ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ДЛЯ ГЕРМЕТИЗАЦИИ СТОЯКА ОТБОРА ГАЗА ПРИ РЕМОНТЕ НИЖНЕГО ШАРОВОГО КРАНА С "ПЛАВАЮЩИМ" ШАРОМ

Полезная модель относится к вспомогательным герметизирующим средствам для обеспечения ремонта нижнего шарового крана, установленного на патрубке стояка отбора газа действующего магистрального трубопровода.
Известно устройство для герметизации трубопровода при замене шарового крана, содержащее присоединяемый к крану корпус, размещенный в нем полый стержень с наружной резьбой и запорным органом на его конце и шток с гайкой, расположенный внутри стержня с возможностью осевого перемещения, причем гайка установлена с возможностью контакта с торцом стержня на конце штока, противоположном запорному органу, при этом устройство снабжено направляющей втулкой с внутренней резьбой, закрепленной в корпусе фиксатором осевого положения втулки, и дисковым элементом, установленном на внутреннем конце штока, запорный орган выполнен в виде цанговой втулки, охваченной эластичным уплотнительным кольцом, полый стержень со штоком ввернут в направляющую втулку, а дисковый элемент установлен с возможностью контакта с внутренней поверхностью цанговой втулки, в корпусе выполнено сливное отверстие, заглушенное при помощи резьбовой втулки (см. описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1560867, МПК F16K 43/00, публикация 30.04.1990).
Недостатком известного устройства является то, что оно способно герметизировать только при незначительном давлении среды, поскольку в его конструкции отсутствуют элементы, компенсирующие осевую силу от давления среды в положении, когда корпус устройства и заменяемый кран демонтированы (кроме силы трения эластичного уплотняющего кольца о внутреннюю поверхность трубопровода, которая ограничена допускаемыми контактными напряжениями и коэффициентом трения соответствующих поверхностей).
Известно устройство для герметизации трубопровода при ремонте шарового крана под давлением, содержащее опорную конструкцию, колонну и узел уплотнения, при этом опорная конструкция включает в себя два направляющих резьбовых элемента с гайками, нижнюю составную опору, среднюю составную опору и верхнюю цельную опору, которые посредством выполненных в них осевых каналов размещены на направляющих резьбовых элементах с возможностью их поступательного перемещения посредством вращения гаек, колонна включает в себя полую штангу, внутри которой размещен цельный винт, на нижнем конце которого установлено герметизирующее уплотнение и подвижный упор, узел уплотнения включает в себя полый корпус, полость которого соединена с краном высокого давления, направляющие резьбовые элементы выполнены в виде шпилек с шайбами и гайками с двух сторон опор, на нижнем участке штанги колонны выполнены внутренняя резьба, наружный конусный упор и внутренняя канавка с уплотнительным кольцом, в нижней части винта выполнена наружная резьба, сопрягаемая с внутренней резьбой штанги, герметизирующее уплотнение выполнено с внутренними коническими поверхностями, подвижный конусный упор выполнен с внутренней канавкой, в которую установлено уплотнительное кольцо, на самом конце винта выполнены поперечное отверстие и резьба, на которую навинчена гайка с двумя шайбами и застопорена штифтом для фиксации подвижного конусного упора, на наружной поверхности нижнего участка штанги выполнен уступ и продольные пазы, узел уплотнения штанги и верхнего патрубка крана выполнен единым, имеющим корпус в виде стакана с двумя боковыми отверстиями, соосно с которыми приварены два патрубка, на одном из которых на конической резьбе установлен кран высокого давления, а на другом на конической резьбе установлена пробка, при этом стакан с двух сторон имеет расточки разного диаметра, посередине которых выполнены канавки и в них помещены уплотнительные кольца, нижняя опора состоит из скрепленных между собой четырьмя болтами с шайбами и гайками основания и накладки, сверху которых на резьбе установлены четыре упора с цилиндрическими головками, при этом внутри центрального отверстия основания и накладки на винтах установлены регулировочные полукольца, (см. описание полезной модели к патенту №121025, МПК F16K 43/00, публикация 10.10.2012).
Недостатком известного устройства является низкая безопасность ремонта шарового крана, обусловленная следующими причинами:
- при ремонте нижнего шарового крана для перемещения верхней опоры необходимо крутить две гайки одновременно под большой нагрузкой, что приводит к быстрому износу и выходу из строя резьбы направляющих шпилек и гаек, увеличению вероятности разрушения опорной конструкции, и снижению безопасности проведения ремонтных работ;
- при ремонте нижнего шарового крана при перемещении верхней опоры с колонной в рабочее положение, требуется строгое соблюдение горизонтального положения верхней опоры на протяжении всего процесса приведения устройства в рабочее положение. Нарушение горизонтальности опоры может привести к заклиниванию сопрягаемых элементов устройства, повышению риска выброса газа в рабочую зону вследствие перекоса герметизирующих элементов и снижает безопасность проведения ремонтных работ;
- при ремонте нижнего шарового крана герметизирующий элемент колонны имеет большую контактную поверхность, вследствие чего, для герметизации газопровода, требуются большие усилия, возникающие в резьбовом соединении колонны, а также требуется качественная подготовка поверхности под установку герметизирующего элемента, что повышает риск выброса газа в рабочую зону, вследствие разгерметизации патрубка стояка отбора газа и снижению безопасности проведения ремонтных работ;
- при ремонте нижнего шарового крана узел уплотнения стакана имеет одно уплотнительное кольцо. В совокупности с низким качеством поверхности и возможными отклонениями геометрических параметров поперечного сечения наружной поверхности патрубка стояка отбора газа, значительно повышает риск выброса газа в рабочую зону и снижает безопасность проведения ремонтных работ.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство для герметизации газопровода при ремонте крана с «плавающим» шаром, содержащее опорную конструкцию и штангу, при этом опорная конструкция включает в себя четыре направляющих шпильки с шайбами и гайками, нижнюю составную опору, состоящую из скрепленных между собой двумя болтами с шайбами и гайкам двух одинаковых частей, имеющих общую расточку, бурт с вырезами и четыре осевых канала в виде отверстий, среднюю составную опору, состоящую из скрепленных между собой двумя шпильками с шайбами и гайками двух частей, имеющих общее центральное отверстие и четыре осевых канала в виде открытых пазов и верхняя опора, имеющая установленный в ее центральном отверстии стакан с расточкой и резьбовым отверстием, в котором размещен болт с концом в виде полусферы, и четыре осевых канала в виде отверстий, опоры посредством выполненных в них осевых каналов размещены на направляющих шпильках с возможностью их поступательного перемещения посредством вращения гаек, опорная конструкция включает четыре направляющих шпильки с шайбами и гайками, штанга вверху имеет центрирующую поверхность и плоский верхний торец, на нижнем участке штанги выполнена канавка, а в самом низу штанги выполнен упор, имеющий коническую контактную поверхность, (см. описание полезной модели к патенту №183288, МПК F16L 55/10, публикация 17.09.2018).
Недостатком ближайшего аналога является невозможность проведения ремонта нижнего шарового крана с «плавающим» шаром, обусловленная тем, что при установке штанги в рабочее положение вследствие возможных внутренних наплывов сварочного шва приварки крана к трубе и других технологических дефектов при проведении работ по монтажу стояка отбора газа, возникает непроходимость штанги по внутреннему диаметру стояка отбора газа, что препятствует дальнейшему производству работ по восстановлению герметичности шарового крана.
Технической проблемой, решение которой было обеспечено заявляемой полезной моделью, является создание рационального, надежного и безопасного приспособления для герметизации стояка отбора газа при ремонте нижнего шарового крана с «плавающим» шаром на действующих магистральных трубопроводах, без прекращения транспортировки газа, в котором за счет выполнения на штанге приспособления продольного фрезерования поверхностей с двух диаметрально противоположных сторон, чем обеспечивается возможность надежного и безопасного использования приспособления для герметизации стояка отбора газа при ремонте нижнего шарового крана при наличии технологических дефектов внутренней поверхности патрубка.
Технический результат, получаемый при использовании заявляемой полезной модели, заключается в минимизации зависимости от наличия возможных технологических дефектов (сварочных наплывов, наличие увеличенных припусков вварных штуцеров, несоосность элементов СОГ и т.д.) на внутренней поверхности стояка отбора импульсного газа при применении приспособления для ремонта нижнего шарового крана.
Технический результат достигается тем, что приспособление для герметизации газопровода при ремонте крана с «плавающим» шаром, состоящее из опорной конструкции и штанги, при этом опорная конструкция включает в себя четыре направляющих шпильки с шайбами и гайками, нижнюю составную опору, состоящую из скрепленных между собой двумя болтами с шайбами и гайкам двух одинаковых частей, имеющих общую расточку, бурт с вырезами и четыре осевых канала в виде отверстий, среднюю составную опору, состоящую из скрепленных между собой двумя шпильками с шайбами и гайками двух частей, имеющих общее центральное отверстие и четыре осевых канала в виде открытых пазов и верхняя опора, имеющая установленный в ее центральном отверстии стакан с расточкой и резьбовым отверстием, в котором размещен болт с концом в виде полусферы, и четыре осевых канала в виде отверстий, опоры посредством выполненных в них осевых каналов размещены на направляющих шпильках с возможностью их поступательного перемещения посредством вращения гаек, опорная конструкция включает четыре направляющих шпильки с шайбами и гайками, штанга вверху имеет центрирующую поверхность и плоский верхний торец, на нижнем участке штанги выполнена канавка, а в самом низу штанги выполнен упор, имеющий коническую контактную поверхность, согласно полезной модели штанга приспособления имеет продольное фрезерование, выполненное с двух диаметрально противоположных сторон.
Расширение сферы применения приспособления для ремонта нижнего шарового крана достигается тем, что фрезерование штанги позволит применять приспособление при ремонте крана с «плавающим» шаром серии МА 39002 при наличии наплывов сварочного шва приварки крана к трубе и других технологических дефектов внутренней поверхности патрубка стояка отбора импульсного газа, при проведении ремонтных работ.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где
на фиг. 1 - изображено приспособление для герметизации стояка отбора газа при ремонте нижнего шарового крана с «плавающим» шаром, сборочный чертеж с продольным разрезом; изображено положение приспособления и крана до и после его разборки, средняя опора еще не установлена;
на фиг. 2 - то же, разрез А-А;
на фиг. 3 - изображено сечение модернизированной штанги с продольными фрезерованными поверхностями, с двух диаметрально противоположных сторон.
на фиг. 4 - изображено приспособление для герметизации стояка отбора газа при ремонте нижнего шарового крана с «плавающим» шаром, сборочный чертеж с продольным разрезом; изображено положение приспособления и крана после установки средней опоры;
на фиг. 5 – то же, разрез В-В.
На фигурах позиции обозначены следующим образом:
1 - опорная конструкция,
2 - штанга,
3 - шпилька,
4 - шайба
5 - гайка,
6 - увеличенная шайба,
7 - нижняя составная опора,
8 - средняя составная опора,
9 - верхняя цельная опора,
10 - болт,
11 - шайба,
12 - гайка,
13 - расточка,
14 - бурт,
15 - вырез,
16 - осевой канал,
17 - шпилька,
18 - шайба,
19 - гайка,
20 - отверстие,
21 - паз,
22 - стакан,
23 - расточка,
24 - резьбовое отверстие,
25 - болт,
26 - осевой канал,
27 - центрирующая поверхность,
28 - верхний торец,
29 - канавка,
30 - упор,
31 - коническая контактная поверхность,
32 - фрезерованные плоскости,
33 - кран шаровой,
34 - корпус крана,
35 - шпиндельный узел,
36 - рукоятка,
37 - шаровая пробка,
38 - верхний фланец,
39 - седло,
40 - нижний фланец,
41 - седло,
42 - шпилька,
43 - гайка,
44 - отгибная шайба,
45 - резиновое кольцо,
46 - отверстие,
47 - шаровый затвор,
48 - нижняя часть,
49 - верхняя часть.
Приспособление для герметизации стояка отбора газа при ремонте нижнего шарового крана с «плавающим» шаром содержит опорную конструкцию 1 и штангу 2.
Опорная конструкция 1 включает в себя четыре (для обеспечения устойчивости и безопасности приспособления) направляющих шпильки 3 с шайбами 4, гайками 5 и четырьмя увеличенными шайбами 6, нижнюю составную опору 7, среднюю составную опору 8 и верхнюю цельную опору 9. При этом опоры 7, 8 и 9, посредством выполненных в них осевых каналов, размещены на шпильках 3 с возможностью их поступательного перемещения и закрепления посредством вращения гаек 5.
Нижняя опора 7 состоит из скрепленных между собой двумя болтами 10 с шайбами 11 и гайками 12 двух одинаковых частей, имеющих общую расточку 13 и бурт 14 с вырезами 15, обеспечивающими ориентацию и возможность размещения нижней опоры 7 при ее монтаже, и четыре осевых канала 16 в виде отверстий.
Средняя опора 8 состоит из скрепленных между собой двумя шпильками 17 с шайбами 18 и гайками 19 двух частей, имеющих общее центральное отверстие 20, и четыре осевых канала в виде открытых пазов 21, обеспечивающих установку и снятие средней опоры 8 на шпильки 3 при установленной верхней опоре 9.
Верхняя опора 9 цельная имеет установленный в ее центральном отверстии стакан 22 с расточкой 23 и резьбовым отверстием 24, в котором размещен болт 25 с концом в виде полусферы, и четыре осевых канала в виде отверстий 26.
Штанга 2 вверху имеет центрирующую поверхность 27 и плоский верхний торец 28. На нижнем участке штанги 2 выполнена канавка 29 для размещения на ней средней опоры 8, а в самом низу штанги выполнен упор 30, имеющий коническую контактную поверхность 31 для увеличения устойчивости штанги 2 и всей опорной конструкции 1 под нагрузкой. По всему нижнему участку 2 имеются две диаметрально противоположные фрезерованные плоскости 32.
Ремонтируемый кран 33 содержит корпус 34, шпиндельный узел 35 с поворотным штоком и рукояткой 36, шар 37, верхний фланец 38 с седлом 39, нижний фланец 40 с седлом 41, четыре стяжные шпильки 42, восемь гаек 43, восемь отгибных шайб 44 и два уплотнительных резиновых кольца 45. Шар 37 имеет сквозное отверстие 46 равное внутреннему диаметру газопровода. Шаровой затвор 47 представляет собой узел, состоящий из «плавающего» (не имеющего дополнительных опор на корпус 34) шара 37, двух уплотняющих седел 39 и 41 и поворотного штока (шпинделя), размещенного в шпиндельном узле 35. Ремонтируемый кран установлен (приварен своими фланцами) в середину газоотборного патрубка, нижняя часть 48 которого соединена с магистральным газопроводом, а верхняя часть 49 служит для отбора газа на технологическое оборудование.
Заявляемое приспособление для герметизации стояка отбора газа при ремонте нижнего шарового крана с «плавающим» шаром работает следующим образом.
На нижний фланец 40 закрытого ремонтируемого крана 33 устанавливается до упора в бурт 14 нижняя составная опора 7, при этом нижние концы шпилек 42 с гайками 43 и шайбами 44 размещаются в вырезах 15 нижней опоры 7, обе части которой стягиваются болтами 10 с шайбами 11 и гайками 12. В отверстиях 16 опоры 7 устанавливаются четыре шпильки 3 необходимой длины, которые крепятся к опоре 7 гайками 5 с шайбами 4 (снизу) и увеличенными шайбами 6 (сверху), обеспечивающими осевую фиксацию всей опорной конструкции 1 относительно нижнего фланца 39 крана 33. Внутрь верхней части 49 газоотборного патрубка устанавливается штанга 2 до упора ее в шар 37 закрытого шарового затвора 47 ремонтируемого крана 33. На шпильки 3 и штангу 2 устанавливается верхняя опора 9 с размещением расточки 23 стакана 22 на центрирующей поверхности 27 штанги 2 и обеспечением упора полусферического конца болта 25 в плоский верхний торец 28.
Затем верхняя опора 9 слегка поджимается вниз шпилечными гайками 5 с шайбами 4 и ими же фиксируется.
В этом положении вращением болта 25 гаечным ключом по часовой стрелке производится перемещение вниз полусферического конца болта 25, который воздействует на плоский верхний торец 28 и прижимает вниз штангу 2, которая воздействует контактной поверхностью 31 упора 30 на шар 37 шарового затвора 47. При этом под действием осевой силы, возникающей при затяжке резьбы болта 25, уменьшается контактное давление между шаром 37 и верхним седлом 39, преодолевается сила от давления в нижней части 48 газоотборного патрубка и создается необходимое для герметизации контактное давление между шаром 37 и нижним седлом 41. В результате рабочее давление в нижней части 48 газоотборгого патрубка отсекается от внутреннего объема крана 33, происходит его герметизация от рабочего давления. Одновременно остаточное давление газа из внутреннего объема крана 33 само стравливается через стык с уменьшаемым контактным давлением между шаром 37 и верхним седлом 39. Сила от рабочего давления газа в нижней части 48 газоотборгого патрубка воспринимается шаром 37, передается штангой 2 через болт 25 на верхнюю опору 9 и шпильки 3 и через нижнюю опору 7 замыкается на нижнем фланце 40 крана 33, приваренного к нижней части 48 газоотборного патрубка. После стравливания полностью давления из внутреннего объема крана 33 можно приступить к его безопасной разборке и ремонту. Для чего отгибаются шайбы 44, откручиваются гайки 43 на шпильках 42, стягивающих фланцы 38 и 40 ремонтируемого крана 33, разбирается шпиндельный узел 35 крана 33, разъединяется корпус 34 и нижний фланец 40 крана 33. Затем вверх по штанге 2 перемещаются: верхняя часть 49 газоотборного патрубка с приваренным к нему верхним фланцем 38 крана 33, корпус 34 со шпиндельным узлом 35 и уплотнительные кольца 45. Перемещение производится до момента, при котором нижний торец поднимаемого корпуса 34 оказывается выше канавки 29 штанги 2 и не мешает установке средней опоры 8.
В этом положении устанавливается средняя составная опора 8 с размещением ее центрального отверстия 20 в канавке 29 штанги 2 и пазов 21 между гайками 5 и шайбами 4, установленными в этом месте на шпильках 3. Обе части опоры 8 стягиваются шпильками 17 с шайбами 18 и гайками 19. Затем равномерным вращением гаек 5 средняя опора 8 прижимается вниз до упора в нижний торец канавки 29 штанги 2 с усилием, необходимым для восприятия средней опорой 8 действия давления газа на шар 37, герметично прижатый к нижнему седлу 41 штангой 2. Сила от давления газа в нижней части 48 газоотборгого патрубка воспринимается шаром 37, передается штангой 2 через канавку 29 уже на среднюю опору 8 и шпильки 3 и через нижнюю опору 7 замыкается на нижнем фланце 40 крана 33. В этом положении средняя 8 опора фиксируется нижними гайками 5 с шайбами 4. После чего откручиваются и снимаются шпилечные гайки 5 с шайбами 4 над разгруженной верхней опорой 9, которая снимается со штанги 2 и шпилек 3. После чего снимаются со штанги: верхняя часть 49 газоотборного патрубка с приваренным к нему верхним фланцем 38 крана 33, корпус 34 со шпиндельным узлом 35 крана 33 и уплотнительные кольца 45.
После очистки, осмотра и, при необходимости, замены резиновых уплотнительных колец, подшипниковых втулок, крепежа и других деталей крана 33 и его шпиндельного узла 35, верхняя часть 49 газоотборного патрубка с приваренным к нему верхним фланцем 38 крана 33, корпус 34 со шпиндельным узлом 35 и уплотнительные кольца 45 устанавливаются на штангу 2 сверху средней опоры 8 в обратной последовательности. Затем устанавливается на штангу 2 и шпильки 3 верхняя опора 9 с болтом 25. После чего равномерным вращением гаек 5 верхняя опора 9 прижимается вниз до упора полусферического конца болта 25 в плоский верхний торец 28 штанги 2 с усилием, необходимым для восприятия верхней опорой 9 действия давления на шар 37, герметично прижатый к нижнему седлу 41 штангой 2. Затем верхняя часть 49 газоотборного патрубка с приваренным к нему верхним фланцем 38 крана 33, корпус 34 со шпиндельным узлом 35 крана 33 и уплотнительные кольца 45 приподнимаются и удерживаются над средней опорой 8, которая, после откручивания гаек 19 с шайбами 18 со шпилек 17, демонтируется. Узлы и детали ремонтируемого крана 33 опускаются и устанавливаются в рабочее положение, собирается шпиндельный узел 35 с поворотным штоком и рукояткой 36. На нижний фланец 40, приваренный к нижней части газоотборного патрубка 48, устанавливается первое уплотнительное кольцо 45, затем корпус 34 со шпиндельным узлом 35. Затем на корпус 34 устанавливается верхний фланец 38 с патрубком 49 и вторым уплотнительным кольцом 45. Нижний фланец 40, корпус 34 и верхний фланец 38 стягиваются штатными шпильками 42 и гайками 43 с отгибными шайбами 44 до своего штатного собранного состояния.
При вращении болта 25 гаечным ключом против часовой стрелки его полусферический конец приподнимается над верхним плоским торцом 28 штанги 2 на некоторое расстояние, затяжка болта 25 и связанная с ней осевая сила, действующая вниз на штангу 2, снижаются до 0. Поэтому при действии силы рабочего давления в нижней части 48 газоотборного патрубка на шар 37 уменьшается контактное давление между шаром 37 и нижним седлом 41 и создается необходимое для герметизации контактное давление между шаром 37 и верхним седлом 39, что обеспечивает полную герметичность закрытого шарового затвора 47 ремонтируемого крана 33. После этого демонтируется верхняя опора 9, штанга 2, шпильки 3 и нижняя составная опора 7 с выполнением описанных ранее монтажных операций в обратном порядке.
Приспособление обеспечивает герметизацию газопровода и позволяет произвести безопасный ремонт нижнего шарового крана с «плавающим» шаром, установленного на патрубке стояка отбора газа действующих трубопроводов.