Узел клапана
Изобретение относится к горному делу, а именно к клапанным устройствам. Техническим результатом является предотвращение нежелательного загрязнения окружающей среды во время соединения и отсоединения быстроразъемного ниппеля и соединительного блока. Узел клапана содержит неподвижную часть (2; 6) и втулку (3; 7). Втулка (3; 7) сконструирована с возможностью поворота отверстия (33; 72) до совмещения его с каналом, с тем чтобы обеспечить прохождение жидкости через канал и отверстие (33; 72), когда втулка (3; 7) находится в открытой позиции. Втулка (3; 7) сконструирована с возможностью поворота отверстия (33; 72) от канала, с тем чтобы не пропускать жидкость через канал, когда втулка (3; 7) находится в закрытой позиции. Неподвижная часть (2; 6) и втулка (3; 7) образуют кольцевое пространство между неподвижной частью и втулкой (3; 7). Кольцевое пространство ограничено в осевом направлении двумя уплотнительными элементами в осевых направлениях втулки (3; 7) и неподвижной части (2; 6). Один из двух уплотнительных элементов расположен на одной стороне канала, а второй из двух уплотнительных элементов расположен на противоположной стороне канала. Кольцевое пространство имеет жидкостную связь с каналом неподвижной части (2; 6). 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 15 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к узлу клапана и к соединению двух узлов клапана. Более конкретно, узел клапана предназначен для отсечки потока жидкости таким образом, чтобы предотвратить его последующее протекание, при этом два компонента, каждый из которых содержит узел клапана согласно изобретению, можно отделить друг от друга, используя небольшое усилие и не уменьшая давление в системе.
Уровень техники
Известно применение клапана для того, чтобы перекрывать поток жидкости в трубопроводе. Как известно, для этой цели применяется несколько типов клапанов. В частности, одна группа клапанов, известная как четвертьоборотные клапаны, включает, например, шаровые клапаны, дисковые поворотные клапаны и крановые клапаны. Отличительная особенность шарового клапана состоит в том, что затворный элемент клапана имеет форму шара. Такой затворный элемент клапана, называемый далее шаром, имеет сквозное отверстие. Когда отверстие шара расположено соосно с продольным направлением клапана, которое определено как направление между центром входного отверстия и центром выходного отверстия, жидкость проходит через клапан. Когда отверстие шара расположено перпендикулярно продольному направлению клапана, клапан является закрытым. Шаровой клапан имеет простую конструкцию уплотнений. Одно уплотнение ровно и герметично прилегает к шару со стороны, обращенной к входному отверстию клапана, а другое уплотнение ровно и герметично прилегает к шару со стороны, обращенной к выходному отверстию клапана. Это предотвращает проникновение жидкости между поверхностью шара и внутренней оболочкой корпуса клапана. Такая утечка является нежелательной.
Крановый клапан содержит цилиндрический плунжер или пробку, сужающуюся в форме усеченного конуса. Крановый клапан может иметь одно или несколько сквозных отверстий или может представлять собой, так называемый, 3-ходовой клапан с несколькими каналами, выполненными внутри пробки. Такие крановые клапаны известны, например, из лабораторного оборудования и могут быть изготовлены из стекла. Кольцевое пространство, образующееся между поверхностью пробки и корпусом клапана, может быть заполнено смазкой для облегчения вращения пробки.
В области подводной технологии давно принято передавать гидравлическую энергию, например, с подводного судна, часто называемого ROV (Remote Operated Vehicle, дистанционно управляемый подводный аппарат), при помощи соединительной оправки, называемой специалистами в данной области также "hot stab" (быстроразъемный ниппель). Такой быстроразъемный ниппель может быть помещен в соединительный блок, который относится к неподвижной подводной установке или к временно установленному элементу оборудования или оснастки. Соединительный блок имеет сквозное отверстие для ввода быстроразъемного ниппеля. Благодаря этому, носовая часть быстроразъемного ниппеля не упирается в поверхность и не повреждается. ROV имеет значительный вес и дистанционное управление, при этом под действием водных течений ROV и его оборудование может с большой силой сталкиваться с другими конструкциями.
Быстроразъемный ниппель может содержать и обычно содержит несколько трубопроводов для различных жидкостных контуров. Каналы быстроразъемного ниппеля совмещаются с соответствующими каналами соединительного блока, когда быстроразъемный ниппель находится в рабочей позиции в соединительном блоке. Такие быстроразъемные ниппели в большой степени стандартизированы и хорошо известны специалистам в данной области техники.
Во время соединения или отсоединения быстроразъемного ниппеля и соединительного блока жидкостные контуры должны быть отсечены, при этом соединение/отсоединение может происходить без необходимости преодолевать силы давления жидкости. Несмотря на то, что быстроразъемный ниппель уравновешен по давлению во время отсечки, создание повышенного давления увеличивает силу трения уплотнения, поэтому в особенности при отсоединении приходится преодолевать силу трения уплотнения. Отсечка жидкостных контуров осуществляется при помощи запорных клапанов, установленных в жидкостных каналах, подходящих к соединительному блоку, и запорных клапанов, установленных в жидкостных каналах, подходящих к быстроразъемному ниппелю.
Прохождение жидкости через соединение во время выполнения операций соединения или отсоединения является нежелательным, и это представляет собой предмет строгих регламентных требований. Для того чтобы в максимально возможной степени уменьшить протекание, клапаны устанавливают в максимально возможной близости к выходной части жидкостных контуров. В быстроразъемном ниппеле управляемые запорные клапаны, как известно, устанавливают непосредственно в выходной части жидкостных трубопроводов. Однако известные запорные клапаны не являются абсолютно непроницаемыми, и, кроме того, они не могут выдерживать полное давление в системе.
Во многих случаях замена соединительного блока не представляется возможной, поэтому в некоторых областях применения из соображений безопасности требуется устанавливать двойной комплект запорных клапанов для каждого жидкостного трубопровода. Таким образом, соединительный блок, имеющий три жидкостных трубопровода, в зависимости от регламентных и/или системных требований может содержать от 3 до 6 клапанов, связанных с аппаратурой для их управления.
Патентная публикация WO 89/03002 описывает муфтовое соединение для применения в морских условиях в нефтяной промышленности. Муфтовое соединение состоит из охватываемого элемента и охватывающего элемента. Стенка охватывающего элемента образует цилиндрическую полость и содержит радиальные отверстия для прохождения жидкости. Нижняя часть полости снабжена соединительным механизмом. Со стороны, обращенной к полости охватывающего элемента, стенка имеет первую втулку, установленную с возможностью вращения и называемую далее наружной втулкой. Наружная втулка образует поворотный закрывающий элемент. Внутренняя сторона наружной втулки имеет небольшую конусность и наибольший диаметр в той части, которая обращена к открытому концу охватывающего элемента, а наименьший диаметр - в той части, которая обращена к нижней части полости. Наружная втулка имеет радиальные отверстия. В открытой позиции радиальные отверстия стенки совмещаются с радиальными отверстиями в наружной втулке. Когда наружная втулка повернута в закрытую позицию, радиальные отверстия стенки закрыты непроницаемой частью наружной втулки. Описана также конструкция уплотнений, содержащая два концентрично расположенных уплотнения, которые концентрично окружают радиальное отверстие, и еще одно каплеобразное уплотнение, которое окружает как отверстие в стенке, так и отверстие в наружной втулке, когда наружная втулка находится в закрытой позиции. В результате этого жидкость не может проникать в кольцевое пространство, образованное между стенкой и наружной втулкой. Охватываемый элемент входит в качестве сопрягаемого узла в охватывающий элемент. Охватываемый элемент содержит оправку, на одном конце которой предусмотрен соединительный механизм, выполненный с возможностью временного запирания охватывающего элемента при помощи запорного механизма. В оболочке охватываемого элемента предусмотрены радиальные отверстия, соединяющиеся с каналами оправки. Эти каналы частично проходят в осевом направлении внутри оправки. Часть оправки охватываемого элемента, которая расположена вблизи запорного механизма охватываемого элемента, окружена второй втулкой, которая установлена с возможностью поворота и называется далее внутренней втулкой. Внутренняя втулка снабжена радиальными отверстиями. В принципе, внутренняя втулка взаимодействует с оправкой таким же образом, как наружная втулка взаимодействует со стенкой наружной втулки, и может находиться в открытой позиции и закрытой позиции. Между оправкой и внутренней втулкой охватываемый элемент имеет такую же конструкцию уплотнений, как описано выше. Благодаря этому, жидкость не может проникать в кольцевое пространство, образованное между оправкой и внутренней втулкой. Наружная часть внутренней втулки имеет небольшую конусность с наименьшим диаметром вблизи запорного механизма охватываемого элемента. Когда запорный механизм охватываемого элемента соединяется с запорным механизмом охватывающего элемента, наружная часть внутренней втулки входит в качестве сопрягаемой детали внутрь наружной втулки. Муфтовое соединение содержит направляющую, при этом радиальные отверстия наружной втулки совмещаются с радиальными отверстиями внутренней втулки. Муфтовое соединение содержит также два кольцевых уплотнительных элемента, расположенных между радиальными отверстиями наружной втулки и внутренней втулкой. После фиксации муфтового соединения открывается жидкостное сообщение между охватывающим элементом и охватываемым элементом при одновременном повороте наружной втулки и внутренней втулки из закрытой позиции в открытую позицию. При отсоединении вначале осуществляется поворот наружной и внутренней втулки из открытой позиции в закрытую позицию, а затем - активирование запорного механизма, после чего охватываемый элемент может быть выведен из охватывающего элемента.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является предотвращение нежелательного загрязнения окружающей среды во время соединения и отсоединения быстроразъемного ниппеля и соединительного блока. Другая задача заключается в том, чтобы упростить указанную сложную конструкцию клапана.
Еще одна задача состоит в том, чтобы устранить или уменьшить по меньшей мере один из недостатков известного уровня техники или по меньшей мере обеспечить полезную альтернативу известному уровню техники.
Эти задачи решены в соответствии с признаками, раскрытыми в приведенном ниже описании и прилагаемой формуле изобретения.
В первом аспекте предложен узел клапана, содержащий неподвижную часть, снабженную по меньшей мере одним каналом, и втулку, установленную с возможностью поворота и снабженную по меньшей мере одним отверстием, при этом:
- втулка сконструирована с возможностью поворота отверстия до совмещения его с каналом, с тем чтобы обеспечить прохождение жидкости через канал и отверстие, когда втулка находится в открытой позиции;
- втулка сконструирована с возможностью поворота отверстия от канала, с тем чтобы не пропускать жидкость через канал и отверстие, когда втулка находится в закрытой позиции;
- между неподвижной частью и втулкой образовано кольцевое пространство; и
- кольцевое пространство аксиально ограничено двумя уплотнительными элементами в осевых направлениях втулки и неподвижной части, при этом один из двух уплотнительных элементов расположен на одной стороне канала, а второй из двух уплотнительных элементов расположен на противоположной стороне канала, и при этом кольцевое пространство имеет жидкостную связь с каналом неподвижной части.
Когда клапан выполнен в виде охватываемого элемента, указанное кольцевое пространство, по существу, может быть дополнительно ограничено уплотнительным элементом, окружающим указанное отверстие в части, обращенной к указанному кольцевому пространству. Указанный канал в части, обращенной к кольцевому пространству, может быть снабжен выточкой, проходящей по периферии и образующей канал за уплотнительным элементом, когда втулка находится в открытой позиции. Это позволяет уравновесить давление в кольцевом пространстве с жидкостью, находящейся в канале неподвижной части, независимо от нахождения клапана в открытой или закрытой позиции. Поверхность неподвижной части охватываемого элемента на участке, расположенном вокруг канала, может быть выполнена в виде сферической части, проходящей по периферии вокруг неподвижной части. Охватываемый элемент может представлять собой быстроразъемный ниппель. Канал может иметь жидкостную связь с осевым каналом в неподвижной части охватываемого элемента, а также может иметь жидкостную связь с ближним каналом на наружной поверхности неподвижной части.
Когда клапан выполнен в виде охватывающего элемента, указанное кольцевое пространство может быть дополнительно ограничено кольцевым уплотнительным элементом, окружающим отверстие. Наружная поверхность оболочки втулки охватывающего элемента на участке, расположенном вокруг отверстия втулки, может иметь сферическую часть, проходящую по периферии вокруг наружной поверхности оболочки втулки. Охватывающий элемент может быть выполнен в виде соединительного блока, в который входит указанный охватываемый элемент в качестве сопрягаемого узла.
В альтернативном варианте осуществления охватывающий элемент и втулка могут содержать дополнительное отверстие, при этом оба отверстия могут быть выполнены с возможностью установления жидкостной связи друг с другом, когда втулка находится в закрытой позиции; при этом указанные отверстия могут быть выполнены таким образом, чтобы они имели жидкостную связь с третьим кольцевым пространством; каждое из указанных отверстий может быть снабжено винтовым элементом; указанный винтовой элемент может быть выполнен с возможностью установления жидкостной связи по выбору с резервуаром для гидравлической жидкости и с окружающей жидкостью; винтовой элемент может быть выполнен с возможностью установления жидкостной связи с насосом через запорный клапан; а насос может быть выполнен с возможностью установления жидкостной связи со сборником через запорный клапан. Достоинство этого варианта осуществления заключается в том, что он обеспечивает перед началом работы заполнение третьего кольцевого пространства гидравлической жидкостью, что исключает загрязнение гидравлической жидкости окружающей жидкостью, которая, как правило, представляет собой морскую воду, и при этом перед отсоединением третье кольцевое пространство заполняется окружающей жидкостью, при этом гидравлическая жидкость не поступает в окружающую среду. Смесь гидравлической жидкости и окружающей жидкости хранится в сборнике, что исключает загрязнение окружающей среды, и впоследствии может быть передана на соответствующую дополнительную обработку.
Второй аспект изобретения обеспечивает способ соединения и отсоединения описанных выше охватываемого элемента и охватывающего элемента, исключающий загрязнение окружающей среды и содержащий следующие операции:
a) ввод охватываемого элемента в охватывающий элемент;
b) замена окружающей жидкости в третьем кольцевом пространстве на гидравлическую жидкость при помощи насоса, как описано выше, путем всасывания гидравлической жидкости в кольцевое пространство из резервуара через канал в винтовом элементе;
c) откачивание смеси окружающей жидкости и гидравлической жидкости, образующейся на операции (b), в сборник;
d) поворот втулок в открытую позицию;
e) поворот втулок в закрытую позицию; и
f) вывод охватываемого элемента из охватывающего элемента.
Между операциями е) и f) способ может дополнительно включать следующие операции:
е1) замена гидравлической жидкости в третьем кольцевом пространстве на окружающую жидкость при помощи насоса, всасывающего окружающую жидкость в кольцевое пространство из окружающей среды через канал в винтовом элементе; и
е2) откачивание смеси окружающей жидкости и гидравлической жидкости, образующейся на операции е1), в сборник.
Краткое описание чертежей
Ниже приведено описание примеров предпочтительных вариантов осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых представлены:
фиг.1 - вид сбоку быстроразъемного ниппеля согласно изобретению;
фиг.2 - вид сбоку с другой стороны быстроразъемного ниппеля, который показан, начиная от ручки вдоль продольной оси, и повернут на 90° против часовой стрелки относительно быстроразъемного ниппеля, показанного на фигуре 1;
фиг.3 - продольный разрез быстроразъемного ниппеля с фигуры 2;
фиг.4 - поперечный разрез соединительной части быстроразъемного ниппеля в увеличенном масштабе;
фиг.5А-В - поперечный разрез клапанной части быстроразъемного ниппеля с закрытым клапаном (5В) и открытым клапаном (5В) в большем масштабе, чем на фигуре 4;
фиг.6 - фрагмент клапанной части быстроразъемного ниппеля с фигуры 3 в увеличенном масштабе;
фиг.7 - вид сбоку соединительного блока согласно изобретению в масштабе, соответствующем фигуре 1;
фиг.8 - вид с торца соединительного блока в масштабе, соответствующем фигуре 7;
фиг.9 - продольный разрез соединительного блока в масштабе, соответствующем фигуре 8;
фиг.10А-В - поперечный разрез соединительного блока с закрытым клапаном (10А), и открытым клапаном (10В) в большем масштабе, чем на фигуре 9;
фиг.11А-В - вид в перспективе (А) быстроразъемного ниппеля и (В) соединительного блока в другом масштабе;
фиг.12 - вид сбоку быстроразъемного ниппеля в рабочей позиции в соединительном блоке в масштабе, соответствующем фигуре 1 и фигуре 7;
фиг.13 - поперечный разрез быстроразъемного ниппеля в рабочей позиции в соединительном блоке в масштабе, соответствующем фигуре 12;
фиг.14 - вид сбоку быстроразъемного ниппеля в рабочей позиции в соединительном блоке в альтернативном варианте осуществления в масштабе, соответствующем фигуре 12; и
фиг.15 - поперечный разрез быстроразъемного ниппеля и соединительного блока с фигуры 14 в масштабе, соответствующем фигурам 10А-В.
Осуществление изобретения
На чертежах ссылочным номером 1 обозначен быстроразъемный ниппель согласно изобретению. Далее приведено описание деталей, необходимых для понимания изобретения, в то время как описание других конструктивных деталей опускается.
Быстроразъемный ниппель 1 содержит неподвижную часть в виде оправки 2, втулки 3, ручки 40 и носовой части 42. Втулка 3 установлена с возможностью поворота и окружает клапанную часть 29 оправки 2. Ручка 40 прикреплена к соединительной части 20 на оправке 2, расположенной вблизи ручки 40. Внутри носовой части 42 предусмотрен резьбовой участок, и она прикреплена к клапанной части 29 оправки при помощи резьбового участка, предусмотренного на одном конце оправки 2, как показано на фигуре 3.
Как показано на чертежах, часть оправки 2 имеет три канала 21, проходящих в осевом направлении в виде отверстий внутри оправки 2. Оправка 2 может быть снабжена одним каналом 21 или множеством каналов 21. Ближний к ручке 40 конец канала 21 выходит на наружную поверхность 22 соединительной части 20 и заканчивается в ближнем канале 212 на наружной поверхности 22. Канал 212 снабжен резьбовым участком известным способом. Дальний конец канала 21 заканчивается на поверхности 23 клапанной части 29 оправки в дальнем канале 214. На участках, расположенных вблизи канала 214, поверхность 23 выполнена в виде сферической части 28, проходящей по периферии вокруг клапанной части 29 оправки 2, см. фигуру 6.
На наружной поверхности 22 оправки 2 предусмотрены два направляющих штифта 24 и фиксатор 25. Их подробное описание приведено ниже.
На наружной стороне втулки 3 имеется множество периферических выфрезерованных первых канавок 320 для уплотнений, в которых установлены кольцевые первые уплотнительные элементы 32. На чертежах показаны четыре уплотнительных элемента 32. Уплотнительный элемент 32 может представлять собой уплотнительное кольцо или специально изготовленный профилированный уплотнительный элемент 32. Во втулке 3 предусмотрено также множество радиальных сквозных отверстий 33, наиболее наглядно показанных на фигуре 11А. На чертежах показаны три отверстия 33. На конце, обращенном к наружной стенке 30 втулки, отверстие 33 имеет резьбовой участок. Резьбовой винтовой элемент 34, называемый далее опорой 34 уплотнения, ввинчен в отверстие 33 до упора в буртик 332, предусмотренный в отверстии 32. На конце, обращенном к внутренней стенке 31 втулки 3, опора 34 уплотнения снабжена второй канавкой 350 для уплотнения, конструкция которой позволяет установить второй кольцевой уплотнительный элемент 35. Уплотнительный элемент 35 может представлять собой уплотнительное кольцо или гнездовое уплотнение, известное, например, по применению в шаровых клапанах. Опора 34 уплотнения снабжена сквозным каналом 36, проходящим от внутренней стенки 31 втулки 3 к наружной стенке 30. Во внутренней стенке 31 втулки 3 предусмотрено множество круговых выфрезерованных третьих канавок 370 для уплотнений, в которых установлены кольцевые третьи уплотнительные элементы 37. На чертежах показано четыре уплотнительных элемента 37. Уплотнительный элемент 37 может представлять собой уплотнительное кольцо или, так называемое, кромочное уплотнение. На ближнем конце втулки 3 предусмотрен буртик 38. Буртик 38 имеет блокировочный паз 382, предназначенный для ввода стопорного штифта 252. Стопорный штифт 252 снабжен пружиной и установлен с возможностью перемещения в блокировочном устройстве 25.
Носовая часть 42 имеет сквозное отверстие 44. Сквозное отверстие 44 упрощает присоединение носовой части 42 к резьбовому концу оправки 2 при помощи сквозной оправки или т.п.
На фигурах 5А и В более подробно показана выходная часть дальнего канала 214 и отверстие 33. В части, обращенной к поверхности 23, дальний канал 214 имеет выточку 39, проходящую в направлении касательной перпендикулярно продольной оси 27 на поверхности 23 оправки 2.
На фигуре 7 показан соединительный блок 5 согласно изобретению. Соединительный блок 5 содержит неподвижную часть в виде наружного корпуса 6, внутренней втулки 7, установленной с возможностью поворота, см. фигуры 9 и 10, и рабочего элемента 8, установленного на ближнем конце корпуса 6. Рабочий элемент 8 предназначен для поворота втулки 7.
В цилиндрической части 61 корпуса 6 предусмотрено множество сквозных отверстий 62, 63. На чертежах показаны три отверстия 62 и три отверстия 63. Часть отверстия 62, ближайшая к наружной стенке 610 корпуса, имеет резьбовой участок. Резьбовой винтовой элемент 64 завинчивается в отверстие 62 до упора в буртик 622, предусмотренный в отверстии 62. На конце винтового элемента 64, ближайшем к внутренней стенке 618 корпуса 6, предусмотрена четвертая канавка 650 для уплотнения, в которой установлен четвертый кольцевой уплотнительный элемент 65. Уплотнительный элемент 65 может представлять собой уплотнительное кольцо или гнездовое уплотнение, известное, например, по применению в шаровых клапанах. Отверстие 63 содержит резьбовую часть 632 и образует канал 634 во внутренней стенке 618 корпуса 6. На ближнем конце корпуса 6 предусмотрен буртик 66. Буртик 66 снабжен соединительным элементом 67. Соединительный элемент 67 имеет V-образную направляющую канавку 672, дно которой является закругленным, чтобы обеспечить ввод сопряженной детали в виде направляющего штифта 24 быстроразъемного ниппеля 1. Соединительный элемент 67 содержит также подпружиненный стопорный штифт 68. Рабочий элемент 8 содержит захватный элемент 82, прикрепленный к рычагу 84. Рычаг 84 проходит от захватного элемента 82 к втулке 7 через паз (не показан) между соединительным элементом 67 и корпусом 6. Захватный элемент 82 содержит стопорный рычаг 86, проходящий по периферии от захватного элемента 82 снаружи от V-образной канавки 672. На поверхности рычага 86, обращенной к оси 76 корпуса 6, предусмотрена канавка 88. Канавка 88 предназначена для ввода направляющего штифта 24.
На внутренней стенке 618 корпуса 6 предусмотрено множество выфрезерованных круговых пятых канавок 690 для уплотнения, в которых установлены пятые уплотнительные элементы 69, см. фигуру 9. На чертежах показано четыре уплотнительных элемента 69. Уплотнительный элемент 69 может представлять собой уплотнительное кольцо или кромочное уплотнение.
Втулка 7 более подробно показана на фигурах 9 и 10. Втулка 7 имеет три сквозных отверстия 72, проходящих от наружной поверхности 710 оболочки втулки 7 до внутренней поверхности 712 оболочки втулки. Наружная поверхность 710 оболочки втулки 7 на участке, расположенном вокруг сквозного отверстия 72, образует сферическую часть 78, проходящую по периферии вокруг втулки 7. На ближнем конце втулки 7 предусмотрена выфрезерованная канавка 74, предназначенная для ввода буртика 38 быстроразъемного ниппеля 1.
Когда быстроразъемный ниппель 1 отделяется от соединительного блока 5, втулка 3 поворачивается в позицию отсечки, как показано на фигуре 5А. Быстроразъемный ниппель 1 соединен с гидравлическими трубопроводами (не показаны) в ближних каналах 214 при помощи резьбы, что является известным в данной области техники и не рассматривается подробнее. Гидравлическая жидкость в гидравлических трубопроводах может быть опрессована или может иметь давление, немного превышающее давление окружающей среды. Гидравлическая жидкость заполняет каналы 21 и дальний канал 214. Кроме того, гидравлическая жидкость заполняет кольцевое пространство 92, образованное между наружной поверхностью 22 оправки 2 и внутренней стенкой 31 втулки 3. Образованное кольцевое пространство 92 ограничено в осевом направлении двумя третьими кольцевыми уплотнительными элементами 37, каждый из которых расположен с одной стороны дальнего канала 214. Кольцевое пространство 92 ограничено кольцевым вторым уплотнительным элементом 35. Второй уплотнительный элемент 35 предотвращает вытекание гидравлической жидкости по каналу 36 винтового элемента 34. Поэтому быстроразъемный ниппель 1 исключает утечку жидкости при отсоединении и/или в позиции отсечки.
Когда соединительный блок 5 отделяется от быстроразъемного ниппеля 1, втулка 7 поворачивается в позицию отсечки, как показано на фигуре 10А. Соединительный блок 5 при помощи резьбы соединен с гидравлическими трубопроводами (не показаны) в резьбовых отверстиях 63, что является известным в данной области техники и не рассматривается более подробно. Гидравлическая жидкость в гидравлических трубопроводах может быть опрессована или может иметь давление, немного превышающее давление окружающей среды. Гидравлическая жидкость заполняет отверстия 63. Кроме того, гидравлическая жидкость заполняет кольцевое пространство 94, образованное между внутренней поверхностью 618 оболочки корпуса 6 и наружной поверхностью 710 оболочки втулки 7. Образованное кольцевое пространство 94 ограничено в осевом направлении двумя пятыми кольцевыми уплотнительными элементами 69, каждый из которых расположен с одной стороны отверстия 63. Кольцевое пространство 94 ограничено также кольцевым четвертым уплотнительным элементом 65. Как показано на фигуре 10А, четвертый уплотнительный элемент 65 окружает отверстие 72 втулки, когда втулка 7 находится в позиции отсечки. Благодаря этому предотвращается вытекание опрессованной гидравлической жидкости через отверстие 72. Таким образом, соединительный блок 5 исключает утечку жидкости при отсоединении и/или в позиции отсечки.
Во время соединения носовая часть 42 быстроразъемного ниппеля 1 вводится в ближний конец втулки 7 и быстроразъемный ниппель 1 проходит дальше до тех пор, пока направляющий штифт 24 не упрется в дно 674 V-образной канавки, при этом быстроразъемный ниппель 1 оказывается в присоединенной позиции, как показано на фигуре 12. Носовая часть 42 быстроразъемного ниппеля 1 в присоединенной позиции выступает из дальней части соединительного блока 5. Когда быстроразъемный ниппель 1 находится в присоединенной позиции, направляющий штифт 24′ быстроразъемного ниппеля толкает внутрь подпружиненный стопорный штифт 68 соединительного блока. Это освобождает втулку 7, которая теперь может поворачиваться вокруг оси 76. В присоединенной позиции кромка соединительного элемента 67 соединительного блока 6 толкает стопорный штифт 252 быстроразъемного ниппеля, при этом втулка 3 освобождается и может поворачиваться вокруг оси 27. В присоединенной позиции ось 27 и ось 76 совмещаются.
В присоединенной позиции рабочий элемент 8 поворачивается из позиции отсечки, как показано на фигуре 11В, в открытую позицию, см. фигуру 8. Движение рабочего элемента 8 ограничено в первом направлении поворота первой упорной кромкой 666 и 676 буртика 66 и соединительным элементом 67, соответственно, а во втором направлении поворота - второй упорной кромкой 668 и 678 буртика 66 и соединительным элементом 67, соответственно. В позиции отсечки рабочий элемент 8 упирается в первую упорную кромку 666, 676, а в открытой позиции рабочий элемент 8 упирается во вторую упорную кромку 668, 678. Рычаг 84 рабочего элемента 8 направляется в паз, образованный между корпусом 6 и соединительным элементом 67 (не показан). Рычаг 84 прикреплен к втулке 7. Когда рабочий элемент 8 поворачивается, втулка 7 одновременно поворачивается вокруг оси 76. Буртик 38 быстроразъемного ниппеля входит в канавку 74 втулки 7. Буртик 38 прикреплен к втулке 3 быстроразъемного ниппеля. Благодаря этому, втулка 7 и втулка 3 поворачиваются одновременно. После поворота стопорный рычаг 86 рабочего элемента 8 перемещает направляющий штифт 24, при этом свободный конец направляющего штифта 24 входит в канавку 88. Это предотвращает смещение быстроразъемного ниппеля 1 вдоль оси 27, когда рабочий элемент 8 начинает поворачиваться из позиции отсечки в открытую позицию. Поэтому если рабочий элемент 8 не повернулся полностью в позицию отсечки, быстроразъемный ниппель 1 и соединительный блок 5 не могут соединиться в позиции соединения или отсоединиться из нее.
На втулку 3 действует давление, уравновешенное между каналом 21 и кольцевым пространством 92, что облегчает поворот втулки 3. В открытой позиции, как показано на фигуре 5В, дальний канал 214 имеет жидкостную связь с каналом 36, который заполнен гидравлической жидкостью, находящейся под давлением. Выточка 39 образует соединение под вторым уплотнительным элементом 35 между каналом 36/каналом 21 и кольцевым пространством 92. Это обеспечивает равенство давлений жидкости в кольцевом пространстве 92 и в каналах 21 и 36, поэтому втулка 3 может поворачиваться при уравновешенном давлении обратно в позицию отсечки.
На втулку 7 действует давление, уравновешенное между отверстием 63 и кольцевым пространством 94, что облегчает поворот втулки 7. В открытой позиции, как показано на фигуре 10В, отверстие 63 имеет жидкостную связь с отверстием 72. Поскольку между отверстием 63 и отверстием 72 нет уплотнительных элементов, давление в кольцевом пространстве 94 будет таким же, как в отверстиях 63, 72, поэтому втулка 7 может поворачиваться при уравновешенном давлении обратно в позицию отсечки.
Когда быстроразъемный ниппель 1 вводится в соединительный блок 5, давление окружающей среды действует на наружную сторону 22 быстроразъемного ниппеля и на внутреннюю поверхность 712 оболочки втулки 7. Поскольку полость втулки 7 является сквозной, быстроразъемный ниппель 1 вводится при уравновешенном давлении в соединительный блок 5 до достижения присоединенной позиции. V-образная канавка 672 и направляющий штифт 24 обеспечивают совмещение отверстия 33 втулки 3 с отверстием 72 втулки 7, чтобы между ними существовала жидкостная связь, когда втулки 3, 7 поворачиваются в открытую позицию. Между наружной стенкой 30 втулки 3 и внутренней поверхностью 712 оболочки втулки 7 образуется третье кольцевое пространство 96, как показано на фигуре 13. Это третье кольцевое пространство 96 ограничено в осевом направлении первыми кольцевыми уплотнительными элементами 32. На чертеже показаны три таких образованных кольцевых пространства 96. Гидравлическая жидкость поступает под давлением в это третье кольцевое пространство 96. После отсечки третье кольцевое пространство 96 находится в жидкостной связи с отверстием 62. Для обеспечения этого быстроразъемный ниппель 1 можно отделить от соединительного блока 5 при уравновешенном давлении.
Перед разделением быстроразъемного ниппеля 1 и соединительного блока 5 втулки 3, 7 закрывают дальний канал 214 и отверстие 63, при этом посторонние жидкости и посторонние тела не могут проникать в гидравлическую жидкость. Одновременно гидравлическая жидкость не может выделяться в окружающую среду, когда начинается разделение. После разделения в окружающую среду может выделяться только та гидравлическая жидкость, которая находится в третьем кольцевом пространстве 96 и в отверстии 72.
Второй уплотнительный элемент 35 обеспечивает уплотнение сферической части 28, как показано, в частности, на фигурах 5А и В. Четвертый уплотнительный элемент 65 обеспечивает уплотнение сферической части 78, как показано на фигурах 9, 10А и 10В. Это позволяет использовать уплотнения такого типа известного уровня техники и обеспечивает простоту и надежность функции уплотнения. Второй уплотнительный элемент 35 прикреплен винтовым элементом 34, а четвертый уплотнительный элемент 65 прикреплен винтовым элементом 64. Поэтому уплотнительные элементы 35, 65 можно контролировать и в случае необходимости заменять простым способом, отвинчивая винтовые элементы 34, 64.
Когда быстроразъемный ниппель 1 вводится в соединительный блок 5, небольшой объем окружающей жидкости, например морской воды, захватывается в третьем кольцевом пространстве 96. Когда втулки 3, 7 поворачиваются в открытую позицию, гидравлическая жидкость проходит в третье кольцевое пространство 96, а окружающая жидкость, находящаяся в третьем кольцевом пространстве 96, поступает в гидравлическую систему и загрязняет гидравлическую жидкость. Соответственно, после поворота втулок 3, 7 в закрытую позицию, когда операция завершается, небольшой объем гидравлической жидкости захватывается в третьем кольцевом пространстве 96. После отделения быстроразъемного ниппеля 1 от соединительного блока 5 эта гидравлическая жидкость выделяется в окружающую среду, как описано выше, и создает небольшое локальное загрязнение. На фигурах 14 и 15 показан альтернативный вариант решения этой проблемы. Винтовой элемент 64 имеет альтернативную форму, при этом винтовой элемент 64′, 64′′ снабжен сквозным каналом 642′, 642′′, который проходит от наружной поверхности корпуса 6 до внутренней стенки 618. На внутренней концевой части 644′, 644′′ канала 642′, 642′′ предусмотрен резьбовой участок (не показан), а другая концевая часть 646′, 646′′ канала имеет меньший внутренний диаметр, чем концевая часть 642′, 642′′. Корпус 6 имеет второе отверстие 62′, расположенное диаметрально противоположно отверстию 62. Отверстие 62′ выполнено таким же образом, как и отверстие 62, и не описывается более подробно. Втулка 7 имеет второе отверстие 72′, расположенное диаметрально противоположно отверстию 72. Отверстие 72′ имеет диаметр, равный диаметру концевой части 646′′ канала 642′′. Когда втулка 7 находится в закрытой позиции, отверстие 72 имеет жидкостную связь с каналом 642′, а отверстие 72′ имеет жидкостную связь с каналом 642′′. Когда втулка 7 находится в закрытой позиции, отверстие 72 и отверстие 72′ имеют жидкостную связь через третье кольцевое пространство 96.
Соединительный блок 5 может быть снабжен закрытым резервуаром для гидравлической жидкости (не показан) известного типа, который через трехходовой клапан имеет жидкостное соединение с винтовым элементом 64′. Соединительный блок 5 может быть также снабжен поршневым насосом (не показан), который имеет жидкостное соединение с винтовым элементом 64′′. Жидкостное соединение между поршневым насосом и винтовым элементом 64′′ обеспечивается первым запорным клапаном, который может пропускать жидкость от винтового элемента 64′′ к поршневому насосу, а также прекращать прохождение жидкости от поршневого насоса к винтовому элементу 64′′. Жидкостное соединение между запорным клапаном и поршневым насосом обеспечивает Т-образное разветвление. Первое ответвление обеспечивает жидкостное соединение с первым запорным клапаном, второе ответвление - жидкостное соединение с поршневым насосом, а третье ответвление - жидкостное соединение со вторым запорным клапаном. Второй запорный клапан со стороны, противоположной поршневому насосу, образует жидкостное соединение со сборником известного типа. Второй запорный клапан предназначен для пропускания жидкости от поршневого насоса к сборнику, а также для предотвращения прохождения жидкости от сборника к поршневому насосу.
После ввода быстроразъемного ниппеля 1 в соединительный блок, но перед поворотом втулок 3, 7 в открытую позицию, трехходовой клапан открывается, образуя жидкостную связь с резервуаром для гидравлической жидкости. Поршневой насос запускается и во время его фазы всасывания, благодаря первому запорному клапану, всасывает гидравлическую жидкость из резервуара через третье кольцевое пространство 96. Второй запорный клапан предотвращает всасывание жидкости из сборника. Далее, в его фазе давления поршневой насос закачивает жидкость в сборник, при этом первый запорный клапан предотвращает возврат жидкости в третье кольцевое пространство 96. При помощи этого способа окружающая жидкость вымывается из третьего кольцевого пространства 96, и кольцевое пространство 96 заполняется гидравлической жидкостью. Смесь окружающей жидкости и гидравлической жидкости собирается в сборнике, при этом гидравлическая жидкость не выделяется в окружающую среду. Трехходовой клапан закрывается, после чего втулки 3, 7 поворачиваются в открытую позицию. Перед отсоединением быстроразъемного ниппеля 1 от соединительного блока 5 втулки 3, 7 поворачиваются в закрытую позицию. Трехходовой клапан открывается, чтобы обеспечить жидкостную связь с окружающей жидкостью. Поршневой насос запускается и во время его фазы всасывания подает окружающую жидкость в третье кольцевое пространство 96, а во время его фазы давления закачивает смесь гидравлической жидкости и окружающей жидкости в сборник. При помощи этого способа гидравлическая жидкость вымывается из третьего кольцевого пространства 96, и кольцевое пространство 96 заполняется окружающей жидкостью. Смесь окружающей жидкости и гидравлической жидкости собирается в сборнике, при этом гидравлическая жидкость не выделяется в окружающую среду. Трехходовой клапан закрывается, и отсоединение заканчивается.
На чертежах показан узел клапана с охватываемым элементом 1 и охватывающим элементом 5, которые известны из применения в области подводной технологии. Специалистам в данной области техники известно, что гидравлические муфты используются также в наземных условиях, и что изобретение можно использовать для соединений в передвижном оборудовании, например в строительных машинах, и в стационарном оборудовании.
1. Узел клапана, содержащий неподвижную часть (2; 6), снабженную по меньшей мере одним каналом (214; 634), и втулку (3; 7), установленную с возможностью поворота и снабженную по меньшей мере одним отверстием (33; 72), при этом:
- втулка (3; 7) сконструирована с возможностью поворота отверстия (33; 72) до совмещения его с каналом (214; 634), с тем чтобы обеспечить прохождение жидкости через канал (214; 634) и отверстие (33; 72), когда втулка (3; 7) находится в открытой позиции;
- втулка (3; 7) сконструирована с возможностью поворота отверстия (33; 72) от канала (214; 634), с тем чтобы не пропускать жидкость через канал (214; 634), когда втулка (3; 7) находится в закрытой позиции;
- неподвижная часть (2; 6) и втулка (3; 7) образуют кольцевое пространство (92; 94) между неподвижной частью (2; 6) и втулкой (3; 7); и
- кольцевое пространство (92; 94) ограничено в осевом направлении двумя уплотнительными элементами (37; 69) в осевых направлениях втулки (3; 7) и неподвижной части (2; 6), при этом один из двух уплотнительных элементов (37; 69) расположен на одной стороне канала (214; 634), а второй из двух уплотнительных элементов (37; 69) расположен на противоположной стороне канала (214; 634), отличающийся тем, что кольцевое пространство (92; 94) имеет жидкостную связь с каналом (214; 634) неподвижной части (2; 6).
2. Узел клапана по п.1, отличающийся тем, что в охватываемом элементе (1) кольцевое пространство (92), по существу, также ограничено уплотнительным элементом (35), окружающим отверстие (33) в части, обращенной к кольцевому пространству (92).
3. Узел клапана по п.2, отличающийся тем, что в охватываемом элементе (1) канал (214) в части, обращенной к кольцевому пространству (92), снабжен периферической выточкой (39), которая образует канал за уплотнительным элементом (35), когда втулка (3) находится в открытой позиции.
4. Узел клапана по п.2, отличающийся тем, что в охватываемом элементе (1) поверхность (23) неподвижной части (2) на участке, расположенном вокруг канала (214), образует периферическую сферическую часть (28).
5. Узел клапана по п.2, отличающийся тем, что охватываемый элемент (1) представляет собой быстроразъемный ниппель.
6. Узел клапана по п.2, отличающийся тем, что в охватываемом элементе (1) канал (214) имеет жидкостную связь с осевым каналом (21) в неподвижной части (2), а канал (21) имеет жидкостную связь с ближним каналом (212) на наружной поверхности (22) неподвижной части (2).
7. Узел клапана по п.1, отличающийся тем, что в охватывающем элементе (5) кольцевое пространство (94) ограничено также уплотнительным элементом (65), окружающим отверстие (62).
8. Узел клапана по п.7, отличающийся тем, что в охватывающем элементе (5) наружная поверхность (710) оболочки втулки (7), на участке, расположенном вокруг отверстия (72), образует периферическую сферическую часть (78).
9. Узел клапана по п.7, отличающийся тем, что охватывающий элемент (5) представляет собой соединительный блок, сконструированный с возможностью ввода в него, в качестве ответного узла, охватываемого элемента (1) по п.2.
10. Узел клапана по п.7, отличающийся тем, что в охватывающем элементе (5) неподвижная часть (6) содержит дополнительное отверстие (62'), а втулка (7) содержит дополнительное отверстие (72'), при этом отверстие (62') и отверстие (72') выполнены с возможностью установления жидкостной связи друг с другом, когда втулка (7) находится в закрытой позиции, при этом отверстия (72, 72') выполнены так, что они имеют жидкостную связь с третьим кольцевым пространством (96), а каждое из отверстий (62, 62') снабжено винтовым элементом (64', 64”), причем винтовой элемент (64') выполнен с возможностью установления жидкостной связи по выбору с резервуаром для гидравлической жидкости и с окружающей жидкостью, винтовой элемент (64”) выполнен с возможностью установления жидкостной связи с насосом через запорный клапан, а насос выполнен с возможностью установления жидкостной связи со сборником через запорный клапан.
11. Способ соединения охватываемого элемента (1) по п.2 с охватывающим элементом по п.7 и отсоединения охватываемого элемента (1) от охватывающего элемента (5), отличающийся тем, что указанный способ содержит следующие операции:
a) ввод охватываемого элемента (1) в охватывающий элемент (5);
b) замена окружающей жидкости в третьем кольцевом пространстве (96) на гидравлическую жидкость при помощи насоса по п.10 путем всасывания гидравлической жидкости из резервуара и ее подачи в кольцевое пространство (96) по каналу (642) в винтовом элементе (64');
c) откачивание смеси окружающей жидкости и гидравлической жидкости, образующейся на операции (b), в сборник;
d) поворот втулок (3, 7) в открытую позицию;
e) поворот втулок (3, 7) в закрытую позицию; и
f) вывод охватываемого элемента (1) из охватывающего элемента (5).
12. Способ по п.11, отличающийся тем, что между операциями е) и f) указанный способ включает также следующие операции:
е1) замена гидравлической жидкости в третьем кольцевом пространстве (96) на окружающую жидкость при помощи насоса путем всасывания окружающей жидкости из окружающей среды и ее подачи в кольцевое пространство (96) по каналу (642) в винтовом элементе (64'); и
е2) откачивание смеси окружающей жидкости и гидравлической жидкости, образующейся на операции е1), в сборник.
