АВТОМАТИЧЕСКИЙ ПРОБООТБОРНИК ОТСЕЧНОГО ТИПА Российский патент 2024 года по МПК G01N1/20 

Изобретение относится к устройствам для отбора проб текучих сред, транспортируемых по напорному трубопроводу, и может найти применение на предприятиях нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, химической, пищевой, энергетической и многих других сфер деятельности.

Известен автоматический пробоотборник, позволяющий производить отбор проб жидкого транспортируемого продукта как из байпасной линии, так и из основного трубопровода непосредственно, содержащий корпус, закрепленный фланцами в трубопроводе с потоком перемещаемого продукта, блок управления, привод с пробозаборным зондом, выполненным в виде гильзы, внутри которой подвижно размещен плунжер, взаимодействующий с обратным клапаном, размещенным в нижней части корпуса (Руководство по установке, эксплуатации и обслуживанию. Электрические ячеечные пробоотборники, фирма Jiskoot Quality sistems, Великобритания).

Недостатком этого известного технического решения является применение привода с кулачковым устройством для перемещения гильзы и плунжера пробозаборного зонда, что приводит к относительно малому ходу гильзы и отбору единичной точечной пробы не по всему диаметру потока трубопровода и, как следствие, к погрешности отобранной пробы из неоднородного потока транспортируемого продукта.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является автоматический пробоотборник отсечного типа, содержащий корпус в виде патрубка с поперечно-сквозным отверстием, закрепленный фланцами в трубопроводе с потоком жидкого транспортируемого продукта; привод из двух разнесённых друг от друга и закрепленных на корпусе под углом друг к другу линейных шаговых актуаторов, шток одного из которых размещён соосно с поперечно-сквозным отверстием корпуса; пробозаборный зонд, размещённый в поперечно-сквозном отверстии корпуса и сформированный из двух соосных деталей, а именно: из полой гильзы, предназначенной для заполнения её полости дозой нефтепродукта и связанной шарнирно-рычажным механизмом со штоком другого актуатора, обеспечивающего возможность её возвратно-поступательного перемещения, и подвижного плунжера внутри гильзы, предназначенного для вытеснения отсеченной точечной пробы из её полости в пробоприёмник заполнившую её объём дозу транспортируемого продукта и размещённого под штоком актуатора в поперечно-сквозном отверстии корпуса с возможностью вертикального возвратно-поступательного перемещения внутри гильзы под действием этого актуатора, согласованного с действием актуатора, обеспечивающего возвратно-поступательное перемещение гильзы; обратный гидравлический клапан, размещённый в поперечно-сквозном отверстии нижней части корпуса соосно с пробозаборным зондом и пропускающий через себя в пробоприёмник только единичные точечные дозы отобранной пробы, предопределённые его конструкцией, рассчитанной на давление, превышающее давление нефтепродукта в трубопроводе, и блок управления (Патент на полезную модель № 150614, приор. 09.09.2014, опубл. 20.02.2015, Бюл. № 5).

Этот наиболее близкий к заявляемому техническому решению пробоотборник повышает достоверность отбираемой пробы за счет обеспечения ее полного отсечения и вытеснения её потока по диаметру транспортируемого в трубопроводе потока жидкого продукта использованием привода в виде двух закрепленных на корпусе под углом друг к другу актуаторов, шток одного из которых соединен с гильзой рычажным механизмом, а шток другого актуатора соединен с поршнем.

Недостатком этого наиболее близкого к заявляемому техническому решению пробоотборника является его эксплуатационная ненадёжность, обусловленной воздействием негативных радиальных реакций на пробозаборный зонд и штоки актуаторов в момент их силового взаимодействия, вызывающих истирание их поверхностей из-за трения в этих узлах, и, как следствие, приводящих их к нестабильному осевому позиционированию, включая нестабильное позиционирование самой гильзы в процессе её работы, способствующее интенсивному и неравномерному разрушению поверхностей трения у гильзы и штока актуатора, отвечающего за её перемещение, быстро выводя их из строя, а также приводящее и к повышению нагрузки на актуаторы привода и к переливам нефти из пробоприёмника.

Этот факт подтверждается приведенной на фиг. 14 схемой распределения сил, действующих на гильзу со стороны рычажного механизма в её крайнем верхнем положении при задействовании актуатора, отвечающего за её перемещение, а именно: силовое воздействие гидравлического давления жидкого продукта Rdz на гильзу уравновешивается осевой составляющей Fcz силы Fz со стороны коромысла, однако радиальная составляющая Fcх этой силы создаёт краевые реакции RЕ и RF во втулке, внутри которой перемещается гильза. Кроме того, на фиг.15 приведена схема распределения сил, действующих со стороны рычажного механизма на шток актуатора, отвечающего за перемещение гильзы, а именно: силовое воздействие гидравлического давления в трубопроводе на шток актуатора уравновешивается осевой составляющей RAZ реакции RA со стороны шатуна 7, однако радиальная составляющая RAХ этой силы создаёт краевые реакции RY и RG во втулке штока актуатора, связанного с гильзой и отвечающего за её перемещение. Таким образом, возникающие у этого известного автоматического пробоотборника, наиболее близкого к заявляемому, знакопеременные радиальные силы, по сути, не только выламывают шток у актуатора, отвечающего за перемещение гильзы, но и саму гильзу у пробозаборного зонда, что вынуждает принимать дополнительные меры во избежание таких негативных последствий, как, например, увеличение размеров этих узлов, либо использования для их изготовления дорогостоящих материалов и способов их обработки.

Технический результат предлагаемого автоматического пробоотборника отсечного типа направлен на обеспечение его надёжности в эксплуатации за счёт его компоновки в виде конструкции, предопределяющей гильзе пробоотборного зонда и штоку актуатора, обеспечивающему её перемещение, единственную возможность вертикально-осевого перемещения, не вызывающего возникновения любых радиальных реакций, воздействующих на эту гильзу и этот шток в момент их силового взаимодействия, повышая, тем самым, износостойкость их поверхностей в узлах их трения и снижение нагрузки на них, а также износостойкость поверхностей плунжера пробоотборного зонда, перемещающегося внутри гильзы, и штока перемещающего его актуатора.

Указанный технический результат достигается тем, что автоматический пробоотборник отсечного типа, содержащий корпус в виде горизонтально ориентированного патрубка с поперечно-сквозным отверстием, закрепленный фланцами в трубопроводе с транспортируемым жидким продуктом; привод из двух разнесённых друг от друга и закрепленных на корпусе однотипных линейных шаговых актуаторов, вертикально-выдвижной шток одного из которых, размещён соосно с поперечно-сквозным вертикальным отверстием в корпусе; пробоотборный зонд, сформированный из двух деталей, соосно размещённых над поперечно-сквозным отверстием корпуса и управляемых, каждая, своим актуатором, обеспечивающим возможность её возвратно-поступательного пересечения проточной части корпуса, а именно: из полой гильзы, связанной шарнирно-рычажным механизмом со штоком другого актуатора, обеспечивающего возможность её возвратно-поступательного перемещения, и предназначенной для отсечения ею дозы транспортируемого жидкого продукта и заполнения её полости этой отсечённой ею дозой, и из подвижного плунжера внутри гильзы, предназначенного для вытеснения из её полости в пробоприёмник отсечённую ею дозу транспортируемого продукта и соосно размещённого под выдвижным, соосным поперечно-сквозному отверстию корпуса, штоком актуатора, обеспечивающего возможность возвратно-поступательного перемещения плунжера, и действие которого согласовано с действием другого актуатора, обеспечивающего возвратно-поступательное перемещение гильзы; обратный гидравлический клапан, размещённый в поперечно-сквозном отверстии нижней части корпуса соосно с пробозаборным зондом и пропускающий через себя в пробоприёмник только единичные точечные дозы отобранной пробы транспортируемого продукта, определяющие его конструкцию, рассчитанную на давление, превышающее давление транспортируемого продукта в его трубопроводе и блок управления, связанный с обоими актуаторами привода,… он снабжён вилкой, непосредственно связывающей гильзу со штоком актуатора, обеспечивающего возможность её возвратно-поступательного перемещения, и являющейся деталью шарнирно-рычажного механизма, постоянно удерживаемой его рычагами в горизонтально-подвешенном положении между штоками обоих актуаторов привода с размещением её оси симметрии в плоскости, связывающей оси штоков этих актуаторов, и с возможностью вертикально-качательного плоско-параллельного перемещения вместе с гильзой и штоком актуатора, обеспечивающего возможность её перемещения для периодического заполнения её полости отсекаемой ею точечной дозой транспортируемого жидкого продукта из его потока в корпусе пробоотборника, и по форме представляющей горизонтально-вытянутую прямоугольную призму с открытыми вертикально-ориентированными пазами на концах её противоположных боковин, выполненными по её оси симметрии, один из которых предназначен для фиксированного размещения в нём оголовка верхнего конца гильзы, а другой её паз предназначен для фиксированного размещения в нём оголовка конца штока актуатора, обеспечивающего перемещение гильзы, а также с двумя параллельными сквозными отверстиями в теле, перпендикулярно проложенными через её боковины один под другим для шарнирного соединения её с концами рычагов шарнирно-рычажного механизма, противоположные концы которых шарнирно присоединены к корпусу, при этом, оголовок конца вертикального штока актуатора, обеспечивающего перемещение гильзы, выполнен призматическим с возможностью фиксирования его от самопроизвольной раскрутки в вертикально-ориентированном пазу вилки, с пропущенной через сквозное отверстие в нём стопоримой осью и с размещёнными на концах этой оси подшипниковыми узами, установленными с возможностью свободного перекатывания по поверхности паза вилки, обеспечивая этому штоку возможность вертикально самоустанавливаться в пазу вилки, а также возможность воздействия на вилку и гильзу усилием, вертикально направленным по оси этого штока, устраняя, тем самым, возникновение любых радиальных реакций и изгибающих моментов, воздействующих на этот шток и гильзу в момент их силового взаимодействия, а оголовок верхнего конца гильзы выполнен призматическим с возможностью фиксирования в вертикально-ориентированном пазу вилки от самопроизвольной раскрутки, с цапфами и опирающимися на них подшипниковыми узлами, установленными с возможностью свободного перекатывания по поверхности паза вилки, обеспечивая гильзе возможность вертикально самоустанавливаться в пазу вилки, а также возможность её воздействия на вилку усилием, вертикально направленным по её оси и обратном осевому воздействию штока актуатора, обеспечивающему её перемещение, устраняя, тем самым, возникновение любых радиальных реакций и изгибающих моментов, воздействующих на эту гильзу в момент её взаимодействия со штоком актуатора, обеспечивающего её перемещение, и другой актуатор, обеспечивающий своим выдвижным штоком возможность вертикального перемещения гильзы, закреплён на корпусе параллельно актуатору, вертикально-выдвижной шток которого связан с плунжером, обеспечивая, тем самым, осевую направленность усилий штоков актуаторов, действующих на гильзу и плунжер, причём штоки обоих актуаторов привода выполнены с возможностью перемещения на величину, соответствующую диаметру проточной части корпуса, а рычаги шарнирно-рычажного механизма, постоянно удерживающие вилку в горизонтально-подвешенном состоянии между штоками актуаторов, присоединены к встречным боковинам вилки с возможностью формирования ими двух отдельных параллельных пар рычагов, размещённых одна под другой, каждая из равных по длине параллельных рычагов, встречно закреплённых одними своими концами к корпусу цилиндрическими шарнирами с возможностью вращения относительно них, а другими своими концами эти рычаги встречно закреплены другими цилиндрическими шарнирами к противоположным боковинам вилки.

Использование байонетной муфты для соединения с плунжером штока актуатора, отвечающего за его перемещение, позволяет избавить плунжер от радиальных реакций этого штока.

Комплектование пробоотборника закреплённой к корпусу стойкой, выполненной по форме прямоугольной призмы с двумя один под другим поперечными отверстиями в теле под шарниры в ней, соединяющими её с концами рычагов рычажного механизма, обеспечивает сохранность корпуса пробоотборника и повышает надёжность самого рычажного механизма.

Оснащение пробоотборника устройством контроля перелива позволяет при обнаружении перелива жидкости из пробоотборника блокировать работу пробоотборника отключением его актуаторов.

Заявляемый автоматический пробоотборник отсечного типа представлен на чертежах:

Фиг.1 - Автоматический пробоотборник отсечного типа в исходном дежурном состоянии с незадействованным приводом;

Фиг.2 – Пробоотборник, вид слева на фиг.1 (устройство контроля перелива);

Фиг.3 - Актуатор, перемещающий гильзу;

Фиг.4 - Гильза;

Фиг.5 - А-А на фиг. 3;

Фиг.6 - Вилка;

Фиг.7 – Б-Б на фиг.5;

Фиг.8 - Автоматический пробоотборник отсечного типа в рабочем положении с включёнными актуаторами, переместившими гильзу с заполненной дозой пробы, а затем и шток в крайнее нижнее положение;

Фиг.9 - Фото шарнирно-рычажного механизма;

Фиг.10 - Шарнирно-рычажный механизм в своих крайних положениях;

Фиг.11 - Вид В на фиг.9;

Фиг.12 - Фрагмент пробозаборника в крайнем верхнем положении рычажного механизма с включенным актуатором, перемещающим гильзу, и с усилиями, направленными на шарнирно-рычажный механизм со стороны гильзы и со стороны штока этого актуатора;

Фиг.13 - Байонетная муфта;

Фиг.14 - Прототип: полезная модель № 150614: схема распределения сил, действующих на гильзу со стороны рычажного механизма;

Фиг.15 - Прототип: полезная модель № 150614: схема распределения сил, действующих на шток актуатора со стороны рычажного механизма, отвечающего за перемещение гильзы.

Автоматический пробоотборник отсечного типа содержит:

⁕ Корпус 1 (фиг.1,8) в виде патрубка с поперечно-сквозным отверстием 2 в теле, закрепленного фланцами 3 в трубопроводе 4 с протекающим нефтепродуктом.

⁕ Привод из двух параллельно-разнесённых друг от друга и вертикально закрепленных на корпусе 1 линейных шаговых актуаторов 5 и 6, каждый со своими параллельно-выдвижным штоком, соответственно, 7 и 8, один из которых 7 размещён соосно с поперечно-сквозным отверстием 2 в корпусе 1.

⁕ Пробоотборный зонд, сформированный из двух деталей, соосно размещённых над поперечно-сквозным отверстием 2 корпуса 1 и управляемых, каждая, своим актуатором, обеспечивающим возможность её возвратно-поступательного пересечения проточной части корпуса, а именно:

- из полой гильзы 9 (фиг.4,5), связанной шарнирно-рычажным механизмом 10 со штоком 8 актуатора 6, обеспечивающего возможность её возвратно-поступательного перемещения, и предназначенной для отсечения ею дозы транспортируемого жидкого продукта и заполнения её полости этой отсечённой ею дозой,

- и подвижного плунжера 11 внутри гильзы 9, предназначенного для вытеснения из её полости в пробоприёмник 12 отсечённую ею дозу транспортируемого продукта и соосно размещённого под выдвижным, соосным поперечно-сквозному отверстию 2 корпуса 1, штоком 7 актуатора , обеспечивающего возможность возвратно-поступательного перемещения плунжера, и действие которого согласовано с действием другого актуатора 6, обеспечивающего возвратно-поступательное перемещение гильзы 9.

При этом сам плунжер 11 подвешен одним своим концом к штоку 7 актуатора 5 с помощью байонетной муфты 13, а другим своим свободным концом этот плунжер размещён в поперечно-сквозном отверстии 2 корпуса 1 над потоком транспортируемого нефтепродукта. Байонетная муфта 13 имеет четыре степени свободы в пределах конструктивных зазоров между её элементами и, тем самым, обеспечивает разгрузку связанного с ней плунжера 11 от радиальных реакций штока 7 актуатора 5, а также способствует надёжности простого соединения, позволяющего быстро и легко соединять и разъединять её элементы без использования каких-либо инструментов.

⁕ Обратный гидравлический клапан 14 (фиг.1,8), установленный во втулке 15, размещённой в поперечно-сквозном отверстии 2 нижней части корпуса 1 соосно с пробозаборным зондом и пропускающий через себя в пробоприёмник 12 только единичные точечные дозы отобранной пробы транспортируемого нефтепродукта, определяющие его конструкцию, рассчитанную на давление, превышающее давление транспортируемого нефтепродукта в его трубопроводе 4.

⁕ Стойку 16, закреплённую к корпусу 1 и выполненную по форме прямоугольной призмы с двумя один под другим сквозными поперечными отверстиями в теле под цилиндрические шарниры в ней 17, 18, соединяющие её с концами рычагов шарнирно-рычажного механизма 10.

⁕ Размещённый в корпусе 1 перед его сквозным поперечным отверстием 2 диспергатор 19 в виде кольца с наклонными лопастями внутри (не обозначены), обеспечивающими турбулизацию потока нефтепродукта в корпусе 1.

⁕ Блок управления 20, связанный с актуаторами привода 5 и 6.

⁕ Шарнирно-рычажный механизм 10, связывающий гильзу 9 со штоком 8 актуатора 6, обеспечивающего возможность её перемещения, в целом скомпонован в виде конструкции, предопределяющей гильзе 9 единственную возможность только вертикального перемещения, не вызывающего с её стороны возникновения радиальных реакций, воздействующих на гильзу 9, плунжер 11 пробозаборного зонда и шток 8 связанного с ней актуатора в момент их силового взаимодействия, повышая, тем самым, износостойкость поверхностей гильзы 9, плунжера 11 и штоков 7, 8 актуаторов 5, 6 в их узлах трения.

⁕ Устройство контроля перелива 21 (фиг.2) с емкостным датчиком 22 и газовым обратным клапаном 23 для выпуска газа в атмосферу. Это устройство связано с блоком управления 20 (Фиг.1,8) и размещено между обратным клапаном 14 и пробоприёмником 12. При экстремальных обстоятельствах, вызванных, например, усталостью материалов, использованных для изготовления узлов и деталей этого пробоотборника и приводящих к перекосам осей штоков 7 и 8 его актуаторов 5 и 6, гильзы 9 или плунжера 11, либо вызванных другими внешними непредвиденными обстоятельствами, напрямую не связанными с конструкцией пробоотборника и способными привести к выходу их строя самого пробоотборника, его ёмкостной датчик уровня 22 (фиг.2), обнаруживший в пробоприёмнике 12 перелив пробы продукта за зафиксированный уровень в нём, подает сигнал в устройство контроля перелива 21, которое анализирует этот сигнал и направляет свой сигнал на связанный с ним блок управления 20 (фиг.1,8) и последний посылает сигнал актуаторам 5 и 6 на их отключение, блокируя работу пробоотборника.

Конструкция шарнирно-рычажного механизма 10 (фиг.9) включает вилку 24 (фиг.6,7 и 9), четыре рычага 25, 26, 27, 28, постоянно удерживающих вилку в горизонтально-подвешенном положении между штоками 7, 8 обоих актуаторов 5, 6 с размещением её оси симметрии в плоскости, связывающей оси штоков этих актуаторов и с возможностью вертикально-качательного плоско-параллельного перемещения между ними вместе с гильзой 9 и штоком 8 актуатора 6, обеспечивающего возможность её перемещения для периодического заполнения её полости отсекаемой ею точечной дозой транспортируемого жидкого продукта из его потока в корпусе пробоотборника, а также шарнирные оси, пропущенные через концы этих рычагов, связывающих их с вилкой 24 и стойкой 16, и обеспечивающие перераспределение действующих на них сил, компенсируя все радиальные реакции и изгибающие моменты, воздействующие на гильзу 9 и шток 8 перемещающего её актуатора 6 в момент их силового взаимодействия.

Вилка 24 шарнирно-рычажного механизма 10 имеет форму горизонтально-вытянутой прямоугольной призмы, по ширине соответствующей ширине стойки 16, с открытыми вертикально-ориентированными пазами на концах её противоположных боковин, выполненными по её оси симметрии, один, один из которых 29 предназначен для фиксированного размещения в нём оголовка конца штока 8 актуатора 6, отвечающего за перемещение гильзы 9, а другой её паз 30 предназначен для фиксированного размещения в нём оголовка верхнего конца гильзы 9, а также с двумя параллельными сквозными отверстиями в теле 31 и 32, перпендикулярно проложенными через боковины вилки один под другим для шарнирного соединения её с концами рычагов 25, 26, 27, 28 шарнирно-рычажного механизма 10.

К встречным боковинам этой вилки 24 (фиг.9,10) прикреплены одна под другой две параллельные пары однотипных рычагов шарнирно-рычажного механизма, размещённые одна под другой: верхней пары рычагов 25, 26 и нижней пары рычагов 27, 28, удерживающих вилку в горизонтально-подвешенном положении между штоками 7, 8 актуаторов 5, 6, постоянно, т.е. как в исходном дежурном режиме ожидания пробоотборника, так и в его рабочем режиме при заборе пробы, и одни концы которых встречно закреплены к корпусу 1 шарнирной осью 17 и 18 с возможностью вращения относительно них, а другими своими концами эти рычаги встречно закреплены к противоположным боковинам вилки 24 другими шарнирными осями и 33 и 34. Причём верхняя пара рычагов 25 и 26 связана одними своими концами с боковинами вилки 24 шарнирной осью 33, пропущенной через верхнее отверстие 31 вилки 24, а своими противоположными концами эти рычаги 25 и 26 связаны со стойкой 16 своей шарнирной осью 17, пропущенной через верхнее отверстие в этой стойке. А нижняя пара рычагов 27, 28 связанна одними своими концами с боковинами вилки 24 своей шарнирной осью 34, пропущенной через нижнее отверстие 32 вилки 24, а своими противоположными концами эти рычаги 27, 28 связаны со стойкой 16 своей шарнирной осью 18, пропущенной через нижнее отверстие в этой стойке 16.

Конец штока 8 (фиг.3) актуатора 6, отвечающего за перемещение гильзы 9, оформлен в виде призматического оголовка, фиксирующего этот шток 8 от самопроизвольной раскрутки в пазу 29 вилки 24, с пропущенной через сквозное отверстие в нём стопоримой осью 35 с размещёнными на её концах подшипниковыми узлами 36 и 37, установленными с возможностью свободного перекатывания по поверхности этого паза 29 вилки 24, обеспечивая этому штоку возможность вертикально самоустанавливаться в пазу вилки, а также возможность воздействия на вилку и гильзу усилием, вертикально направленным по оси этого штока, устраняя, тем самым, возникновение любых радиальных реакций и изгибающих моментов, воздействующих на этот шток и гильзу в момент их силового взаимодействия. А верхний конец гильзы 9 (фиг.4,5) также оформлен в виде её призматического оголовка, фиксирующего эту гильзу 9 от самопроизвольной раскрутки в пазу 30 вилки 24, с цапфами и опирающимися на них подшипниковыми узлами 38 и 39, установленными с возможностью свободного перекатывания по поверхности паза 30 вилки 24, обеспечивая гильзе возможность вертикально самоустанавливаться в пазу вилки, а также возможность её воздействия на вилку усилием, вертикально направленным по её оси и обратном осевому воздействию штока актуатора, обеспечивающему её перемещение, устраняя, тем самым, возникновение любых радиальных реакций и изгибающих моментов, воздействующих на эту гильзу в момент её взаимодействия со штоком актуатора, обеспечивающего её перемещение.

Оформление концов штока 8 и гильзы 9 в виде таких оголовков с подшипниковыми узлами 36, 37 и 38, 39 позволяет обеспечить перераспределение сил в этих подшипниковых узлах и компенсировать тем самым все радиальные реакции и изгибающие моменты, воздействующие на гильзу 9 и шток 8 перемещающего её актуатора в момент их силового взаимодействия.

Автоматический пробоотборник работает следующим образом.

В исходном дежурном режиме ожидания (фиг.1) поток жидкого продукта, протекающего через полость корпуса 1 автоматического пробоотборника, турбулизируется лопастями диспергатора 19, размещённого в трубопроводе 3 корпуса 1 перед его поперечно-сквозным отверстием 2, обеспечивая равномерное распределение его фаз по всему поперечному сечению полости корпуса 1. В этом режиме актуаторы 5 и 6 обесточены, а вилка 24 находится в своём крайнем верхнем положении, при котором гильза 9 и плунжер 11 в составе пробозаборного зонда находятся в своём крайнем верхнем положении над корпусом 1 и не мешают беспрепятственному протеканию потока нефтепродукта через его полость.

В активном рабочем режиме для забора пробы нефтепродукта из трубопровода 3 (фиг.8) блок управления 20 по специальной программе задействует поочерёдно актуаторы 5 и 6.

Вначале блок управления 20 задействует актуатор 6 для перемещения гильзы 9 вниз в корпусе 1 и заполнения её полости нефтепродуктом. В связи с тем, что актуатор 6 установлен внецентренно по отношению к оси гильзы 9, то его кинематическая связь с этой гильзой осуществляется вилкой 24 рычажного механизма 10, горизонтально подвешенной своими боковинами между штоками 7, 8 рычагами каждой пары: верхней пары рычагов 25, 26 и нижней пары рычагов 27 и 28, установленных с возможностью параллельного перемещения относительно друг друга.

Вилка 24 под вертикальным воздействием штока 8 актуатора 6 плоскопараллельно перемещается вертикально вниз, оказывая вертикальное воздействие на гильзу 9 в её пазу 30, направленное по оси гильзы, до смыкания её свободного конца с втулкой 15 обратного клапана 14, и, гильза, опускаясь, отсекает от движущегося потока в свою полость точечную дозу пробы. На фиг.12 показаны векторы сил F_A и F_B, действующих на вилку 24 со стороны штока 8 и гильзы 9 только в направлении осей этих деталей. Крутящий момент между этими силами отсутствует, не вызывая радиальных реакций, действующих на гильзу 9 и шток 8, т.к. он уравновешивается усилиями каждой пары горизонтально размещённых рычагов, встречно установленных на противоположных боковинах вилки 24 и удерживающих её в горизонтально-подвешенном положении между штоками 7, 8 актуаторов 5, 6, а именно: верхней парой рычагов 25 и 26, и нижней парой рычагов 27, 28.

Поскольку вилка 24 оказывает силовое вертикальное воздействие на гильзу 9 только в осевом направлении, то и перемещение гильзы происходит плавно и без заеданий, с равномерной нагрузкой на актуатор 6, обеспечивая гильзе 9 и штоку 8, а также сопрягаемым с ними деталям долговечную работу без износа.

После смыкания наполненной гильзы 9 с втулкой 15 блок управления 20 отключает актуатор 6 и включает в работу актуатор 5, при этом его шток 7, связанный с плунжером 11 с помощью байонетной муфты 13, выдвигается вниз и давит на соосно размещённый плунжер 11, а тот, в свою очередь, передвигаясь вниз в полости гильзы 9, выталкивает из её наполненной полости отсечённую ею точечную дозу нефтепродукта в пробоприёмник 12 через обратный гидравлический клапан 14. При этом обратный гидравлический клапан 14, настроенный на более высокое давление, чем в потоке нефтепродукта, пропускает через себя только единичные точечные пробы, выдавленные плунжером 11 из гильзы 9. А сама байонетная муфта 13 (фиг.13), при этом, обеспечивает разгрузку плунжера от радиальных реакций штока 7 актуатора 5.

После выдавливания пробы в пробоприёмник, блок управления 20 отключает актуатор 5 и включает реверс обоих актуаторов 5 и 6, возвращая гильзу 9 и плунжер 11 в исходное верхнее положение.

Такой активный рабочий режим пробоотборника повторяется до полного наполнения его пробоприёмника 12.

Таким образом, созданное техническое решение позволяет обеспечить надёжность в эксплуатации автоматизированного пробоотборника за счёт его компоновки в виде конструкции, предопределяющей гильзе пробозаборного зонда и перемещающему её штоку одного актуатора, а также плунжеру пробозаборного зонда и перемещающему его штоку другого актуатора, возможность вертикально-осевого перемещения, не вызывающего возникновения любых радиальных реакций, воздействующих на пробозаборный зонд и штоки актуаторов, связанных с его гильзой и плунжером в момент их силового взаимодействия, обеспечивая, тем самым, повышение износостойкости поверхностей гильзы, плунжера и штоков актуаторов в их узлах трения и снижение нагрузки на них, благодаря совокупности своих существенных признаков, отражённых в формуле изобретения, а именно:

- вертикально-параллельного закрепления на корпусе обоих актуаторов привода, обеспечивающего вертикально-параллельную направленность их штоков, предопределяющую только осевую направленность действия их сил на гильзу и плунжер, устраняющую возникновение любых радиальных реакций, воздействующих на пробозаборный зонд и штоки этих актуаторов в момент их силового взаимодействия,

- снабжения шарнирно-рычажного механизма вилкой, связывающей гильзу со штоком перемещающего её актуатора и удерживающей в своих пазах их оголовки со свободно перекатываемыми подшипниковыми узлами, а также выполненной с возможностью вертикально-качательного плоско-параллельного перемещения между штоками обоих актуаторов с помощью шарнирно прикреплённых к ней и к стойке корпуса пар рычагов, удерживающих вилку по её оси симметрии в горизонтально-подвешенном состоянии между штоками обоих актуаторов, во время которого в любом месте её качательной траектории положение вилки постоянно остаётся горизонтальным, обеспечивающим возможность передачи усилий от штоков обоих актуаторов вертикально направленных на гильзу и плунжер пробозаборного зонда только по их осям, устраняя, при этом, возможность возникновения любых радиальных реакций, воздействующих на пробозаборный зонд и штоки этих актуаторов в момент их силового взаимодействия, обеспечивая, тем самым, повышение износостойкости поверхностей гильзы, плунжера и штоков актуаторов в их узлах трения и повышая надёжность в эксплуатации автоматического пробоотборника отсечного типа, а также снижение нагрузки на используемые актуаторы,

- оформления концов штока и гильзы в виде фиксируемых в пазах вилки по её оси симметрии оголовков с подшипниковыми узлами в них, установленными в пазах вилки с возможностью свободного перекатывания по вертикально-ориентирующим поверхностям пазов вилки, позволяя штоку и гильзе возможность самоустанавливаться, а также обеспечить перераспределение сил в этих подшипниковых узлах и компенсировать, тем самым, все радиальные реакции и изгибающие моменты, воздействующие на гильзу и шток перемещающего её актуатора в момент их силового взаимодействия.

Заявленный в качестве изобретения автоматический пробоотборник отсечного типа

прошёл заводские испытания и готов к выпуску на предприятии заявителя.

Изобретение относится к устройствам для отбора проб текучих сред. Раскрыт автоматический пробоотборник, содержащий корпус, закрепленный фланцами в трубопроводе, с поперечно-сквозным отверстием, в котором размещен обратный гидравлический клапан, пропускающий через себя только единичные точечный дозы отобранной пробы продукта, с вертикально-параллельно закрепленными на корпусе двумя актуаторами привода, размещенными соосно с отверстием в корпусе; пробоотборный зонд, соосно размещенный над отверстием в корпусе, сформированный из полой гильзы, связанной шарнирно-рычажным механизмом со штоком другого актуатора для отсечения ею дозы транспортируемого жидкого продукта и заполнения ее полости этой дозой и подвижного плунжера внутри гильзы для вытеснения из ее полости в пробоприемник отсеченной дозы; блок управления; шарнирно-рычажной механизм снабжен вилкой, связывающей гильзу со штоком перемещающего её актуатора и удерживающей в своих пазах их оголовки со свободно перекатываемыми по их вертикально-ориентированным поверхностям подшипниковыми узлами, а также выполнен с возможностью вертикально-качательного плоско-параллельного перемещения между штоками обоих актуаторов с помощью шарнирно прикреплённых к вилке и к корпусу пар рычагов, постоянно удерживающих вилку по её оси симметрии в горизонтально-подвешенном состоянии между штоками обоих актуаторов. Изобретение обеспечивает надёжность в эксплуатации, износостойкость поверхностей гильзы и штока в узлах их трения и снижение нагрузки на них, а также износостойкость поверхностей плунжера пробоотборного зонда, перемещающегося внутри гильзы, и штока перемещающего его актуатора. 3 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Автоматический пробоотборник отсечного типа, содержащий корпус в виде горизонтально ориентированного патрубка с поперечно-сквозным отверстием, закрепленный фланцами в трубопроводе с транспортируемым жидким продуктом; привод из двух разнесённых друг от друга и закрепленных на корпусе однотипных линейных шаговых актуаторов, вертикально-выдвижной шток одного из которых размещён соосно с поперечно-сквозным вертикальным отверстием в корпусе; пробоотборный зонд, сформированный из двух деталей, соосно размещённых над поперечно-сквозным отверстием корпуса и управляемых каждая своим актуатором, обеспечивающим возможность её возвратно-поступательного пересечения проточной части корпуса, а именно: из полой гильзы, связанной шарнирно-рычажным механизмом со штоком другого актуатора, обеспечивающего возможность её возвратно-поступательного перемещения и предназначенной для отсечения ею дозы транспортируемого жидкого продукта и заполнения её полости этой отсечённой ею дозой, и подвижного плунжера внутри гильзы, предназначенного для вытеснения из её полости в пробоприёмник отсечённой ею дозы транспортируемого продукта и соосно размещённого под выдвижным, соосным поперечно-сквозному отверстию корпуса штоком актуатора, обеспечивающего возможность возвратно-поступательного перемещения плунжера, и действие которого согласовано с действием другого актуатора, обеспечивающего возвратно-поступательное перемещение гильзы; обратный гидравлический клапан, размещённый в поперечно-сквозном отверстии нижней части корпуса соосно с пробозаборным зондом и пропускающий через себя в пробоприёмник только единичные точечные дозы отобранной пробы транспортируемого продукта, определяющие его конструкцию, рассчитанную на давление, превышающее давление транспортируемого продукта в его трубопроводе, и блок управления, связанный с обоими актуаторами привода, отличающийся тем, что он снабжён вилкой, непосредственно связывающей гильзу со штоком актуатора, обеспечивающего возможность её возвратно-поступательного перемещения, и являющейся деталью шарнирно-рычажного механизма, постоянно удерживаемой его рычагами в горизонтально-подвешенном положении между штоками обоих актуаторов привода с размещением её оси симметрии в плоскости, связывающей оси штоков этих актуаторов, и с возможностью вертикально-качательного плоско-параллельного перемещения вместе с гильзой и штоком актуатора, обеспечивающего возможность её перемещения для периодического заполнения её полости отсекаемой ею точечной дозой транспортируемого жидкого продукта из его потока в корпусе пробоотборника, и по форме представляющей горизонтально-вытянутую прямоугольную призму с открытыми вертикально-ориентированными пазами на концах её противоположных боковин, выполненными по её оси симметрии, один из которых предназначен для фиксированного размещения в нём оголовка верхнего конца гильзы, а другой её паз предназначен для фиксированного размещения в нём оголовка конца штока актуатора, обеспечивающего перемещение гильзы, а также с двумя параллельными сквозными отверстиями в теле, перпендикулярно проложенными через её боковины один под другим для шарнирного соединения её с концами рычагов шарнирно-рычажного механизма, противоположные концы которых шарнирно присоединены к корпусу, при этом оголовок конца вертикального штока актуатора, обеспечивающего перемещение гильзы, выполнен призматическим с возможностью фиксирования его от самопроизвольной раскрутки в вертикально-ориентированном пазу вилки с пропущенной через сквозное отверстие в нём стопоримой осью и с размещёнными на концах этой оси подшипниковыми узлами, установленными с возможностью свободного перекатывания по поверхности паза вилки, обеспечивая этому штоку возможность вертикально самоустанавливаться в пазу вилки, а также возможность воздействия на вилку и гильзу усилием, вертикально направленным по оси этого штока, устраняя тем самым возникновение любых радиальных реакций и изгибающих моментов, воздействующих на этот шток и гильзу в момент их силового взаимодействия, а оголовок верхнего конца гильзы выполнен призматическим с возможностью фиксирования в вертикально-ориентированном пазу вилки от самопроизвольной раскрутки с цапфами и опирающимися на них подшипниковыми узлами, установленными с возможностью свободного перекатывания по поверхности паза вилки, обеспечивая гильзе возможность вертикально самоустанавливаться в пазу вилки, а также возможность её воздействия на вилку усилием, вертикально направленным по её оси и обратном осевому воздействию штока актуатора, обеспечивающему её перемещение, устраняя тем самым возникновение любых радиальных реакций и изгибающих моментов, воздействующих на эту гильзу в момент её взаимодействия со штоком актуатора, обеспечивающего её перемещение, и другой актуатор, обеспечивающий своим выдвижным штоком возможность вертикального перемещения гильзы, закреплён на корпусе параллельно актуатору, вертикально-выдвижной шток которого связан с плунжером, обеспечивая тем самым осевую направленность усилий штоков актуаторов, действующих на гильзу и плунжер, причём штоки обоих актуаторов привода выполнены с возможностью перемещения на величину, соответствующую диаметру проточной части корпуса, а рычаги шарнирно-рычажного механизма, постоянно удерживающие вилку в горизонтально-подвешенном состоянии между штоками актуаторов, присоединены к встречным боковинам вилки с возможностью формирования ими двух отдельных параллельных пар рычагов, размещённых одна под другой, каждая из равных по длине параллельных рычагов, встречно закреплённых одними своими концами к корпусу цилиндрическими шарнирами с возможностью вращения относительно них, а другими своими концами эти рычаги встречно закреплены другими цилиндрическими шарнирами к противоположным боковинам вилки.

2. Пробоотборник по п.1, отличающийся тем, что он снабжён закреплённой к корпусу стойкой, выполненной по форме прямоугольной призмы и по ширине соответствующей ширине вилки шарнирно-рычажного механизма, и с двумя один под другим поперечными отверстиями в теле под шарнирные узлы в ней, соединяющие её с концами рычагов рычажного механизма.

3. Пробоотборник по п.1, отличающийся тем, что шток актуатора, связанного с плунжером, соединён с ним с помощью байонетной муфты, обеспечивающей разгрузку плунжера от радиальных реакций этого штока.

4. Пробоотборник по п.1, отличающийся тем, что он снабжён устройством контроля перелива с емкостным датчиком уровня и выпускным газовым клапаном, при этом это устройство связано с блоком управления и вмонтировано в линию между пробоприёмником и обратным клапаном.