне, противоположной первому открытому концу (12) и второму открытому концу (14) соответственно; сжимающие средства (98, 100, 102, 104) содержат внутреннюю канавку (103) с наклонными частями (105), соответствующими скошенным краям (25, 27) первого и второго плоских сопряженных фланцев (24, 26), так что наклонные части взаимодействуют со скошенными наружными краями, передавая усилия сжатия по оси, в основном, перпендикулярной указанному усилию сжатия, и смещая тем самым первый и второй плоские сопряженные фланцы (24, 26) до соединения друг с другом. 4. Узел по п. 3, отличающийся тем, что гибкие сжимающие средства содержат множество соединенных элементов (98, 100, 102, 104), сочлененных с возможностью поворота, чтобы образовать замкнутую петлю. 5. Узел по п. 3, отличающийся тем, что гибкие сжимающие средства содержат множество тяг (100), множество звеньев (98), один удлиненный стержень (102), коленорычажный механизм (104), средство (106) для попеременного сочленения с возможностью поворота указанных тяг и звеньев для образования одной удлиненной цепи, имеющей звено на каждом конце, средство (114) для сочленения с возможностью поворота указанного удлиненного стержня в точке вблизи первого конца концом указанного удлиненного стержня с первым концом указанного коленорычажного механизма, средство (112) для сочленения с возможностью поворота второго конца указанного удлиненного стержня со звеном (98), расположенным на первом конце цепи, средство (110) для сочленения с возможностью поворота второго конца указанного коленорычажного механизма со звеном, расположенным на втором конце цепи. 6. Узел по п. 5, отличающийся тем, что указанное уменьшение длины окружности достигается посредством поворота удлиненного стержня (102) вокруг указанного первого конца упомянутой цепи в первом направлении к коленорычажному механизму (104), вызывая тем самым поворот коленорычажного механизма вокруг второго конца упомянутой цепи в том же направлении поворота. 7. Узел по п. 6, отличающийся тем, что средство блокировки замкнутой петли в положении уменьшенной длины окружности включает в себя средство (109) срезной блокировки для блокировки коленорычажного механизма (104) в неподвижном положении относительно второго конца упомянутой цепи. 8. Узел по п. 7, отличающийся тем, что указанное средство срезной блокировки включает в себя срезной штифт (109), вставленный через отверстия (105) в указанном коленорычажном механизме и через, по существу, центральное отверстие (107) в звене на втором конце указанной цепи, причем срезной штифт выполнен с возможностью среза под действием заранее определенного срезывающего усилия. 9. Узел по п. 8, отличающийся тем, что указанный коленорычажный механизм содержит две плоские пластины (108), расположенные параллельно с обеих сторон удлиненного стержня (102), каждая плоская пластина имеет первый и второй концы, указанные пластины имеют отверстие (107), выполненное на участке между первым и вторым концами, для размещения срезного штифта (109). 10. Узел по п. 9, отличающийся тем, что указанное разъединяющее средство содержит средство (62) для селективного приложения усилия к первому концу удлиненного стержня во втором направлении, противоположном первому направлению приложения усилия к коленорычажному механизму, вызывающего срез срезного штифта (109), за счет чего после среза штифта коленорычажный механизм и удлиненный стержень (102) поворачиваются во втором направлении, вызывая увеличение длины окружности замкнутой петли. 11. Узел по п. 10, отличающийся тем, что указанное средство для селективного приложения усилия к первому концу удлиненного стержня содержит первый исполнительный механизм (70), имеющий первый толкатель (62), способный входить в контакт и прикладывать усилие к первому концу (118) удлиненного стержня при приведении в действие указанного исполнительного механизма, блокировочное средство (72) для удерживания первого толкателя в отведенном назад положении, второй исполнительный механизм (86), имеющий средство (82) для освобождения блокировочного средства при приведении в действие второго исполнительного механизма. 12. Узел по п. 11, отличающийся тем, что указанное блокировочное средство содержит защелку (72), установленную с возможностью поворота на втором элементе (18) для транспортировки жидкости, причем защелка способна входить в зацепление с вырезом (76) на первом толкателе при его нахождении в отведенном назад положении,
13. Узел по п. 12, отличающийся тем, что указанное средство для освобождения блокировочного средства содержит рычаг (82), установленный с возможностью поворота в первом элементе для транспортировки жидкости, способный поворачиваться после приведения в действие второго исполнительного механизма (86) во взаимодействие с защелкой, вызывая тем самым выход защелки из зацепления с первым толкателем. 14. Узел по п. 13, отличающийся тем, что содержит средство (86) для перемещения первого поворотного шарового затвора между открытым и закрытым положениями и реагирующее на первый исполнительный механизм; средство (70) для перемещения второго поворотного шарового затвора между открытым и закрытым положениями, реагирующее на второй исполнительный механизм. 15. Узел по п. 13, отличающийся тем, что первый и второй шаровые затворы (20, 22) находятся в открытом положении, когда второй исполнительный механизм (86) и первый исполнительный механизм (70) соответственно находятся в отведенном назад положении, и первый и второй шаровые затворы находятся в закрытом положении, когда второй исполнительный механизм и первый исполнительный механизм соответственно находятся в отведенном назад положении. 16. Узел по п. 15, отличающийся тем, что первый шаровой затвор (20) способен открываться и закрываться независимо от второго шарового затвора (22). 17. Узел по п. 15, отличающийся тем, что указанное средство для перемещения второго поворотного затвора содержит поворотный зубчатый вал (54), установленный в первом элементе для транспортировки жидкости, на котором закреплен первый поворотный шаровой затвор, образуя вертикальную ось, вокруг которой поворачивается первый поворотный шаровой затвор; зубчатую рейку (60), выполненную на указанном толкателе и взаимодействующую с зубчатым валом так, что зубчатый вал поворачивается при продвижении толкателя вперед или отведении его назад. 18. Узел по п. 14, отличающийся тем, что указанное средство для перемещения первого шарового затвора содержит поворотный вал (38), установленный на втором элементе для транспортировки жидкости, к которому прикреплен второй поворотный шаровой затвор, образуя вертикальную ось, вокруг которой поворачивается второй шаровой затвор; плечо (82) с прорезью (94), закрепленное на указанном валу и расположенное, по существу, в горизонтальной плоскости; штифт (92), выполненный на конце поршневого стержня (90), связанный с вторым исполнительным механизмом и выходящий в указанную прорезь таким образом, что когда стержень (90) выдвигается вперед или убирается назад, штифт и прорезь взаимодействуют, вызывая поворот указанного вала.