КОНЦЕВОЙ ЗАТВОР КАМЕР ЗАПУСКА И ПРИЕМА ПОТОЧНЫХ СРЕДСТВ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ Российский патент 2010 года по МПК B08B9/57 F16J13/04 F16J13/24 

Изобретение относится к устройствам для эксплуатации магистральных трубопроводов и может быть использовано в газовой и нефтяной промышленности для запуска в трубопровод и извлечения из него средств дефектоскопии, очистных устройств и других поточных средств (ПС).

Известен концевой затвор камеры приема и запуска поточных снарядов (патент RU 2129922 C1, приоритет 16.03.1998 г.), содержащий корпус, откидную крышку, снабженную поворотным узлом, и механизм герметичной фиксации ее, выполненный в виде установленных на корпусе затвора, зажимных челюстей с обеспечением возможности захвата и фиксации крышки, при этом откидная крышка снабжена средствами для точного регулирования положения крышки, а зажимные челюсти механизма герметичной фиксации крышки кинематически связаны между собой посредством приводных механизмов и имеют профилированные стяжные замковые элементы, а на крышке и корпусе камеры выполнены ответные профилированные элементы.

Основными недостатками концевого затвора такой конструкции являются повышенные требования к обеспечению плотного прилегания крышки к торцу корпуса без перекосов, что связано со значительными техническими трудностями при современных габаритах крышек затворов, имеющих диаметр до 1600 мм и значительную массу (более 10 тонн), а также ненадежность конструкции фиксирующих замков, имеющих ручной привод, что может привести к аварии и травме персонала, находящегося в зоне открытия крышки при разгерметизации затвора.

В технике широко известны откидные бигельные крышки, описанные, например, в справочнике "Основы конструирования и расчета химической аппаратуры", А.А.Лащинский, А.Р.Толчинский, ГНТИ Машиностроительной литературы, Москва, 1963 г., Ленинград, страницы 301-309. Откидная бигельная крышка содержит силовую траверсу (бигель), на которой она закреплена посредством винта с возможностью осевого перемещения (см. таблицу 7, стр.305), при этом траверса шарнирно закреплена на корпусе емкости и имеет запорное устройство фиксации траверсы в рабочем положении.

Указанное техническое решение, как наиболее близкий аналог, может быть принято в качестве прототипа.

Недостатком известных конструкций откидных бигельных крышек является их малая несущая способность. Область применения таких крышек ограничена относительно малыми размерами и небольшими давлениями в герметизируемых емкостях.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание концевого затвора камер запуска и приема поточных средств магистральных трубопроводов, имеющих диаметр более 1000 мм и рабочее давление более 8 МПа, с повышенной эксплуатационной безопасностью, надежностью и малой металлоемкостью.

Указанная задача решается тем, что в концевом затворе, содержащем откидную бигельную крышку, запорное устройство крышки, жестко соединяющее ее с комингсом корпуса затвора, выполнено в виде выдвижных цапф, размещенных в радиальных цилиндрических полостях, образованных в крышке по периметру ее фланца и взаимодействующих с радиальными отверстиями, выполненными в комингсе корпуса затвора соосно с цилиндрическими полостями крышки. Радиальные цилиндрические полости крышки сообщены с внутренним объемом камеры, а выдвижные цапфы выполнены в виде поршней, торцы которых взаимодействуют со штоками подпружиненных толкателей, установленных снаружи по периметру комингса корпуса.

Фиксация траверсы (бигеля) в рабочем положении (камера закрыта крышкой) обеспечивается двумя выдвижными пальцами, соединяющими проушины силовой траверсы с проушинами комингса. Крышка затвора выполнена в виде толстостенной плиты, имеющей сферический свод со стороны камеры, который отделен от внутреннего объема камеры эластичной диафрагмой, герметично закрепленной на торце крышки. На боковой поверхности крышки, сопрягаемой с комингсом, расположено два радиальных уплотнительных кольца, между которыми выполнена кольцевая проточка, соединенная со штуцером для подачи воздуха под давлением при проверке герметичности стыка по спаду давления.

Винтовой привод, обеспечивающий осевое перемещение крышки, выполнен в виде ходового винта со сферической пятой, сопряженной с плавающим подпятником с упругими боковыми накладками, установленным в цилиндрической расточке, выполненной в центральной части крышки с внешней стороны. На свободный конец ходового винта, выступающий над траверсой, установлено зубчатое колесо, находящееся в зацеплении с шестерней, ось которой смонтирована в опорах, расположенных на траверсе и защитном коробе, герметизирующем зубчатую пару. Конец оси шестерни, выступающий над защитным коробом, выполнен в виде унифицированного наконечника для присоединения механического привода или дублирующего ручного.

Для обеспечения автоматического открытия и закрытия крышки концевой затвор снабжен съемными, например, электромеханическими или пневматическими приводами, датчиками концевых положений крышки и сигнализатором давления в камере, имеющими электрическую связь с пультом дистанционного управления.

В конструкции концевого затвора предусмотрено устройство блокировки, исключающее возможность отведения крышки от комингса, разгерметизацию камеры, при наличии давления в камере, состоящее из тормозной колодки, расположенной внутри защитного короба и взаимодействующей с зубчатым колесом. Тормозная колодка закреплена на подпружиненном штоке пневмоцилиндра, установленного снаружи короба, а поршневая полость пневмоцилиндра сообщена с внутренней полостью камеры. Кроме того, для исключения несанкционированного открытия затвора на каждом пальце устройства фиксации траверсы выполнены кольцевые канавки, с одной из которых взаимодействует шток электромеханического запорного устройства, имеющего электрическую связь с пультом дистанционного управления, а с кольцевой канавкой другого выдвижного пальца взаимодействует подпружиненный шток пневмоцилиндра, поршневая полость которого сообщена с внутренней полостью камеры.

Для уменьшения рассогласования оси крышки с осью корпуса затвора при их сопряжении на комингсе корпуса в диаметральной плоскости параллельной оси вращения траверсы установлены ролики, а на крышке закреплены профилированные направляющие планки, взаимодействующие с роликами при сопряжении крышки с комингсом, и направляющий штырь, взаимодействующий с отверстием, выполненным в траверсе и расположенным выше центра массы крышки.

Для защиты от внешней среды трущихся поверхностей ходового винта и сферической пяты между крышкой и траверсой коаксиально с ходовым винтом установлен герметичный складывающийся, например, гофрированный кожух из эластомерного материала.

Защита от загрязнения рабочих поверхностей выдвижных цапф крышки, радиальных отверстий комингса и кольцевого зазора между крышкой и комингсом от воздействия внешней среды обеспечивается пылевлагозащитным воротником, установленным на крышке с перекрытием кольцевого зазора между крышкой и комингсом.

Для защиты диафрагмы крышки затвора, устанавливаемого на камеры приема ПС, на торце крышки перед диафрагмой закреплен жесткий защитный щит с перфорацией.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан концевой затвор в сборе (вид сбоку), на фиг.2 дан вид А на затвор сверху в разрезе и выноски Г и В, на фиг.3 приведен вид Б на затвор спереди, на фиг.4 показан общий вид затвора в аксонометрическом изображении.

Концевой затвор содержит корпус 1, выполненный в виде толстостенного цилиндрического ступенчатого комингса 2 с обечайкой 3, служащей для приварки к камере приема и запуска ПС, крышку 4, соединенную с откидной траверсой 5 посредством ходового винта 6. Откидная траверса 5, имеющая форму арки, соединена с комингсом 2 одним концом шарнирно осью 7, а другим - проушинами 8 с проушинами 9 комингса, выдвижными пальцами 10 и 11. Герметичность сопряжения крышки 4 с комингсом 2 обеспечивается двумя радиальными уплотнительными кольцами 12, между которыми выполнена кольцевая проточка 13, в которую подают воздух при проверке герметичности стыка по спаду давления. На оси 7 имеется наконечник для соединения ее со съемным электромеханическим или гидравлическим приводом.

Крышка 4 представляет собой толстостенную плиту, имеющую сферический свод 14, обращенный внутрь камеры. По периметру фланца в крышке 4 образованы радиальные полости 15, в которых размещены выдвижные цапфы 16, взаимодействующие с отверстиями 17 комингса 2, при этом торцы цапф 16 взаимодействуют со штоками 18 пружинных толкателей 19. Цапфы 16 выполнены в виде поршней, а радиальные полости 15 соединены с внутренним объемом камеры каналами 20. Для изоляции радиальных полостей 15 крышки 4 от газовой среды камеры и защиты от загрязнения их продуктами отложений при чистке магистральных трубопроводов на торце крышки 4 герметично закреплена эластичная диафрагма 21, отделяющая объем 22 сферического свода 14 от внутреннего объема камеры запуска или приема ПС.

С наружной стороны в центральной части крышки 4 выполнена цилиндрическая расточка 23, в которой размещен плавающий подпятник 24 с упругими боковыми накладками 25, сопряженный со сферической пятой 26 ходового винта 6, обеспечивающего осевое перемещение крышки 4 относительно траверсы 5. На свободный конец 27 ходового винта 6 установлено зубчатое колесо 28, находящееся в зацеплении с шестерней 29, ось 30 которой смонтирована в опорах 31 и 32, расположенных, соответственно, на траверсе 5 и защитном коробе 33, герметично закрывающем зубчатую пару от воздействия внешней среды. Конец оси 30, выступающий над коробом 33, выполнен в виде универсального наконечника для присоединения съемных приводов: механического 34, состоящего, например, из червячного редуктора и электродвигателя, который соединен кабелем 35 с пультом дистанционного управления, или дублирующего ручного 36, выполненного в виде штурвала. Кроме того, на крышке 4 установлено два датчика конечных положений (ДКП) 37 и 38 крышки 4, выдающих сигналы на пульт дистанционного управления: ДКП 37 при герметичном сопряжении крышки 4 с комингсом 2 (герметизация камеры), ДКП 38 при отведении крышки 4 от комингса 2 (разгерметизация камеры). На крышке 4 установлен также сигнализатор давления 39, выдающий сигнал на пульт для снятия блокировки с команды на включение электромеханического привода 34 при спаде давления в камере запуска или приема ПС до допустимых величин (менее 0,005 МПа).

В конструкции концевого затвора предусмотрено устройство механической блокировки 40 зубчатого колеса 28 винтового привода, состоящее из взаимодействующей с ним тормозной колодки 41, закрепленной на подпружиненном штоке 42 пневмоцилиндра 43, поршневая полость 44 которого сообщена с внутренней полостью камеры запуска или приема ПС.

Для исключения несанкционированного открытия затвора при наличии давления в камере запуска или приема в его конструкции предусмотрено устройство блокировки 45, дублирующее устройство блокировки 40 и состоящее из пневмоцилиндра 46, подпружиненный шток 47 которого взаимодействует с кольцевой канавкой 48, выполненной в выдвижном пальце 10, а поршневая полость 49 пневмоцилиндра 46 соединена с внутренней полостью камеры. Для исключения несанкционированного открытия затвора при отсутствии давления в камерах запуска или приема ПС, например, находящихся в законсервированном состоянии, он снабжен электромеханическим устройством 50, шток 51 которого взаимодействует с кольцевой канавкой 52 выдвижного пальца 11.

Уменьшение рассогласования оси крышки 4 с осью корпуса затвора 1 при их сопряжении обеспечивается роликами 53, установленными на комингсе 2 в диаметральной плоскости параллельной оси 7 вращения траверсы 5, которые взаимодействуют с профилированными планками 54, закрепленными на крышке 4, а также штырем 55, установленным на крышке 4 выше ее центра массы и сопрягаемым с отверстием 56 в траверсе 5 при осевом перемещении крышки 4 и прижатии ее к траверсе 5 после вывода из комингса 2.

Защита от внешней среды трущихся поверхностей ходового винта 6 со сферической пяты 26 и плавающего подпятника 24 обеспечивается эластичным гофрированным чехлом 57, установленным между траверсой 5 и крышкой 4 коаксиально с ходовым винтом 6.

Рабочие поверхности выдвижных цапф 16 крышки 4 и радиальных отверстий 17 комингса 2, а также кольцевой зазор 58 между крышкой 4 и комингсом 2 защищены от воздействия внешней среды пылевлагозащитным воротником 59 из эластичного материала, закрепленным на крышке 4.

На крышке затвора камеры приема поточных средств перед эластичной диафрагмой 21 установлен жесткий защитный кожух 60 со сквозными отверстиями 61.

Концевой затвор работает следующим образом.

Для открытия затвора перед запасовкой поточных средств в камеру его с помощью кабеля 35 подсоединяют к пульту дистанционного управления, находящегося на безопасном расстоянии от затвора, и подают команду на электромеханическое устройство 49 для расфиксации выдвижного пальца 11. После чего подают команду на включение электромеханического привода 34, который при величине давления в камере менее 0,005 МПа (срабатывание сигнализатора давления 39), задействуя зубчатую передачу (шестерня 29, зубчатое колесо 28) и ходовой винт 6 винтового привода, выводит крышку 4 из комингса 2 до срабатывания ДКП 38, по сигналу которого автоматически выключается электромеханический привод 34, при этом крышка 4, перемещаясь по роликам 53, поджимается к траверсе 5, а штырь 55 сопрягается с отверстием 56. После этого выдвижные пальцы 10 и 11 выводят из зацепления с проушинами 8 траверсы 5 и ее, посредством электромеханического привода 62, разворачивают вместе с крышкой 4 вокруг оси 7 до упора на угол ~150°, выводя ее из зоны запасовки поточных средств, и фиксируют в этом положении запорным штырем 63.

После запасовки поточных средств в камеру запуска траверсу 5 расфиксируют и разворачивают электромеханическим приводом 62 до упора проушин 8 в комингс 2 и вводят выдвижные пальцы 10 и 11 в зацепление с проушинами 8 траверсы 5. После чего производят проверку герметичности стыка путем подачи в кольцевую проточку 13 между двумя радиальными уплотнительными кольцами 12 воздуха под расчетным давлением от переносного устройства.

С пульта дистанционного управления подают команду на включение электромеханического привода 34, который задействует ходовой винт 6, перемещающий крышку 4 в осевом направлении до упора в комингс 2, при этом срабатывает ДКП 37 и выдает команду на выключение электромеханического привода 34.

Центрирование крышки 4 при сопряжении с комингсом 2 обеспечивается за счет взаимодействия направляющих планок 54 с роликами 53 после выхода 55 отверстия 56 силовой траверсы 5.

При повышении давления в камере запуска ПС (до 0,1÷0,2 МПа) вследствие прогиба диафрагмы 21 повышается давление в объеме 22 и в радиальных полостях 15 крышки 4, это приводит к выталкиванию выдвижных цапф 16 из крышки 4 и введению их в радиальные отверстия 17 комингса 2, что обеспечивает снижение величины осевой нагрузки, передаваемой на ходовой винт 6 и траверсу 5, создаваемой давлением на крышку 4 со стороны камеры, и распределению ее по периметру комингса 2, что позволяет снизить металлоемкость траверсы 5 и общую массу затвора.

Одновременно повышается давление в поршневых полостях блокирующих устройств 40 и 45, в результате чего обеспечивается фиксация зубчатого колеса 28 колодкой 41 и выдвижного пальца 10 штоком 47.

После сброса давления в камере до ~0,05 МПа выдвижные цапфы 16 под действием пружинных толкателей 19 выводятся из радиальных отверстий 17, а при спаде давления до 0,005 МПа, по срабатыванию сигнализатора 39, включается электромеханический привод 34, задействующий ходовой винт 6 винтового привода, и крышка 4 отводится от комингса 2. После расфиксации (вывода пальцев 10 и 11) траверса 5 разворачивается электромеханическим приводом 62 на оси 7 на угол ~150°.

Расфиксация зубчатого колеса 28 винтового привода и выдвижного пальца 10 возможна только при снижении давления в камерах запуска и приема ПС до 0,05 МПа.

После окончания работ по очистке и диагностики трубопроводов камеры запуска и приема ПС по команде от пульта дистанционного управления герметично закрываются крышкой 4 и траверса 5 затвора фиксируется электромеханическим устройством 50, исключающим возможность несанкционированного открытия его при нахождении в законсервированном состоянии. Концевой затвор отключается от пульта дистанционного управления и снимаются электромеханические приводы 34 и 62.

Предлагаемая конструкция концевого затвора камер запуска и приема ПС по сравнению с известными аналогами имеет следующие преимущества: повышается эксплуатационная безопасность за счет автоматизации и дистанционного управления процессом разгерметизации камеры, а также наличия устройств блокировки, исключающих несанкционированное открытие затвора при давлении в камере более 0,005 МПа; обеспечивается надежная герметизация стыка крышки с комингсом за счет применения сдвоенных радиальных уплотнений и возможности предварительной проверки герметичности стыка воздухом до заполнения и повышения давления газа в камере; снижается металлоемкость затвора за счет конструктивного исполнения запорного устройства крышки, разгружающего траверсу при действии рабочего давления на крышку.

Изобретение может быть использовано в газовой и нефтяной промышленности для оснащения камер запуска и приема поточных средств магистральных трубопроводов. Затвор содержит цилиндрический корпус с комингсом, откидную бигельную крышку, герметично сопряженную с комингсом и соединенную с возможностью осевого перемещения посредством винтового привода с траверсой, шарнирно закрепленной на корпусе, а также запорное устройство крышки и устройство фиксации траверсы в рабочем положении. Запорное устройство крышки выполнено в виде выдвижных цапф, размещенных в радиальных цилиндрических полостях, образованных в крышке по периметру ее фланца и взаимодействующих с радиальными отверстиями, выполненными в комингсе корпуса соосно с цилиндрическими полостями крышки. Радиальные цилиндрические полости сообщены с полостью камеры, а выдвижные цапфы выполнены в виде поршней, торцы которых взаимодействуют со штоками пружинных толкателей, установленных снаружи по периметру комингса, при этом устройство фиксации траверсы в рабочем положении состоит из двух выдвижных пальцев, соединяющих проушины траверсы с проушинами комингса. Изобретение позволяет снизить металлоемкость затвора. 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Концевой затвор камер запуска и приема поточных средств магистральных трубопроводов, содержащий цилиндрический корпус с комингсом, откидную бигельную крышку, герметично сопряженную с комингсом и соединенную с возможностью осевого перемещения посредством винтового привода с траверсой, шарнирно закрепленной на корпусе, а также запорное устройство крышки и устройство фиксации траверсы в рабочем положении, отличающийся тем, что в нем запорное устройство крышки выполнено в виде выдвижных цапф, размещенных в радиальных цилиндрических полостях, образованных в крышке по периметру ее фланца и взаимодействующих с радиальными отверстиями, выполненными в комингсе корпуса соосно с цилиндрическими полостями крышки, причем радиальные цилиндрические полости сообщены с полостью камеры, а выдвижные цапфы выполнены в виде поршней, торцы которых взаимодействуют со штоками пружинных толкателей, установленных снаружи по периметру комингса, при этом устройство фиксации траверсы в рабочем положении состоит из двух выдвижных пальцев, соединяющих проушины траверсы с проушинами комингса.

2. Концевой затвор по п.1, отличающийся тем, что в нем крышка выполнена в виде толстостенной плиты, имеющей сферический свод со стороны камеры, при этом на торце крышки закреплена эластичная диафрагма, герметично отделяющая сферический свод от внутреннего объема камеры, а на боковой поверхности крышки, сопрягаемой с комингсом, между двумя радиальными уплотнительными кольцами выполнена кольцевая проточка, которая сообщена со штуцером для подачи воздуха под давлением при проверке герметичности стыка.

3. Концевой затвор по п.1, отличающийся тем, что в нем винтовой привод, обеспечивающий осевое перемещение крышки, выполнен в виде ходового винта со сферической пятой, сопряженной с плавающим подпятником с упругими боковыми накладками, установленным в цилиндрической расточке, выполненной в крышке с внешней стороны, при этом на свободный конец ходового винта, выступающий над траверсой, установлено зубчатое колесо, находящееся в зацеплении с шестерней, ось которой смонтирована в опорах, расположенных на траверсе и защитном коробе, герметизирующем зубчатую пару, причем конец оси, выступающий из короба, выполнен в виде унифицированного наконечника для присоединения механического привода или дублирующего ручного.

4. Концевой затвор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен съемными, например, электромеханическими приводами с дистанционным управлением, датчиками концевых положений крышки и сигнализатором давления в камере, имеющими электрическую связь с пультом дистанционного управления, при этом один привод закреплен на защитном коробе и соединен со свободным концом оси шестерни винтового привода, а второй установлен на комингсе и сопряжен с осью шарнирного соединения траверсы с корпусом.

5. Концевой затвор по п.1 или 3, отличающийся тем, что он снабжен устройством механической блокировки, исключающим возможность отведения крышки от комингса затвора при наличии давления в камере, состоящее из тормозной колодки, расположенной внутри защитного короба и взаимодействующей с зубчатым колесом, при этом тормозная колодка закреплена на подпружиненном штоке пневмоцилиндра, установленного снаружи короба, поршневая полость которого сообщена с внутренней полостью камеры.

6. Концевой затвор по п.1, отличающийся тем, что в нем на каждом выдвижном пальце устройства фиксации траверсы выполнены кольцевые канавки, при этом с кольцевой канавкой одного из пальцев взаимодействует шток электромеханического запорного устройства, имеющего электрическую связь с пультом дистанционного управления, а с кольцевой канавкой другого выдвижного пальца взаимодействует подпружиненный шток пневмоцилиндра, поршневая полость которого сообщена с внутренней полостью камеры.

7. Концевой затвор по п.1, отличающийся тем, что в нем на комингсе корпуса в диаметральной плоскости, параллельной оси вращения траверсы, установлены ролики, а на крышке закреплены профилированные направляющие планки, взаимодействующие с роликами при сопряжении крышки с комингсом, и направляющий штырь, взаимодействующий с отверстием, выполненным в траверсе и расположенным выше центра массы крышки.

8. Концевой затвор по п.1 или 3, отличающийся тем, что в нем между крышкой и траверсой коаксиально с ходовым винтом установлен герметичный складывающийся, например, гофрированный кожух из эластомерного материала.

9. Концевой затвор по п.1, отличающийся тем, что в нем крышка снабжена кольцевым эластичным пылевлагозащитным воротником, перекрывающим кольцевой зазор между крышкой и комингсом корпуса.

10. Концевой затвор по п.1 или 2, отличающийся тем, что в нем на торце крышки затвора камеры приема поточных средств перед эластичной диафрагмой установлен жесткий защитный щит, имеющий сквозные отверстия.