КОНЦЕВОЙ ЗАТВОР ДЛЯ КАМЕР МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ Российский патент 2012 года по МПК F16L45/00 F16J13/18 

Изобретение относится к устройствам, обеспечивающим эксплуатацию магистральных трубопроводов, и может быть использовано для запирания камер запуска и приема поточных средств в газовой и нефтяной промышленности, а также в других областях в качестве запорных элементов люков.

Известен концевой затвор «Санема» (свидетельство на полезную модель RU 27666, приоритет 29.10.2002 г.), содержащий камеру, внутри которой установлена поворотная крышка, контактирующая с посадочным местом горловины камеры изнутри камеры, средство для предварительного поджатия крышки к посадочному месту горловины камеры, выполненное с возможностью снятия притягивающего усилия при повышении давления в камере выше заданной предварительной величины. Существенным недостатком данной конструкции является увеличение длины камеры для обеспечения возможности разворота крышки при ее открытии внутрь камеры и необходимость доступа в камеру при закрытии крышки, запасовке и извлечении внутритрубных устройств (ВТУ), а также наличие ручных операций по установке и работе со средством для предварительного поджатия крышки к уплотнительным элементам.

Известен также затвор, используемый в гидравлических и вентиляционных системах, с поворотным сферическим сегментом («Справочник по расчетам гидравлических и вентиляционных систем». Изд. АНО НПО «Мир и семья», С.-Петербург. 2002 г., стр.413), содержащий корпус с горловиной, размещенный внутри корпуса консольный патрубок, поворотную крышку, имеющую форму сферического сегмента и расположенную между патрубком и внутренней стенкой корпуса, и привод поворота крышки. Крышка, диаметр которой больше диаметра отверстия горловины, контактирует с ней изнутри с обеспечением герметизации стыка уплотнительными элементами. Затвор такой конструкции в случае использования его в качестве концевого затвора камер запуска и приема ВТУ позволяет уменьшить длину камер и обеспечить удобный доступ к ВТУ. Однако постоянный контакт крышки с уплотнительными элементами, герметизирующими ее стык с горловиной при повороте крышки в процессе открытия и закрытия затвора, приводит к быстрому износу уплотнительных элементов и потере их работоспособности, особенно при высоком рабочем давлении в камере, требующем больших предварительных усилий поджатия уплотнительных элементов.

В качестве прототипа принят затвор сегментный, приведенный в упомянутом выше «Справочнике по расчетам гидравлических и вентиляционных систем», как наиболее близкий по технической сущности, имеющий наибольшее количество общих существенных признаков с предлагаемым концевым затвором.

Задачей настоящего изобретения является создание концевого затвора камеры приема (запуска) ВТУ, работающего при высоком давлении с увеличенным эксплуатационным ресурсом, повышенной надежностью и безопасностью, с полной автоматизацией (без ручных операций) процесса открытия, закрытия и предварительного поджатия крышки к уплотнительным элементам.

Решение поставленной технической задачи, согласно предлагаемому изобретению, достигается тем, что в концевом затворе поворотная крышка, имеющая форму сферического сегмента, расположена внутри затвора между корпусом и размещенным внутри него консольным патрубком, внутренний диаметр которого равен внутреннему диаметру камеры, при этом после разворота крышки до совпадения ее оси с осью горловины корпуса ей обеспечена возможность возвратно-поступательного перемещения вдоль оси затвора для поджатия уплотнительных элементов при закрытии затвора или отвода крышки от них при открытии затвора. Возвратно-поступательное перемещение крышки обеспечивается соединением ее с консольным патрубком двумя параллельными тягами, имеющими направляющие пазы, в которых размещены поворотные башмаки, шарнирно установленные на осях, закрепленных диаметрально противоположно снаружи консольного патрубка, причем параллельные тяги соединены с осями вращения поворотных башмаков кривошипно-шатунными механизмами, кривошипы которых соединены через гермовводы с гидроцилиндрами привода, расположенными снаружи корпуса и соединенными магистралями с системой подачи рабочей жидкости, при этом на параллельных тягах крышки смонтированы устройства фиксации их от продольных перемещений относительно поворотных башмаков, взаимодействующие с упорами, установленными на консольном патрубке, при развороте крышки до совпадения ее оси с осью горловины корпуса. Для исключения несанкционированного открытия поворотной крышки затвора при давлении в камере более 0.001 МПа в одну из магистралей подачи рабочей жидкости в гидроцилиндры привода поворота крышки установлено устройство блокировки, исключающее задействование гидропривода и открытие затвора, которое выполнено в виде напорного золотника с сервопоршнем, рабочая полость которого соединена с внутренней полостью затвора.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан концевой затвор в сборе (вид сбоку); на фиг.2 дан вид по стрелке А на затвор сверху; на фиг.3 показана выноска Б по стыку крышки с горловиной корпуса; на фиг.4 показана выноска В с устройством фиксации параллельных тяг крышки; на фиг.5 приведена гидравлическая схема привода с устройством блокировки.

Концевой затвор содержит корпус 1, размещенный внутри него консольный патрубок 2, диаметр которого равен диаметру камеры 3, поворотную крышку 4, имеющую форму сферического сегмента, расположенную между консольным патрубком 2 и корпусом 1, уплотнительные элементы 5, герметизирующие стык между крышкой 4 и горловиной 6 корпуса 1, и привод 7 поворота крышки 4, расположенный снаружи корпуса 1. Поворотная крышка 4 шарнирно соединена с консольным патрубком 2 двумя параллельными тягами 8, имеющими направляющие пазы 9, в которых размещены поворотные башмаки 10, шарнирно установленные на осях 11, закрепленных диаметрально противоположно снаружи консольного патрубка 2. Параллельные тяги 8 кинематически связаны с осями 11 кривошипно-шатунными механизмами 12, кривошипы 13 которых соединены через гермовводы 14 посредством муфты 15 с приводом 7 поворота крышки, расположенным снаружи корпуса 1. На каждой параллельной тяге 8 смонтированы устройства 16 фиксации их от продольных перемещений относительно поворотных башмаков 10, содержащие фиксирующие штифты 17, шарнирно соединенные с подпружиненными двуплечими рычагами 18, взаимодействующими с упорами 19, установленными на консольном патрубке 2, при развороте крышки 4 до совпадения ее оси с осью горловины 6 корпуса 1.

Привод 7 поворота крышки состоит из двух гидроцилиндров 20, шарнирно соединенных с наружными рычагами 21 гермовводов 14. Гидроцилиндры 20 соединены с системой подачи рабочей жидкости магистралями 22 и 23. В магистраль 22 подачи рабочей жидкости в штоковые полости 24 гидроцилиндров 20 для поворота крышки 4 при открытии затвора установлено устройство блокировки 25, содержащее напорный золотник 26 с сервопоршнем 27, рабочая полость 28 которого соединена с внутренней полостью 29 затвора.

Концевой затвор работает следующим образом. В исходном положении (фиг.1) крышка 4 находится в закрытом положении и давление внутри полости 29 затвора не более 0.001 МПа по сравнению с внешним атмосферным давлением. Для открытия крышки 4 затвора по магистрали 22 (фиг.5) подают жидкость под давлением в штоковые полости 24 гидроцилиндров 20. В случае наличия давления в камере более 0.001 МПа сервопоршень 27 сжимает пружину 30 и смещает золотник 26, перекрывая магистраль 22, что блокирует подачу давления в гидроцилиндры 20 и открытие крышки 4 затвора. Если давление в камере 3 менее 0.001 МПа, жидкость свободно проходит через открытый напорный золотник 26, так как сервопоршень 27 отжат пружиной 30 в крайнее положение, при этом штоки 31, воздействуя на рычаги 21 гермовводов 14, задействуют кривошипно-шатунные механизмы 12. При повороте кривошипов 13 крышка 4, опирающаяся параллельными тягами 8 на ролики 32, совершает поступательное перемещение вдоль оси затвора, отходя от уплотнений 5 горловины 6 с образованием зазора. При смещении крышки 4 до упора параллельных тяг 8 в поворотные башмаки 10 одновременно оси штифтов 17 устройства фиксации 16 совмещаются с осями отверстий 33 поворотных башмаков 10, крышка 4 фиксируется относительно поворотных башмаков 10 и начинает вращаться вокруг оси 11. При дальнейшем вращении кривошипа 13 крышка 4, поворачиваясь вокруг оси 11 до упора 34, располагается над консольным патрубком 2, освобождая отверстие горловины 6 для загрузки (выгрузки) ВТУ. В этом положении крышка 4 фиксируется запором 35.

После загрузки ВТУ затвор закрывается следующим образом. По магистрали 23 подают жидкость под давлением в поршневые полости 36 гидроцилиндров 20 и штоки 31, воздействуя на рычаги 21 гермовводов 14, приводят в действие кривошипно-шатунные механизмы 12, которые поворачивают крышку 4 до упора параллельных тяг 8 в ролики 32, при этом подпружиненные двуплечие рычаги 18 устройства фиксации 16 взаимодействуют с упорами 19 и фиксирующие штифты 17 выводятся из отверстий 33, освобождая параллельные тяги 8 от жесткой связи с поворотными башмаками 10. При дальнейшем повороте кривошипов 13 крышка 4, двигаясь поступательно вдоль оси затвора, выбирая зазор, вступает в контакт с уплотнительными элементами 5, обжимает их и, дойдя до упора в посадочное место горловины 6, поджимается к ней с усилием, обеспечивающим надежную герметизацию стыка. При этом рычаги кривошипно-шатунного механизма 12 занимают положение, близкое к «мертвой точки», что исключает возможность разворота кривошипа 13 в обратном направлении при воздействии осевого усилия с внешней стороны крышки 4. Более того при повышении давления внутри камеры 3 на крышку 4 с внутренней стороны действует прижимающая сила, создаваемая перепадом давления, величина которой пропорциональна избыточному давлению внутри камеры 3, что повышает герметичность концевого затвора за счет увеличения усилия прижатия крышки 4 к горловине 6.

Таким образом, предлагаемая конструкция концевого затвора по сравнению с известными аналогами имеет следующие преимущества: исключается контакт (скольжение) крышки с уплотнительными элементами при ее развороте в процессе открытия и закрытия затвора, что увеличивает их эксплуатационный ресурс; при закрытии затвора разворот крышки и полное обжатие уплотнительных элементов до посадки (упора) крышки на посадочное место горловины корпуса осуществляется ходом штоков гидропривода, т.е. исключается ручная операция и устройство для предварительного поджатия (отжатия) крышки к посадочному месту; снижается металлоемкость камеры за счет уменьшения ее длины на величину консольного патрубка концевого затвора, являющегося продолжением корпуса камеры со стенкой уменьшенной толщины.

Изобретение может быть использовано в газовой и нефтяной промышленности для оснащения камер запуска и приема внутритрубных устройств магистральных трубопроводов. Затвор содержит корпус с горловиной, размещенный внутри него консольный патрубок, диаметр которого равен диаметру камеры, и поворотную крышку, шарнирно закрепленную на консольном патрубке с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси затвора после разворота крышки до совпадения ее оси с осью горловины корпуса. Затвор имеет расположенный снаружи корпуса гидропривод, у которого в системе подачи рабочей жидкости к гидроцилиндрам предусмотрено устройство блокировки, исключающее несанкционированное открытие крышки при давлении в камере более 0.001 МПа, выполненное в виде напорного золотника с сервопоршнем, рабочая полость которого соединена с внутренней полостью затвора. Концевой затвор позволяет увеличить эксплуатационный ресурс уплотнительных элементов, исключить ручные операции при закрытии (открытии) затвора, уменьшить длину и металлоемкость камеры. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Концевой затвор для камер магистральных трубопроводов, содержащий корпус с горловиной, размещенный внутри него консольный патрубок, поворотную крышку, имеющую форму сферического сегмента, расположенную между консольным патрубком и внутренней стенкой корпуса, уплотнительные элементы, герметизирующие стык между крышкой и горловиной корпуса, и привод поворота крышки, отличающийся тем, что в нем консольный патрубок выполнен с внутренним диаметром, равным внутреннему диаметру камеры, а поворотная крышка шарнирно соединена с консольным патрубком с обеспечением возможности возвратно-поступательного перемещения вдоль оси патрубка после разворота крышки до совпадения ее оси с осью горловины корпуса.

2. Концевой затвор по п.1, отличающийся тем, что поворотная крышка соединена с патрубком двумя параллельными тягами, имеющими направляющие пазы, в которых размещены поворотные башмаки, шарнирно установленные на осях, закрепленных диаметрально противоположно снаружи консольного патрубка, причем параллельные тяги кинематически связаны с осями вращения поворотных башмаков кривошипно-шатунными механизмами, кривошипы которых соединены через гермовводы с гидроцилиндрами привода, расположенными снаружи корпуса, и соединены магистралями с системой подачи рабочей жидкости, при этом на каждой параллельной тяге крышки смонтированы устройства фиксации их от продольных перемещений относительно поворотных башмаков, взаимодействующие с упорами, установленными на консольном патрубке, при развороте крышки до совпадения ее оси с осью горловины корпуса.

3. Концевой затвор по п.2, отличающийся тем, что одна из магистралей, соединяющих гидроцилиндры привода поворота крышки с системой подачи рабочей жидкости, снабжена устройством блокировки, исключающим несанкционированное задействование гидроцилиндров привода открытия крышки, выполненным в виде напорного золотника с сервопоршнем, рабочая полость которого соединена с внутренней полостью затвора.