УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВАРИЙНОГО ЗАКРЫТИЯ КРАНА ЗАПОРНОЙ АРМАТУРЫ МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА

Полезная модель относится к арматуростроению и может быть использована в газовой промышленности при транспортировке газов по внешним магистральным газопроводам для автоматического перекрытия газопровода в случае возможных разрывов и утечек газа.
Известно устройство для закрытия крана запорной арматуры магистрального газопровода, описанное в авторском свидетельстве SU №1048219. В корпусе устройства с зазором относительно стенок размещен цилиндр с установленным в нем подпружиненным поршнем, снабженным штоком с коническим запорным органом и делящим полость цилиндра на две части. Одна из частей сообщена каналом с входом. Канал выполнен в штоке. В поршне выполнен дроссельный канал, соединяющий вход и выход устройства.
Известно также автоматическое устройство аварийного закрытия крана, описанное в патенте RU на изобретение №2282088. Устройство содержит герметичную камеру, соединенную с трубопроводом и пневмоцилиндром с поршнем и штоком, дросселем с калиброванным отверстием и компенсирующим пневмоцилиндром. В компенсирующий пневмоцилиндр, свободно сообщающийся с трубопроводом, помещен второй конец штока. Герметичная камера сообщается с трубопроводом через дроссель с калибровочным отверстием.
Однако несовершенствами в описанных выше устройствах являются громоздкость как по габаритам, так и по массе, что осложняет их изготовление, увеличивает затраты на материалы, а также затрудняет доставку до места эксплуатации и использование в полевых условиях.
Наиболее близким аналогом к заявляемому устройству является автомат аварийного закрытия запорной арматуры магистрального газопровода, описанный в патенте RU на полезную модель №16024. Автомат содержит пневмоцилиндр, разделенный чувствительным элементом на рабочие полости, и баллон сравнения. Одна полость пневмоцилиндра сообщена с газопроводом и приводом запорной арматуры, а другая - с баллоном сравнения. Чувствительный элемент выполнен в виде поршня с кольцевой проточкой и штоком, кинематически связанным с механизмом открытия крана линии подачи газа на привод запорной арматуры. В поршне выполнены перепускные каналы с установленными в них обратными клапанами, два из которых разнонаправлено соединяют между собой рабочие полости пневмоцилиндра, причем обратный клапан одного из них имеет калиброванное (дросселирующее) отверстие, а третий - одну из полостей пневмоцилиндра с пространством, образованным кольцевой проточкой поршня со стенками пневмоцилиндра.
Однако и наиболее близкий аналог имеет также достаточно громоздкое исполнение. Кроме того, данная конструкция не защищена от ложных срабатываний.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение надежности за счет исключения ложного срабатывания устройства при упрощении его конструкции, уменьшении габаритов и массы, а также совместимости с имеющимися элементами.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что в устройстве для аварийного закрытия крана запорной арматуры магистрального газопровода, содержащем пневмоцилиндр с чувствительным элементом, элементом перепускания газа и дроссельным узлом, пневмоцилиндр которого выполнен в виде поршня с кольцевой проточкой и разделен внутри на две рабочие полости, одна полость пневмоцилиндра сообщена с газопроводом, а вторая - с полостью сравнения давлений, полость сравнения давлений сформирована внутри монолитного металлического корпуса, в который помещен пневмоцилиндр, а элемент перепускания газа выполнен в виде единого центрального сквозного отверстия поршня, в котором со стороны полости, сообщающейся с газопроводом, установлен во втулке дроссельный узел, который выполнен в виде последовательно соосно установленных двух дросселей, один из которых выполнен по типу дросселя постоянного сечения и обращен к наружному концу поршня, а второй - щелевой конический дроссель.
Заявляется также устройство для аварийного закрытия крана запорной арматуры магистрального газопровода, в котором наряду с вышеописанными признаками на сторонах монолитного металлического корпуса выполнены технологические отверстия для формирования полостей в нем и жестко заблокированы заподлицо заглушками.
Технический результат заключается в том, что заявляемое устройство обеспечивает повышенные в сравнении с аналогами характеристики:
- надежность (исключает ложное срабатывание устройства),
- срок службы,
- простоту и универсальность,
- отсутствие необходимости восстановления устройства после его срабатывания.
Одним из отличий заявляемой конструкции является использование для защиты от ложных срабатываний устройства дроссельного узла. Сопротивление потоку газа через два дросселя, один из которых щелевого типа, мало при малой скорости движения газа через них и значительно вырастает с увеличением скорости. Это приводит к разности давлений в рабочих полостях, за счет которой перемещается поршень в сторону полости, соединенной с газопроводом, что в свою очередь открывает проход газа из баллона аварийного запаса газа через кольцевую проточку поршня и далее на закрытие привода запорного органа.
Кроме того, ряд названных приобретенных технических свойств достигнут максимально продуманной компоновкой практически всех узлов за счет возможности поместить составные узлы вовнутрь в монолитный корпус. Размер заявляемого устройства для аварийного закрытия в сравнении с аналогами, в том числе и с наиболее близким и наилучшим на сегодняшний день, значительно меньше. Уменьшение размера достигнуто в первую очередь за счет миниатюрного чувствительного элемента, являющегося одновременно средством переключения прохода газа, и выполнения полости сравнения давлений внутри общего корпуса.
Позволил осуществить эту компоновку, приведшую к облегчению обслуживаемого газовую магистраль оборудования как по массе, так и по габаритам ряд конструктивных приемов, направленных как на совершенствование каждого из ряда узлов, так и на выбор новой пространственной ориентации каждого из узлов заявляемого устройства относительно других (см. дальнейшие пояснения по тексту патентного описания в разделах, описывающих заявляемое устройство ниже).
Заявляемое техническое решение представлено в статике, динамике и примере конкретного осуществления на Фиг. 1-4, где позициями 1-20 обозначены узлы и детали:
Фиг. 1 - общий вид пневмоцилиндра в корпусе,
Фиг. 2 - общий вид поршня,
Фиг. 3 - схема подключения устройства к магистральному газопроводу,
Фиг. 4 - фото опытного образца в конкретном использовании, в компоновке с сервисным сопровождением, не входящим в предмет заявляемой полезной модели,
1 - пневмогидропривод (не входит в предмет заявляемой полезной модели),
2 - манометр (не входит в предмет заявляемой полезной модели),
3 - пневмоцилиндр,
4 - элемент перепускания газа,
5 - дроссельный узел,
6 - корпус,
7 - полость сравнения,
8 - поршень,
9 - кольцевая проточка,
10 - втулка,
11 - наконечник,
12 - дроссель постоянного сечения,
13 - щелевой конический дроссель,
14, 15 - заглушка отверстия,
16 - штуцер вывода на газопровод,
17 - штуцер вывода на пневмогидропривод,
18 - штуцер вывода на ресивер,
19 - ресивер (не входит в предмет полезной модели),
20 - канавки,
рабочая полость А,
рабочая полость Б.
Устройство аварийного закрытия крана предназначено для выдачи пневматического сигнала на закрытие пневмогидропривода 1 при аварийной скорости падения давления в газопроводе. Для оптимального пояснения работы заявляемого устройства введены дополнительные элементы, помогающие продемонстрировать преимущества устройства, но не входящие в предмет заявляемой полезной модели, в частности пневмогидропривод 1 и манометр 2.
В устройстве имеется пневмоцилиндр 3, который имеет чувствительный элемент в виде поршня с кольцевой проточкой и элемента перепускания газа 4 и с дроссельным узлом 5. Пневмоцилиндр 3 помещен в корпус 6, в котором выполнена полость сравнения 7 давлений газа. Полость сравнения 7 давлений ранее не размещалась в других известных устройствах подобного назначения в общем с пневмоцилиндром корпусе 6, а выполнялась в виде отдельного баллона, соединенного с чувствительным элементом трубопроводом малого сечения или шлангом. Пневмоцилиндр 3 разделен поршнем 8 на две рабочие полости, при этом одна рабочая полость А сообщена с газопроводом, а рабочая полость Б - с полостью сравнения 7 давлений. Поршень 3 имеет кольцевую проточку 9 и в нем размещен элемент перепускания газа 4 в виде единого центрального сквозного отверстия с установленным в нем со стороны рабочей полости А дроссельным узлом 5 в виде последовательно соосно установленных двух дросселей и наконечника 11. Один дроссель 12 выполнен по типу дросселя постоянного сечения, который обращен к наружному концу поршня 8, а второй 13 по типу щелевого конического дросселя. Пневмоцилиндр 3 с двух сторон ограничен заглушками 14, 15, являющимися одновременно ограничителями хода поршня, при расположении его горизонтально вытянутым в верхней части корпуса 6. На корпусе 6 расположены штуцер вывода на пневмогидропривод 17 и штуцер вывода 18 на ресивер 19 (последний не является элементом заявляемой полезной модели, используется исключительно для иллюстрации работы заявляемого устройства). В заглушку пневмоцилиндра 14 ввернут штуцер вывода на газопровод 16. Манометр 2 расположен на лицевой стороне корпуса 6 и соединен с полостью сравнения 7 давлений. На коническом участке щелевого конического дросселя 13 выполнены канавки 20 для прохода газа. Рабочее положение корпуса 6 вертикально, при этом все штуцеры 16, 17, 18 находятся в верхней его части.
Устройство работает следующим образом.
При нормальной работе трубопровода скорость изменения давления рабочего газа обычно не превышает (0,5-1,5) атм/мин (технологический темп падения давления), а при разрыве газопровода скорость падения давления газа намного возрастает.
Сторона поршня 8 пневмоцилиндра 3, ограниченная заглушкой 14, находится под непосредственным давлением рабочего газа из магистрального газопровода, поступающего через штуцер вывода на газопровод 16. Другая сторона поршня 8 находится постоянно под давлением газа из рабочей полости А, соединенной с полостью сравнения 7, которая медленно наполняется и опорожняется через элемент перепускания газа 4 в виде осевого отверстия поршня и дроссельного узла 5, помещенного во втулку 10 и состоящего из наконечника 11, дросселя постоянного сечения 12 и щелевого конического дросселя 13.
Если скорость падения давления газа в трубопроводе находится в пределах тех значений, которые характерны для нормальной эксплуатации трубопроводов (технологическая скорость падения давления), устройство на это не реагирует.
Перепад давления газа при этом в пневмоцилиндре 3 незначителен и положение деталей в устройстве не меняется.
При скорости падения давления, равной или превышающей аварийную скорость падения давления, давление со стороны поршня 8, ограниченной заглушкой 14 падает гораздо быстрее, чем давление с другой стороны поршня 8. Таким образом создается разница давлений, в результате чего поршень 8 пневмоцилиндра 3 перемещается до упора в заглушку 14. В результате аварийный запас газа через штуцер 18, кольцевую проточку 9 поршня 8 и штуцер вывода 17 поступает в пневмогидропривод 1, обеспечивая закрытие крана магистрального газопровода.
После срабатывания устройства пневмогидропривод 1 остается под давлением до тех пор, пока не будут произведены ремонтные работы на газопроводе.
При появлении давления газа в трубопроводе поршень 8 перемещается до упора в заглушку 15 и через элемент перепускания газа 4 медленно заполняется полость сравнения 7.
Уровень изменения давления в полости сравнения 7 численно оценивают с помощью манометра 2.
В соответствии с заявляемым техническим решением был изготовлен опытный образец устройства для аварийного закрытия крана запорной арматуры магистрального газопровода (Фиг. 4). Опытный образец устройства имеет массу порядка 7,5 кг при габаритных размерах 170×155×50 мм. Устройство функционирует от энергии давления транспортируемого газа, диапазон рабочих давлений от 3,5 до 10 МПа. Выходным сигналом для срабатывания является скорость падения давления газа в газопроводе от 0,05 до 0,06 МПа/с.
2
Заявляемое устройство устойчиво к воздействию вибрации в диапазоне частот от 5 до 80 Гц с амплитудой смещения 0,1 мм для частоты до 60 Гц, с амплитудой ускорения 9,8 м/с для частоты выше 60 Гц.
Устройство сохраняет свою работоспособность в условиях сейсмичности до 9 баллов по 12-бальной шкале сейсмической интенсивности MSK-64 (по ГОСТ 30546.1).
Заявляемая и изготовленная промышленным образом конструкция предназначена для эксплуатации, в том числе и в сложных полевых условиях как климатических (при температуре от +40°С до -60°С в условиях российского Севера и Сибири, а также в зоне пустынь и полупустынь Каспийского региона), так и непредсказуемых условиях техногенных катастроф.