Автомат аварийного отключения газопровода

 

Изобретение относится к области арматуростроения и может быть использовано в газовой промышленности при транспортировке газа по трубопроводам. Автомат аварийного отключения газопровода включает корпус, полость которого соединена с газопроводом, клапан, формирующий управляющий сигнал отключения газопровода, упругий чувствительный элемент, имеющий заданный порог срабатывания и управляющий клапаном, и образующий в корпусе статический и динамический рабочие объемы. Объемы сообщаются между собой через дроссель. Устройство настройки порога срабатывания имеется в автомате. В корпусе установлена упругая деформируемая герметичная камера. Камера заполнена осушенным инертным газом, и в нее помещены чувствительный элемент и дроссель. При этом устройство настройки и клапан подсоединены к упругой камере с помощью герметичных упругих деформируемых элементов. Изобретение повышает надежность автомата. 20 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области арматуростроения и может быть использовано в газовой промышленности при транспортировке газа по трубопроводам.

Известен автомат аварийного отключения газопровода, содержащий распределитель, в корпусе которого размещен золотник и полости управления которого связаны с выходами датчиков скоростного напора, установленных в газопроводе и снабженных отверстиями малого сечения для прохода газа (1).

Известен также автомат аварийного отключения газопровода при его повреждении, содержащий датчик изменения скорости падения давления в газопроводе с баллонами, соединенными с газопроводом через отверстия малого диаметра (2).

Недостатком известных конструкций является наличие отверстий малого сечения для перетекания перекачиваемого по трубопроводу газа, которые в эксплуатационных условиях забиваются жидкими или механическими включениями, присутствующими в газе, что приводит к несрабатыванию или ложному срабатыванию автомата.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является автомат аварийного отключения газопровода, включающий корпус, полость которого соединена с газопроводом, клапан (золотник), формирующий управляющий сигнал отключения газопровода, упругий чувствительный элемент, выполненный в виде сильфона, имеющий заданный порог срабатывания и управляющий клапаном и образующий в корпусе статический и динамический рабочие объемы, сообщающиеся между собой через дроссель, перепад давления на котором зависит от скорости спада давления в газопроводе и воспринимается чувствительным элементом, деформация которого преобразуется в сигнал, управляющий клапаном. При этом внутренняя полость сильфона, образующая динамический объем, и пространство снаружи сильфона, образующее статический объем, заполнены газом из газопровода. В автомате имеется пружинное устройство настройки порога срабатывания чувствительного элемента. При ввинчивании винта в тарелку пружина, подсоединенная к чувствительному элементу и поддерживающая через привод клапан в закрытом положении, изменяет натяг, определяющий порог срабатывания автомата (3).

Основным недостатком известной конструкции является ее низкая надежность и точность, вызванная возможностью засорения дросселя жидкими или механическими примесями в газе, что может приводить к ложному срабатыванию.

Кроме того, известная конструкция не обладает достаточно высокой надежностью и точностью, что обусловлено: а) сложностью перестройки и установки заданного порога срабатывания, который требует выбора проходного размера дросселя и его замены в зависимости от условий эксплуатации; б) низкой точностью поддержания заданного порога при изменениях температуры и давления в газопроводе из-за отсутствия системы коррекции порога срабатывания; в) возможностью утечек газа через клапан; г) сложностью конструкции (наличие ряда золотников- клапанов и каналов), что вызвано необходимостью ее защиты при различных эксплуатационных воздействиях; д) отсутствием жесткой фиксации порога срабатывания упругого чувствительного элемента; е) невозможностью установки низких величин порогов срабатывания из-за влияния привода управляющего клапана на чувствительный элемент.

Задачей настоящего изобретения является создание новой конструкции автомата аварийного отключения газопровода, обладающего высокой надежностью и достаточно высокой точностью работы в жестких эксплуатационных условиях.

Поставленная задача решается тем, что в автомате аварийного отключения газопровода, включающем корпус, полость которого соединена с газопроводом, клапан, формирующий управляющий сигнал отключения газопровода, упругий чувствительный элемент, имеющий заданный порог срабатывания и управляющий клапаном и образующий в корпусе статический и динамический рабочие объемы, сообщающиеся между собой через дроссель, и устройство настройки порога срабатывания, согласно изобретению, в корпусе установлена упругая деформируемая герметичная камера, заполненная осушенным инертным газом, в которую помещены чувствительный элемент и дроссель, при этом устройство настройки и клапан подсоединены к упругой камере с помощью герметичных упругих деформируемых элементов.

Упругая камера может быть выполнена в виде сильфона с жестким дном.

Недеформируемый объем гофров сильфона с жестким дном может быть заполнен несжимаемыми вкладышами.

Кроме того, гофры сильфона могут быть выполнены с изменяющейся по радиальному направлению толщиной, при этом наименьшая толщина соответствует среднему радиусу сильфона.

Герметичные упругие элементы могут быть выполнены в виде сильфонов с жестким дном.

Упругий чувствительный элемент может быть выполнен в виде мембраны, имеющей два устойчивых положения.

Мембрана может быть установлена между деталями, повторяющими ее форму в устойчивых положениях и имеющими сквозные отверстия.

Дроссель может быть выполнен в виде канала с изменяющимися размерами, что достигается с помощью выполнения канала из перемещающихся друг относительно друга деталей.

Дроссель может быть выполнен в виде усеченного конуса, притертого к стенкам канала и установленного между тарельчатыми пружинами, имеющими сквозные отверстия.

Кроме того, между устройством настройки и дросселем может быть установлена рычажная система коррекции положения деталей дросселя.

Рычажная система коррекции может содержать термочувствительный элемент, деформирующийся под действием температуры.

Термочувствительный элемент может быть выполнен в виде биметаллической пружины.

Рычажная система коррекции может содержать датчик давления, подключенный к газопроводу.

Рычажная система коррекции может содержать нелинейный преобразователь деформации датчика давления.

Нелинейный преобразователь может образовывать кинематическую пару, ведущее звено которой выполнено в виде качающегося углового рычага, одно из плеч которого снабжено роликом, а другое шарнирно подсоединено к ведомому звену, выполненному в виде рычага с телескопическим плечом.

Упругая деформируемая герметичная камера может быть выполнена в виде датчика давления.

Чувствительный элемент может быть снабжен усилителем срабатывания.

Усилитель срабатывания может быть выполнен в виде ломающегося рычага, подпертого усилительной пружиной и тягой, открывающей клапан, при этом одно из плеч рычага снабжено консольным выступом, а мембрана снабжена штоком, имеющим зацеп за консольный выступ.

Статический и динамический рабочие объемы могут быть соединены каналом, шунтирующим дроссель и запираемым устройством задержки.

Устройство задержки может быть выполнено в виде двух камер, сообщающихся через дроссель, в каждой из которых установлен герметичный сильфон с жестким подвижным дном, при этом оба сильфона заполнены незамерзающей жидкостью и сообщаются между собой через жидкостной дроссель, а одна из камер подключена к каналу, шунтирующему дроссель, при этом дно одного из сильфонов соединено с клапаном, запирающим этот канал.

Клапан может быть выполнен в виде шарового крана, шток которого снабжен поворотной пружиной и эксцентриковым диском с зацепом, взаимодействующим с тягой усилителя срабатывания.

Такая конструкция автомата аварийного отключения газопровода за счет установки в корпусе упругой деформируемой герметичной камеры, заполненной осушенным инертным газом, в которую помещены чувствительный элемент и дроссель, и выполнения подсоединения устройства настройки и клапана к упругой камере с помощью герметичных упругих деформируемых элементов, причем упругая деформируемая герметичная камера может быть выполнена в виде сильфона с жестким дном, а также возможное выполнение герметичных упругих элементов в виде сильфонов с жестким дном или гофрированных мембран, предопределяет создание герметичного рабочего объема, заполненного осушенным инертным газом и, вследствие этого, исключение засорения дросселя жидкими или механическими включениями, что способствует созданию высокой надежности и точности устройства.

Возможное заполнение недеформируемого объема гофров сильфона, образующего упругую камеру, несжимаемыми вкладышами, а также выполнение гофров с изменяющейся по радиальному направлению толщиной, при этом наименьшая толщина соответствует среднему радиусу сильфона, может повысить сжимаемость и деформационные свойства упругой камеры и, тем самым, увеличить чувствительность, а, следовательно, и точность преобразования давления газа в газопроводе в давление инертного газа, заполняющего упругую камеру. Отсутствие вкладышей привело бы к необходимости значительного увеличения объема упругой камеры и, следовательно, габаритов и массы устройства. Изменяющаяся по радиальному направлению толщина гофров позволяет увеличить рабочий ход сильфона и уменьшить габариты устройства.

Возможное выполнение упругого элемента в виде мембраны, имеющей два устойчивых положения, может обеспечить жесткий порог срабатывания и повысить его стабильность, а вместе с этим и точность срабатывания автомата.

Возможная установка мембраны между деталями, повторяющими ее форму в устойчивых положениях, может обеспечить защиту мембраны от перегрузок и тем самым сохранить стабильность порога срабатывания при эксплуатации.

Возможное выполнение дросселя в виде канала с изменяющимися размерами, выполненного с помощью деталей, способных к перемещению друг относительно друга, может упростить перестройку заданного порога срабатывания, а также исключить подбор и замену дросселя для различных или меняющихся условий эксплуатации, и этим повысить надежность устройства.

Возможное выполнение дросселя в виде усеченного конуса, притертого к стенкам канала и установленного между тарельчатыми пружинами, имеющими сквозные отверстия, может упростить конструкцию и установку заданного порога срабатывания и этим повысить надежность устройства.

Возможная установка рычажной системы коррекции между устройством настройки и дросселем, с возможностью изменения взаимного положения деталей дросселя, может повысить точность срабатывания автомата в условиях изменяющихся давления в трубопроводе и температуры окружающей среды.

Возможное содержание в рычажной системе коррекции термочувствительного элемента, деформирующегося под действием температуры, может повысить точность порога срабатывания автомата в условиях изменяющейся температуры.

Возможность выполнения термочувствительного элемента в виде биметаллической пружины может упростить конструкцию и повысить точность срабатывания автомата.

Возможное содержание в рычажной системе коррекции датчика давления, подключенного к газопроводу, может способствовать повышению точности порога срабатывания при изменениях давления газа в газопроводе, вызванных условиями эксплуатации.

Возможное содержание в рычажной системе коррекции нелинейного преобразователя деформации датчика давления, может способствовать достижению заданной характеристики порога срабатывания в широком диапазоне давлений в газопроводе, например, характеристики, независимой от величины давления или возрастающей с ростом давления, и тем самым повысить надежность и точность срабатывания автомата.

Возможность выполнения нелинейного преобразователя в рычажной системе коррекции в виде кинематической пары, ведущее звено которой выполнено в виде качающегося углового рычага, одно из плеч которого снабжено роликом, а другое шарнирно подсоединено к ведомому звену, выполненному в виде рычага с телескопическим плечом, упрощает конструкцию и повышает надежность устройства.

Возможность выполнения упругой деформируемой герметичной камеры в виде датчика давления, подключенного к газопроводу и входящего в рычажную систему, может способствовать упрощению конструкции и повышению точности срабатывания автомата.

Возможное снабжение чувствительного элемента усилителем срабатывания может уменьшить габариты устройства и исключить воздействие управляющего клапана на чувствительный элемент и этим повысить надежность работы автомата.

Возможное выполнение усилителя срабатывания в виде ломающегося рычага, подпертого усилительной пружиной и тягой, открывающей клапан, и при этом снабжение одного из плеч рычага консольным выступом, а мембраны штоком, имеющим зацеп за консольный выступ, может повысить надежность работы автомата.

Возможное соединение статического и динамического рабочих объемов каналом, шунтирующим дроссель, и запираемым устройством задержки может исключить ложное срабатывание устройства и повысить надежность работы устройства.

Возможное выполнение устройства задержки в виде двух камер, сообщающихся через дроссель, в каждой из которых установлен герметичный сильфон с жестким подвижным дном, при этом оба сильфона заполнены незамерзающей жидкостью и сообщаются между собой через жидкостной дроссель, а одна из камер подключена к каналу, шунтирующему дроссель, при этом дно одного из сильфонов соединено с клапаном, способным перекрыть этот канал, может повысить надежность работы автомата.

Возможное выполнение клапана в виде шарового крана, шток которого снабжен поворотной пружиной и эксцентриковым диском с зацепом, выполненным с взаимодействием с тягой усилителя срабатывания, может исключить утечки газа и ложные срабатывания, а также повысить быстродействие автомата, и тем самым повысить надежность его работы.

Сопоставительный анализ заявляемого автомата аварийного отключения газопровода и прототипа показывает, что в корпусе автомата установлена упругая деформируемая герметичная камера, заполненная осушенным инертным газом, в которую помещены чувствительный элемент и дроссель, при этом устройство настройки и клапан подсоединены к упругой камере с помощью герметичных упругих деформируемых элементов.

Упругая камера может быть выполнена в виде сильфона, недеформируемый объем гофров которого заполнен несжимаемыми вкладышами, а гофры сильфона могут быть выполнены с изменяющейся по радиальному направлению толщиной, при этом наименьшая толщина соответствует среднему радиусу сильфона; герметичные упругие деформируемые элементы могут быть выполнены в виде сильфонов с жестким дном или гофрированных мембран; упругий чувствительный элемент может быть выполнен в виде мембраны, имеющей два устойчивых положения; мембрана может быть установлена между жесткими деталями, повторяющими ее форму в устойчивых положениях и имеющими сквозные отверстия;
дроссель может быть выполнен в виде канала с изменяющимися размерами, что может быть достигнуто с помощью деталей, способных к перемещению друг относительно друга;
дроссель может быть выполнен в виде усеченного конуса, притертого к стенкам канала и установленного между тарельчатыми пружинами, имеющими сквозные отверстия;
между устройством настройки и дросселем может быть установлена рычажная система коррекции положения деталей дросселя;
рычажная система коррекции может содержать термочувствительный элемент, деформирующийся под действием температуры;
термочувствительный элемент может быть выполнен в виде биметаллической пружины;
рычажная система коррекции может содержать датчик давления, подключенный к газопроводу;
рычажная система коррекции может содержать нелинейный преобразователь деформации датчика давления;
нелинейный преобразователь в рычажной системе коррекции может быть выполнен в виде кинематической пары, ведущее звено которой выполнено в виде качающегося углового рычага, одно из плеч которого снабжено роликом, а другое шарнирно подсоединено к ведомому звену, выполненному в виде рычага с телескопическим плечом;
упругая деформируемая герметичная камера может быть выполнена в виде датчика давления, подключенного к газопроводу и входящего в рычажную систему;
упругий чувствительный элемент может быть снабжен усилителем срабатывания;
усилитель срабатывания может быть выполнен в виде ломающегося рычага, подпертого усилительной пружиной и тягой, открывающей клапан, при этом одно из плеч рычага снабжено консольным выступом, а мембрана снабжена штоком, имеющим зацеп за консольный выступ;
статический и динамический рабочие объемы могут быть соединены каналом, шунтирующим дроссель и запираемым устройством задержки;
устройство задержки может быть выполнено в виде двух камер, сообщающихся через дроссель, в каждой из которых установлен герметичный сильфон с жестким подвижным дном, при этом оба сильфона заполнены незамерзающей жидкостью и сообщаются между собой через жидкостной дроссель, а одна из камер подключена к каналу, шунтирующему дроссель, при этом дно одного из сильфонов соединено с клапаном, способным перекрыть этот канал;
клапан может быть выполнен в виде шарового крана, шток которого снабжен поворотной пружиной и эксцентриковым диском с зацепом, взаимодействующим с тягой усилителя срабатывания.

Таким образом, заявляемый автомат аварийного отключения газопровода соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого изобретения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники позволяет сделать вывод, что оно явным образом не следует из уровня техники и, следовательно, соответствует критерию "изобретательский уровень".

Возможное использование заявляемого изобретения в газовой промышленности обеспечивает ему соответствие критерию "промышленная применяемость".

Заявляемый автомат аварийного отключения газопровода изображен на прилагаемом чертеже, где на фиг. 1 представлен вид сверху автомата аварийного отключения газопровода с разрезом по С-С; на фиг. 2 - разрез по А-А; на фиг. 3 - выноска I разреза по А-А; на фиг. 4 - выноска II разреза по А- А; на фиг. 5 - выноска III разреза по А-А; на фиг. 6 - разрез по В-В.

Автомат аварийного отключения газопровода, включающий корпус 1, полость 2 которого соединена с газопроводом с помощью патрубка 3, клапан 4, формирующий управляющий сигнал отключения газопровода, упругий чувствительный элемент 5, имеющий заданный порог срабатывания и управляющий клапаном 4 и образующий в корпусе статический 6 и динамический 7 рабочие объемы, сообщающиеся между собой через дроссель 8 и устройство настройки порога срабатывания 9, согласно изобретению, в корпусе 1 установлена упругая деформируемая герметичная камера 10, заполненная осушенным инертным газом, в которую помещены чувствительный элемент 5 и дроссель 8, при этом устройство настройки 9 и клапан 4 подсоединены к рабочему статическому объему 6 упругой камеры 10 с помощью герметичных упругих деформируемых элементов 11.

Давление заполняющего упругую деформируемую герметичную камеру 10 инертного газа может выбираться, исходя из различных технологических соображений, однако оно должно быть меньше давления газа в газопроводе.

Упругая камера 10 может быть выполнена в виде сильфона с жестким дном 12, в котором недеформируемый объем гофров заполнен несжимаемыми вкладышами 13 (вкладыши 13 могут быть выполнены, например, в виде наборных секторов и удерживаться кольцевыми распорными пружинами).

Гофры сильфона могут быть выполнены с изменяющейся по радиальному направлению толщиной (фиг. 3), при этом наименьшая толщина гофров соответствует среднему радиусу сильфона 10.

Герметичные упругие деформируемые элементы 11 могут быть выполнены в виде сильфонов с жестким дном или гофрированных мембран.

Упругий чувствительный элемент 5 может быть выполнен в виде мембраны, имеющей два устойчивых положения и установленной между жесткими деталями 14 и 15, повторяющими ее форму в устойчивых положениях и имеющих сквозные отверстия 16.

Дроссель 8 может быть выполнен в виде канала, выполненного с помощью перемещающихся друг относительно друга деталей 17 и 18 (фиг. 4).

Дроссель 8 может содержать усеченный конус 17, притертый к стенкам канала и установленный между тарельчатыми пружинами 19, имеющими сквозные отверстия 20.

Между устройством настройки 9 и дросселем 8 может быть установлена рычажная система коррекции порога срабатывания 21, 22, 23, 24 с возможностью изменения взаимного положения деталей 17, 18 дросселя 8.

Рычажная система коррекции может содержать термочувствительный элемент 21, деформирующийся под действием температуры.

Термочувствительный элемент 21 может быть выполнен в виде биметаллической пружины (как показано на фиг. 2), а также может быть выполнен из материала с эффектом памяти формы или в виде герметичного сильфона, заполненного жидкостью с большим температурным коэффициентом объемного расширения.

Рычажная система коррекции может содержать датчик давления (не показан), подключенный к газопроводу. В качестве датчика давления может быть использована упругая деформируемая камера (сильфон 10 с жестким дном 12).

Рычажная система коррекции может содержать нелинейный преобразователь деформации датчика давления. Нелинейный преобразователь может быть выполнен в виде кинематической пары, ведущее звено которой может быть выполнено в виде качающегося углового рычага 24, одно из плеч которого снабжено роликом 25, а другое шарнирно подсоединено к ведомому звену 23, выполненному в виде рычага с телескопическим плечом. Другое плечо рычага 23 может быть шарнирно соединено с тягой 22 (входящей в рычажную систему коррекции), шарнирно подсоединенной к термочувствительному элементу 21. Нелинейный преобразователь может быть установлен в щелевой выборке (пазе) детали 14.

Чувствительный элемент 5 может быть снабжен усилителем срабатывания 26.

Усилитель срабатывания 26 может быть выполнен в виде ломающегося рычага 27 (фиг. 5), подпертого усилительной пружиной 28 (фиг. 2) и тягой 29, открывающей клапан 4, при этом одно из плеч рычага 27 (фиг. 5) может быть снабжено консольным выступом 30, а мембрана 5 может быть снабжена штоком 31, имеющим зацеп 32 за консольный выступ 30. Рабочее положение ломающегося рычага может быть обеспечено упором 33 и дополнительной пружинкой 34.

Статический 6 и динамический 7 рабочие объемы могут быть соединены каналом 35 (фиг. 2), переходящим в канал 36 (фиг. 6) и отверстие 37, шунтирующим дроссель 8 и запираемым устройством задержки 38. При этом в канале 35 располагается тяга 22 и термочувствительный элемент 21.

Устройство задержки может быть выполнено в виде двух камер 39 и 40 (фиг. 6), сообщающихся через дроссель 41, в каждой из которых установлен герметичный сильфон 42 с жестким подвижным дном 43, при этом оба сильфона могут быть заполнены незамерзающей жидкостью и сообщаться между собой через жидкостной дроссель 44, а одна из камер может быть подключена к каналу, шунтирующему дроссель 8, при этом дно 43 одного из сильфонов 42 может быть соединено с клапаном 45, способным перекрыть этот канал (отверстие 37). Сильфоны 42 устройства задержки могут иметь незначительную собственную жесткость, но при этом выдерживать значительные нагрузки по давлению, что обеспечивается заполнением их жидкостью.

Клапан 4 может быть выполнен в виде шарового крана (фиг. 1), шток 46 которого снабжен поворотной пружиной 47 и эксцентриковым диском 48 с зацепом 49 (фиг. 2), взаимодействующим с тягой 29 усилителя срабатывания 26. Выступы 50, расположенные на конце тяги 29, обеспечивают взведение автомата после срабатывания при повороте эксцентрикового диска 48. Один из патрубков 51 (фиг. 1) служит для подвода, а другой для отвода транспортируемого газа или газа из резервного баллона при срабатывании автомата.

Срабатывание автомата определяется, с одной стороны, жестко заданным порогом переключения ("перехлопывания") ΔP_м мембраны 5 из одного устойчивого положения в другое, который зависит от ее конструктивных параметров, а с другой, - разностью давлений ΔP_sd, возникающей между статическим 6 и динамическим 7 рабочими объемами, т. е. срабатывание автомата происходит, если
ΔP_sd≥ ΔP_м. (1)
Обозначая через - скорость падения давления в газопроводе,
k - коэффициент преобразования давления газа в газопроводе в давление инертного газа в упругой камере 10, τ - постоянная времени системы "статический объем 6 - дроссель 8", t - время, можно записать:

при t > τ приводит к выражению:

Постоянная времени системы "статический объем 6 - дроссель 8" может быть вычислена по формуле

где R_dr - проходное сопротивление дросселя 8, V_st - статический объем 6, P_ig - давление инертного газа в упругой камере 10.

Время срабатывания автомата от момента возникновения падения давления в газопроводе, с учетом времени, обусловленным устройством задержки, равно:
t_ср= t_з+(3...5)·τ. (5)
Для щелевой конструкции дросселя 8 проходное сопротивление можно представить в виде:

где μ - вязкость инертного газа, b - поперечный размер щели (расстояние между деталями 17 и 18), l - длина щели (длина усеченного конуса 17), S - площадь поперечного сечения щели (усредненная по длине дросселя 8 площадь кольца между конусом 17 и деталью 18).

Учитывая (1), (3) и (4), окончательно для порога срабатывания автомата можно записать:

Последнее выражение показывает, что перестройка порога срабатывания автомата при жестко заданном пороге переключения чувствительного элемента (мембраны) 5 наиболее просто может быть осуществлена путем изменения проходного сопротивления дросселя 8. Такое изменение может быть произведено либо путем изменения длины канала дросселя 8, либо изменением поперечного размера канала (щели) этого дросселя. Второй путь более удобен по конструктивным соображениям, что и предложено в заявляемом устройстве.

Задавая с помощью устройства настройки 9 автомата, которое может иметь шкалу, начальное взаимное положение деталей дросселя 8 (в данном случае, положение усеченного конуса 17 в детали 18), возможно задать порог срабатывания автомата по скорости падения давления в газопроводе, значение которой определяется требуемыми условиями эксплуатации.

Для повышения точности установленного порога срабатывания в условиях изменяющейся температуры, от которой зависит, в частности, вязкость газа и, следовательно, проходное сопротивление дросселя 8, достаточно в определенных пределах автоматически корректировать взаимное положение деталей дросселя 17, 18, что обеспечивается термочувствительным элементом 21, который может быть выполнен в виде биметаллической пружины, входящей в рычажную систему коррекции.

В случае, когда необходимо обеспечить заданную характеристику порога срабатывания по широкому диапазону давлений газа в газопроводе, например, поддерживать постоянную величину порога срабатывания вне зависимости от давления или обеспечить возрастание величины порога при возрастании давления, также достаточно изменять взаимное положение деталей дросселя 17, 18. Однако при этом рычажная система коррекции должна содержать датчик давления газа в газопроводе, деформация которого, преобразованная с помощью рычажной системы коррекции, будет соответствующим образом корректировать положение деталей дросселя при изменении давления в газопроводе.

Исходя из нелинейного характера зависимости коэффициента преобразования k и обратной пропорциональности порога срабатывания автомата от давления инертного газа, в соответствии с выражением (7), для получения заданной характеристики порога срабатывания по диапазону давлений возможно введение в рычажную систему коррекции нелинейного преобразователя деформации датчика давления. Конструктивные параметры такого преобразователя, в частности, соотношения плеч рычагов 23, 24 и угла между плечами рычага 24, рассчитываются при конструировании.

Перед началом эксплуатации автомата с помощью устройства 9 устанавливается необходимый порог срабатывания по скорости падения давления в газопроводе, при этом при повороте устройства настройки 9 его перемещение передается на термочувствительный элемент 21, который, выполняя роль рычага, поворачивается вокруг шарнирного соединения с тягой 22 и перемещает конус 17, устанавливая его в необходимое положение по отношению к детали 18 дросселя 8.

При подключении автомата аварийного отключения газопровода к газопроводу транспортируемый газ воздействует на деформируемую герметичную камеру 10, сжимая ее, преодолевая силу сопротивления, возникающую при упругой деформации камеры 10 и силу, обусловленную сжатием инертного газа в камере 10. При этом давление инертного газа в статическом 6 и динамическом 7 рабочих объемах, а также в камерах 39, 40 устройства задержки 38, выравнивается с некоторой задержкой, обусловленной наличием дросселей 8 и 41 и канала 35, 36, 37.

По прошествии некоторого времени давление инертного газа в камере 10 выравнивается и наступает режим "ожидания" автомата (рабочий режим), при котором давление газа в газопроводе, действующее на камеру 10, уравновешивается собственной упругостью камеры и давлением сжатого инертного газа, при этом дно 12 упругой камеры 10 занимает промежуточное положение между корпусом 1 и жесткой деталью 14.

При изменении температуры (например, суточные колебания) происходит соответствующее изменение давления сжатого инертного газа, заполняющего сильфон 10, при этом уравновешивание давления газа в газопроводе сохраняется за счет перераспределения компенсирующих сил, обусловленных упругостью сильфона 10 и давлением заполняющего его газа. Равенство давлений инертного газа в статическом 6 и динамическом 7 рабочих объемах, а также в камерах 39, 40 устройства задержки 38 при температурных колебаниях практически сохраняется, поскольку эти колебания происходят относительно медленно, а перетекание инертного газа из статического объема 6 в динамический 7 и обратно, а также перетекание газа между камерами 39 и 40 через дроссель 41 не может создать существенного перепада давлений на чувствительном элементе 5 или на сильфонах 42 устройства задержки 38.

Кроме того, при изменениях температуры термочувствительный элемент 21, деформируясь в ту или иную сторону (в зависимости от повышения или понижения температуры), воздействует на конус 17, изменяя его положение и корректируя величину щелевого зазора между деталями 17 и 18, определяющего проходное сопротивление дросселя 8.

Одновременно с этим температурные изменения давления инертного газа в упругой камере 10 вызывают соответствующие перемещения дна 12 сильфона 10, который выполняет роль датчика давления (разности давлений). Перемещение дна 12 воздействует на нелинейный преобразователь 23, 24 и через тягу 22 и термочувствительный элемент 21, выполняющий в данном случае роль рычага, также передается на конус 17, алгебраически суммируясь с температурной деформацией термочувствительного элемента 21.

То же самое относится и к вариациям давления газа в газопроводе, если при этом скорость изменения давления не превышает заданной величины порога срабатывания автомата.

При возникновении аварии давление газа в газопроводе начинает падать, что приводит к соответствующему падению давления в полости 2 корпуса 1 и перемещению дна 12 под действием упругой силы сжатого сильфона 10 и давления инертного газа в динамическом 7, статическом 6 объемах, а также в камере 40. Давление в камере 39 также начинает падать, но с задержкой, обусловленной наличием дросселя 41. При этом между камерами 39 и 40 возникает разность давлений, действующая на сильфоны 42, что приводит к постепенному перетеканию незамерзающей жидкости через жидкостной дроссель 44 из сильфона 42, который сжимается в камере 39, в другой сильфон 42, который растягивается в камере 40. Это перетекание вызывает перемещение дна 43 сильфона 42 в камере 40, которое соединено с клапаном 45. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока клапан 45 не перекроет отверстие 37, являющееся частью канала 35, 36, 37, шунтирующего дроссель 8, чем и задается время задержки при срабатывании автомата.

Если до момента перекрытия клапаном 45 отверстия 37 падение давления в газопроводе прекратится или начнет вновь возвращаться к прежнему значению ("просадка" давления), то процесс перетекания жидкости в сильфонах 42 пройдет в обратном порядке за счет собственной упругости этих сильфонов и возрастающего давления газа в газопроводе.

В случае, если спад давления не прекращается, то после перекрытия отверстия 37 клапаном 45 снижение давления в статическом объеме 6 резко замедлится за счет действия дросселя 8, и между динамическим 7 и статическим 6 объемами начнет нарастать разность давлений, которая будет воздействовать на чувствительный элемент (мембрану) 5. При достижении разностью давлений порога переключения мембрана 5 скачком перейдет в другое устойчивое состояние, при этом ее шток 31 зацепом 32, взаимодействующим с консольным выступом 30, "переломит" ломающийся рычаг 27, который отойдет своим центральным шарниром от упора 33 и, в свою очередь, позволит тяге 29 под действием пружины 28 переместиться, освобождая зацеп 49 эксцентрикового диска 48. Под действием пружины кручения 47 диск 48 повернется на 90^o вместе со штоком 46 шарового крана 4, открывая его. При этом газ из газопровода или из резервного баллона, который был подключен к одному из патрубков 51, в виде пневмосигнала срабатывания автомата поступит по другому патрубку 51 на пневмогидропривод линейного крана газопровода и перекроет его.

Для восстановления рабочего состояния автомата аварийного отключения газопровода (после ликвидации аварии) производится его взведение, при этом с помощью специального ключа, одеваемого на конец штока 46, производится поворот штока 46 шарового крана 4 на 180^o за четырехгранный хвостовик. Одновременно со штоком 46 поворачивается эксцентриковый диск 48, который, скользя по выступам 50 тяги 29, сначала закручивает поворотную пружину 47, а затем за счет специального профиля эксцентрикового диска 48 заставляет подняться тягу 29, сжимая пружину 28. При этом ломающийся рычаг 27 распрямляется и упирается в упор 33, чему способствует пружинка 34, а консольный выступ 30, упираясь в зацеп 32 штока 29 мембраны 5, заставляет ее переключиться в первоначальное устойчивое положение. Затем производится поворот штока 41 в обратном направлении, но на 90^o, при этом конец тяги 29, упираясь в зацеп 49, фиксирует положение эксцентрикового диска 48, а шаровый кран 4 устанавливается в закрытое положение. После взведения автомата специальный ключ снимается.

Источники информации:
1. Авторское свидетельство N 189271, кл. g 49/02, 17.11.66.

2. Андреев Г.С. Запорная арматура. -Л.: Недра, 1974, c. 66-71.

3. Гуревич Д. Ф. Защитно-предохранительные устройства нефтегазового оборудования. Справочное пособие. - Л.: Недра, 1991, с. 358-362.3

Формула изобретения

1. Автомат аварийного отключения газопровода, включающий корпус, полость которого соединена с газопроводом, клапан, формирующий управляющий сигнал отключения газопровода, упругий чувствительный элемент, имеющий заданный порог срабатывания и управляющий клапаном, и образующий в корпусе статический и динамический рабочие объемы, сообщающиеся между собой через дроссель, и устройство настройки порога срабатывания, отличающийся тем, что в корпусе установлена упругая деформируемая герметичная камера, заполненная осушенным инертным газом, в которую помещены чувствительный элемент и дроссель, при этом устройство настройки и клапан подсоединены к упругой камере с помощью герметичных упругих деформируемых элементов.

2. Автомат аварийного отключения газопровода по п.1, отличающийся тем, что упругая камера выполнена в виде сильфона с жестким дном.

3. Автомат аварийного отключения газопровода по п.2, отличающийся тем, что недеформируемый объем гофров сильфона заполнен несжимаемыми вкладышами.

4. Автомат аварийного отключения газопровода по п.2, отличающийся тем, что гофры сильфона выполнены с изменяющейся по радиальному направлению толщиной, при этом наименьшая толщина соответствует среднему радиусу сильфона.

5. Автомат аварийного отключения газопровода по п.1, отличающийся тем, что герметичные упругие элементы выполнены в виде сильфонов с жестким дном.

6. Автомат аварийного отключения газопровода по п.1, отличающийся тем, что упругий чувствительный элемент выполнен в виде мембраны, имеющей два устойчивых положения.

7. Автомат аварийного отключения газопровода по п.6, отличающийся тем, что мембрана установлена между деталями, повторяющими ее форму в устойчивых положениях и имеющими сквозные отверстия.

8. Автомат аварийного отключения газопровода по п.1, отличающийся тем, что дроссель выполнен в виде канала с изменяющимися размерами, что достигается с помощью выполнения канала из перемещающихся одна относительно другой деталей.

9. Автомат аварийного отключения газопровода по п.8, отличающийся тем, что дроссель выполнен в виде усеченного конуса, притертого к стенкам канала и установленного между тарельчатыми пружинами, имеющими сквозные отверстия.

10. Автомат аварийного отключения газопровода по пп.1 и 8, отличающийся тем, что между устройством настройки и дросселем установлена рычажная система коррекции положения деталей дросселя.

11. Автомат аварийного отключения газопровода по п.10, отличающийся тем, что рычажная система коррекции содержит термочувствительный элемент, деформирующийся под действием температуры.

12. Автомат аварийного отключения газопровода по п.11, отличающийся тем, что термочувствительный элемент выполнен в виде биметаллической пружины.

13. Автомат аварийного отключения газопровода по п.10, отличающийся тем, что рычажная система коррекции содержит датчик давления, подключенный к газопроводу.

14. Автомат аварийного отключения газопровода по пп.10 и 13, отличающийся тем, что рычажная система содержит нелинейный преобразователь деформации датчика давления.

15. Автомат аварийного отключения газопровода по п.14, отличающийся тем, что нелинейный преобразователь образует кинематическую пару, ведущее звено которой выполнено в виде качающегося углового рычага, одно из плеч которого снабжено роликом, а другое шарнирно подсоединено к ведомому эвену, выполненному в виде рычага с телескопическим плечом.

16. Автомат аварийного отключения газопровода по п.13, отличающийся тем, что датчиком давления является сильфон по п.2.

17. Автомат аварийного отключения газопровода по п.1, отличающийся тем, что чувствительный элемент снабжен усилителем срабатывания.

18. Автомат аварийного отключения газопровода по п.17, отличающийся тем, что усилитель срабатывания выполнен в виде ломающегося рычага, подпертого усилительной пружиной и тягой, открывающей клапан, при этом одно из плеч рычага снабжено консольным выступом, а мембрана снабжена штоком, имеющим зацеп за консольный выступ.

19. Автомат аварийного отключения газопровода по п.1, отличающийся тем, что статический и динамический рабочие объемы соединены каналом, шунтирующим дроссель, и запираемым устройством задержки.

20. Автомат аварийного отключения газопровода по п.19, отличающийся тем, что устройство задержки выполнено в виде двух камер, сообщающихся через дроссель, в каждой из которых установлен герметичный сильфон с жестко подвижным дном, при этом оба сильфона заполнены незамерзающей жидкостью и сообщаются между собой через жидкостный дроссель, а одна из камер подключена к каналу, шунтирующему дроссель, при этом дно одного из сильфонов соединено с клапаном, запирающим этот канал.

21. Автомат аварийного отключения газопровода по пп.1 и 18, отличающийся тем, что клапан выполнен в виде шарового крана, шток которого снабжен поворотной пружиной и эксцентриковым диском с зацепом, взаимодействующим с тягой усилителя срабатывания.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6