СОЕДИНИТЕЛЬНАЯ МУФТА ТРУБОПРОВОДОВ С ПРИВОДОМ Российский патент 2024 года по МПК F16L37/12 

Область техники

Настоящее техническое решение относится к области трубопроводного транспорта и относится к соединительным муфтам и предназначено для разъемного соединения двух примыкающих фланцев трубопроводов, в частности находится в составе стендеров, загрузочных, погрузочных, перегрузочных рукавов, шарнирно-сочленённых трубопроводов и манипуляторов, загрузочных рычагов, шланговых и бункеровочных установок и других устройств отгрузки и перелива жидких и газообразных продуктов.

Уровень техники

Из уровня техники известно, что соединительная муфта является и рассматривается как отдельный узловой элемент конструкции стендеров, шарнирно-сочленённых трубопроводов и манипуляторов, загрузочных рычагов и иного оборудования, для которой предусмотрены специальные требования по конструированию, производству и эксплуатации, выполнения расчетов, а также требований по проведению испытаний и критерии оценки прохождения испытаний. В соответствии с требованиями стандартов, зажимы соединительной муфты с приводом должны работать одновременно с равными силами и не должны перегружать сопряженные фланцы.

Известно, соединительное устройство (патент US 20050121907 В2 от 19.12.2002, класс МПК B67D9/00; F16B7/04; F16H25/20; F16L37/12; F16L37/62), содержащее механизм стягивания в виде рычагов и привода с поступательным движением. Зажимные устройства обеспечивают герметичное соединение фланцев двух трубопроводов с возможностью удаленного управления. При этом у зажимного модуля, имеющего зажимную губку, предназначенную для соединения соединительного устройства с дополнительным средством, и приводную систему, соответствующую указанной губке и содержащую устройство типа винт/гайка, приводимое в движение двигателем, и отличается тем, что приводная система соединена непосредственно с губкой, а указанная губка установлена с возможностью поворота на опоре вокруг неподвижной оси. Точка, определяемая указанной опорой, последняя предназначена для крепления к соединительному элементу.

Недостатком данного устройства является применение нескольких приводов одновременно, что может привести к неодновременному и с разной силой зажиму ответного фланца несколькими механизмами стягивания. Соединительное устройство имеет большую рабочую длину в оси фланца за счет прямого участка трубопровода, необходимого для работы механизмов стягивания, что увеличивает габариты оборудования. Также в соединительном устройстве отсутствует возможность использования на другие типоразмеры ответных фланцев.

Известно соединительное устройство для загрузочного рукава морского нефтяного причала (патент RU2460928С2 от 14.03.2008, класс F16L37/12). Устройство состоит из цилиндрической трубы с первым внутренним диаметром, на первом конце которой предусмотрен первый фланец, который может быть соединен с загрузочным рукавом, и на втором конце которой предусмотрен второй фланец и быстродействующей гидравлический соединитель для соединения впускного/выпускного трубопровода с трубой. Гидравлический привод зажима обеспечивает поступательное движение последнего по двум направляющим - пазам. При этом в режиме разжимания направляющие - пазы обеспечивают подъем зажимов и тем самым свободный выход ответного (прижимаемого) фланца, а в режиме захвата и герметичного соединения фланцев по пазам – направляющим зажим движется и прижимает ответный фланец. Как видно на фиг. 1, все гидроприводы соединены последовательно одной гидролинией. Для возможности использования изделия с другими типоразмерами присоединяемых фланцев, используется проставочный диск меньшего внутреннего диаметра.

Недостатком этого устройства является применение нескольких приводов, одновременно соединенных последовательно в одну гидролинию, что может привести к неодновременному и с разной силой зажиму ответного фланца несколькими механизмами зажимов. В виду воздействие внешней среды на расположенные снаружи корпуса направляющие-пазы, являющиеся исполнительными элементами стягивания, последние могут быть подвержены повышенному износу, что увеличивает возможность заклинивания и ведет к вероятной причине отказа. Соединительное устройство имеет большую рабочую длину в оси фланца за счет прямого участка трубопровода, необходимого для работы механизмов зажимов, что увеличивает габариты загрузочного рукава.

Известно несколько патентов:

- RU2374516 от 23.12.2004, класс МПКF16D 7/10, F16L 23/036, F16B 2/12 (2006.01), где показана муфта сцепления для прямой передачи вращательного движения исполнительного винта зажиму, прямолинейно перемещаемому этим винтом:

- RU2788027 от 01.03.2022, класс МПК F16L 37/12, F16L 37/62 «Стыковочная муфта».

Оба патента по принципу обеспечения герметичного присоединения ответного фланца или их разъединению очень похожи, каждый имеет привод с вращательным движением, обеспечивающий работу захвата, конструкция которого представляет собой механизм по типу винт-гайка, где гайка выполняет роль захвата и служит для стягивания ответного прижимного фланца. В обоих указанных патентах реализован механизм стягивания, за счет применения байонетного паза и направляющего паза, о чем указано в формуле изобретения, расположенных внутри корпуса механизма стягивания, причем механизм стягивания содержит как минимум один дополнительный байонетный паз для присоединения фланцев трубопроводов других типоразмеров.

Недостатком вышеуказанных устройств, описанных в патентах RU2374516 и RU2788027, является применение нескольких приводов, одновременно соединенных последовательно в одну гидролинию, что может привести к неодновременному и с разной силой зажиму ответного фланца несколькими механизмами стягивания. Кроме того, в стыковочной муфте (патент RU2788027) заявлено разделение прижимных элементов на фланце на две группы, к каждой из которой идет параллельная гидролиния, соединяющая последовательно «свои» прижимные элементы. Данное решение является недостатком вышеуказанного устройства, поскольку имеет единственный источник разделения на две параллельные линии, что не увеличивает надежность и не решает вопрос синхронного и с разной силой захвата ответного фланца несколькими прижимными элементами.

Таким образом, все вышеперечисленные известные соединительные устройства имеют существенный недостаток, связанный с возможным отсутствием равной силы и синхронизации в зажимах, что противоречит требованиям действующих стандартов. Кроме того, вышеописанные соединительные устройства имеют большую рабочую длину в оси фланца за счет прямого участка трубопровода, необходимого для работы механизмов захвата, что увеличивает габариты оборудования.

Известно соединительное устройство трубопроводов с поворотными зажимами (RU210989U1 от 02.12.2021, класс МПК F16L 37/12). Соединительное устройство трубопроводов с поворотными зажимами, включающее в себя по меньшей мере две стяжки, каждая из которых имеет корпус с ограничителями поворота зажима и кронштейн крепления, при этом сами стяжки расположены равноудаленно по окружности стыковочного фланца с уплотнителем, где на кронштейн крепления установлена направляющая-центратор, а в каждой стяжке расположены гайка с установленным на нее поворотным зажимом с поворотной ручкой, полый винт, а также крышка соединения с корпусом стяжки, в которую установлен стопорный винт с шайбой, при этом полый винт имеет выступ, пружину, штурвал и хвостовик-шестигранник. Устройство работает благодаря вращению штурвала на стяжке, в конструкции которой предусмотрен механизм работающий как винт-гайка, где гайка является зажимом, прижимающим ответный фланец. При этом вращение штурвала обеспечивается оператором вручную. Указанное техническое решение взято за прототип.

Недостатком данного решения является отсутствие внешних приводов, обеспечивающих вращение полого винта и удаленное управление устройством соединения фланцев. Соединительное устройство имеет большую рабочую длину в оси фланца за счет прямого участка трубопровода, необходимого для работы стяжек, что увеличивает габариты оборудования.

Задачи технического решения

Задачей заявляемого технического решения является разработка новой соединительной муфты с приводом быстроразъёмного соединения для применения в конструкции стендеров, загрузочных, погрузочных, перегрузочных рукавов (рычагов), шарнирно-сочленённых трубопроводов и манипуляторов, шланговых установок и других сливо-наливных установках для отгрузки нефти, нефтепродуктов, жидких химических продуктов, сжиженного природного газа, компримированного газа, газового конденсата, СУГ, отпарного газа и других жидких и газообразных продуктов, способного отцентровать трубопроводы и обеспечивать надежное герметичное соединение двух фланцев трубопровода. При этом зажимы соединительной муфты должны работать одновременно с равными силами, не перегружая сопряженные фланцы и компенсировать отклонения от номинальной толщины фланца до 5 мм. Муфта должна иметь возможность подсоединения фланцев ближайших типоразмеров, а также иметь минимальную осевую рабочую длину.

Заявленная соединительная муфта с приводом должна быть безопасной, не трудоемкой в эксплуатации, а также иметь защиту от ослабления зажима под воздействием вибрации от потока транспортируемого продукта.

Раскрытие сущности технического решения

Технический результат вышеприведенного решения заключается в разработке соединительной муфты трубопроводов с приводом, включающей в себя стыковочный фланец с уплотнителем и установленным на него корпусом соединительной муфты с проушинами крепления по меньшей мере трех направляющих – центраторов и по меньшей мере двух зажимов, равноудаленных по окружности корпуса соединительной муфты, где стыковочный фланец является, но не ограничиваясь фланцем шарнира трубопровода и может иметь каналы для продувки инертным газом и датчики контроля соединения, при этом оба зажима имеют скобообразную форму с перемычкой между дугами скобы и управляется пружинной тягой, которая с другой стороны соединена с опорно-поворотным устройством с подвижным кронштейном привода, где последний установлен на неподвижный кронштейн опорного кольца. Указанное техническое решение обеспечивает стыковку соединительного фланца, центровку и надежное герметичное соединение ответного фланца трубопровода. Зажимы соединительной муфты работают одновременно и с одинаковой силой, не перегружая ответный фланец и компенсируют отклонения от номинальной толщины фланца за счет конструкции пружинных тяг, имеющих одинаковую силу пружин и длину самой тяги, закрепленных вторым концом на верхнем кольце опорно-поворотного устройства, вращение которого с помощью привода приводит к перемещению пружинных тяг, которые в свою очередь опускают и поднимают зажимы. Использование фланца шарнира в качестве стыковочного фланца, позволяет существенно уменьшить рабочую длину стыковочной муфты и снизить вес, что очень важно для такого оборудования как стендеры, погрузочных, перегрузочных рукавов (рычагов), шарнирно-сочленённых трубопроводов и манипуляторов, шланговых установок и других сливо-наливных установках, где также важно обеспечить поворот фланца вокруг своей оси, например для компенсации качки судна. При этом техническое решение позволяет применять стыковочный фланец, расположенный непосредственно на трубопроводе или его отрезке, что не снижает основных характеристик стыковочной муфты с приводом.

Возможен вариант технического решения, где одна из дуг скобы зажима крепится осью к проушинам крепления зажима на корпусе соединительной муфты и имеет ограниченную корпусом муфты подвижность с вращением вокруг оси, а другая дуга скобы зажима прижимает ответный фланец трубопровода и имеет искробезопасные губки в месте сопряжения с ответным фланцем. Указанное техническое решение обеспечивает надежное крепление зажима к корпусу и поворот зажима в своей плоскости, обеспечивая открытие зажима и освобождение ответного фланца или закрытие зажима с прижиманием ответного фланца. Предусмотренные искробезопасные губки на конце зажима обеспечивают безопасную стыковку фланцев. Дугообразная форма зажима с перемычкой обеспечивает жесткую надежную конструкцию зажима, а его геометрические формы позволяют применять тяги для открытия и закрытия зажимов.

Возможен вариант технического решения, где пружинная тяга, крепится подвижными соединениями с одной стороны на зажиме пальцем штока поршня, а с другой стороны на верхнем подвижном кольце опорно-поворотного устройства пальцем цилиндра и имеет цилиндр тяги с фланцем и крышкой с размещенным внутри пакетом пружин, который поджимается поршнем цилиндра тяги, на штоке которого с другой стороны имеется резьба и установлена гайка с фланцем и фиксатором от раскручивания, при этом фланец гайки является опорой верхней пружины, упирающейся с другой стороны в фланец цилиндра тяги. Указанное техническое решение обеспечивает жесткую и одновременно упругую в оси конструкцию пружинной тяги, позволяющую за счет установки пружин компенсировать отклонения толщины фланца по толщине фланца, а также обеспечивает прохождение тяги в прямолинейной с плоскостью захвата точке, где тяга должна иметь минимальную длину, что обеспечивается сжатием пружин. Подвижные соединения с каждой стороны пружинной тяги обеспечивают вращательную подвижность тяги, что позволяет обеспечить нормальную работу тяги, т.к. перемещение одного конца тяги относительно другого происходит с изменением угла и вращением относительно осей креплений.

Возможен вариант технического решения, где палец штока поршня и палец цилиндра имеют, но не ограничиваясь резьбовое соединение соответственно с штоком поршня и с цилиндром тяги с фланцем с фиксаторами от раскручивания. Указанное техническое решение за счет вкручивания или выкручивания пальцев из штока поршня или цилиндра обеспечивает регулировку длины пружинной тяги. Фиксатор от раскручивания позволяет сохранить отрегулированную длину тяги при работе устройства. При этом возможны варианты, когда тяги могут быть без регулировки или их длинна может регулироваться другим способом, в этом случае палец может крепиться на шток или цилиндр сваркой или выполнен одной деталью с штоком или цилиндром.

Возможен вариант технического решения, где подвижные соединения крепления пружинной тяги являются, но не ограничиваясь сферической или шарнирной опорой или наконечником. Указанное техническое решение позволяет применение различных вариантов надежного крепления пружинной тяги с верхнем кольцом опорно-поворотного устройства и зажимом.

Возможен вариант технического решения, где пакет пружин состоит, но не ограничиваясь из тарельчатых, волновых пружин или иной пружинной конструкции и на пружинную тягу может быть установлен защитный кожух. Указанное техническое решение позволяет применение различных вариантов конструкции пружины, в том числе резиново-полимерного пакета, имеющего упругую деформацию, пневматического или гидравлического пакета (под «пакетом» подразумевается конструкция в виде готового решения, например: пневматическая, газовая пружина и т.п.), обеспечивающих упругую подвижность с необходимой, расчетной силой сопротивления. В случае необходимости, для сохранения характеристик пружин, сверху на пружины может быть установлен подвижный, огнестойкий кожух, защищающий пружины от внешних осадков, механического и температурных воздействий.

Возможен вариант технического решения, где нижнее неподвижное кольцо опорно-поворотного устройства закреплено на корпусе соединительной муфты и прижато опорным кольцом с неподвижным кронштейном привода, зафиксированном на корпусе соединительной муфты, а верхнее подвижное кольцо опорно-поворотного устройства соединено с пружинными тягами подвижными соединениями, имеет подвижный кронштейн привода и знак визуализации положений зажимов. Указанное техническое решение образует механизм, который за счет движения по окружности верхнего кольца опорно-поворотного устройства с закрепленными на нем одним концом пружинными тягами приводит их в движение, результатом которого является подъем или опускание зажимов. При этом подвижность верхнего кольца опорно-поворотного устройства обеспечивается приводом, который, с одной стороны, установлен на неподвижном кронштейне, являющимся опорой, жестко зафиксированной на корпусе, а с другой стороны установлен на подвижном кронштейне верхнего кольца опорно-поворотного устройства и обеспечивает его вращение за счет выдвижения или втягивания штока привода, а знаки визуализации показывают оператору положение зажимов.

Возможен вариант технического решения, где привод имеет прямолинейное поступательное движение и закреплен с одной стороны на неподвижном кронштейне привода, а с другой стороны на подвижном кронштейне привода, обеспечивая вращение вокруг своей оси верхнее подвижное кольцо опорно-поворотного устройства. Указанное техническое решение обеспечивает вращение верхнего кольца опорно-поворотного устройства за счет выдвижения или втягивания штока привода.

Возможен вариант технического решения, где привод может быть гидравлическим или пневматическим и/ или электрическим. Указанное техническое решение обеспечивает возможность выбора любого привода в зависимости от условий эксплуатации и поставленной задачи.

Возможен вариант технического решения, где фланец шарнира трубопровода может быть фланцем ротора или статора шарнира. Указанное техническое решение обеспечивает минимальную рабочую длину последнего подсоединяемого участка трубопровода стендера или иного шарнирно-сочлененного трубопровода за счет применения фланца шарнира в качестве стыковочного фланца. Решение позволяет использовать фланец статора или фланец ротора шарнира в качестве стыковочного фланца.

Возможен вариант технического решения, где стыковочный фланец может быть фланцем трубопровода. Указанное техническое решение обеспечивает вариант, в котором стыковочный фланец может размещаться, но не ограничиваясь на трубопроводе или патрубке, трубной катушке с или без фланцев или отводе.

Возможен вариант технического решения, где стыковочный фланец может иметь вход, выход и канал для продувки инертным газом. Указанное техническое решение обеспечивает варианты применения стыковочного фланца в зависимости от перекачиваемого / отгружаемого продукта. Для жидких или газообразных продуктов с криогенной температурой применяют стыковочные фланцы с продувкой инертным газом, что позволяет снизить обмерзание и обледенение стыковочной муфты, а также позволяет провести быструю оттайку муфты, а в случае утечки продукта, позволяет снизить концентрацию взрывоопасной смеси. Техническое решение также позволяет применение стыковочной муфты без продувки инертным газом стыковочного фланца для отгрузки нефти, нефтепродуктов, жидких химических продуктов, сжиженного природного газа, компримированного газа, газового конденсата, СУГ, отпарного газа и других жидких и газообразных продуктов, а также допускает применение с продуктами, имеющими криогенные температуры. В этом случае вход, выход и канал для продувки инертным газом на фланце отсутствуют.

Возможен вариант технического решения, где стыковочный фланец может иметь в своей конструкции датчик контроля соединения с ответным фланцем трубопровода. Указанное техническое решение обеспечивает дополнительный контроль с помощью автоматики и визуализации для оператора. Сигнал от датчика позволяет включать или выключать системы безопасности на стендере или ином шарнирно-сочлененном трубопроводе, в частности систему автоматического разъединения приводной муфты аварийного разъединения, а также сигнал от датчика указывает на наличие соединения или разъединения фланцев. Техническое решение позволяет применение стыковочной муфты без установки датчиков контроля соединения. В этом случае оператор самостоятельно визуально осуществляет контроль соединения фланцев.

Возможен вариант технического решения, где направляющие – центраторы имеют в своей конструкции противоударные демпферные наконечники и могут быть установлены на проушины крепления зажимов или отдельные кронштейны, установленные на корпусе, и могут иметь регулировку под ближайшие типоразмеры ответных фланцев. Указанное техническое решение обеспечивает центровку стыкуемого ответного фланца. Демпферы на концах направляющих – центраторов позволяют смягчить соударение с поверхностью ответного фланца, которые могут возникать при подведении соединительной муфты к ответному фланцу, не оставляя на прижимной поверхности царапин и задиров, а также не портит уплотнители, если они применяются на ответном фланце. При двух зажимах, минимальное количество направляющих – центраторов должно быть три штуки. В этом случае центраторы устанавливаются равноудаленно по окружности фланца на отдельные кронштейны. Если захватов больше двух штук, направляющие – центраторы могут устанавливаться на проушины крепления зажимов. Крепление направляющих – центраторов может осуществляться по схеме винт-гайка, что позволяет ослабить резьбовое крепление и передвинуть направляющую – центратор выше или ниже для ближайших типоразмеров ответных фланцев с последующей фиксацией затягиванием резьбового крепления. При этом техническое решение не исключает и иное крепление направляющих – центраторов.

Возможен вариант технического решения, где уплотнитель стыковочного фланца имеет специальную форму и изготовлен из материала, предназначенного для применения с транспортируемым по трубопроводу продуктом и обеспечивающим герметичное соединение ответного фланца. Указанное техническое решение обеспечивает вариант применения соединительной муфты с приводом в зависимости от транспортируемого или отгружаемого продукта. В зависимости от продукта и характеристик эксплуатации, подбираются разные виды уплотнителей, отличающиеся по материалу изготовления и форме.

Возможен вариант технического решения, где шток поршня имеет канал смазки с цилиндром и пакетом пружин в цилиндре тяги с фланцем, а весь узел имеет уплотнители смазки и кольцо грязевик. Указанное техническое решение обеспечивает надежную работу пружинной тяги.

Возможен вариант технического решения, где знак визуализации положений зажимов расположен на верхнем подвижном кольце опорно-поворотного устройства, а ответные знаки визуализации положений зажимов расположены на корпусе соединительной муфты. Указанное техническое решение обеспечивает информацией оператора о положении зажимов, а также позволяет производить настройку пружинных тяг для правильной работы соединительной муфты.

Возможен вариант технического решения, где транспортируемый продукт представляет собой: нефть, нефтепродукты, жидкие химические продукты, сжиженный природный газ, газовый конденсат, отпарной газ и другие жидкие, газообразные и текучие продукты с различными температурами. Указанное техническое решение обеспечивает возможность применения соединительной муфты в зависимости от ее материального исполнения с различными жидкими, газообразными или текучими продуктами.

Краткий перечень чертежей

На фиг. 1 - показана соединительная муфта с приводом, установленная на фланец шарнира;

На фиг. 2 - показана соединительная муфта с приводом, установленная на фланец шарнира, вид со стороны отвода (трубопровода);

На фиг. 3 – показан разрез соединительной муфты с приводом, установленной на фланец шарнира;

На фиг. 4 - показан разрез пружинной тяги;

На фиг. 5 – показан разрез соединительной муфты с визуализацией входа, выхода и каналом для продувки инертным газом;

На фиг. 6 - показан вид соединительной муфты с приводом с знаками визуализации положения муфты;

На фиг. 7 – показан вид сверху соединительной муфты в положении закрытых зажимов;

На фиг. 8 – показана соединительная муфта с приводом в положении открытых зажимов;

На фиг. 9 – показан вид сверху соединительной муфты в положении открытых зажимов.

поз. 1 – зажим;

поз. 2 – пружинная тяга;

поз. 3 – корпус соединительной муфты;

поз. 4 – привод;

поз. 5 – направляющая - центратор;

поз. 6 – крышка (глухой фланец, ответный фланец);

поз. 7 – подвижный кронштейн привода;

поз. 8 – неподвижный кронштейн привода;

поз. 9 – шарнир;

поз. 9.1 – фланец шарнира (условно фланец статора) – стыковочный фланец;

поз. 9.2 – фланец шарнира (условно фланец ротора);

поз. 10 – опорное кольцо;

поз. 11 - опорно-поворотное устройство

поз. 11.1 – верхнее подвижное кольцо опорно-поворотного устройства;

поз. 11.2 – нижнее неподвижное кольцо опорно-поворотного устройства;

поз. 12 – шток привода;

поз. 13 – трубопровод (отвод);

поз. 14 – статор шарнира;

поз. 15 – ротор шарнира;

поз. 16 – уплотнители (манжеты) соединительного фланца;

поз. 17 – проушины крепления;

поз. 18 – ось;

поз. 19 – подвижное соединение зажима;

поз. 20 – подвижное соединение опорно-поворотного устройства;

поз. 21 – искробезопасные губки;

поз. 22 – цилиндр тяги с фланцем;

поз. 23 – поршень цилиндра тяги;

поз. 23.1 - шток поршня;

поз. 24 – верхняя пружина;

поз. 25 – пакет пружин;

поз. 26 – крышка;

поз. 27 – гайка с фланцем и фиксатором;

поз – 28 – канал смазки;

поз. 29 – палец штока поршня;

поз. 30 – палец цилиндра;

поз. 31 – защитный кожух;

поз. 32 – знаки визуализации положения зажимов;

поз. 33 – канал продувки инертным газом;

поз. 34 – демпферные наконечники;

поз. 35 – уплотнители смазки;

поз. 36 – кольцо грязевик;

поз. 37 – датчик контроля соединения (не показан на фиг.).

Осуществление технического решения

В заявляемом техническое решение используются следующие термины и определения:

Шарнир (шарнирное соединение трубопроводов) - герметичный полый узел, обеспечивающий подвижное соединение двух труб трубопровода с вращением вокруг своей оси. В своем составе шарнир укрупненно имеет ротор, статор, тела качения – шарики или ролики, уплотнители, а также фланец ротора и фланец статора. Подробное описание шарнирного соединения трубопроводов приведено в патенте: RU 2 777 679 C1.

Опорно-поворотное устройство – крупногабаритный подшипник для работы с большими осевыми и радиальными нагрузками, состоящий как минимум из двух колец, условно подвижного и условно не подвижного.

Соединитель (соединительное устройство, соединительная муфта, стыковочная муфта, механическая стыковочная муфта быстроразъемного соединения, муфта QC/DC – Quick Connect / Disconnect Couplers): элемент стендера, позволяющий герметично присоединить стендер к приемно-отливному патрубку манифольда судна или к переходной катушке, установленной на фланце приемно-отливного патрубка манифольда судна.

Муфта быстроразъемного соединения (муфта QC/DC): муфта быстрого соединения/разъединения, представляющая собой механическое устройство с гидравлическим или ручным механическим приводом, применяемое для присоединения стыковочного фланца стендера к фланцу манифольда судна без использования болтовых соединений между этими фланцами.

Заявляемое техническое решение соединительной муфты трубопроводов с приводом поясняется на фиг. 1 - 9, где показано заявляемое техническое решение, которое имеет стыковочный фланец 9.1, одновременно являющийся фланцем шарнира 9 (условно, фланцем статора, как показано на фиг.), к которому крепится корпус 3 соединительной муфты. На корпусе 3 установлены проушины 17 для установки зажимов 1 с креплением их осью 18. Зажим имеет ограниченную подвижность вращением с центром по оси и выполнен в виде скобы с усиливающей конструкцию перемычкой. На конце зажима, прижимающего ответный фланец (крышку 6) установлены искробезопасные губки 21 из бронзы или иного искробезопасного материала. Зажимы приводятся в движение пружинными тягами 2, которые крепятся с помощью обеспечивающих вращение подвижных наконечников или опор (но не ограничиваясь, сферической, шаровой, шарнирной) 19 и 20 соответственно с одной стороны на зажиме, а с другой стороны на верхнем подвижном кольце 11.1 опорно-поворотного устройства 11, нижнее неподвижное кольцо 11.2 закреплено на корпусе 3 и зафиксировано опорным кольцом 10 корпуса соединительной муфты, которое крепится к корпусу 3. На опорном кольце расположен неподвижный кронштейн 8 привода 4, который, с другой стороны, закреплен на подвижном кронштейне 7 привода верхнего кольца 11.1 опорно-поворотного устройства 11. В качестве привода может применяться гидроцилиндр или иное устройство с пневматическим или электрическим взрывозащищенным приводом. Для позиционирования соединительной муфты и ответного соединяемого фланца, на соединительной муфте установлены направляющие - центраторы 5 с демпферными наконечниками 34 для компенсации ударов и предотвращения порчи поверхности ответного фланца. Направляющие -центраторы установлены на проушине 17 для крепления зажима или могут быть установлены с помощью отдельных кронштейнов на корпусе 3 муфты. При этом направляющая - центратор 5 может быть переставлена на проушине 17, где выполнены дополнительные места креплений с целью позиционирования соединительной муфты и ответного соединяемого фланца, имеющего следующий больший или меньший типоразмер.

Для правильной работы всех систем стендера или иного шарнирно-сочленённого трубопровода отгрузки жидких или газообразных продуктов на стыковочной муфте может быть установлен датчик контроля 37 соединения фланцев. В частности, сигнал с датчика может активировать систему аварийного разъединения (САР) стендера в режим ожидания / работы. Отсутствие сигнала контакта ответного фланца от датчика переводит систему САР в нерабочее положение и т.д.

Пружинная тяга 2 имеет в своей конструкции цилиндр тяги с фланцем 22, в котором находится пакет пружин 25 с упором с одной стороны в крышку 26 цилиндра тяги, а с другой стороны в поршень тяги 23, шток поршня 23.1 которого для эффективной работы снабжен каналом смазки 28 для подачи смазки в пакет пружин и зазор между поршнем и цилиндром, а также имеет уплотнители для предотвращения попадания влаги в корпус цилиндра и выхода смазки. Сверху на поршень тяги и цилиндр тяги установлена пружина в упор фланца цилиндра с одной стороны и с другой стороны в упор фланца гайки с фланцем 27 и фиксатором, установленной на конце штока поршня 23.1 тяги. Поворотом (поджатием или ослаблением) регулируемой гайки с фланцем 27, усилие пружины можно регулировать. В конце штока поршня 23.1 тяги на резьбовое соединение с фиксацией от развинчивания установлен палец штока поршня 29, а с другой стороны тяги в крышку цилиндра тяги установлен палец цилиндра 30 с фиксацией от развинчивания. За счет резьбового соединения штока поршня 23.1. и пальца штока поршня 29, можно отрегулировать длину тяги путем закручивания или выкручивания, соответственно уменьшить или увеличить ее с последующей фиксацией от развинчивания. В зависимости от потребностей на корпус пружинной тяги 2 может быть установлен защитный кожух 31. Пакет пружин, который может состоять, но не ограничиваясь из тарельчатых, волновых пружин, резиново-полимерного пакета, имеющего упругую деформацию, пневматического или гидравлического пакета или иной пружинной конструкции, выполняющей заложенную роль пружин в тяге, которая должна быть рассчитана таким образом, чтобы обеспечить герметичное соединение ответного фланца с учетом количества зажимов на соединительной муфте.

На корпусе 3 муфты и верхнем подвижном кольце 11.1 опорно-поворотного устройства установлены знаки визуализации 32 положений работы зажимов соединительной муфты: центральное или «0» положение, когда тяги находятся в максимально сжатом состоянии, а зажимы «закрыты», т.е. в положении захвата ответного фланца. При этом с одной стороны от центрального положения находится зона «открытых» зажимов, как показано на фиг. 8 и 9, указана как положительная «+» зона, а с другой стороны находится зона «закрытых» зажимов на фиг. 7, указана как отрицательная «-» зона.

Принцип работы соединительной муфты с приводом следующий. Оператор подводит соединительную муфту к ответному соединяемому фланцу. Зажимы муфты полностью открыты, привод 4 (показан гидроцилиндр) находится в открытом положении, шток выдвинут, за счет чего верхнее подвижное кольцо 11.1 опорно-поворотного устройства с установленными на нем пружинными тягами 2 и знаками визуализации 32 положений работы зажимов, которые указывают на крайнее положение в положительной «+» зоне – зажимы открыты. В таком положении тяга тянет зажим и открывает его. За счет направляющих – центраторов 5 происходит позиционирование и выравнивание ответного фланца. После того, как ответный фланец зашел между направляющих - центраторов и соприкасается с стыковочным фланцем, оператор дает команду на привод 4 на соединение муфты. Привод втягивает шток, происходит движение верхнего подвижного кольца 11.1 опорно-поворотного устройства с установленными пружинными тягами, которые давят на зажим и опускают его. Дойдя до центрального положения («0» зона), пружинные тяги находятся в одной плоскости с зажимами и имеют минимальную длину за счет сжатия пружин, ответный фланец прижат зажимами. Привод продолжает втягивать шток до полного упора и остановки штока. В этом положении, как показано на фиг. 7 верхнее подвижное кольцо 11.1 опорно-поворотного устройства с установленными тягами заходит в отрицательную «-» зону и останавливается, т.к. шток исполнительного устройства полностью втянут. В этом положение фланец соединительной муфты прижат зажимами к ответному фланцу соединяемого трубопровода с такой силой (рассчитывается с учетом рычагов и пружин муфты) чтобы обеспечить герметичное соединение. В случае увеличения давления, возникновения внешних сил на разъединение соединительной муфты, т.е. возникновения сил разжимающих (поднимающих) зажимы, реакция от подъема зажима передается на пружинную тягу при этом направление вектора реакции силы направлено в отрицательную «-» зону и далее передается на верхнее подвижное кольцо 11.1 опорно-поворотного устройства, которое не может провернутся в виду установленного на него привода с полностью втянутым штоком, который находится в положении упора, т.о. данное положение зажимов на соединительной муфте можно назвать положением «в замке». Разъединение соединительного и ответного фланцев происходит в обратном порядке, оператор дает команду на разъединение, шток 12 привода начинает выдвигаться, тяги тянут за зажимы, которые поднимаются и освобождают ответный фланец. Техническое решение также допускает противоположную установку привода, когда шток выдвинут в положении «в замке», а движение штока привода обеспечивает вращение верхнего кольца опорно-поворотного устройства и работу зажимов.

В зависимости от материального исполнения, соединительная муфта с приводом может применяться для соединения трубопроводов любых жидких и газообразных продуктов в том числе с криогенными температурами. Для применения соединительной муфты с криогенными продуктами в конструкции муфты предусмотрены каналы продувки 33 инертным газом (азотом). Каналы продувки азотом предусмотрены в шарнире с выходом через фланец шарнира 9.1, являющийся стыковочным фланцем или с помощью отдельного подвода азота непосредственно в стыковочный фланец и дале в канал на присоединительной поверхности фланца, с последующим отводом или сбросом в атмосферу. Учитывая, что температура азота, как минимум сопоставима с температурой окружающей атмосферы или азот может быть подогрет, на наружной поверхности соединительной муфты может поддерживаться температура, предотвращающая сильное обледенение и/или позволяет произвести быструю оттайку соединительной муфты для нормальной работы зажимов и быстрого отсоединение соединительной муфты. Для продуктов, не имеющих криогенную температуру каналы продувки инертным газом не обязательны.

Соединительные муфты устанавливают на стендерах, соединительных рукавах и ином оборудование, в основе которых есть подвижные трубопроводы за счет применения шарниров в своей конструкции, в частности, подвижным участком трубопровода является отвод 13, соединенный через фланец шарнира 9.2 (условно ротор) шарнира 9. Размещение соединительной муфты на фланце шарнира 9.1 (условно статор) шарнира позволяет уменьшить рабочую длину присоединительного горизонтального участка стендера, так как в большинстве случаев рядом с ответным фланцем имеется ограниченное пространство. За счет снижения рабочей длинны, снижается вес трубопроводов, вес стендера, а следовательно нагрузка на ответный фланец манифольда танкера и причал.

Техническое решение также позволяет использовать отдельный воротниковый фланец или плоский фланец (не фланец шарнира) в качестве соединительного фланца расположенного, например на трубопроводе, патрубке, отводе, трубной катушке с фланцем и т.д. в этом случае соединительная муфта может быть установлена отдельно от шарнира.

Благодаря новому техническому решению соединительной муфты с приводом обеспечивается герметичное быстроразъемное соединение двух фланцев трубопроводов. Операция по соединению и разъединению фланцев трубопровода безопасно выполняется одним оператором. Руки оператора не находятся в опасной области стыкуемых фланцев и зажимов. Управление производится удаленно подачей команды на привод в результате чего зажимы закрываются равномерно с одинаковой силой. За счет пружинных тяг, компенсируются отклонения толщины фланца. Благодаря регулировке длинны тяги и усилия пружины, возможно применение нестандартных ответных фланцев. Механизм зажимов, тяг, закрепленных на поворотном кольце опорного устройства и привода, шток которого находится в положении упора обеспечивает надежное соединение «в замок», полностью исключающее раскрытие зажимов. Применение в конструкции стыковочного фланца, который одновременно является фланцем шарнира позволяет существенно сократить рабочий размер соединительной муфты, снизить радиальные нагрузки на шарнир и трубопровод и снизить габариты и вес всего оборудования.

Изобретение относится к области трубопроводного транспорта и относится к соединительным муфтам и предназначено для разъемного соединения двух примыкающих фланцев трубопроводов, в частности находится в составе стендеров, загрузочных, погрузочных, перегрузочных рукавов, шарнирно-сочлененных трубопроводов и манипуляторов, загрузочных рычагов, шланговых и бункеровочных установок и других устройств отгрузки и перелива жидких и газообразных продуктов. Соединительная муфта трубопроводов с приводом включает в себя стыковочный фланец с уплотнителем и установленным на него корпусом соединительной муфты с проушинами крепления по меньшей мере трех направляющих - центраторов и по меньшей мере двух зажимов, равноудаленных по окружности корпуса соединительной муфты, где стыковочный фланец является, но не ограничиваясь, фланцем шарнира трубопровода и может иметь каналы для продувки инертным газом и датчики контроля соединения, при этом оба зажима имеют скобообразную форму с перемычкой между дугами скобы и управляются пружинной тягой, которая соединена с опорно-поворотным устройством с подвижным кронштейном привода, где последний установлен на неподвижный кронштейн опорного кольца. При этом техническое решение позволяет применять стыковочный фланец, расположенный непосредственно на трубопроводе или его отрезке, что не снижает основных характеристик стыковочной муфты с приводом. 17 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Соединительная муфта трубопроводов с приводом, включающая в себя стыковочный фланец с уплотнителем и установленным на него корпусом соединительной муфты с проушинами крепления, по меньшей мере трех направляющих – центраторов и по меньшей мере двух зажимов, равноудаленных по окружности корпуса соединительной муфты и отличающаяся тем, что стыковочный фланец является, но не ограничиваясь, фланцем шарнира трубопровода и может иметь каналы для продувки инертным газом и датчики контроля соединения, при этом оба зажима имеют скобообразную форму с перемычкой между дугами скобы и управляются пружинной тягой, которая соединена с опорно-поворотным устройством с подвижным кронштейном привода, где последний установлен на неподвижный кронштейн опорного кольца.

2. Соединительная муфта по п.1, отличающаяся тем, что одна из дуг скобы зажима крепится осью к проушинам крепления зажима на корпусе соединительной муфты и имеет ограниченную корпусом муфты подвижность с вращением вокруг оси, а другая дуга скобы зажима прижимает ответный фланец трубопровода и имеет искробезопасные губки в месте сопряжения с ответным фланцем.

3. Соединительная муфта по п.1, отличающаяся тем, что пружинная тяга, крепится подвижными соединениями с одной стороны на зажиме пальцем штока поршня, а с другой стороны на верхнем подвижном кольце опорно-поворотного устройства пальцем цилиндра и имеет цилиндр тяги с фланцем и крышкой с размещенным внутри пакетом пружин, который поджимается поршнем цилиндра тяги, на штоке которого с другой стороны имеется резьба и установлена гайка с фланцем и фиксатором от раскручивания, при этом фланец гайки является опорой верхней пружины, упирающейся с другой стороны в фланец цилиндра тяги.

4. Соединительная муфта по п.1 или 3, отличающаяся тем, что палец штока поршня и палец цилиндра имеют, но не ограничиваясь, резьбовое соединение соответственно с штоком поршня и с цилиндром тяги с фланцем с фиксаторами от раскручивания.

5. Соединительная муфта по п.1 или 3, отличающаяся тем, что подвижные соединения крепления пружинной тяги являются, но не ограничиваясь, сферической или шарнирной опорой или наконечником.

6. Соединительная муфта по п.1 или 3, отличающаяся тем, что пакет пружин состоит, но не ограничиваясь, из тарельчатых, волновых пружин и на пружинную тягу может быть установлен защитный кожух.

7. Соединительная муфта по п.1, отличающаяся тем, что нижнее неподвижное кольцо опорно-поворотного устройства закреплено на корпусе соединительной муфты и прижато опорным кольцом с неподвижным кронштейном привода, зафиксированном на корпусе соединительной муфты, а верхнее подвижное кольцо опорно-поворотного устройства соединено с пружинными тягами подвижными соединениями, имеет подвижный кронштейн привода и знак визуализации положений зажимов.

8. Соединительная муфта по п.1 или 7, отличающаяся тем, что привод имеет прямолинейное поступательное движение и закреплен с одной стороны на неподвижном кронштейне привода, а с другой стороны на подвижном кронштейне привода, обеспечивая вращение вокруг своей оси верхнее подвижное кольцо опорно-поворотного устройства.

9. Соединительная муфта по п.1 или 8, отличающаяся тем, что привод может быть гидравлическим или пневматическим и/или электрическим.

10. Соединительная муфта по п.1, отличающаяся тем, что фланец шарнира трубопровода может быть фланцем ротора или статора шарнира.

11. Соединительная муфта по п.1 или 10, отличающаяся тем, что стыковочный фланец может быть фланцем трубопровода.

12. Соединительная муфта по п.1, или 10, или 11, отличающаяся тем, что стыковочный фланец может иметь вход, выход и канал для продувки инертным газом.

13. Соединительная муфта по п.1, или 10, или 11, отличающаяся тем, что стыковочный фланец может иметь в своей конструкции датчик контроля соединения с ответным фланцем трубопровода.

14. Соединительная муфта по п.1, отличающаяся тем, что направляющие – центраторы имеют в своей конструкции противоударные демпферные наконечники и могут быть установлены на проушины крепления зажимов или отдельные кронштейны, установленные на корпусе, и могут иметь регулировку под ближайшие типоразмеры ответных фланцев.

15. Соединительная муфта по п.1, отличающаяся тем, что уплотнитель стыковочного фланца изготовлен из материала, предназначенного для применения с транспортируемым по трубопроводу продуктом и обеспечивающего герметичное соединение ответного фланца.

16. Соединительная муфта по п.3, отличающаяся тем, что шток поршня пружинной тяги может иметь канал смазки с цилиндром и пакетом пружин в цилиндре тяги с фланцем, а весь узел имеет уплотнители смазки и кольцо грязевик.

17. Соединительная муфта по п.7, отличающаяся тем, что знак визуализации положений зажимов расположен на верхнем подвижном кольце опорно-поворотного устройства, а ответные знаки визуализации положений зажимов расположены на корпусе соединительной муфты.

18. Соединительная муфта по п.15, отличающаяся тем, что транспортируемый продукт представляет собой: нефть, нефтепродукты, жидкие химические продукты, сжиженный природный газ, газовый конденсат, отпарной газ и другие жидкие, газообразные и текучие продукты с различными температурами.