Концевой затвор для камер магистральных трубопроводов

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

 

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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