СОЕДИНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ ДВУХ КОНТУРОВ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ
COUPLING DEVICE FOR CONNECTING TWO FLUID CIRCUITS

Область техники
Изобретение относится к соединительным устройствам для соединения двух контуров опасной текучей среды. Более конкретно, изобретение относится к соединительным/рассоединительным компонентам, позволяющим соединять и рассоединять трубопровод, заполненный сжиженным природным газом (СПГ), без риска создания при этом опасной, например взрывоопасной, атмосферы.
Уровень техники
Транспортирование СПГ осуществляется посредством труб, в частности гибких труб. Каждая труба снабжена коннектором, который предназначен для взаимодействия с коннектором другой трубы. Соединение двух коннекторов образует герметичный канал между трубами, что делает возможным транспортирование текучей среды.
Испарение СПГ в случае утечки требует использования соединительного устройства, обеспечивающего высокую степень безопасности применительно к транспортированию текучей среды. Особенно важно избегать формирования взрывоопасной атмосферы в случае утечки из соединительных компонентов, в том числе и при осуществлении соединения или разъединения.
В документе US 20050103387 раскрыто соединительное устройство, содержащее охватываемый коннектор и охватывающий коннектор. В документе US 4826354 описан подводный трубопровод для транспортирования СПГ.
Раскрытие изобретения
В соответствии с одним из своих вариантов изобретение обеспечивает создание соединительного устройства для соединения двух контуров текучей среды. Согласно изобретению устройство содержит первый коннектор, сконфигурированный для установки в первый контур текучей среды, и второй коннектор, сконфигурированный для установки во второй контур текучей среды. Каждый из этих коннекторов содержит:
- патрубок, имеющий первый конец, предназначенный для введения в контур текучей среды, и второй конец, выполненный с возможностью взаимодействовать со вторым концом патрубка другого коннектора для формирования прохода для текучей среды между первым и вторым коннекторами,
- первый клапан, находящийся в указанном патрубке и способный селективно и герметично перекрывать или открывать внутренний объем указанного патрубка,
- второй клапан, находящийся в указанном патрубке между первым клапаном и первым концом коннектора и способный селективно и герметично перекрывать или открывать внутренний объем трубы, причем во внутреннем объеме указанного патрубка имеется буферное пространство, ограниченное внутренней стенкой патрубка, первым клапаном и вторым клапаном,
- первый актуатор, способный переключать первый клапан между открытым состоянием, соответствующим открыванию указанного патрубка, и закрытым состоянием, соответствующим герметичному перекрыванию указанного патрубка, и
- второй актуатор, способный переключать второй клапан между открытым состоянием, соответствующим открыванию указанного патрубка, и закрытым состоянием, соответствующим герметичному перекрыванию указанной трубы.
Соединительное устройство дополнительно содержит соединительный элемент, способный герметично связывать два коннектора в соединенном состоянии таким образом, что внутренние объемы патрубков двух коннекторов герметично соединены у вторых концов коннекторов и образуют межконнекторное пространство, локализованное между первыми клапанами коннекторов и герметично отделенное от пространства снаружи патрубков.
В соответствии с различными вариантами устройство по изобретению может включать также один или более из приводимых далее признаков.
Согласно одному варианту
- один из коннекторов содержит впускной канал для продувочного газа, введенный выходным концом в буферное пространство и сконфигурированный для подключения к источнику продувочного газа, способному подавать продувочный газ под давлением в буферное пространство коннектора, и
- один из коннекторов содержит отводной канал для газа и/или жидкости, введенный входным концом во внутреннее пространство и способный выводить газ и/или жидкость, содержащийся (содержащуюся) в буферном пространстве указанного коннектора.
Согласно другому варианту
- один из коннекторов содержит впускной канал для продувочного газа, введенный выходным концом в пространство между первым клапаном и вторым концом указанного коннектора и сконфигурированный для подключения к источнику продувочного газа, способному подавать продувочный газ под давлением в межконнекторное пространство, и
- один из коннекторов содержит отводной канал для газа и/или жидкости, введенный входным концом в пространство между первым клапаном и вторым концом указанного коннектора и способный выводить газ и/или жидкость, содержащийся (содержащуюся) в межконнекторном пространстве.
Согласно следующему варианту впускной канал для продувочного газа и отводной канал для газа и/или жидкости расположены на одном и том же коннекторе.
Согласно альтернативному варианту впускной канал для продувочного газа и отводной канал для газа и/или жидкости расположены на различных коннекторах.
Согласно еще одному варианту в устройстве имеется второй актуатор, взаимодействующий с первым клапаном для автоматического механического управления закрытым состоянием первого клапана в соответствии с закрытым состоянием второго клапана и для автоматического механического управления открытым состоянием второго клапана в соответствии с открытым состоянием первого клапана.
Такое автоматическое механическое управление может быть реализовано с помощью различных элементов, например с помощью плунжера и возвратных пружин (в случае когда клапаны могут переключаться посредством поступательного перемещения) или даже с помощью зубчатых колес, реечных механизмов, спиральных кулачков или других механических средств (например, если по меньшей мере один из клапанов может переключаться посредством поворота).
В соответствии с одним вариантом соединительное устройство дополнительно содержит блокирующий компонент, автоматически управляемый механическим образом посредством первого клапана и взаимодействующий со вторым клапаном для автоматического закрывания первого клапана при закрытом состоянии второго клапана и для автоматического открывания первого клапана при разблокированном состоянии второго клапана.
В соответствии с одним вариантом первый клапан каждого коннектора содержит:
- первое клапанное седло, закрепленное во внутреннем пространстве трубы,
- первую откидную заслонку, установленную с возможностью поступательного перемещения относительно первого клапанного седла в направлении патрубка коннектора и предназначенную для сопряжения с первым седлом со стороны второго конца указанного патрубка для обеспечения герметизации указанного патрубка, и
- первый возвратный компонент, способный создавать первое возвратное усилие, прижимающее, в отсутствие противодействующих усилий, первую откидную заслонку к первому клапанному седлу в направлении второго конца указанного патрубка.
При этом первый актуатор каждого коннектора содержит первый активирующий стержень, выступающий из поверхности первой откидной заслонки, противолежащей буферному пространству. Первые активирующие стержни двух коннекторов сконфигурированы с возможностью прихода, в результате встречного перемещения коннекторов, в упорный контакт друг с другом так, чтобы блокировать встречное движение первых откидных заслонок, не препятствуя встречному движению коннекторов. Указанная блокировка встречного движения первых откидных заслонок обеспечивается с противодействием первому возвратному усилию, приложенному к первой откидной заслонке. Таким образом, при соединенных коннекторах упорный контакт первых активирующих стержней удерживает первые откидные заслонки на расстоянии от первых клапанных седел.
Согласно одному варианту второй клапан каждого коннектора содержит:
- второе клапанное седло, закрепленное во внутреннем пространстве указанного патрубка между первым седлом и первым концом патрубка,
- вторую откидную заслонку, установленную с возможностью поступательного перемещения относительно второго клапанного седла и предназначенную для сопряжения со вторым седлом со стороны второго конца патрубка для обеспечения герметизации указанного патрубка,
- второй возвратный компонент, способный прикладывать ко второй откидной заслонке второе возвратное усилие в направлении второго конца патрубка, прижимающее, в отсутствие противодействующих усилий, вторую откидную заслонку ко второму клапанному седлу.
При этом второй актуатор каждого коннектора содержит второй активирующий стержень, расположенный между первой откидной заслонкой и второй откидной заслонкой, сконфигурированный для передачи перемещения первой откидной заслонки второй откидной заслонке для обеспечения отведения второй откидной заслонки с преодолением второго возвратного усилия, прикладываемого ко второй откидной заслонке, как реакция на перемещение первой откидной заслонки при встречном перемещении двух коннекторов, таким образом, что при соединенных коннекторах усилие, прикладываемое вторыми активирующими стержнями к внутренним поверхностям вторых откидных заслонок, противолежащим первым откидным заслонкам, удерживает вторые откидные заслонки на расстоянии от вторых клапанных седел.
В соответствии с одним вариантом соединительное устройство дополнительно содержит механизм блокировки, способный блокировать относительное поступательное перемещение коннекторов, находящихся в соединенном состоянии и в промежуточном состоянии, соответствующем положению между рассоединенным состоянием и полностью соединенным состоянием, причем рассоединенное состояние соответствует положению, в котором коннекторы не соединены, а клапаны каждого коннектора закрыты. Промежуточное состояние характеризуется тем, что:
патрубки коннекторов герметично соединены друг с другом,
первый клапан каждого коннектора открыт, так что буферные пространства двух коннекторов сообщаются с межконнекторным пространством,
вторые клапаны коннекторов закрыты и обеспечивают герметизацию патрубков для текучей среды.
В соответствии с другим вариантом механизм блокировки способен также блокировать относительное перемещение коннекторов, находящихся в состоянии начального соединения, в положении между рассоединенным положением и промежуточным положением. При этом состояние начального соединения характеризуется тем, что коннекторы герметично соединены друг с другом, а первый и второй клапаны каждого коннектора закрыты.
Согласно одному варианту механизм блокировки относительного поступательного перемещения коннекторов содержит:
- цилиндрическое кольцо, установленное на патрубке первого коннектора и снабженное пазом, и
- палец, который закреплен на втором коннекторе и выполнен с возможностью ввода в паз.
При этом у паза имеются:
- входной участок, первый конец которого выполнен, как отверстие, выходящее на торец кольца и сконфигурированное для приема пальца, и который ориентирован в направлении, не являющемся поперечным по отношению к продольному направлению патрубка первого коннектора,
- как вариант, первый стопорный участок, отходящий от входного участка, ориентированный по окружности, охватывающей патрубок первого коннектора, и сконфигурированный для обеспечения блокирования встречного поступательного движения коннекторов, находящихся в состоянии начального соединения,
- как вариант, первый соединительный участок, отходящий от первого стопорного участка в направлении, не являющемся поперечным по отношению к продольному направлению патрубка первого коннектора,
- второй стопорный участок, отходящий от первого соединительного участка, ориентированный по окружности, охватывающей патрубок первого коннектора, и сконфигурированный для обеспечения блокирования встречного поступательного движения коннекторов, находящихся в промежуточном состоянии,
- второй соединительный участок, отходящий от второго стопорного участка в направлении, не являющемся поперечным по отношению к продольному направлению патрубка первого коннектора, и
- фиксирующий участок, отходящий от второго соединительного участка, ориентированный по окружности, охватывающей патрубок первого коннектора, и сконфигурированный для обеспечения блокирования коннекторов в полностью соединенном состоянии.
В одном своем аспекте изобретение охватывает систему транспортирования текучей среды, содержащую морское судно, первую и вторую трубы, соединенные посредством соединительного устройства, описанного выше. При этом трубы системы сконфигурированы для обеспечения подсоединения танка, находящегося в корпусе морского судна, к плавучей или наземной установке для хранения текучей среды. В одном варианте осуществления система транспортирования содержит насос для нагнетания потока холодного жидкого продукта через изолированные трубы от надводной или наземной установки для хранения или к указанной установке, или из танка морского судна.
В другом своем аспекте изобретение предусматривает применение описанного соединительного устройства для соединения двух труб, у каждой из которых имеется коннектор. В процессе этого применения
- приводят два входящих в состав коннекторов патрубка в соединенное состояние, в котором внутренние пространства патрубков коннекторов сообщаются в зоне вторых концов труб таким образом, чтобы образовать герметичный проход для текучей среды между указанными патрубками,
- открывают первый клапан первого коннектора, чтобы обеспечить открывание внутреннего объема патрубка первого коннектора,
- открывают первый клапан второго коннектора, чтобы обеспечить открывание внутреннего объема патрубка второго коннектора,
- открывают второй клапан первого коннектора, чтобы обеспечить открывание внутреннего объема патрубка первого коннектора,
- открывают второй клапан второго коннектора, чтобы обеспечить открывание внутреннего объема патрубка второго коннектора.
В соответствии с вариантом изобретения открывание первых клапанов двух коннекторов производят одновременно.
В соответствии еще с одним вариантом открывание вторых клапанов двух коннекторов производят одновременно.
В соответствии с другим вариантом указанное применение дополнительно включает выполнение, между открыванием первых клапанов двух коннекторов и открыванием вторых клапанов двух коннекторов, следующих операций:
- открывают впускной канал для продувочного газа;
- открывают отводной канал для газа и/или жидкости;
- вводят продувочный газ по впускному каналу в буферные пространства двух коннекторов и в межконнекторное пространство,
- одновременно выводят через отводной канал газ, содержавшийся в буферных пространствах двух коннекторов и в межконнекторном пространстве, чтобы заполнить продувочным газом все пространство между вторыми клапанами.
В другом своем аспекте изобретение предусматривает применение описанного соединительного устройства для рассоединения двух труб, каждая из которых содержит коннектор соединительного устройства. При этом в процессе применения:
- закрывают второй клапан первого коннектора, чтобы герметично перекрыть патрубок первого коннектора,
- закрывают второй клапан второго коннектора, чтобы герметично перекрыть патрубок второго коннектора,
- закрывают первый клапан первого коннектора, чтобы герметично перекрыть патрубок первого коннектора,
- закрывают первый клапан второго коннектора, чтобы герметично перекрыть патрубок второго коннектора,
- пространственно разделяют вторые концы указанных патрубков.
В соответствии с вариантом изобретения закрывание первых клапанов двух коннекторов производят одновременно. В соответствии еще с одним вариантом закрывание вторых клапанов двух коннекторов производят одновременно.
В соответствии с другим вариантом указанное применение дополнительно включает выполнение, между закрыванием первых клапанов двух коннекторов и пространственным разделением вторых концов патрубков двух коннекторов, следующих операций:
- открывают впускной канал для продувочного газа;
- открывают отводной канал для газа и/или жидкости;
- вводят продувочный газ по впускному каналу в буферные пространства двух коннекторов и в межконнекторное пространство,
- одновременно выводят через отводной канал газ, содержавшийся в буферных пространствах двух коннекторов и в межконнекторном пространстве, чтобы заполнить продувочным газом все пространство между вторыми клапанами.
Некоторые признаки изобретения направлены на решение задачи повышения уровня безопасности соединения двух трубопроводов, служащих для транспортирования опасной текучей среды.
Определенные признаки изобретения направлены на решение задачи повышения скорости соединения/разъединения коннекторов трубопровода. Некоторые признаки изобретения основаны на идее удаления текучей среды, повторного нагрева и выведения из активного состояния только небольшой части системы транспортирования. Некоторые признаки изобретения основаны на идее проведения этих операций в области заданного буферного пространства внутри коннекторов.
Определенные признаки изобретения направлены на решение задачи безопасного рассоединения труб, заполненных опасной жидкостью. Определенные признаки основаны на идее прерывания, при осуществлении соединения и разъединения, потока СПГ, который иначе мог бы создать взрывоопасную атмосферу. Другие признаки изобретения основаны на идее создания двойной сегрегации, которая изолирует присутствующий в жидкости метан и/или газообразную фазу воздуха.
Краткое описание чертежей
Изобретение в его различных аспектах, решаемые им задачи, его детали, свойства и преимущества станут более понятны из нижеследующего описания нескольких конкретных вариантов изобретения, приводимых далее только в качестве иллюстративных, неограничивающих примеров, со ссылками на прилагаемые чертежи.
Фиг. 1-5 - это схематичные виды в разрезе соединительного устройства в различных положениях при соединении двух коннекторов этого устройства.
Фиг. 6-7 - это схематичные виды в разрезе соединительного устройства по фиг. 1-5 в различных положениях при разъединении коннекторов.
На фиг. 8 представлен, на схематичном виде в перспективе, вариант элемента механизма блокировки поступательного перемещения, который может быть использован в коннекторах.
На фиг. 9-11 представлены, на схематичных видах в разрезе, варианты соединенных коннекторов, поясняющие подачу продувочного газа и выведение газа и/или жидкости из буферного пространства.
На фиг. 12 схематично, на виде с вырезом, изображены резервуар газовоза для СПГ и терминал для загрузки/разгрузки этого резервуара, соединенные гибкими трубами, содержащими коннекторы соединительного устройства по фиг. 1-8.
Фиг. 13 - это схематичный вид в разрезе соединительного устройства в соответствии с другим вариантом изобретения.
На фиг. 14 представлен, на схематичном виде в разрезе, коннектор в соответствии с еще одним вариантом изобретения.
Осуществление изобретения
Перенос текучей среды между двумя установками, например устройствами для хранения текучей среды, требует соединения труб 1 двух трубопроводов. Каждая труба 1 имеет первый конец, прямо или косвенно связанный с соответствующей установкой, и второй конец, предназначенный для взаимодействия со вторым концом другой трубы 1. Соединение двух труб 1 обеспечивается с помощью соединительного устройства.
Согласно изобретению это соединительное устройство содержит коннекторы 2, установленные на вторых концах труб 1, которые требуется соединить.
На фиг. 1-5 схематично изображено соединительное устройство в различных положениях в процессе соединения двух коннекторов 2, каждый из которых установлен на конце трубы 1.
Каждый коннектор 2 имеет полый цилиндрический корпус 3. Этот корпус образует внутренний патрубок 4 для текучей среды, продолжающий трубу 1. Коннектор 2 содержит также два клапана, позволяющих герметично перекрывать и открывать патрубок 4 (т.е. образованный им проход). Каждый клапан содержит кольцевой выступ (заплечик) 5. Каждый заплечик 5, выступающий радиально в патрубок 4, расположен в плоскости, перпендикулярной к продольной оси 6 патрубка 4.
Каждый клапан содержит откидную заслонку 7 в виде круглой пластины.
Каждая откидная заслонка 7 находится в проходе, образованном патрубком 4, и расположена в плоскости, перпендикулярной к продольной оси 6. Диаметр откидной заслонки 7 меньше диаметра указанного прохода, чтобы ее можно было ввести со скольжением в патрубок 4, по которому должен течь поток текучей среды, когда откидная заслонка не находится в герметичном контакте с заплечиком 5.
Седло откидной заслонки первого клапана образовано первым заплечиком 5. Первый заплечик 5 расположен на конце коннектора 2, обращенном от трубы 1. Данная откидная заслонка первого клапана далее именуется первой откидной заслонкой 7. Эта первая откидная заслонка расположена в указанном патрубке между первым заплечиком 5 и трубой 1.
Седло откидной заслонки второго клапана образовано вторым заплечиком 5. Второй заплечик 5 расположен в патрубке 4 между первым заплечиком 5 и первой откидной заслонкой 7. Откидная заслонка второго клапана образована второй круглой откидной заслонкой 7. Эта вторая откидная заслонка расположена в указанном проходе между вторым заплечиком 5 и трубой 1.
Первая откидная заслонка 7 имеет на своей наружной поверхности первый активирующий стержень 8, расположенный на ее центральной оси. Откидная заслонка 7 содержит также второй активирующий стержень 9, находящийся на ее внутренней поверхности, противоположной наружной стороне заслонки, и противолежащий второй откидной заслонке 7. Этот второй активирующий стержень 9 расположен на центральной оси внутренней поверхности первой откидной заслонки 7.
Второй активирующий стержень 9 окружен первой возвратной пружиной 10, образуя направляющую для этой пружины. Первая пружина 10 удерживается в сжатом состоянии между первой и второй откидными заслонками и прикладывает к первой откидной заслонке возвратное усилие, отжимая ее в направлении первого заплечика 5. B качестве реакции, первая пружина 10 прикладывает ко второй откидной заслонке 7 усилие, направленное в сторону трубы 1.
Вторая возвратная пружина 11 расположена между фиксированным элементом 12 корпуса 3 и второй откидной заслонкой 7. Фиксированный элемент 12 представляет собой, например, прикрепленный к корпусу 3 брусок, доходящий в радиальном направлении по меньшей мере до центра патрубка 4 на одном конце коннектора 2, соединяющего трубы 1. Направляющий стержень, который окружен пружиной 11, поддерживает ее в требуемом положении между неподвижным компонентом 12 и второй откидной заслонкой 7. Пружина 11, которая находится между фиксированным элементом 12 и второй откидной заслонкой 7 в сжатом состоянии, создает второе возвратное усилие, действующее на вторую откидную заслонку 7, отжимая ее в сторону второго заплечика 5. Пружины 10 и 11 соосны с продольной осью 6 трубы. Возвратное усилие, создаваемое пружиной 11 и действующее на вторую откидную заслонку 7, больше, чем отжимающее усилие, прилагаемое к этой заслонке пружиной 10.В результате при отсутствии других усилий пружина 11 герметично прижимает вторую откидную заслонку 7 ко второму заплечику 5, а пружина 10 удерживает первую откидную заслонку 7 у первого заплечика 5. Длина второго активирующего стержня 9 меньше, чем расстояние в направлении вдоль оси 6 между внутренней поверхностью первой откидной заслонки 7 и второй откидной заслонкой 7. Соответственно, при закрытых первом и втором клапанах между вторым активирующим стержнем 9 и второй откидной заслонкой 7 имеется зазор.
Для того чтобы обеспечить герметичное соединение между коннекторами 2, когда они связаны между собой, у первого коннектора имеется цилиндрическая втулка 13, внутренний диаметр которой немного больше, чем наружный диаметр другого коннектора 2. Втулка 13 выполнена соосной с корпусом 3 первого коннектора.
Как показано на фиг. 3, первый коннектор 2 предпочтительно содержит впускной канал 17 для продувочного газа. Впускной канал соединен с источником продувочного газа, чтобы осуществлять продувку пространства между двумя откидными заслонками 7 при осуществлении соединения и рассоединения коннекторов 2. Впускной канал 17 подает продувочный газ в буферное пространство 16 первого коннектора 2.
Продувочный газ, используемый при осуществлении рассоединения, представляет собой инертный газ, такой как азот или любой другой подходящий газ. Таким образом, в рассоединенном состоянии, проиллюстрированном на фиг. 1, инертный газ позволяет, по соображениям безопасности, создать в буферном пространстве 16 инертный буфер между наружной атмосферой и содержимым газопровода. Продувочный газ, используемый в процессе соединения, может представлять собой инертный газ или любой другой газ, который не является несовместимым с содержимым соединяемых трубопроводов, например с метаном, но, естественно, не является ни воздухом, ни кислородом.
Второй коннектор 2 содержит отводной канал 18 для удаления газа и/или жидкости из пространства между откидными заслонками 7 при осуществлении соединения и рассоединения коннекторов 2. Этот отводной канал 18 соединен, например, с устройством для хранения газа, с вакуумным насосом или даже с атмосферой. Чтобы селективно открывать и закрывать каналы 17 и 18, на них предпочтительно установлены клапаны 30 и 31 соответственно.
Далее будут описаны операции соединения и рассоединения коннекторов 2.
На фиг. 1 два коннектора показаны в рассоединенном состоянии (положении). В этом состоянии пружины 10 и 11 удерживают откидные заслонки 7 прижатыми герметичным образом к заплечикам 5, т.е. оба клапана закрыты, так что СПГ, содержащийся в трубах 1, изолирован безопасным образом. Первый активирующий стержень 8 выступает из патрубка 4. Чтобы обеспечить возможность их последующего соединения, коннекторы 2 расположены соосно напротив друг друга.
На фиг. 2 коннекторы показаны в состоянии начального соединения. Для того чтобы привести их в это состояние, коннекторы 2 перемещают из положения по фиг. 1 по направлению друг к другу вдоль продольной оси 6 таким образом, что второй коннектор входит во втулку 13. Втулка 13 содержит на своей внутренней поверхности уплотнительное кольцо (не изображено), которое сопрягается с наружной поверхностью второго коннектора для того, чтобы обеспечить герметичное соединение между двумя коннекторами.
Таким образом, втулка 13 герметично перекрывает межконнекторное (соединительное) пространство 15 между первыми клапанами двух коннекторов 2. Герметичное замыкание соединительного пространства 15 обеспечивает улавливание воздуха, находившегося между коннекторами 2.
В состоянии (в положении) начального соединения первые активирующие стержни 8 находятся в контакте, но не создают усилия, противодействующего усилию со стороны пружин 10. Таким образом, первые и вторые клапаны двух коннекторов остаются закрытыми.
На фиг. 3 иллюстрируется промежуточное состояние (положение) соединения двух коннекторов, которое обеспечивается путем дальнейшего встречного перемещения коннекторов 2 из положения по фиг. 2 вдоль оси 6.
Встречное движение двух коннекторов 2 из состояния начального соединения, проиллюстрированного на фиг. 2, соответствует движению первых заплечиков 5 навстречу друг другу. Во время этого встречного перемещения двух коннекторов перемещение первых откидных заслонок 7 в направлении одна к другой блокируется вследствие упора первых активирующих стержней 8 друг в друга. Различие в смещениях первых заплечиков 5 и первых откидных заслонок 7 приводит к открыванию первого клапана каждого коннектора 2. В результате открывания этих клапанов буферные пространства 16 патрубков 4, расположенные между первым клапаном и вторым клапаном каждого коннектора 2, оказываются связанными с соединительным пространством 15.
Блокирование первых откидных заслонок 7 в исходном положении блокирует также вторые активирующие стержни 9. Вторые откидные заслонки 7, прижатые ко вторым заплечикам 5, перемещаются вместе с коннекторами 2, т.е. движутся в направлении вторых активирующих стержней 9. В результате в промежуточном состоянии вторые активирующие стержни 9 вступают в контакт со вторыми откидными заслонками 7. Однако этот контакт не приводит к приложению вторыми активирующими стержнями 9 усилий, действующих на вторые откидные заслонки 7, противодействуя усилиям со стороны пружин 11. Таким образом, вторые клапаны остаются в закрытом состоянии, герметично перекрывая патрубки 4 и предотвращая циркуляцию СПГ, содержащегося в трубе 1, между коннекторами 2.
Когда коннекторы находятся в промежуточном состоянии, в буферное пространство первого коннектора 2 через впускной канал 17 нагнетают продувочный газ. Открыт также отводной канал 18. Впуск газа по каналу 17 при одновременном выведении газа по каналу 18 позволяет заместить газ, содержавшийся в буферных пространствах 16, вместе с воздухом, захваченным в соединительном пространстве 15, продувочным газом, как это проиллюстрировано на фиг. 4.
Когда буферные пространства 16 и соединительное пространство 15 не будут содержать ничего, кроме продувочного газа, впускной канал 17 и отводной канал 18 снова перекрывают. После этого снова перемещают два коннектора 2 вдоль продольной оси 6 по направлению друг к другу, переводя их из промежуточного состояния в соединенное состояние (положение), проиллюстрированное на фиг. 5.
Во время этого встречного движения первые активирующие стержни 8 продолжают препятствовать перемещению первых откидных заслонок 7 в направлении одна к другой, удерживая первые клапаны открытыми. Аналогичным образом, наличие упора вторых откидных заслонок 7 во вторые активирующие стержни 9 блокирует перемещение вторых откидных заслонок, когда вторые заплечики 5 движутся навстречу друг другу. Блокирование вторых откидных заслонок 7 при встречном перемещении вторых заплечиков приводит к открыванию вторых клапанов двух коннекторов 2. Открывание вторых клапанов приводит, в свою очередь, к открыванию проходов в патрубках 4 двух коннекторов таким образом, что СПГ, содержащийся в трубопроводе, может свободно течь от первого коннектора ко второму коннектору, как это показано на фиг. 5.
Рассоединение коннекторов производится в обратном порядке по отношению к описанному выше процессу соединения. Различные этапы перехода двух коннекторов 2 из соединенного состояния, проиллюстрированного на фиг. 5, в рассоединенное состояние, проиллюстрированное на фиг. 1, иллюстрируются фиг. 6 и 7.
На первом этапе рассоединение соединенных коннекторов 2 производится таким образом, чтобы перевести их из соединенного состояния, когда все клапаны открыты, в промежуточное состояние, в котором первые клапаны открыты, а вторые клапаны закрыты. На этом этапе СПГ удерживается в буферных пространствах 16 и в соединительном пространстве 15. Для выведения этого СПГ осуществляется продувка, как это описано выше со ссылками на фиг. 3 и 4. В дополнение к выведению газа, содержащегося в буферных пространствах 16 и в соединительном пространстве 15, через отводной канал 18, эта продувка включает нагнетание продувочного газа через впускной канал 17. Данная продувка осуществляется до тех пор, пока СПГ, присутствовавший в буферных пространствах 16 и в соединительном пространстве 15, не будет полностью заменен продувочным газом. На фиг. 6 коннекторы 2 показаны в промежуточном состоянии, во время выведения, посредством продувки, присутствовавшего СПГ.
По завершении продувки впускной канал 17 и отводной канал 18 закрывают. В результате два коннектора переходят из промежуточного состояния в состояние начального соединения, в котором все клапаны закрыты, как это показано на фиг. 7.
Поскольку соединительное пространство 15 содержит только инертный продувочный газ, коннекторы могут быть полностью рассоединены без риска воспламенения, создающего угрозу для пользователей. Таким образом, в процессе рассоединения в атмосферу выводится только продувочный газ.
В неизображенном варианте впускной канал 17 и/или отводной канал 18 могут выходить непосредственно в соединительное пространство 15 между двумя коннекторами. Например, оба этих канала могут проходить через втулку 13 и заканчиваться в соединительном пространстве 15. На коннекторах 2 может быть установлен механизм блокировки, чтобы селективно фиксировать коннекторы в различных функциональных состояниях, описанных выше, т.е. в промежуточном состоянии, в состоянии начального соединения и в соединенном состоянии. Такой механизм блокировки используется, например, в промежуточном состоянии, чтобы предотвратить движение коннекторов в направлении друг к другу или их разведение до тех пор, пока буферные пространства и соединительное пространство не будут полностью продуты.
Вариант механизма блокировки коннекторов представлен, в качестве примера, на фиг. 8 и 13. Компоненты, которые подобны или идентичны компонентам, показанным на фиг. 1, имеют на фиг. 13 аналогичные обозначения, увеличенные на 500, причем эти компоненты не будут рассматриваться повторно.
Как видно из фиг. 13, механизм блокировки выполнен в виде круглого цилиндрического кольца 25, установленного на одном из коннекторов, и пальца 26, связанного с другим коннектором. Кольцо 25 установлено смежно с втулкой 513 первого коннектора 502 и выступает за пределы этой втулки. Палец 26 закреплен на наружной стороне корпуса 503 второго коннектора с помощью кронштейна 27 с возможностью его введения в направляющий паз, выполненный в кольце 25. Желательно, чтобы палец 26 был расположен таким образом, чтобы он мог взаимодействовать с наружным диаметром кольца 25, не создавая помех для герметичного соединения втулки 513 с другим коннектором 502.
Как показано на фиг. 8, в кольце 25 выполнен паз 19, проходящий на всю толщину стенки кольца. Паз 19 имеет достаточную ширину для ввода в него пальца 26 с возможностью перемещения этого пальца вдоль паза. У паза 19 имеется несколько последовательных участков 20 перевода для перемещения пальца и стопорных участков 21.
Соединительные участки 20 (участки перевода) расположены параллельно оси 6 корпуса 3 первого коннектора 2. Стопорные участки 21 ориентированы по окружностям в сечениях, перпендикулярных оси корпуса 3. У паза 19 имеется также входное отверстие 22, расположенное на торце кольца 25. В процессе соединения двух коннекторов 2 палец 26 вводится в паз 19 через отверстие 22. При этом перевод из одного состояния в другое возможен, когда палец 26 находится на участках 20 перевода. Относительное перемещение коннекторов 2 приводит к продвижению пальца 26 вдоль участков 20 перевода. Аналогичным образом, блокировка коннекторов в соединенном состоянии возможна, когда палец 26 находится на стопорных участках 21. Блокировка коннекторов в определенном положении осуществляется простым поворотом кольца 25 с тем, чтобы переместить палец 26 вдоль стопорных участков 21 с целью воспрепятствовать его нахождению на участке 20 перевода. На продолжении каждого участка 20 перевода у паза 19 имеется стопорная секция 28. Когда палец 26 находится в одной из этих стопорных секций, он не расположен напротив какого-либо стопорного участка 21, так что поворот кольца невозможен. Таким образом, с учетом действия возвратных пружин 10 и 11, стопорная секция 28 задает стабильное положение пальца 26.
В первом варианте устройства кольцо 25 жестко прикреплено к первому коннектору. В этом варианте поворот узла, образованного первым коннектором и кольцом, относительно второго коннектора делает возможным перемещение пальца 26 в одном из стопорных участков 21.
Во втором варианте кольцо 25 установлено на первом коннекторе с возможностью поворота относительно него. В этом варианте перемещение пальца 26 в стопорных участках 21 кольца 25 обеспечивается поворотом кольца 25 относительно другого коннектора. В качестве альтернативы, кронштейн 27, несущий палец 26, может быть установлен с возможностью поворота относительно коннектора, несущего указанный палец.
В одном (неизображенном) варианте участки перевода ориентированы в направлении, непараллельном оси корпуса. Однако в данном варианте направление ориентации каждого участка перевода имеет составляющую в направлении взаимного перемещения коннекторов.
На фиг. 9-11 показаны варианты коннекторов с различным расположением входа для продувочного газа и выхода для выведения газа и/или жидкости.
Компоненты, которые подобны или идентичны компонентам, показанным на фиг. 1, имеют на фиг. 9 аналогичные обозначения, увеличенные на 200. На фиг. 9 показан вариант, в котором впускной канал 217 и отводной канал 218 введены в одно и то же буферное пространство 216.
На фиг. 10 элементы, которые подобны или идентичны компонентам, показанным на фиг. 1, имеют аналогичные обозначения, увеличенные на 300.
Вариант по фиг. 10 также содержит впускной канал 317 и отводной канал, установленные на первом коннекторе. Отводной канал состоит из двух частей. Первая часть 318 проходит последовательно через неподвижный компонент 312, вторую откидную заслонку 307, второй активирующий стержень 309, первую откидную заслонку 307 и первый активирующий стержень 308 первого коннектора 302 и заканчивается у конца стержня 308 первого коннектора, напротив активирующего стержня 308 второго коннектора. Вторая часть 322 отводного канала расположена во втором коннекторе 302 и заканчивается, с одной стороны, на конце стержня 308, напротив стержня 308 первого коннектора, и, с другой стороны, на боковой стенке 323 второго активирующего стержня 309. В промежуточном состоянии соединения коннекторов 302 контакт между стержнями 308 двух коннекторов 302 допускает соединение между частью 322 второго коннектора, и частью 318 первого коннектора.
На фиг. 11 элементы, которые подобны или идентичны компонентам, показанным на фиг. 1, имеют аналогичные обозначения, увеличенные на 400. В варианте по фиг. 11 отводной канал 418 расположен внутри втулки 413, обеспечивающей уплотнение между коннекторами, или на ней. В корпусе 403 второго коннектора 402 имеется отверстие, которое открыто в буферное пространство 416. Таким образом, когда втулка 413 расположена вокруг второго коннектора, отводной канал 418 обеспечивает через данное отверстие сообщение с буферным пространством 416 второго коннектора.
Корпуса 3 коннекторов 2 необязательно являются прямыми. Так, на фиг. 13 показан вариант устройства, в котором один из корпусов 503 выполнен с изгибом. В отношении функционирования коннекторов 502 данный вариант идентичен варианту по фиг. 1-7.
Преимуществом коннекторов, описанных выше, является автоматическое механическое управление, посредством активирующего стержня 9, состоянием второго клапана в зависимости от состояния первого клапана. Более конкретно, в отсутствие наружного доступа ко второму клапану единственный способ обеспечить полностью открытое состояние обычно состоит в том, чтобы переключить первый клапан в максимальное открытое состояние, в котором он находится в полностью соединенном состоянии соединительного устройства, описанном выше. Таким образом, открытие второго клапана в обычных условиях осуществляется только в состоянии полного соединения коннекторов.
В отличие от этого, благодаря автоматическому механическому управлению посредством активирующего стержня 9 и возвратных пружин 10 и 11 закрывание первого клапана принудительно приводит к закрыванию второго клапана. Таким образом, разъединение коннекторов принудительно приводит к закрыванию двух клапанов, что гарантирует эффективную эксплуатационную надежность коннекторов.
Специалисту в данной области будет понятно, что эти автоматические механические средства управления могут быть реализованы и с помощью других соединительных средств, обеспечивающих взаимодействие откидных заслонок.
Кроме того, наличие промежуточного состояния позволяет осуществлять открывание первых клапанов без открывания вторых клапанов. Тем самым создается преимущество, состоящее в возможности создать в каждом коннекторе перед разъединением буфер из инертного газа или любого другого подходящего продукта. Это позволяет продувать (или промывать) в процессе соединения коннекторов соединительное пространство между первыми клапанами любым соответствующим продуктом с тем, чтобы гарантировать, что продукт, содержащийся в трубах 1, не вступает в контакт с окружающим воздухом.
Существование состояния начального соединения, в котором герметичное соединение между коннекторами реализуется до открывания первых клапанов, создает преимущество, состоящее в отсутствии любого непосредственного сообщения буферных пространств с окружающей атмосферой. Однако в одном варианте наличие данного состояния не является обязательным.
Далее, со ссылкой на фиг. 14, будет описан коннектор 602, функционирующий несколько иным образом, чем рассмотренные варианты. Элементы, которые подобны или идентичны компонентам, показанным на фиг. 1, имеют на фиг. 14 аналогичные обозначения, увеличенные на 600.
В варианте устройства по фиг. 14 автоматическая механическая связь между вторым клапаном и первым клапаном является менее ограничительной, чем раньше. Более конкретно, в коннектор 602 устанавливается устройство, блокирующее второй клапан, так что состояние первого клапана будет автоматически управлять не состоянием второго клапана, но устройством, блокирующим этот клапан.
Как и раньше, первый клапан содержит откидную заслонку 607а, установленную с возможностью поступательного перемещения с преодолением усилия возвратной пружины 610 и с возвращением в закрытое состояние, в котором она взаимодействует с седлом 605 данной заслонки. При этом здесь, в отличие от предыдущих вариантов, второй клапан представляет собой поворотную заслонку 607b, показанную в открытом состоянии пунктирными линиями и в закрытом состоянии сплошными линиями. Поворотная заслонка 607b закреплена на оси 35, проходящей по диаметру корпуса 603 с возможностью поворота. Ось 35 выступает из корпуса 603 наружу, чтобы обеспечить возможность селективного поворота поворотной заслонки 607b, например вручную или с помощью приводного двигателя, для приведения ее в открытое и закрытое состояния. Таким образом, в этом случае переключение поворотной заслонки 607b не производится автоматически, путем переключения откидной заслонки 607а.
Блокирующее устройство второго клапана содержит кольцо 36, установленное с возможностью поворота в буферном пространстве 616 патрубка 604, но без возможности продольного перемещения. На внутренней поверхности кольца 36 имеется винтовая канавка 38, в которую введен штифт 37, прикрепленный к откидной заслонке 607а. Взаимодействие штифта 37 с канавкой 38 автоматически согласовывает поступательное перемещение откидной заслонки 607а и поворот кольца 36. Кольцо 36, таким образом, поворачивается в зависимости от перехода откидной заслонки 607а между:
- заблокированным положением, соответствующим закрытому состоянию данной заслонки, показанному на фиг. 14, и
- разблокированным положением (не изображено), соответствующим открытому состоянию откидной заслонки 607а.
В закрытом состоянии кольцо 36 блокирует поворотную заслонку 607b в закрытом положении, показанном на фиг. 14. В этом положении поворотную заслонку 607b нельзя открыть, воздействуя на ось 35. Такая блокировка осуществляется, например, при помощи болта 39, который закреплен на кольце 36 и который выступает в радиальном направлении внутрь кольца, входя, в качестве стопора, в паз, выполненный в боковой поверхности поворотной заслонки 607b.
В разблокированном положении болт 39 на кольце 36 расположен перпендикулярно по отношению к входному отверстию указанного паза, что делает возможным перемещение поворотной заслонки 607b. Таким образом, данная заслонка не может свободно открываться и закрываться при воздействии на ось 35.
С учетом этих конструктивных особенностей единственный способ переключения поворотной заслонки 607b в открытое состояние предусматривает, в качестве первой операции, переключение первого клапана в открытое состояние, которое, как и в описанных выше вариантах, обеспечивается в соединенном состоянии коннекторов 602. Следовательно, открывание второго клапана происходит только, когда коннекторы соединены.
В этом варианте разъединение коннекторов принудительно приводит к закрыванию первого клапана и к запиранию второго клапана, которое раньше должно было осуществляться воздействием на ось 35. Высокая эксплуатационная надежность коннекторов достигается также и в этом случае, поскольку оператор реализует запланированную последовательность операций.
Специалисту в соответствующей области будет понятно, что описанные автоматические механические средства управления могут быть осуществлены и с помощью других соединительных средств, обеспечивающих требуемое взаимодействие клапанов.
Кроме того, в этом варианте могут быть введены, аналогично рассмотренным вариантам, впускной и отводной каналы.
Описанные соединительные устройства могут быть использованы в различных приложениях, в которых применяются трубопроводы СПГ, например, с целью заполнения или опорожнения резервуаров (танков) для СПГ в наземной или морской установке, например на судне-газовозе.
На фиг. 12 представлено, на виде с вырезом, судно-газовоз 70. Показан герметичный и теплоизолирующий танк 71 призматической формы, смонтированный в двойном корпусе 72 судна. Подводящие/отводящие трубы 73, закрепленные на палубе верхнего мостика морского судна, могут быть подсоединены, посредством коннекторов 2, как описано выше, к морскому или портовому терминалу, чтобы перемещать груз (СПГ) из танка 71 или в этот танк.
На фиг. 12 представлен также пример морского терминала, в состав которого входят станция 75 приема и выдачи, подводная труба 76 и береговое хранилище 77. Станция 75 приема и выдачи является стационарной плавучей конструкцией, содержащей мобильную руку 74 и башню 78, которая поддерживает мобильную руку 74. Мобильная рука 74 несет пучок теплоизолированных гибких труб 79, которые могут быть соединены с подводящими/отводящими трубами 73. Мобильная рука 74, которой можно придавать различные ориентации, адаптирована к любым типам газовозов. Внутри башни 78 проходит неизображенная соединительная труба. Станция 75 приема и выдачи позволяет осуществлять загрузку газовоза 70 из берегового хранилища 77 и его разгрузку в это хранилище. Данное хранилище содержит резервуары (танки) 80 для хранения сжиженного газа и соединительные трубы 81, подсоединенные посредством подводной трубы 76 к станции 75 приема и выдачи. Подводная труба 76 делает возможным транспортирование сжиженного газа между данной станцией и береговым хранилищем 77 на большое расстояние, составляющее, например, 5 км. Это позволяет судну-газовозу 70 оставаться во время операций по его загрузке и разгрузке на большом расстоянии от берега.
Чтобы создать давление, необходимое для переноса сжиженного газа, используются насосы, установленные на борту судна 70, и/или насосы, имеющиеся в береговом хранилище 77, и/или насосы, имеющиеся на станции 75 приема и выдачи.
Хотя изобретение было описано применительно к нескольким конкретным вариантам, оно никоим образом не ограничено ими и включает все технические эквиваленты рассмотренных средств, а также их комбинации, если они охватываются объемом изобретения.
В частности, впускной канал для газа и отводной канал для газа и/или жидкости могут быть выведены в любое из буферных пространств коннекторов или даже в соединительное пространство между ними. Механизм блокировки может иметь любую другую подходящую форму, например представлять собой систему винт-гайка. Аналогичным образом, коннекторы, описанные выше применительно к транспортированию СПГ, применимы при транспортировании любой текучей среды, требующей повышенного уровня безопасности.
Использование глаголов "состоять", "содержать" или "включать", а также их различных глагольных форм не исключает присутствия других элементов или других операций, помимо указанных в пунктах формулы. Упоминание компонента (операции) в единственном числе не исключает присутствия (использования) и других подобных компонентов (операций).
Использование в формуле изобретения любых обозначений (приводимых в скобках) не должно рассматриваться как внесение в формулу каких-то ограничений.