ЗАПОРНЫЙ КЛАПАН ДЛЯ КОНТЕЙНЕРА-ЦИСТЕРНЫ Российский патент 2006 года по МПК F16K27/07 F16K39/02 F16K31/52 

Изобретение относится к изделиям трубопроводной арматуры, предназначенной для установки на контейнерах-цистернах, в которых хранятся и перевозятся агрессивные и опасные для жизни жидкости и газы.

Запорные клапаны, устанавливаемые на контейнерах-цистернах, как правило, имеют три запорных органа для обеспечения надежности герметизации при возможных аварийных ситуациях в процессе транспортирования и хранения контейнера-цистерны. Один запорный орган расположен внутри цистерны, второй, наружный и третий дополнительный находятся снаружи цистерны. Такое исполнение обеспечивает надежность герметизации полости цистерны при возможных аварийных ситуациях.

Известен запорный клапана для контейнера-цистерны [1], который устанавливается для слива и наполнения цистерны, взятый в качестве аналога.

Клапан состоит из корпуса, составленного из двух скрепленных фланцами частей. На одной части корпуса выполнен фланец, обеспечивающий крепление клапана к цистерне, внутри цилиндрической части корпуса размещен внутренний запорный орган клапанного типа, между частями которого размещен шаровой запорный орган. К корпусу фланцем присоединен патрубок с резьбой на конце. На резьбу навинчивается заглушка, являющаяся третьим запорным органом.

Клапан крепится к стенке контейнера-цистерны при помощи фланца таким образом, что внутренний запорный орган, находящийся на трубе, выступающей за фланец, всегда располагается внутри полости цистерны и защищен стенкой цистерны от внешних механических воздействий. Корпус клапана возле присоединительного фланца имеет кольцевую проточку, ослабляющую прочность корпуса и определяющую место разрушения корпуса в аварийных ситуациях, когда корпус может срезаться или отламываться.

Выполненный изогнутый патрубок с фланцем для крепления к корпусу может устанавливаться с направлением выходного отверстия в любую из четырех сторон, также может устанавливаться прямой патрубок.

Заглушка (третий запорный орган) выполнена с кольцевым уплотнителем и прижимается к отверстию патрубка при помощи накидной гайки. Заглушка снимается только на время слива или налива продукта.

Наружный запорный орган представляет собой шаровой кран известной конструкции и приводится в действие рычагом посредством шпинделя.

Внутренний запорный орган расположен на трубчатой части корпуса и состоит из пилотного и основного клапанов, закрывающих трубчатую часть корпуса, на котором выполнено седло. Клапаны смонтированы на штоке, установленном во втулке, которая направляет шток соосно корпусу. Пилотный клапан жестко закреплен на штоке, а основной - надет подвижно на шток и пружиной прижимается к пилотному клапану. Вторым концом пружина упирается во втулку и отжимает клапан от основного седла. На втором конце штока выполнена головка, между головкой штока и втулкой на штоке размещена возвратная пружина, прижимающая оба клапана к седлу. Так как возвратная пружина сильнее пружины, прижимающей основной клапан к пилотному, то она устанавливает оба клапана на седло. Головка штока контактирует с кулачком, расположенным на шпинделе ручного привода.

Открытие клапана производится поворотом рукоятки ручного привода, при этом поворачивается кулачок, отжимает шток, сжимает возвратную пружину, и оба клапана отводятся от седла, открывая проход. Закрытие происходит, когда кулачок поворачивается ручным приводом в обратную сторону.

Все три запорных органа установлены последовательно по потоку для увеличения степени надежности обеспечения герметичности запорного органа клапана и предотвращения появления протечек вредных и опасных для жизни жидкости и газа, транспортируемых в цистернах.

Описанный запорный клапан благодаря трем запорным органам имеет высокую надежность по герметичности и высокие эксплуатационные качества в условиях нормальной работы.

В то же время известный запорный клапан имеет следующие недостатки.

Когда контейнер-цистерна попадает в аварию, то не исключен отрыв части корпуса запорного клапана по кольцевой проточке. При ликвидации аварии продукт из цистерны необходимо слить в другую цистерну, при этом необходимо присоединить шланг к оставшейся части корпуса клапана.

Так как оставшаяся часть корпуса не имеет никакого стыковочного места, то процесс слива становится технологически затруднен, а иногда и невозможен.

В этом состоит недостаток этого запорного клапана.

Из научных и технических источников известно запорное устройство для контейнера-цистерны ЗАО "ТК СИБУР НН" [2], принятое в качестве прототипа.

Запорное устройство состоит из цельного цилиндрического корпуса с фланцем для крепления к стенке цистерны. Один конец корпуса выполнен в виде трубы с седлом на торце для внутреннего запорного органа, выполненного из двух клапанов: пилотного и основного. Второй конец корпуса выполнен с уплотнителем для шарового запорного органа и резьбой для патрубка, зажимающего шаровой запорный орган и служащего продолжением корпуса. На втором конце патрубка выполнена резьба для заглушки, являющейся третьим запорным органом. На боковой поверхности корпуса выполнено два отверстия для установки втулок ручных приводов внутреннего и внешнего (шарового) запорных органов. Все три запорных органа: внутренний, внешний и дополнительный установлены последовательно по направлению потока рабочей среды и дублируют друг друга.

На поверхности корпуса возле фланца выполнена V-образная проточка.

Внешний запорный орган состоит из шара с отверстием и размещен между седлами. Шар при помощи шпинделя соединен с рукояткой, посредством которой может поворачиваться на 90° и тем самым перекрывать и открывать проходное отверстие запорного устройства. Внутренний запорный орган смонтирован на штоке, расположенном во втулке, обеспечивающей соосное корпусу направление штока. Пилотный клапан жестко закреплен на штоке, а основной - установлен подвижно на штоке и пружиной прижимается к пилотному клапану. Вторым концом пружина упирается во втулку и отжимает клапаны от основного седла. На втором конце штока выполнена головка. Между головкой штока и втулкой на штоке размещена возвратная пружина, прижимающая оба клапана к седлу. Так как возвратная пружина сильнее пружины, прижимающей основной клапан к пилотному, то она устанавливает оба клапана на седло. Головка штока контактирует с кулачком, расположенным на шпинделе ручного привода. Открытие клапана производится поворотом рукоятки ручного привода. При этом поворачивается кулачок, отжимает шток, сжимает возвратную пружину, и оба клапана отводятся от седла. Закрытие происходит, когда кулачок поворачивается ручным приводом в обратную сторону.

К недостатку запорного устройства относится следующее. Запорное устройство должно иметь несколько исполнений, в которых патрубок может быть прямым и направленным влево или вправо. Резьбовое присоединение патрубка с одновременным зажатием шара и ориентацией изгиба втулки не позволяет делать такие исполнения. Кроме того, после аварии клапан не дает возможности присоединиться к цистерне после аварии для слива продукта.

В основу изобретения поставлена задача создания и разработки запорного клапана для контейнера-цистерны путем создания места стыковки оставшейся части корпуса со сливным шлангом и использования узла запорного клапана-патрубка для присоединения к оставшейся части корпуса.

Поставленная задача и технический результат достигается тем, что в запорном клапане для контейнера-цистерны, состоящем из составного корпуса с присоединительными фланцами: один - для присоединения к патрубку, второй, посредине корпуса, - для присоединения к цистерне, с боковыми отверстиями для шпинделей ручных приводов, с кольцевой проточкой, выполненной на наружной поверхности возле укрепляемого на цистерне фланца, сменного патрубка с фланцем и резьбой на конце; трех последовательно установленных запорных органов с независимыми друг от друга ручными приводами: внутреннего клапанного типа, наружного шарового и дополнительного в виде заглушки, наворачиваемой на резьбу патрубка; ручных приводов запорных органов, при этом внутренний запорный орган выполнен составным, состоящим из основного, подпружиненного на открытие, и пилотного, подпружиненного на закрытие и соосно соединенного со штоком, взаимодействующим с механизмом преобразования вращательного движения привода в поступательное движение штока, на присоединяемом к цистерне фланце выполнены дополнительные резьбовые отверстия для присоединения фланца сменного патрубка, присоединяемого после аварийного разрушения корпуса по кольцевой проточке.

Кроме того, сменные патрубки выполнены с фланцами, которые имеют возможность стыковаться после аварии как с концом корпуса, так и с фланцем на месте отрыв корпуса.

Общие с прототипом существенные признаки: корпус, ручные приводы запорных органов, внутренний запорный орган, шаровой кран, заглушка.

Существенные отличительные признаки заявляемого запорного клапана, обеспечивающие получение технического результата, следующие:

- на присоединяемом к цистерне фланце корпуса выполнены дополнительные резьбовые отверстия для присоединения фланца сменного патрубка, присоединяемого после аварийного разрушения корпуса по кольцевой проточке;

- сменные патрубки выполнены с фланцами, которые имеют возможность стыковаться как с концом корпуса, так и с фланцем на месте отрыва корпуса после аварии.

Кроме того, имеются дополнительные существенные признаки, которые обеспечивают расширение возможностей использования клапана.

Указанные существенные отличительные признаки обеспечивают следующий результат.

В случае аварии с наполненной цистерной и отламывания части корпуса по кольцевой проточке для ликвидации опасной ситуации необходимо содержимое цистерны слить в кондиционную цистерну. Для этого к аварийной цистерне необходимо присоединить сливной шланг, но непосредственно к месту излома присоединить сливной шланг невозможно. Поэтому во фланце, остающемся укрепленным на цистерне, выполнены дополнительные резьбовые отверстия, при помощи которых болтами крепится сменный патрубок, к которому присоединяют штатный сливной шланг или устанавливают заглушку.

Заявленное техническое решение запорного клапана для контейнера-цистерны поясняется чертежами: на фиг.1 показан продольный разрез, на фиг.2 - разрез по плоскости А-А. Корпус клапана состоит из двух частей 1а и 1б, между которыми установлен запорный орган 2 в виде шара, соединенный со шпинделем 3 ручного привода 4. Между частями корпуса установлено уплотнительное кольцо 5, шар 2 уплотнен фторопластовыми кольцами 6, шпиндель 3 уплотнен сальником 7. К нижнему фланцу корпуса присоединен патрубок 8 с заглушкой 9, уплотнителем 10 и накидной гайкой 11. Заглушка 9 является запорным органом, дублирующим другие запорные органы. Корпус имеет фланец 12, которым клапан крепится к стенке цистерны 13. На цилиндрической части корпуса выполнена кольцевая проточка 14, ослабляющая прочность корпуса в этом месте и определяющая место излома в аварийной ситуации. На фланце 12 выполнены отверстия 15 (см. фиг.2) для крепления клапана к цистерне, а также дополнительные резьбовые отверстия 16 для присоединения фланца сменного патрубка 8, присоединяемого после аварийного разрушения корпуса по кольцевой проточке 14.

На трубчатой части корпуса 1а сверху выполнено седло 17 (см. фиг.1) внутреннего запорного органа 18. Внутри трубчатой части корпуса 1а на перемычках установлена втулка 19, в которой расположен шток 20, на штоке 20 сверху укреплен пилотный запорный орган 21, который закрывает пилотное отверстие в основном запорном органе 18 по седлу. На втором конце штока выполнены буртик 22 для установки возвратной пружины 23 и выемка 24 для сочленения штока 20 с шатуном 25. Пружина 23 своим нижним концом упирается в буртик 22 и опускает шток 20 и вместе с ним внутренний запорный орган 18 к пилотному запорному органу 21.

Ручной привод внутреннего запорного органа состоит из шпинделя 27 с рукояткой, на шпинделе 27 укреплен кривошип 28, подвижно сочлененный с шатуном 25.

Таким образом, в запорном клапане смонтировано три последовательно установленных запорных органа: внутренний, наружный шаровой и дополнительный в виде заглушки.

Алгоритм работы запорного клапана следующий. В исходном состоянии все запорные органы перекрывают проход клапана. Для заполнения цистерны продуктом отвинчивают накидную гайку 11 и снимают заглушку 9, на освободившуюся резьбу патрубка 8 навинчивают наливной шланг, поворотом рукоятки привода 4 открывают проход шарового запорного органа 2 и также поворотом рукоятки привода внутреннего клапана по часовой стрелке обеспечивается подъем шатуна 25, штока 20, пилотного запорного органа 21, а за ним посредством пружины 26 поднимается основной запорный орган 18. Рукоятку привода внутреннего запорного органа фиксируют тросиком. По наливному шлангу подают продукт и цистерна заполняется. После заполнения цистерны закрывают шаровой запорный орган, снимают фиксатор с рукоятки привода внутреннего клапана и под действием возвратной пружины 23 внутренний клапан закрывается и рукоятка привода возвращается в исходное положение.

Отстыковывают наливной шланг и устанавливают заглушку 9 при помощи накидной гайки 11. Заглушка остается на клапане до слива продукта из цистерны.

Работа клапана в процессе слива происходит в такой последовательности. Отвинчивают накидную гайку 11 и снимают заглушку 9, на освободившуюся резьбу патрубка 8 навинчивают сливной шланг. Рукоятку ручного привода внутреннего запорного органа поворачивают по часовой стрелке и фиксируют тросиком, при этом шатун 25 поднимается верх и поднимает шток 20 с пилотным запорным органом 21. Через пилотное отверстие продукт заполняет полость перед шаровым запорным органом 2, давление под запорным органом 18 становится равным давлению в цистерне и пружина 26 поднимает запорный орган 18 до упора в пилотный запорный орган 2. Продукт сливается из цистерны с заданной, не превышающей допустимую скоростью, которая не может создать усилие, достаточное для сжатия пружины 26 и посадки внутреннего запорного органа на седло.

Если процесс слива произошел нормально, то закрывают шаровой кран, внутренний запорный орган 18 и пилотный 21 опускают вниз поворотом рукоятки ручного привода против часовой стрелки. Отстыковывают сливной шланг и устанавливают заглушку, которая остается накрученной до следующего слива.

Таким образом, запорный клапан для контейнера-цистерны обеспечивает расширение технологических возможностей слива сжиженного газа из контейнера-цистерны после аварии и позволяет ускорять ликвидацию послеаварийных ситуаций.

Использованные источники

1. Техническая документация фирмы "Fort vale" на клапан "2 gas foot valve short profile" - аналог.

2. Патент РФ 2154217 С1. Запорное устройство для контейнера-цистерны, 10.08.2000 г. - прототип.

Изобретение относится к запорным устройствам и предназначено для использования в основном в контейнерах-цистернах, перевозимых на железнодорожном, морском и автомобильном транспорте. Запорный клапан для контейнера-цистерны состоит из составного корпуса с присоединительными фланцами. Один фланец присоединен к патрубку. Второй фланец расположен по середине корпуса, присоединен к цистерне и выполнен с боковыми отверстиями для шпинделей ручных приводов. На наружной поверхности корпуса возле укрепляемого на цистерне фланца выполнена кольцевая проточка. Имеется сменный патрубок с фланцем и резьбой на конце. Внутри корпуса последовательно установлены три запорных органа: внутреннего клапанного типа, наружного шарового и дополнительного в виде заглушки, накручиваемой на резьбу патрубка. Внутренний и шаровой запорные органы имеют независимые друг от друга ручные приводы. Внутренний запорный орган выполнен составным и содержит основной, подпружиненный на открытие, и пилотный, подпружиненный на закрытие и соосно соединенный со штоком. Шток взаимодействует с механизмом преобразования вращательного движения привода в поступательное движение штока. На присоединяемом к цистерне фланце корпуса выполнены дополнительные резьбовые отверстия для присоединения фланца сменного патрубка, присоединяемого после аварийного разрушения корпуса по кольцевой проточке. Изобретение направлено на расширение технологических возможностей слива сжиженного газа из контейнера-цистерны после аварии, что позволяет ускорить ликвидацию после аварийных ситуаций. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Запорный клапан для контейнера-цистерны, состоящий из составного корпуса с присоединительными фланцами: один для присоединения к патрубку, второй посредине корпуса для присоединения к цистерне, с боковыми отверстиями для шпинделей ручных приводов, с кольцевой проточкой, выполненной на наружной поверхности возле укрепляемого на цистерне фланца, сменного патрубка с фланцем и резьбой на конце, трех последовательно установленных запорных органов с независимыми друг от друга ручными приводами: внутреннего клапанного типа, наружного шарового и дополнительного в виде заглушки, накручиваемой на резьбу патрубка, ручных приводов внутреннего и шарового запорных органов, при этом внутренний запорный орган выполнен составным, состоящим из основного, подпружиненного на открытие, и пилотного, подпружиненного на закрытие и соосно соединенного со штоком, взаимодействующим с механизмом преобразования вращательного движения привода в поступательное движение штока, отличающийся тем, что на присоединяемом к цистерне фланце корпуса выполнены дополнительные резьбовые отверстия для присоединения фланца сменного патрубка, присоединяемого после аварийного разрушения корпуса по кольцевой проточке.2. Запорный клапан по п.1, отличающийся тем, что сменные патрубки выполнены с фланцами, которые имеют возможность стыковаться как с концом корпуса, так и с фланцем на месте отрыва корпуса после аварии.