СТЫКОВОЧНАЯ МУФТА
DOCKING COUPLING

Изобретение относится к нефтегазовой области, а именно к системам перелива и транспортировки сжиженного природного газа, в частности к устройствам для герметичного соединения трубопроводов.
Известно соединительное устройство (патент US 20050121907 В2, опубл. 09.06.2005 г.), содержащее механизм стягивания и систему приводов. Зажимные модули обеспечивают механическую связь и герметичность между шарнирно-сочлененным устройством загрузки и выгрузки продукта (текучей среды). Недостатком этого устройства является использование цепной передачи для приведения в действие механизма стягивания, что усложняет конструкцию и увеличивает количество деталей, снижая надежность устройства. Также в соединительном устройстве отсутствует возможность использования на другие типоразмеры.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является соединительное устройство для загрузочного рукава морского нефтяного причала (патент RU 2460928, опубл. 10.09.2012 г.). Устройство состоит из цилиндрической трубы с первым внутренним диаметром, на первом конце которой предусмотрен первый фланец, который может быть соединен с загрузочным рукавом, и на втором конце которой предусмотрен второй фланец и быстродействующее средство соединения для соединения впускного/выпускного трубопровода с трубой. В конструкции соединительного устройства используется проставочный диск меньшего внутреннего диаметра для возможности использования изделия с другими типоразмерами присоединяемых фланцев.
Недостатком этого устройства является наличие сборного прижимного элемента, что уменьшает надежность работы устройства и увеличивает сложность сборки. Также воздействие внешней среды на расположенные снаружи корпуса исполнительные элементы стягивания, такие как направляющие пазы, что подвергает их повышенному износу, увеличению возможности заклинивания и, как следствие, увеличенной вероятности отказа.
В основе предлагаемого изобретения лежит задача увеличения надежности работы стыковочной муфты, а также реализация возможности соединения стыковочной муфты с различными типоразмерами фланцев трубопроводов.
Решение вышеперечисленных проблем достигается тем, что в стыковочной муфте, состоящей из фланца, который стыкуется с ответным фланцем присоединяемого трубопровода посредством механизма стягивания и прижимного элемента, согласно изобретению исполнительные элементы механизма стягивания, а именно байонетный паз и направляющий паз расположены внутри корпуса и, тем самым, защищены от воздействий внешней среды.
Механизм стягивания стыковочной муфты во время ее эксплуатации подвержен воздействию на него внешней среды, что может повлечь за собой, например, засорение пылью, грязью; попадание воды и снега приводит к обледенению, что увеличивает вероятность заклинивания и отказа исполнительных элементов. Конструктивное исполнение таких исполнительных элементов, как байонетный и направляющий пазы внутри корпуса механизма стягивания позволяет уменьшить воздействие разрушающих факторов, снизить риск выхода из строя устройства и повысить надежность его работы.
Также предлагаемое техническое решение позволяет использовать смазку, подаваемую через масленку, расположенную на корпусе механизма стягивания, которая, попадая на поверхность байонетного паза, обеспечивает плавность хода и выполняет защитную функцию изделия от воздействия окружающей среды.
Стыковочная муфта должна сохранять рабочее состояние (герметичность, стыковку) даже при условии отказа одного механизма стягивания. Предлагаемая стыковочная муфта имеет шесть механизмов стягивания. В отличие от прототипа, в устройстве реализована не одна линия управляющая механизмами, а независимая двухконтурная система зажимов. Таким образом, на одну линию приходится не шесть, а по три механизма стягивания. Это позволяет при потере давления в одной из линий сохранить работоспособность изделия и герметично состыковать муфту, используя только один контур, что также увеличивает надежность работы устройства.
Предлагаемая стыковочная муфта иллюстрируется следующими чертежами, где:
на фиг. 1 представлен общий вид стыковочной муфты в положении «закрыто»;
на фиг. 2 - общий вид механизма стягивания;
на фиг. 3 - увеличенный вид А направляющих механизма стягивания;
на фиг. 4 - показан разрез Б-Б с направляющими пазами и штифтом фиксирующим;
на фиг. 5 - представлен общий вид стыковочной муфты с проставочным диском в положении «открыто»;
на фиг. 6 - разрез В-В с масленкой;
на фиг. 7 - упрощенный вариант исполнения стыковочной муфты.
Соединение фланца трубопровода и стыковочной муфты происходит с помощью механизма стягивания 1 (фиг. 1). Благодаря конструкции механизма стягивания («винт-гайка») при потере давления в гидравлических линиях управления 2 не происходит расстыковки фланца трубопровода и стыковочной муфты.
При потере давления в гидравлических линиях управления 2, конструкция механизма стягивания 1 обеспечивает сохранение положения стыковочной муфты, в котором она находилась до потери давления («как есть») благодаря использованию принципа работы «винт-гайка».
Устройство работает следующим образом. Вращательное движение, создаваемое гидромотором 3 при подаче гидравлической жидкости (фиг. 2), переходит в поступательное движение благодаря конструкции механизма стягивания (используется пара «винт-гайка»).
Вращающийся вал 4 одновременно соединен с гидромотором 3, например, посредством шлицевого соединения, и со штоком 5, например, с помощью трапецеидальной резьбы. При вращении вала 4 шток 5 перемещается поступательно, выдвигая/задвигая втулку 6, которая также совершает поступательное перемещение, но благодаря геометрии байонетного паза 7 перемещается как в осевом, так и в радиальном направлении, тем самым деактивируя/активируя захват фланца трубопровода прижимным элементом 8, который фиксируется с помощью штифта специального 9.
Прижимной элемент 8 взаимодействует с фланцем ответного трубопровода, прижимая его к фланцу стыковочной муфты 10 (на фиг. 1). Конструкция фланца 10 обуславливает наличие уплотнительного элемента на торцевой поверхности для создания герметичного соединения.
Центрирование втулки 6 относительно корпуса механизма стягивания обеспечивается с помощью направляющих колец 11 (фиг. 3).
Для определения крайнего положения механизма в конструкции штока предусмотрен упорный уступ 12 (фиг. 4), который позволяет снять нагрузку со штифта управляющего 13 в выдвинутом положении и свободно переключить элемент прижимной 8 на другой типоразмер поворотом втулки.
Штифт управляющий 13 связывает втулку 6 и байонетный паз 7 в единую систему.
Для исключения возможности поворота штока 5 вместе с валом 4 (без совершения поступательного перемещения) в конструкции механизма стягивания 1 предусмотрены штифты фиксирующие 14, взаимодействующие со упорным уступом 12 и штоком, в конструкции которого предусмотрены направляющие пазы 15 (фиг. 4). Эти штифты фиксируют шток 5 относительно корпуса и гарантируют его перемещение относительно вала 4.
Ориентация стыковочной муфты относительно присоединяемого трубопровода осуществляется с помощью направляющих пластин 16 (фиг. 1). Конструкция направляющих пластин 16 позволяет использовать их на другие типоразмеры за счет смены положения входящих в их состав элементов. В предлагаемом варианте стыковочной муфты реализована возможность проведения операций стыковки/расстыковки для трех типоразмеров фланцев трубопровода. Возможность переоснастки направляющей пластины 16 для использования с другими типоразмерами фланцев трубопровода обеспечивается за счет выполненного массива отверстий в панели, входящей в ее состав и фиксирующейся с помощью винта.
Фиксацию втулки относительно штока 5 внутри механизма стягивания обеспечивает сегментное кольцо 17 (фиг. 3). Удобство сборки и разборки достигается «разъемностью» внешнего корпуса, а именно наличием разъемного резьбового соединения между основанием 18 и корпусом механизма стягивания 19 (фиг. 2).
В предлагаемом варианте исполнения стыковочной муфты для присоединения фланцев трубопровода других типоразмеров механизм стягивания содержит дополнительный байонетный паз.
Переключение механизма стягивания для использования с другими типоразмерами фланцев трубопроводов в предлагаемом изобретении проще, чем у прототипа, и происходит путем переключения подпружиненного управляющего штифта 13 из одного байонетного паза в другой, при этом необходимо осуществить поворот втулки относительно своей оси (на 180 градусов). При этом втулка 6 «развязана» с парой «винт-гайка» и может свободно вращаться, не уменьшая/увеличивая ход штока 5.
В конструкции стыковочной муфты предусмотрено использование проставочных дисков 20 со своим уплотнением для применения в иных типоразмерах (фиг. 5).
Благодаря управляющему штифту 13, байонетному пазу 7 (фиг. 2) и направляющей пластине 16 (фиг. 1) можно произвести быструю и простую (не требующую дополнительных специальных инструментов и оснастки) переоснастку стыковочной муфты на требуемый типоразмер присоединяемого фланца трубопровода.
Процесс перевода прижимного элемента 8 в положение для стыковки с трубопроводом другого типоразмера прост и не требует частичной разборки и сборки устройства, как в прототипе (фиг. 2). Кроме того, прижимной элемент не сборный, а монолитный, что существенно упрощает переоснастку изделия и его конструкцию.
Расположение исполнительного механизма стягивания внутри оснований 18 и корпуса 19 позволяет при необходимости обеспечить подачу сухого азота для продувки, который используется против обледенения при криогенных температурах.
Предлагаемая разрывная муфта может комплектоваться заглушкой 21 (фиг. 1), которая позволяет защитить элементы конструкции от повреждений при транспортировке, хранении и консервации. Заглушка 21 препятствует также попаданию осадков и образованию ржавчины, и как следствие, защищает уплотнительную поверхность фланца стыковочной муфты 9, а также используется для сбора остатков продукта после отсоединения стыковочной муфты от присоединяемого фланца. Заглушка 21 в своей конструкции имеет коническое отверстие, позволяющее устанавливать клапан или патрубок для сброса давления перед снятием заглушки со стыковочной муфты, а также имеет ручки для удобного снятия и установки.
В конструкции предлагаемой стыковочной муфты предусмотрена возможность установки масленки 22 (фиг. 6), расположенной на корпусе механизма стягивания 19 и позволяющей добавлять смазку, которая, попадая на поверхность байонетного паза 7, обеспечивает плавность хода и выполняет защитную функцию изделия от воздействия окружающей среды.
Одним из возможных вариантов исполнения конструкции механизма стягивания является изделие, в котором отсутствует шток 5, направляющие кольца 11, упорный уступ 12, штифты фиксирующие 14, направляющие пазы 15 и сегментное кольцо 17 (фиг. 7). В данной конструкции вращение от вала 4 передается напрямую на втулку 6, что позволяет уменьшить количество входящих в механизм стягивания деталей, но увеличивает нагрузку на управляющий штифт 13 во время активации/деактивации стыковочной муфты, а исключение из конструкции направляющих колец 11 увеличивает трение между втулкой 6 и корпусом 19, увеличивая осевые и радиальные нагрузки на втулку 6.
Стыковочная муфта имеет возможность комплектоваться датчиком (ни фиг. не показан), передающим сигнал о состоянии фланца (стыкован/расстыкован).
Таким образом, реализованное в предлагаемом изобретении техническое решение по конструкции и расположению байонетного и направляющего пазов внутри корпуса механизма стягивания позволяет повысить надежность работы стыковочной муфты, а благодаря подпружиненному управляющему штифту 13, байонетному пазу 7 и направляющей пластине 16 можно произвести быструю и простую (не требующую дополнительных специальных инструментов и оснастки) переоснастку стыковочной муфты для другого типоразмера присоединяемого фланца трубопровода (в представленном варианте исполнения, например, три типоразмера).
Необходимо понимать, что описанный выше для примера предпочтительный вариант осуществления изобретения не ограничивает объем настоящего изобретения. После ознакомления с настоящим описанием специалисты в данной области техники могут предложить множество изменений и дополнений в рамках изобретательского уровня к описанному варианту осуществления, все из которых будут попадать в объем патентной защиты изобретения, определяемый формулой изобретения.