ЧЕТЫРЕХХОДОВОЙ КРАН

Полезная модель относится к трубопроводной арматуре, предназначенной для использования в качестве устройства для изменения направления потока рабочей среды в трубопоршневых поверочных установках, входящих в состав систем измерений количества и показателей качества нефти и нефтепродуктов.
Из уровня техники известен четырехходовой конический кран (изобретение США US 4286625, опубл. 01.09.1981, МПК F16K 11/083; F16K 39/06; F16K 5/16). Устройство подъемно-поворотного типа конического крана включает в себя корпус и крышку, ограничивающую камеру конического крана, которая вмещает рабочий орган, приводимый в действие линейной и угловой компонентами движения для осуществления работы крана. Для обеспечения возможности позиционирования крана относительно входного и выходного трубопроводов, определяемых корпусом крана, клапанный механизм использует внешне регулируемые средства для установки крана. Кроме того, заявлены демпфирующие элементы для приложения к крану демпфирующей силы для предотвращения ударов при окончании вращательной компоненты движения. Кроме того, заявлен привод, который функционально соединен со штоком и способен придать как линейную, так и угловую компоненту движения штоку для приподнятая, поворота и повторной установки внутри камеры крана. Заявлена также система для поддержания заданного дифференциального давления через уплотнительные элементы и компенсирования объемных изменений при смещении и установки клапана в заданное положение.
Недостатками приведенного крана являются: сложная и ненадежная система демпфирования, требующая настройки, низкая надежность и возможность внезапных отказов в работе вследствие отсутствия устройства сброса давления.
Из уровня техники также известен четырехходовой ходовой отводной кран M&J Valve, сведения о которой опубликованы в сети Интернет (http://www.mivalve.com- дата обращения 31.08.2016).
Кран имеет широкоугольный пробковый запорный элемент. Конус корпуса имеют увеличенный угол конусности (10°) по сравнению с другими (5°) коническими пробковыми запорными элементами.
На кране установлен манометр для определения герметичности уплотнений между потоками (проверка двойных уплотнений и уплотнений спускового типа). Управляющий механизм поднимает запорный элемент, поворачивает его (между эластичным переключателем и корпусом остается зазор) и затем опускает.
Применены регулируемые в полевых условиях механические фиксаторы между корпусом и переключателем. Используется механически фиксируемое мягкое уплотнение с возможностью замены в полевых условиях.
Недостатком известного технического решения является недостаточная надежность узлов уплотнения в эксплуатации из-за низкой достоверности обнаружения утечек, так как контроль герметичности проводится визуально с использование двух манометров, что является устаревшим решением. Отсутствует система автоматического сброса давления из полости корпуса, что может привести к повреждению узлов уплотнения.
Технической проблемой, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является разработка конструкции четырехходового крана с улучшенными эксплуатационными характеристиками.
Технический результат, достигаемый при реализации полезной модели, заключается в повышении надежности четырехходового крана в условиях реальной эксплуатации.
Техническая проблема решается, а указанный технический результат достигается за счет того, что четырехходовой кран содержит механически обработанный литой корпус с четырьмя патрубками, один из которых является входным патрубком, крышку, выполненную из механически обработанной отливки, стакан, установленный в корпусе, узел затвора, состоящий из пробки конической с Г-образным уплотнением и прикрепленными к ней штоком верхним и штоком нижним, демпфирующее устройство, выполненное с возможностью ручной регулировки степени демпфирования и состоящее из вентиля игольчатого и первого импульсного трубопровода, соединяющего полости стакана и корпуса, устройство автоматического сброса давления, состоящее из клапана предохранительного, настроенного на перепад давления между полостью корпуса и полостью входного патрубка, и второго импульсного трубопровода, соединяющего полости корпуса и входного патрубка, узел контроля утечек, выполненный с возможностью проведения местного и дистанционного контроля утечек в узле затвора и состоящий из дифференциального датчика давления, третьего и четвертого импульсных трубопроводов, соединяющих полости дифференциального датчика давления с полостями соответственно корпуса и входного патрубка.
Кроме того, указанный технический результат достигается в частных случаях реализации полезной модели за счет того, что:
- поверхность корпуса, контактирующая с уплотнением узла затвора, имеет коррозионностойкую наплавку;
- шток верхний и шток нижний изготовлены из поковки или проката коррозионностойкой стали с пределом текучести не менее 540 МПа;
- пробка коническая выполнена из механически обработанной отливки из низкоуглеродистой либо низколегированной стали;
- Г-образное уплотнение узла затвора изготовлено на основе смеси резиновой В-14-1 ТУ38 0051166-2015 и имеет твердость не менее 75 единиц по Шору А согласно ГОСТ 263-75;
- клапан предохранительный настроен на перепад давления между полостью корпуса и полостью входного патрубка не выше 0,4 МПа.
- дифференциальный датчик, имеющий диапазон измерения от 0 до 10 МПа с погрешностью показаний не превышающей 0,2%, оснащен жидкокристаллическим индикатором, имеющим токовый выходной сигнал от 4 до 20 мА и обеспечивающим индикацию при температуре эксплуатации от минус 40°С до плюс 40°С.
Заявляемая полезная модель может найти широкое применение в трубопоршневых поверочных установках, входящих в состав систем измерений количества и показателей качества нефти и нефтепродуктов.
Заявляемое устройство поясняется чертежами, где представлены:
на фиг .1 - главный вид четырехходового крана (в разрезе);
на фиг. 2 - выносной элемент А главного вида четырехходового крана;
на фиг. 3 - выносной элемент Б главного вида четырехходового крана;
на фиг. 4 - выносной элемент В главного вида четырехходового крана;
на фиг. 5 - вид сверху четырехходового крана (в разрезе).
На чертежах обозначено:
1 - корпус;
2 - крышка;
3 - стакан;
4 - шток верхний;
5 - шток нижний;
6 - пробка коническая;
7 - Г-образное уплотнение;
8, 9, 10, 11 - планки;
12 - кольцо опорное;
13 - кольцо нажимное;
14 - шевронная резиновая манжета;
15 - крышка узла уплотнения;
16 - втулка;
17, 18 - резиновое кольцо;
19 - стойка;
20 - муфта;
21 - шпилька;
22 - фиксирующая гайка;
23 - дистанционная шайба;
24 - резиновое кольцо;
25 - вентиль игольчатый
26 - первый импульсный трубопровод;
27 - клапан предохранительный;
28 - второй импульсный трубопровод;
29 - дифференциальный датчик давления;
30 - третий импульсный трубопровод;
31 - четвертый импульсный трубопровод.
Корпус 1 (фиг. 1) представляет собой механически обработанную отливку из низкоуглеродистой либо низколегированной стали. Корпус имеет четыре патрубка: входной, выходной, левый и правый (фиг. 5)
Поверхность корпуса, контактирующая с уплотнением узла затвора, имеет коррозионностойкую наплавку.
Крышка 2 представляет собой механически обработанную отливку из низкоуглеродистой либо низколегированной стали. Стакан 3,установленный в корпусе 2, изготовлен из стального проката. Шток верхний 4 и шток нижний 5 изготовлены из поковки или проката коррозионностойкой стали, с пределом текучести не менее 540 МПа.
Пробка коническая 6, являющаяся запирающим элементом четырехходового крана, представляет собой механически обработанную отливку из низкоуглеродистой либо низколегированной стали.
Узел затвора, обеспечивающий герметичное разделение потоков в двух рабочих положениях, состоит из пробки конической 6, прикрепленных к ней штока верхнего 4 и штока нижнего 5, а также установленного в пробке Г-образного уплотнения 7 (фиг.2), закрепленного при помощи планок 8, 9 и 10, 11 (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 5). Г-образное уплотнение 7 узла затвора изготовлено на основе смеси резиновой В-14-1 ТУЗ 8 0051166-98 и имеет твердость не менее 75 единиц по Шору А согласно ГОСТ 263-75.
Узел уплотнения штока верхнего 4 состоит из кольца опорного 12, кольца нажимного 13 и пяти шевронных резиновых манжет 14, а также крышки узла уплотнения 15 и втулки 16 (фиг. 3).
Разъем соединения «корпус 1 - крышка 2» уплотняется посредством резинового кольца 24 круглого сечения. Фланец корпуса 1 соединен с фланцем крышки 2 посредствам шпилечного соединения, состоящего из восемнадцати шпилек М52. Соединения «стакан 3 - корпус 1» и «стакан 3 - шток нижний 5» уплотняются посредством резиновых колец 17 и 18 круглого сечения. Для крепления элементов привода (на фигурах привод не показан) к крану предусмотрена стойка 19.
Узел сочленения штока верхнего 4 крана с приводом состоит из муфты 20, шпилек 21, передающих усилие от привода к узлу затвора крана, фиксирующих гаек 22 и дистанционной шайбы 23 (фиг. 4).
Демпфирующее устройство, включающее вентиль игольчатый 25 и первый импульсный трубопровод 26, обеспечивает плавность хода при перемещении подвижных элементов узла затвора.
Устройство автоматического сброса давления из внутренней полости корпуса во входной патрубок состоит из второго импульсного трубопровода 28 и клапана предохранительного 27.
Узел контроля утечек, обеспечивающий дистанционный и местный контроль утечек, оснащен дифференциальным датчиком давления 29, третьим импульсным трубопроводом 30 и четвертым импульсным трубопроводом 31, которые соединяют полости дифференциального датчика давления с полостями соответственно корпуса и входного патрубка.
Дифференциальный датчик давления 29 имеет диапазон измерения от 0 до 10 МПа, оснащен жидкокристаллическим индикатором, обеспечивающим индикацию при температуре эксплуатации от минус 40°С до плюс 40°С. Основная приведенная погрешность показаний не превышает 0,2%. Используемый токовый выходной сигнал - от 4 до 20 мА.
Четырехходовой кран имеет два рабочих положения:
- в первом рабочем положении (соответствует положению пробки конической 6 на фиг. 5) поток среды направлен из входного патрубка корпуса в правый, далее проходя по трубопоршневой поверочной установке (на фигурах не показана), поток попадает в левый патрубок, а из него в выходной патрубок;
- во втором рабочем положении поток направлен из входного патрубка в левый, далее проходя по трубопоршневой поверочной установке, поток среды попадает в правый патрубок, а из него в выходной.
Узел затвора герметично разделяет потоки в обоих положениях.
Для переключения крана из в первого рабочего положения во второе узел затвора совершает следующий цикл:
- ход вверх по оси штока на 65 мм;
- поворот на угол 90°;
- ход вниз по оси штока до упора с фиксацией конечного положения.
При повторной команде узел затвора совершает обратный цикл с возвратом в исходное положение. Траектория, величина и время перемещения запорного органа в рамках цикла перестановки из одного крайнего положения в другое обеспечивается приводом.
Герметичность разделения потоков обеспечивается за счет Г-образного уплотнения 7, которое прижимается к конической поверхности корпуса при опускании узла затвора вниз.
Для обеспечения плавности хода узла затвора, при переключении крана из одного положения в другое, в конструкции предусмотрено демпфирующее устройство. Полости стакана 3 и корпуса 1 связаны первым импульсным трубопроводом 26. При перемещении узла затвора вверх жидкость из полости корпуса нагнетается в полость стакана, проходя через вентиль игольчатый 25. При перемещении узла затвора вниз, жидкость из полости стакана 3 вытесняется в полость корпуса 1. Степень демпфирования регулируется вручную с помощью вентиля игольчатого 25.
Для исключения возникновения в средней полости корпуса крана давления свыше допустимого, которое может возникнуть в замкнутом пространстве из-за теплового расширения рабочей среды под воздейстием внешних факторов (например, солнечная радиация) в конструкции крана предусмотрен узел автоматического сброса давления из корпуса во входной патрубок. При перепаде давления между полостью корпуса и входного патрубка не выше 0,4 МПа происходит открытие клапана 27 и автоматический сброс давления во входной патрубок.
Применение демпфирующего устройства и узла автоматического сброса давления снижает нагрузки на узлы крана и повышает его надежность при эксплуатации.
Для местного и дистанционного контроля наличия утечек в узле затвора кран оснащен узлом контроля утечек, принцип действия которого основан на замере разницы давлений во входном патрубке и в полости корпуса 1 между крышкой 2 и опущенной в одно из крайних положений пробкой конической 6.
После того как запирающий элемент переместился в одно из крайних положений и произошел контакт уплотнительных поверхностей запирающего элемента и корпуса, запирающий элемент опускается вниз еще на некоторую величину, вследствие чего происходит уменьшение давления в полости между крышкой 2 и пробкой конической 6 по сравнению с давлением в системе. При наличии протечек значения давлений в патрубке и корпусе сравняются.
Дистанционный контроль утечки осуществляется посредством контроля показаний дифференциального датчика давления 29, который преобразует значение разницы давлений в унифицированный токовый сигнал и цифровой сигнал в стандарте протокола HART. Также дифференциальный датчик давления 29 оснащен местной индикацией значения перепада давления между входным патрубком и полостью корпуса.
Узел контроля утечек обеспечивает высокую достоверность контроля утечек в затворе и позволяет проводить его на удаленном доступе по сети Интернет. Узел контроля утечек обеспечивает своевременное проведение восстановления работоспособного состояния четырехходового крана, что повышает его надежность.
В полезной модели достигнуто повышение надежности в условиях реальной эксплуатации за счет снижения нагрузок на узлы четырехходового крана и высокой достоверности контроля утечек.