Соединительное устройство и способ снижения утечки среды через соединительное устройство
Группа изобретений относится к соединителю для использования в системе с текучей средой, содержащему первый элемент соединителя, имеющий первые клапанные средства, и второй элемент соединителя, имеющий вторые клапанные средства, причем указанные элементы сконфигурированы для взаимодействия друг с другом с образованием соединителя. Каждый из элементов соединителя имеет средства для присоединения к системе с текучей средой и средства для прикрепления двух элементов друг к другу. Клапанные средства сконфигурированы для взаимодействия друг с другом и управления потоком текучей среды через соответствующие элементы соединителя. Средства вытеснения текучей среды сконфигурированы для вытеснения по меньшей мере части текучей среды, которая удерживается в областях сопряжения между элементами соединителя. Изобретение обеспечивает уменьшение утечек остаточных текучих сред при разделении муфты. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 11 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к соединительным устройствам. В частности, изобретение относится к соединителю для использования в системе с текучей средой, содержащему первый элемент соединителя, имеющий первые клапанные средства, и второй элемент соединителя, имеющий вторые клапанные средства. Изобретение также относится к способу выведения остаточной текучей среды, удерживаемой смежными поверхностями первого и второго элементов соединителя.
Уровень техники
Соединители (муфты) сухого разъема обычно используются для обеспечения быстрого соединения и отсоединения трубопроводов для текучей среды. Муфта сухого разъема обычно содержит пару выполненных с возможностью их соединения и разделения элементов (полумуфт), каждая из которых имеет тарельчатый клапан, посредством которого можно управлять потоком текучей среды. Когда полумуфты соединены друг с другом, тарельчатые клапаны могут быть открыты, в результате чего образуется проход для переноса текучих сред, главным образом жидкостей, через муфту. Одна такая муфта описана в патенте США №3473569.
Работа муфты сухого разъема уровня техники изображена на фигурах 1а-1с. Муфта содержит первую полумуфту 10 и вторую полумуфту 20, каждая из которых имеет соответствующий корпус 19, 29 и тарельчатый клапан 14, 24. Первая полумуфта 10, которая может быть присоединена к судну (не показано), выполнена с возможностью соединения со второй полумуфтой 20, которая может быть присоединена к рукаву (не показан); соединение полумуфт 10, 20 может осуществляться с помощью захватного приспособления 12 способом, который известен в уровне техники.
Фигура 1а показывает две полумуфты в разделенном и закрытом состоянии, т.е. когда тарельчатые клапаны предотвращают поток через корпусы соответствующих полумуфт. Фигура 1b показывает муфту сухого разъема в соединенном и открытом состоянии, т.е. когда тарельчатые клапаны 14, 24 открыты (способом, известным в уровне техники, например, путем сжатия пружины 21), в результате чего обеспечена возможность прохождения потока F (например, нефти или нефтегазовой смеси) из рукава через муфту внутрь судна. Фигура 1с показывает муфту в соединенном и закрытом состоянии, т.е. когда тарельчатые клапаны закрыты, в результате чего предотвращен поток текучей среды через корпусы. Состояние, изображенное на фигуре 1с, представляет собой состояние непосредственно перед разделением двух полумуфт.
Современные муфты сухого разъема конструируются таким образом, что утечка текучей среды во время соединения и/или разделения полумуфт сведена к минимуму. Тем не менее, они все-таки имеют тенденцию к утечке некоторого (хоть и небольшого) количества текучей среды во время разделения. В частности, крупные муфты (используемые в нефтегазовой промышленности и обычно имеющие диаметр 20 дюймов (≈502 мм)) проектируются с некоторым зазором, в результате чего остается эффективный объем между сопрягающимися поверхностями, в котором жидкости и/или газы собираются при закрытии тарельчатых клапанов перед разделением муфты. Это изображено на фигуре 2, показывающей область М1 сопряжения двух корпусов 19, 29 полумуфт и область М2 сопряжения двух тарельчатых клапанов 14, 24, показывающей муфту в соединенном и закрытом состоянии (см. фигуру 1с) и показывающей образующийся в результате объем 2 в областях М1, М2 сопряжения, где остаточные текучие среды собираются при закрытии тарельчатых клапанов перед разделением полумуфт. Позицией 11 обозначено уплотнение муфты. При использовании таких муфт в системах, содержащих опасные текучие среды, или при использовании таких муфт в незагрязненной окружающей среде утечка указанной остаточной текучей среды является особенно нежелательной, даже если ее объем сравнительно мал.
В области транспортировки углеводородов муфты сухого разъема используются для присоединения концов загрузочных рукавов к загрузочным приспособлениям транспортных средств, таких как автомобили-цистерны и танкеры. Например, по всему миру широко используются крупные муфты сухого разъема для переноса нефти и/или газа между танкерами и морскими добывающими установками или береговыми добывающими установками. Муфты сухого разъема обычно располагают более или менее горизонтально и над палубой или подобной конструкцией, благодаря чему остаточные текучие среды, находящиеся в объеме 2, могут поступать в собирающую емкость или подобное изделие во время разделения полумуфт.
Однако морская загрузка и динамическое позиционирование сегодня требуют муфт, которые являются подвижными, свешиваемыми с судна и висящими (например, на карданном подвесе) выше поверхности воды (без промежуточной конструкции, на которую может быть помещена собирающая емкость). Эти муфты соединяют и разделяют в вертикальной (или приблизительно вертикальной) позиции, над морем.
Таким образом, имеется необходимость в устройстве и способе для уменьшения утечки остаточных текучих сред при разделении муфты.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение создано для устранения недостатков уровня техники и получения дополнительных преимуществ.
Признаки, необходимые и достаточные для осуществления изобретения, изложены и охарактеризованы в независимых пунктах формулы, а зависимые пункты формулы содержат дополнительные признаки изобретения.
Настоящим изобретением предлагается соединитель для использования в системе с текучей средой, содержащий первый элемент соединителя, имеющий первые клапанные средства, и второй элемент соединителя, имеющий вторые клапанные средства, причем указанные элементы сконфигурированы для взаимодействия друг с другом с образованием соединителя, каждый из элементов имеет средства для присоединения к системе с текучей средой и средства для прикрепления двух элементов друг к другу, а указанные клапанные средства сконфигурированы для взаимодействия друг с другом и управления потоком текучей среды через соответствующие элементы соединителя. Соединитель имеет средства вытеснения текучей среды для вытеснения по меньшей мере части текучей среды из областей сопряжения между элементами соединителя.
В одном варианте осуществления средства вытеснения текучей среды содержат первый элемент, расположенный в области сопряжения между элементами соединителя, и второй элемент, расположенный в области сопряжения между клапанными средствами.
В одном варианте осуществления указанные первый и второй элементы содержат упругие уплотнительные прокладки. Первый и второй элементы могут также содержать абсорбирующий материал.
В одном варианте осуществления указанный первый элемент прикреплен к корпусу первого элемента соединителя, а указанный второй элемент прикреплен к первым клапанным средствам.
В одном варианте осуществления средства вытеснения текучей среды содержат по меньшей мере одну впускную трубку и по меньшей мере одну выпускную трубку, расположенные между объемом, образованным между элементами соединителя, и средствами управления и подачи внешней текучей среды.
В одном варианте осуществления указанные трубки интегрированы в первый элемент соединителя и расположены на противоположных сторонах указанного объема.
Когда соединитель подвешен к судну, указанные трубки, предпочтительно, расположены вдоль продольной оси судна, а соединитель может поворачиваться в вертикальной плоскости судна.
В одном варианте осуществления указанный объем представляет собой кольцевой объем. В одном варианте осуществления средства, обеспечивающие удержание и/или удаление остаточной текучей среды, прикреплены к первому элементу соединителя или связаны с первым элементом соединителя.
Также предлагается способ управления остаточной текучей средой, удерживаемой областями сопряжения между смежными поверхностями первого и второго элементов соединителя, в котором вводят промывающую текучую среду внутрь объема между элементами соединителя через впускную трубку под давлением, достаточным для вытеснения остаточной текучей среды из этого объема через выпускную трубку, тем самым по существу предотвращая утечку собравшейся остаточной текучей среды при отделении элементов соединителя друг от друга.
Задачей изобретения является предотвращение или значительное уменьшение утечки опасных остаточных текучих сред, которые собираются между элементами соединителя и которые в противном случае будут высвобождаться в окружающую среду при разделении соединителя, путем абсорбирования и/или удаления этих текучих сред перед разделением соединителя.
Настоящее изобретение чрезвычайно полезно применительно к крупным соединителям, которые проектируют с зазорами, оставляя между сопрягающимися поверхностями эффективный объем, где текучие среды собираются при закрытии тарельчатых клапанов перед разделением соединителя.
Краткое описание чертежей
Эти и другие характеристики изобретения станут понятны из нижеследующего описания предпочтительных вариантов его осуществления, приведенных лишь в качестве неограничивающих примеров; описание выполнено со ссылками на чертежи, на которых
фигура 1а - вид в разрезе муфты уровня техники, содержащей полумуфту, которая прикреплена к загрузочному приспособлению, и полумуфту, которая прикреплена к рукаву, причем муфта находится в разделенном и закрытом состоянии,
фигура 1b показывает муфту уровня техники из фигуры 1а в соединенном и открытом состоянии, при котором возможно прохождение через эту муфту текучей среды,
фигура 1с показывает муфту уровня техники из фигуры 1а в соединенном и закрытом состоянии, при котором предотвращено прохождение через эту муфту текучей среды,
фигура 2 - схематичный чертеж, показывающий увеличенный вид части муфты уровня техники, изображенной на фигуре 1с,
фигура 3 - схематичный чертеж первого варианта осуществления изобретения, показывающий муфту в соединенном и закрытом состоянии,
фигура 4 - схематичный чертеж второго варианта осуществления изобретения, показывающий муфту в соединенном и закрытом состоянии,
фигура 5 - схематичный чертеж третьего варианта осуществления изобретения, показывающий муфту в соединенном и закрытом состоянии,
фигура 6 - схематичный чертеж третьего варианта осуществления изобретения, показывающий муфту в соединенном и открытом состоянии,
фигура 7 - схематичный чертеж третьего варианта осуществления изобретения, показывающий муфту в разделенном и закрытом состоянии,
фигура 8 - схематичная иллюстрация, показывающая вид сбоку судна и установленной на него муфты согласно изобретению,
фигура 9 - схематичная иллюстрация, показывающая вид сверху судна и установленной на него муфты согласно изобретению.
Осуществление изобретения
Фигура 3 показывает первый вариант осуществления муфты согласно изобретению в соединенном и закрытом состоянии (которое можно сравнить с состоянием муфты уровня техники, показанным на фигурах 1с и 2). Муфта согласно изобретению содержит первую полумуфту 10 и вторую полумуфту 20, соединенные известными соединительными средствами (схематично изображенными в виде захватного приспособления 12). Первая полумуфта 10 соединена с судном или подобным резервуаром (не показаны на фигуре 3), а вторая полумуфта 20 соединена с рукавом (не показан на фигуре 3), который, в свою очередь, может быть соединен с оборудованием для хранения нефтепродуктов.
Уплотнение 11 муфты обеспечивает уплотнение между сопрягающимися поверхностями полумуфт, что известно в уровне техники.
Муфта согласно изобретению содержит первый вытесняющий текучую среду элемент 15, который расположен в области М1 сопряжения, т.е. между смежными поверхностями корпусов 19, 29 полумуфт. Первый вытесняющий текучую среду элемент 15 в изображенном варианте осуществления имеет форму кольца и ограничен в поперечном направлении уплотнением 11 муфты и кольцевым объемом 4.
Второй вытесняющий текучую среду элемент 16 расположен в области М2 сопряжения, т.е. между смежными поверхностями тарельчатых клапанов 14, 24. Второй вытесняющий текучую среду элемент 16 в изображенном варианте осуществления имеет форму диска, покрывающего всю нижнюю поверхность тарельчатого клапана 14.
Кольцевой объем 4, в котором могут собираться остаточные текучие среды, таким образом, благодаря вытесняющим текучую среду элементам 15, 16, значительно уменьшен по сравнению с уровнем техники (позиция 2 на фигуре 2).
Первый и второй вытесняющие текучую среду элементы 15, 16 служат телами, которые вытесняют текучие среды из пространства между поверхностями полумуфт. Первый и второй вытесняющие текучую среду элементы могут содержать упругие уплотнительные прокладки, выполненные из подходящего упругого уплотнительного материала с закрытыми порами, такого как резина. Эти элементы могут также содержать абсорбирующий жидкость материал.
Фигура 4 показывает второй вариант осуществления муфты согласно изобретению в соединенном и закрытом состоянии (т.е. в том же состоянии, которое показано на фигуре 3).
В этом втором варианте осуществления муфта согласно изобретению содержит первую трубку 17а и вторую трубку 17b, расположенные в корпусе 19 первой полумуфты. Первая и вторая трубки интегрированы в корпус 19. Каждая трубка 17а, b обеспечивает сообщение текучей средой между объемом 2, определенным полумуфтами (см. фигуру 4), и резервуаром для текучей среды и системой управления (не показаны), например, расположенными на борту судна, с которого свисает первая полумуфта 10. Соответствующие запорные элементы 18а, b управляют потоком через объем 2. Позициями 17с, 17d обозначены первая и вторая линии для текучей среды, соответственно, которые соединены с резервуарами для текучей среды и/или промывочными системами (не показаны).
Таким образом, путем манипулирования запорными элементами 18а, b любые остаточные текучие среды, находящиеся внутри объема 2, могут выводиться и/или вымываться из этого объема перед разделением полумуфт.
Фигура 5 показывает третий вариант осуществления, который по существу представляет собой сочетание первого и второго вариантов осуществления, в соединенном и закрытом состоянии (т.е. в том же состоянии, которое изображено на фигурах 3 и 4).
Муфта согласно изобретению в этом третьем варианте осуществления содержит первую полумуфту 10 и вторую полумуфту 20, соединенные известными соединительными средствами (схематично изображенными в виде захватного приспособления 12). Первая полумуфта 10 соединена с некоторым судном или подобным резервуаром (не показаны на фигуре 5), а вторая полумуфта 20 соединена с некоторым рукавом (не показан на фигуре 5), который, в свою очередь, может быть соединен с оборудованием для хранения нефтепродуктов.
Уплотнение 11 муфты обеспечивает уплотнение между сопрягающимися поверхностями полумуфт, что известно в уровне техники.
Муфта в этом варианте осуществления содержит первый вытесняющий текучую среду элемент 15, который расположен в области М1 сопряжения, т.е. между смежными поверхностями корпусов 19, 29 полумуфт. Первый вытесняющий текучую среду элемент 15 в изображенном варианте осуществления имеет форму кольца и ограничен в поперечном направлении уплотнением 11 муфты и кольцевым объемом 4.
Второй вытесняющий текучую среду элемент 16 расположен в области М2 сопряжения, т.е. между смежными поверхностями тарельчатых клапанов 14, 24. Второй вытесняющий текучую среду элемент 16 в изображенном варианте осуществления имеет форму диска, как и в первом варианте осуществления, описанном выше.
Кольцевой объем 4, в котором могут собираться остаточные текучие среды, таким образом, благодаря вытесняющим текучую среду элементам 15, 16, значительно уменьшен по сравнению с уровнем техники (позиция 2 на фигуре 2). Кроме того, кольцевой объем 4 хорошо определен и обеспечивает более хорошие условия течения, чем объем уровня техники.
Первый и второй вытесняющие текучую среду элементы 15, 16 служат телами, которые вытесняют текучие среды из пространства между поверхностями полумуфт, и могут содержать материалы, названные выше при описании первого варианта осуществления.
Муфта также содержит первую трубку 17а и вторую трубку 17b, расположенные в корпусе 19 первой полумуфты. Каждая трубка 17а, b обеспечивает сообщение текучей средой между кольцевым объемом 4, определенным полумуфтами (см. фигуру 5), и резервуаром для текучей среды и системой управления (не показаны), например, расположенными на борту судна, с которого свисает первая полумуфта 10. Соответствующие запорные элементы 18а, b управляют потоком через объем 4. Позициями 17с, 17а обозначены первая и вторая линии для текучей среды соответственно, которые соединены с резервуарами для текучей среды и/или промывочными системами (не показаны).
Фигура 6 показывает третий вариант осуществления муфты согласно изобретению в соединенном и открытом состоянии (которое можно сравнить с состоянием муфты уровня техники, показанным на фигуре 1b). Корпуса 19, 29 полумуфт соединены, и первый вытесняющий текучую среду элемент 15 расположен между смежными поверхностями этих корпусов полумуфт. Тарельчатые клапаны 14, 24 открыты, и второй вытесняющий текучую среду элемент 16 расположен между смежными поверхностями этих тарельчатых клапанов. В этом состоянии муфты обеспечена возможность прохождения потока F текучей среды через муфту, а запорные элементы 18а, b закрыты.
Фигура 7 показывает третий вариант осуществления муфты согласно изобретению в разделенном и закрытом состоянии (которое можно сравнить с состоянием муфты уровня техники, показанным на фигуре 1а) и иллюстрирует то, как первый и второй вытесняющие текучую среду элементы 15, 16 прикреплены к первой полумуфте 10, т.е. к полумуфте, которая свисает с судна.
Рассмотрим фигуру 8 и фигуру 9. Муфта согласно изобретению может свисать с судна 3 (например, с кормовой части) или подобного резервуара. Подвешивающие средства могут представлять собой карданный подвес или иные подвешивающие средства, которые в целом известны в уровне техники. Муфта, таким образом, выполнена с возможностью поворота, как показано двунаправленной стрелкой на фигуре 8. Муфта расположена так, что на виде сверху первая и вторая трубки 17а, b расположены по существу на продольной оси судна 3 и перемещаются в вертикальной плоскости этого судна; продольная ось судна и вертикальная плоскость судна показаны линией CL на фигуре 9. Таким образом, первая трубка 17а может находиться в более низкой позиции, чем вторая трубка 17b, как показано на фигуре 8, или наоборот. При использовании муфты расположенная выше трубка и расположенная ниже трубка всегда могут быть определены, что помогает эвакуации остаточных текучих сред (например, жидкой нефти), находящихся в объеме 4.
Остаточной текучей средой (например, нефтью и/или газом) в муфте согласно изобретению, когда тарельчатые клапаны закрыты, но муфта по-прежнему соединена (см. фигуру 5), можно, таким образом, управлять с помощью совместного использования вытесняющих текучую среду элементов 15, 16, трубок 17а, b и соответствующих запорных элементов 18а, b.
Например, рассмотрим фигуры 5 и 8. Нетоксичную промывающую жидкость или нетоксичный промывающий газ могут вводить внутрь кольцевого объема 4 через вторую трубку 17b, тем самым вытесняя остаточную текучую среду из этого кольцевого объема через первую трубку 17а. В случаях, когда кольцевой объем 4 содержит газы, промывающую текучую среду могут вводить через первую трубку 17а (расположенную ниже), тем самым вытесняя газ из этого объема через вторую трубку 17b (расположенную выше). В еще одном режиме работы муфту поднимают почти до горизонтального положения, в результате чего остаточные жидкости могут под действием гравитации выходить из кольцевого объема через первую трубку 17а. Во всех этих случаях остаточные текучие среды и промывающие текучие среды поступают в отстойный бак (не показан), расположенный на судне, для дальнейшей очистки и обработки.
С помощью настоящего изобретения любые остаточные жидкости или газы, находящиеся внутри кольцевого объема 4, могут выводиться и/или вымываться перед разделением полумуфт 10, 20, в результате чего предотвращается или значительно уменьшается утечка нежелательных жидкостей в море и нежелательных газов в атмосферу при отделении полумуфт друг от друга.
1. Соединитель сухого разъема для присоединения конца загрузочного рукава к загрузочному приспособлению транспортного средства, обеспечивающий быстрое соединение и отсоединение трубопроводов для текучей среды, и содержащий первый элемент (10) соединителя, имеющий первые клапанные средства (14), и второй элемент (20) соединителя, имеющий вторые клапанные средства (24), при этом указанные элементы (10, 20) сконфигурированы для взаимодействия друг с другом с образованием соединителя, каждый из элементов имеет средства для присоединения к системе с текучей средой и средства (12) для разъемного прикрепления двух элементов друг к другу, указанные клапанные средства (14, 24) выполнены с возможностью взаимодействия друг с другом и управления потоком (F) текучей среды через соответствующие элементы соединителя, а соединитель содержит средства (15, 16) вытеснения текучей среды, выполненные с возможностью вытеснения по меньшей мере части текучей среды из областей (М1, М2) сопряжения между элементами (10, 20) соединителя, отличающийся тем, что между элементами (10, 20) соединителя образован объем (4) и предусмотрены по меньшей мере одна впускная трубка (17а) и по меньшей мере одна выпускная трубка (17b), расположенные между указанным объемом (4) и средствами (18а, b, 17с, d) управления и подачи внешней текучей среды, которые выполнены с возможностью управляемого выведения или вымывания остаточных текучих сред, находящихся в объеме (4), перед разделением элементов (10, 20) соединителя.
2. Соединитель по п.1, отличающийся тем, что средства вытеснения текучей среды содержат первый элемент (15), расположенный в области (М1) сопряжения между элементами (10, 20) соединителя, и второй элемент (16), расположенный в области (М2) сопряжения между клапанными средствами (14, 24).
3. Соединитель по п.2, отличающийся тем, что указанные первый и второй элементы (15, 16) содержат упругие уплотнительные прокладки.
4. Соединитель по п.2 или 3, отличающийся тем, что первый и второй элементы (15, 16) содержат абсорбирующий материал.
5. Соединитель по п.2, отличающийся тем, что первый элемент (15) прикреплен к корпусу (19) первого элемента (10) соединителя, а второй элемент (16) прикреплен к первым клапанным средствам (14).
6. Соединитель по п.1, отличающийся тем, что трубки (17а, 17b) интегрированы в первый элемент (10) соединителя.
7. Соединитель по п.1, отличающийся тем, что трубки (17а, b) расположены на противоположных сторонах объема (4).
8. Соединитель по п.1, отличающийся тем, что объем (4) представляет собой кольцевой объем.
9. Соединитель по п.1, отличающийся тем, что указанные средства (15, 16, 17a, b, 18a, b), обеспечивающие удержание и/или удаление остаточной текучей среды, прикреплены к первому элементу (10) соединителя или связаны с ним.
10. Соединитель по п.1, отличающийся тем, что представляет собой муфту сухого разъема.
11. Способ управления остаточной текучей средой, удерживаемой областями (М1, М2) сопряжения между смежными первым и вторым элементами (10, 20) соединителя, охарактеризованного в одном из предшествующих пунктов, в котором подвешивают соединитель к судну (3); располагают трубки (17а, b) вдоль продольной оси (CL) судна (3); и поворачивают соединитель в вертикальной плоскости судна, тем самым определяя расположенную выше трубку и расположенную ниже трубку.
12. Способ управления остаточной текучей средой, удерживаемой областями (М1, М2) сопряжения между смежными первым и вторым элементами (10, 20) соединителя сухого разъема, предназначенного для присоединения конца загрузочного рукава к загрузочному приспособлению транспортного средства, отличающийся тем, что вводят промывающую текучую среду внутрь объема (4), образованного между указанными элементами соединителя, через первую трубку (17а) под давлением, достаточным для вытеснения остаточной текучей среды из указанного объема (4) через вторую трубку (17b), и выводят или вымывают остаточную текучую среду с помощью средств (18а, b, 17c, d) управления и подачи, содержащих первую линию (17c) для текучей среды и вторую линию (17d) для текучей среды, состоящие в гидравлическом сообщении с первой трубкой (17а) и второй трубкой (17b) соответственно, путем манипуляции указанными средствами (18а, b).
