СЛИВНОЙ ПРИБОР ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ ЦИСТЕРНЫ Российский патент 2001 года по МПК B67D5/04 B65D47/06 

Предлагаемое изобретение относится к области железнодорожного транспорта для перевозки нефтепродуктов и может быть использовано в резервуарах для хранения жидких сред.

Известен сливной прибор (см. патент Франции N 2379740 по кл. F 16 К 3/24), содержащий клапан, выполненный в виде поршня с поршневыми кольцами, и механизм перемещения клапана, размещенный в нижней части резервуара. Уплотнение поршневого клапана разрезными кольцами не обеспечивает надежной герметизации сливного прибора из-за неизбежных зазоров в замках поршневых колец. Кроме того, размещение механизма перемещения клапана в нижней части резервуара усложняет обслуживание его, особенно в условиях эксплуатации подвижных железнодорожных цистерн.

Известен сливной прибор (см. патент США N 4040443 по кл. F 16 К 11/0), содержащий шток, связывающий клапан, размещенный в нижней части резервуара, и механизм перемещения клапана, установленный в его верхней части, при этом силовой элемент (винт) включен в механизм перемещения.

Недостатком этой конструкции является то, что значительная протяженность штока находится в сжатом состоянии при закрытом клапане, что может вызвать потерю продольной устойчивости штока, особенно при динамических нагрузках на клапан, неизбежных при движении железнодорожной цистерны.

Известен сливной прибор, используемый в настоящее время в железнодорожном транспорте для перевозки нефтепродуктов (Губенко В.К., Никодимов А.П., Жилин Г.К. и др. Цистерны. Устройство, эксплуатация, ремонт. Справочное пособие. - М., Транспорт, 1990 г., стр. 14, рис. 1/13).

В этом известном устройстве сливной прибор, размещенный в цистерне с входной горловиной, снабжен запорным узлом с клапаном, расположенным в нижней части цистерны над сливным патрубком и соединенным со штоком. В качестве механизма перемещения клапана использована резьбовая втулка, закрепленная в кронштейне, и резьба, выполненная на нижнем участке штока. Верхний конец штока размещен во входной горловине цистерны и снабжен рукояткой для обеспечения возможности его вращения.

К недостаткам этой конструкции следует отнести то, что усилие нагружения клапана зависит от субъективных факторов обслуживающего сливной прибор персонала, что или не обеспечивает герметичность при недостаточной нагрузке, или приводит к чрезмерной перегрузке элементов сливного прибора и, как следствие, к повышенному износу клапана и резьбовой пары запорного узла; жесткое сопряжение клапана и механизма перемещения является причиной динамических нагрузок на клапан и резьбовую пару механизма перемещения, что приводит к нарушению герметичности клапана и заклиниванию нагруженной в рабочих условиях резьбовой пары механизма перемещения.

Наиболее близким заявляемому объекту по совокупности существенных признаков является сливной прибор (см. патент США N 1562300 от 17.11.25).

В этом известном устройстве сливной прибор, размещенный в цистерне с входным люком, снабжен запорным узлом с клапаном, расположенным в нижней части цистерны и соединенным со штоком ограничительной стойкой, упругим элементом, выполненным в виде спиральной пружины, и установленным в сжатом состоянии между клапаном и ограничительной стойкой в замкнутом объеме, образованном цилиндрическим колпаком с отверстием для прохода штока. Шток в верхней своей части связан с механизмом перемещения клапана, силовой элемент которого выполнен в виде системы рычагов, закрепленных на наружной поверхности цистерны.

Недостатки этой известной конструкции:
1. Применение в качестве упругого элемента спиральной пружины существенно снижает надежность работы сливного прибора, т.к. возможное усталостное ее разрушение вызовет не только выход прибора из строя, но и аварию с тяжелыми последствиями из-за вылива нефтепродуктов из цистерны.

2. Размещение пружины в замкнутом объеме, образованном цилиндрическим колпаком, затрудняет отвод тепла от пружины, выделяемого при динамических нагрузках на нее, возникающих при движении цистерны. Кроме того, геометрические параметры колпака, тесно увязанные с габаритами пружины, исключают регулировку силовых параметров пружины за счет изменения ее габаритных размеров.

3. Непосредственная связь штока с силовым элементом исключает возможность открытия клапана при неисправностях силового элемента (заклинивание или заедание в рычажной системе).

4. Размещение силового элемента на внешней поверхности цистерны делает возможным несанкционированное открытие клапана и слив груза.

5. Отсутствует контроль закрытия клапана, что является причиной потерь заливаемого в цистерну груза.

6. Отсутствует узел ограничения вертикального и углового смещения штока, что исключает возможность сохранения заданной степени сжатия упругого элемента при подъеме клапана и может привести к изменению длины штока при превышении допустимого его углового смещения, а также к нарушению герметичности запорного узла из-за относительного углового смещения уплотняющих поверхностей клапана и его седла.

Предлагаемое техническое решение направлено на устранение указанных недостатков. Это достигается тем, что в сливном приборе железнодорожной цистерны с входной горловиной, содержащей в нижней части запорный узел с клапаном, шток, ограничительную стойку, упругий элемент, установленный в сжатом состоянии на штоке между клапаном и ограничительной стойкой, и механизм перемещения клапана, шток запорного узла снабжен серьгой, связанной с силовым элементом и выполненной в виде рамки с внутренней полостью, в которой установлен ограничитель углового и вертикального смещения штока, жестко закрепленный на боковой поверхности входной горловины.

Наличие серьги обеспечивает подъем клапана механизмом перемещения для слива груза и снятие нагрузки на механизм перемещения при закрытом клапане, что увеличивает ресурс работы механизма перемещения, т.к. основное рабочее состояние цистерны - транспортировка груза - протекает при закрытом клапане.

Размещение во внутренней полости серьги ограничителя углового и вертикального перемещения исключает относительное угловое смещение уплотняющих поверхностей клапана и его седла и перегрузку упругого элемента при подъеме клапана.

Выполнение упругого элемента в виде набора тарельчатых пружин, состоящего из n отдельных элементов, дает возможным обеспечить требуемое усилие прижатия клапана в закрытом состоянии и высоту его подъема простым набором определенного числа тарельчатых пружин. Применение пакета тарельчатых пружин повышает надежность работы запорного узла, т.к. при возможной поломке одной из пружин усилие нагружения на клапан уменьшится в 1/n раз, что практически не отразится на его герметичности. Выполнение ограничительной стойки с возможностью свободного размещения в ней пакета пружин и омывания их транспортируемым жидким грузом позволяет при необходимости изменять усилие нагружения клапана за счет изменения типа и числа тарельчатых пружин и обеспечить отвод тепла омываемой пружины жидкой средой. Кроме того, свободный доступ жидкости к пружинам улучшает их работу за счет трения между отдельными элементами при изменении на них нагрузки.

Целесообразно механизм перемещения выполнить в виде резьбовой пары винт - гайка, при этом гайка установлена между пластинами, ограничивающими осевое ее смещение, и жестко закрепленными на боковой поверхности входной горловины, а силовой винт жестко связан с одной стороной серьги, при этом на противоположной стороне серьги выполнено отверстие, в котором закреплен шток с возможностью его осевого перемещения. При таком конструктивном решении механизма перемещения клапана исключаются угловое смещение штока и возникновение в нем касательных напряжений скручивания, обеспечивается возможность подъема клапана на заданную высоту и свободное опускание его при закрытии запорного узла за счет усилия сжатого упругого элемента, что существенно упрощает обслуживание сливного прибора в процессе эксплуатации железнодорожной цистерны.

Размещение механизма перемещения на боковой поверхности входной горловины внутри цистерны исключает возможность несанкционированного открытия клапана и слива груза.

Возможность осевого перемещения штока в отверстии, выполненном в серьге, позволяет при отказе механизма перемещения клапана слить груз из цистерны простым отжатием упругого элемента.

Для контроля закрытия клапана целесообразно на торцевом участке штока закрепить сигнальный стержень, который должен проходить сквозь отверстие, выполненное по центру силового винта механизма перемещения.

С целью упрощения обслуживания сливного прибора и сокращения времени открытия и закрытия клапана запорного узла целесообразно механизм перемещения штока выполнить в виде эксцентрикового кулачка с рычагом, установленном на оси и закрепленном в кронштейнах, при этом кронштейны разместить в полости серьги и жестко связать с боковой поверхностью входной горловины.

На фиг. 1 представлен общий вид сливного прибора (в продольном сечении цистерны); на фиг. 2 - боковая проекция механизма перемещения клапана; на фиг. 3 - вариант выполнения механизма перемещения клапана; на фиг. 4 - его боковая проекция.

Сливной прибор железнодорожной цистерны содержит запорный узел с клапаном 1 и сливным патрубком 2, размещенный в нижней части цистерны 3. Клапан 1 соединен со штоком 4, проходящим через направляющее отверстие 5 ограничительной стойки 6. Между клапаном 1 и ограничительной стойкой 6 в сжатом состоянии размещен упругий элемент 7 в виде набора тарельчатых пружин. Шток 4 подвижно соединен с серьгой 8. Подвижность штока 4 в вертикальном направлении в заданных пределах обеспечивается за счет размещения утоненного участка 9 штока 4 в отверстии 10, выполненном на нижней стороне 11 серьги 8, и гайки 12. Во внутренней полости 13 серьги 8 размещен ограничитель углового и вертикального смещения 14, жестко закрепленный на боковой поверхности входной горловины 15 цистерны 3. Верхняя сторона 16 серьги 8 жестко связана с силовым винтом 17 механизма перемещения клапана 1. Силовой винт 17 взаимодействует с гайкой 18, размещенной между ограничительными пластинами 19 и 20, жестко закрепленными на боковой поверхности входной горловины 15 цистерны 3. На торцевой поверхности 21 утоненного участка 9 штока 4 закреплен сигнальный стержень 22, проходящий через отверстие 23 ограничителя углового и вертикального смещения 14, и отверстие 24, выполненное по центру силового винта 17. Для обеспечения вращения гайки 18 на ее боковой поверхности выполнено зубчатое зацепление 25 (см. фиг. 2), взаимодействующее с шестерней 26, размещенной между ограничительными пластинами 19 и 20. Входная горловина 15 цистерны 3 снабжена крышкой 27.

Вариант выполнения механизма перемещения клапана 1 (см. фиг. 3 и 4) содержит эксцентриковый кулачок 28, установленный на оси 29, которая закреплена в кронштейнах 30, жестко связанных с боковой поверхностью входной горловины 15 цистерны 3. Кронштейны 30 размещены в полости 31 серьги 32. Нижняя сторона 33 серьги 32 жестко связана со штоком 4. Для устранения изгиба штока 4 при повороте эксцентрикового кулачка 28 шток в верхней своей части снабжен направляющим кронштейном 34. Поворот эксцентрикового кулачка 28 осуществляется рычагом 35.

Устройство работает следующим образом.

В рабочем состоянии цистерна 3 заполнена жидким грузом. Клапан 1 упругим элементом 7 прижат к сливному патрубку 2, исключая тем самым протечку жидкого груза. Механизмы перемещения клапана полностью разгружены. На фиг. 1 и 2 представлено рабочее состояние сливного прибора. Для слива жидкого груза открывают крышку 27 входной горловины 15, вращением шестерни 26 против часовой стрелки (при правом выполнении резьбы силового винта 17) обеспечивается вращение гайки 18, перемещение силового винта и связанных с ним серьги 8, штока 4 и клапана 1 на заданную высоту. Выбор высоты подъема клапана определяется заданными условиями слива жидкого груза и зависит от расстояния между верхней 16 и нижней 11 сторонами серьги 8 и толщиной ограничителя углового и вертикального смещения 14. При вращении гайки 18 ограничитель 14 исключает угловое смещение винта от действия момента трения в сопряжении резьбы винт 17 - гайка 18. Подъем силового винта 17 прекращается при соприкосновении торцевой поверхности 21 утоненной части 9 штока 4 и ограничителя углового и вертикального смещения 14.

При подъеме клапана 1 сжимается упругий элемент 7. Усилие, необходимое для подъема клапана на заданную высоту, зависит от осевой жесткости упругого элемента 7, т.е. - от числа пружин в наборе: чем больше пружин, тем меньше требуемое усилие.

При использовании варианта механизма перемещения клапана (см. фиг. 3 и 4) подъем клапана 1 на заданную высоту обеспечивается поворотом рычага эксцентрикового кулачка 28 вверх. На фиг. 3 и 4 представлено это положение. При этом клапан 1, связанный с серьгой 33 штоком 4, перемещается вверх на высоту, равную удвоенному эксцентриситету кулачка 28.

После слива груза из цистерны вращением шестерни 26 по часовой стрелке силовой винт 17 перемещается вниз вместе с серьгой 8. Освобождаемый шток 4 вместе с клапаном 1 под действием сжатого упругого элемента 7 перемещается вниз, и клапан 1 запирает сливной патрубок 2 заданным усилием предварительно сжатого упругого элемента 7. Вращение шестерни 26 прекращают при соприкосновении верхней стороны 16 серьги 8 с ограничителем углового и линейного смещения 23. Достоверность закрытия клапаном 1 сливного патрубка 2 определяют по выступающему над торцевой поверхностью силового 17 винта участку сигнального стержня 22, отметка на котором (не показана) соответствует полному закрытию клапаном 1 сливного патрубка 2.

При использовании варианта механизма перемещения клапана (фиг. 3 и 4) опускание клапана 1 на сливной патрубок 2 осуществляется поворотом рычага 35 эксцентрикового кулачка 28 вниз. При этом освобождающаяся серьга 33 вместе со штоком 4 и клапаном 1 под действием сжатого упругого элемента 7 перемещается вниз, и клапан 1 запирает сливной патрубок 2 заданным усилием предварительно сжатого упругого элемента 7.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту для перевозок жидких грузов и может быть использовано в резервуарах для хранения жидких сред. Сливной прибор содержит шток клапана, механизм перемещения, ограничительную стойку с упругим элементом и клапаном, связанным со штоком. Сливной прибор дополнительно содержит серьгу в виде рамки, соединенную со штоком и механизмом перемещения. В качестве упругого элемента использован набор тарельчатых пружин. Сливной прибор имеет ограничитель углового и линейного перемещения с возможностью размещения в рамке серьги. Изобретение обеспечивает постоянство нагрузки на клапан запорного узла вне зависимости от субъективных факторов обслуживающего персонала, нечувствительно к динамическим нагрузкам, неизбежным в условиях эксплуатации железнодорожного транспорта, имеет повышенную надежность в работе за счет полной разгрузки механизма перемещения клапана в его рабочем состоянии, повышение надежности запорного узла в условиях эксплуатации и упрощение его обслуживания. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Сливной прибор железнодорожной цистерны для нефтепродуктов, содержащий в нижней части цистерны с входной горловиной запорный узел с клапаном, шток, ограничительную стойку, упругий элемент, установленный в сжатом состоянии на штоке между клапаном и ограничительной стойкой, и механизм перемещения клапана, включающий силовой элемент, отличающийся тем, что шток запорного узла снабжен серьгой, связанной с силовым элементом и выполненной в виде рамки с внутренней полостью, в которой установлен ограничитель углового и вертикального смещения штока, жестко закрепленный на боковой поверхности входной горловины, а упругий элемент выполнен в виде набора тарельчатых пружин, при этом ограничительная стойка выполнена с возможностью свободного размещения тарельчатых пружин и омывания их транспортируемым жидким грузом. 2. Сливной прибор по п.1, отличающийся тем, что механизм перемещения клапана содержит гайку, ограничительные пластины, жестко закрепленные на боковой поверхности входной горловины, между которыми установлена гайка, и силовой винт, с которым жестко связана одна сторона серьги, при этом на противоположной стороне серьги выполнено отверстие, в котором закреплен с возможностью осевого смещения шток. 3. Сливной прибор по одному из пп.1 и 2, отличающийся тем, что на торце верхнего участка штока закреплен сигнальный стержень, проходящий сквозь отверстие, выполненное по центру силового винта. 4. Сливной прибор по п.1, отличающийся тем, что механизм перемещения клапана выполнен в виде эксцентрикового кулачка с рычагом, установленного на оси, закрепленной в кронштейнах, при этом кронштейны размещены в полости серьги и жестко связаны с боковой поверхностью входной горловины.