УЗЕЛ ЗАПОРНОГО КЛАПАНА, ДВУХКАМЕРНЫЙ ДИАФРАГМЕННЫЙ ФИТИНГ И СПОСОБ ЗАПОРА ПОТОКА ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ
UNIT OF GATE VALVE, TWO-CHAMBER DIAPHRAGM FITTING AND PROCEDURE FOR SHUTTING-OFF FLOW OF FLUID MEDIUM

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к способам и аппаратуре контроля характеристик потока жидкости или газа в трубопроводе, в частности к двухкамерному диафрагменному фитингу. Более конкретно, варианты изобретения относятся к улучшенной конструкции клапана двухкамерного диафрагменного фитинга.
Уровень техники
При эксплуатации трубопроводов и в других областях промышленности для измерения объемного расхода газа или жидкости, проходящих через трубопровод, применяются расходомеры. На рынке доступны расходомеры многих различных типов. Одним из них является диафрагменный расходомер, в котором имеется вставка для крепления диафрагмы в трубопроводе, или диафрагменный фитинг, соединенный с секцией трубопровода.
Диафрагменный фитинг служит для поддержания в требуемом положении измерительной диафрагмы, которая располагается перпендикулярно оси секции трубопровода. Измерительная диафрагма представляет собой тонкую пластину, в которой имеется круглое отверстие, погруженное в поток жидкости или газа.
При эксплуатации трубопровода поток жидкости или газа, протекающий по секции трубопровода, достигает измерительной диафрагмы и прогоняется через отверстие в ней. Отверстие уменьшает площадь поперечного сечения и, в соответствии с принципом непрерывности и законом сохранения энергии, скорость потока увеличивается при прохождении через отверстие. Увеличение скорости создает перепад давления в поперечном по отношению к диафрагме направлении. Измерение величины перепада давления может использоваться для вычисления объемного расхода потока через сечение трубопровода.
Конструкция двухкамерного диафрагменного фитинга позволяет удалять диафрагму из фитинга без необходимости перекрывать поток, проходящий через сечение трубопровода. Во многих конструкциях это осуществляется благодаря наличию в фитинге двух камер, таких что в одной из камер диафрагма находится в потоке, а в другой - вне потока. Между двумя камерами находится запорный клапан, блокирующий обмен жидкостью или газом между камерами, но клапан может быть открыт, чтобы можно диафрагма могла пройти через него.
Те конструкции клапана, которые являются более компактными и требующими меньшего размаха движений для приведение клапана в действие, имеют потенциальные преимущества как в отношении уменьшения главных габаритов, так и в отношении упрощения операций при эксплуатации. Поэтому целью разработки вариантов данного изобретения является создание такой конструкции механизма клапана для двухкамерного диафрагменного фитинга, в которой преодолевались бы связанные с этими проблемами и другие ограничения, свойственные предшествующему уровню техники.
Раскрытие изобретения
Варианты данного изобретения включают двухкамерные диафрагменные фитинги и способы сборки и выполнения главных операций при эксплуатации двухкамерных диафрагменными фитингов, заключающиеся в частности в запоре потока текучей среды. Двухкамерный диафрагменный фитинг включает корпус, имеющий нижнюю камеру, и верхнюю часть, в которой имеется верхняя камера. Отверстие соединяет верхнюю камеру с нижней камерой. Закрывающий элемент прикреплен с возможностью поворота к фитингу и может вращаться вокруг первой оси между первым положением и вторым положением. Поворотный рычаг прикреплен с возможностью поворота к корпусу и кинематически соединен с закрывающим элементом таким образом, что вращение поворотного рычага относительно второй оси влечет вращение закрывающего элемента относительно первой оси между первым положением и вторым положением.
Фитинг может дополнительно содержать главный валик, соединенный с указанным поворотным рычагом и расположенный выходящим через боковую стенку указанного корпуса.
Фитинг согласно изобретению может дополнительно содержать элемент скольжения, расположенный на указанном главном валике, при этом поворотный рычаг снабжен пазом, в котором установлен входящим названный элемент скольжения.
Также дополнительно фитинг может снабжаться прижимным элементом, расположенным внутри указанного корпуса и взаимодействующим с закрывающим элементом при герметичном контакте с указанной верхней частью при втором положении закрывающего элемента.
Фитинг может также дополнительно содержать держатель диафрагмы, расположенный внутри канала потока, проходящего через указанный корпус, первое приспособление для выравнивания и позиционирования указанного держателя диафрагмы относительно канала потока в первом направлении и второе приспособление для выравнивания и позиционирования указанного держателя диафрагмы относительно канала потока во втором направлении.
Первое приспособление для выравнивания может быть расположено на прижимном элементе, расположенным внутри указанного корпуса и взаимодействующего с указанным закрывающим элементом при герметичном контакте и перекрытием указанного отверстия при втором положении указанного закрывающего элемента.
Второе приспособление для выравнивания может быть расположено на указанном поворотном рычаге.
Поворотный рычаг может содержать центральную часть, первый конец, расположенный отходящим от указанной центральной части и имеющий закрепленный на нем первый штифт, и второй конец, расположенный отходящим от указанной центральной части и имеющий закрепленный на нем второй штифт.
Закрывающий элемент может снабжаться первым и вторым пазами, при этом первый штифт расположен в первом пазу указанного закрывающего элемента, а второй штифт расположен во втором пазу указанного закрывающего элемента.
Первый штифт может устанавливаться в первом пазу с возможностью поворота вместе с закрывающим элементом вокруг первой оси между первым и вторым положениями закрывающего элемента при повороте указанного поворотного рычага вокруг второй оси.
При повороте указанного поворотного рычага вокруг второй оси первый штифт может входить в первый паз раньше, чем второй штифт будет входить во второй паз.
Изобретением также предлагается узел запорного клапана, включающий главный валик, который прикреплен с возможностью поворота к корпусу и может вращаться вокруг первой оси. Поворотный рычаг прикреплен с возможностью поворота к главному валику. Закрывающий элемент соединен с поворотным рычагом и прикреплен с возможностью поворота к корпусу. Вращение главного валика вокруг первой оси вызывает вращение закрывающего элемента вокруг второй оси.
Узел запорного клапана может дополнительно содержать элемент скольжения, расположенный на указанном главном валике, при этом указанный поворотный рычаг выполняется с пазом, а элемент скольжения располагается входящим в указанный паз.
Узел запорного клапана дополнительно может содержать первый штифт, расположенный на первом конце указанного поворотного рычага, и второй штифт, расположенный на втором конце указанного поворотного рычага, при этом закрывающий элемент выполняется с первым пазом, расположенным на первой стороне указанного закрывающего элемента, и с вторым пазом, расположенным на противоположной стороне указанного закрывающего элемента.
Первый штифт может располагаться в первом пазу, а второй штифт - во втором пазу, при этом первый штифт устанавливается с возможностью поворота вместе с закрывающим элементом вокруг второй оси при повороте указанного поворотного рычага вокруг первой оси.
При повороте указанного поворотного рычага вокруг первой оси первый штифт может входить в первый паз раньше, чем второй штифт будет входить во второй паз.
Узел запорного клапана дополнительно может содержать прижимной элемент, расположенный внутри указанного корпуса и установленный с возможностью перемещения вместе с указанным поворотным рычагом относительно указанного главного валика в направлении, перпендикулярном первой оси, при расположении указанного закрывающего элемента в закрытом положении.
Узел запорного клапана может дополнительно содержать держатель диафрагмы, первое приспособление для выравнивания и позиционирования держателя диафрагмы внутри корпуса в первом направлении и второе приспособление для выравнивания и позиционирования указанного держателя диафрагмы относительно канала потока во втором направлении.
Первое приспособление для выравнивания может располагаться на прижимном элементе, расположенном внутри указанного корпуса и установленном с возможностью перемещения вместе с указанным поворотным рычагом относительно указанного главного валика в направлении, перпендикулярном первой оси, при расположении указанного закрывающего элемента в закрытом положении.
Второе приспособление для выравнивания может располагаться на указанном поворотном рычаге.
И наконец, изобретением предлагается способ запора потока текучей среды, включающий установку главного валика в корпус двухкамерного диафрагменного фитинга, установку поворотного рычага в корпус, соединение его с возможностью поворота вокруг первой оси вместе с главным валиком, установку в корпус закрывающего элемента и соединение его с поворотным рычагом с возможностью поворота вокруг второй оси между первым положением и вторым положением.
Дополнительно в вышеописанном способе может быть предусмотрено снабжение верхней части двухкамерного фитинга отверстием, посредством которого обеспечивают сообщение между верхней камерой, расположенной внутри верхней части, и нижней камерой, расположенной внутри корпуса, при этом сообщение через указанное отверстие прерывают при расположении закрывающего элемента в первом положении и продолжают при расположении закрывающего элемента во втором положении.
В способе согласно изобретению может также осуществляться поворот поворотного рычага вокруг первой оси посредством главного валика и поворот закрывающего элемента вокруг второй оси с его перемещением из первого положения во второе положение с последующим перемещением держателя диафрагмы через отверстие и поворота главного валика с поворотом поворотного рычага вокруг первой оси и с поворотом закрывающего элемента вокруг второй оси при его перемещении из второго положения в первое положение.
Таким образом, варианты данного изобретения включают сочетание таких особенностей (признаков) и преимуществ, которые позволяют значительно усовершенствовать операции при работе с двухкамерными диафрагменными фитингами. Эти и другие отличительные черты и преимущества данного изобретения станут вполне очевидными для специалистов в данной области после ознакомления со следующим далее подробным описанием предпочтительных вариантов изобретения, сопровождаемого ссылками на прилагаемые чертежи.
Краткое описание чертежей
Для понимания деталей данного изобретения включены ссылки на сопровождающие чертежи:
Фиг.1: частичный вид в поперечном сечении двухкамерного диафрагменного фитинга, имеющего узел запорного клапана; клапан показан в закрытом положении;
Фиг.2: вид в изометрической проекции узла запорного клапана, представленного на фиг.1; клапан показан в закрытом положении;
Фиг.3: частичный вид в поперечном сечении двухкамерного диафрагменного фитинга, представленного на фиг.1; клапан показан в открытом положении;
Фиг.4: частичный вид в изометрической проекции узла запорного клапана, представленного на фиг.1; клапан показан в открытом положении;
Фиг.5: частичный вид в изометрической проекции одного варианта узла запорного клапана;
Фиг.6: частичный вид отдельных деталей узла запорного клапана;
Фиг.7: вид с торца одного варианта закрывающего элемента узла запорного клапана;
Фиг.8: один вариант прижимающего элемента, используемого в узле запорного клапана;
Фиг.9: частичное изометрическое изображение одного варианта узла валика и кожуха и
Фиг.10: поперечное сечение узла валика и кожуха, представленного на фиг 9.
Осуществление изобретения
В следующем далее описании и на чертежах одинаковые части и элементы всюду помечены одинаковыми отсылочными номерами. Детали на чертежах не обязательно представлены в правильном масштабе. Некоторые признаки изобретения могут быть показаны в преувеличенном масштабе или изображены в несколько схематической форме, а некоторые детали общеизвестных элементов могут быть опущены для большей ясности изображений.
Обратимся к фиг.1, где показан двухкамерный диафрагменный фитинг 12, включающий корпус 16 и верхнюю часть 18. Корпус 16 включает нижнюю камеру 20, которая может обмениваться жидкостью или газом с каналом 34 трубопровода. Верхняя часть 18 включает верхнюю камеру 22 и соединена с корпусом 16 элементами крепления 17. Отверстие 30 определяет отверстие, соединяющее верхнюю камеру 22 с нижней камерой 20. Узел 24 запорного клапана установлен внутри корпуса 16; его можно приводить в действие, чтобы закрывать или открывать отверстие 30, по выбору. Действие нижнего привода 36 и верхнего привода 38 состоит в перемещении внутри фитинга 12 держателя 32 диафрагмы в вертикальном направлении. Если держатель 32 диафрагмы находится в верхней камере 22, то он может быть удален из фитинга 12 путем ослабления винтов 46 прижимного элемента и удаления прижимного элемента 44 и уплотнителя 40 из верхней части 18.
Узел запорного клапана 24 показан на фиг.1 и 2 в закрытом положении. Узел запорного клапана включает главные валики 50, поворотный рычаг 52, закрывающий элемент 54 и прижимные элементы 56, которые обладают некоторой упругостью. Главные валики 50 соединяются с возможностью поворота с каждой из сторон поворотного рычага 52 таким образом, чтобы валики и поворотный рычаг вращались вместе. Поворотный рычаг 52 имеет штифты 58, которые могут скользить в направляющем пазе 60 закрывающего элемента 54, устанавливая закрывающий элемент в положение, обеспечивающее герметичное перекрытие отверстия 30. Закрывающий элемент 54 имеет шарнирные пальцы 62, с помощью которых закрывающий элемент устанавливается с возможностью поворота на корпус 16 или на верхнюю часть 18 (не показана). Шарнирные пальцы 62 поддерживают закрывающий элемент 54 в открытом положении и при вращении. Шарнирные пальцы 62 свободно движутся по отношению к корпусу 16, допуская движение закрывающего элемента 54 и обеспечивая требуемое герметическое перекрытие закрывающим элементом отверстия 30.
На фиг.1 и 2 показан держатель 32 диафрагмы, находящийся в положении, при котором производятся измерения, на одной оси с каналом 34 трубопровода. Узел 24 запорного клапана находится в закрытом положении, поэтому закрывающий элемент 54 герметично перекрывает отверстие 30. Прижимные элементы 56 также установлены внутри корпуса 16; они заставляют поворотный рычаг 52 оказывать давление на закрывающий элемент 54, когда узел 24 клапана находится в закрытом положении. Прижимные элементы 56 обеспечивают силу, достаточную (при низком давлении) для герметичного перекрытия закрывающим элементом 54 отверстия 30. По мере повышения давления в нижней камере 20 перепад давления между сторонами закрывающего элемента 54 будет во все большей мере способствовать поддержанию в закрытом положении закрывающего элемента и герметизации отверстия 30.
Чтобы удалить держатель 32 диафрагмы из фитинга, узел 24 запорного клапана должен быть открыт, чтобы дать возможность переместить держатель диафрагмы в верхнюю камеру 22 через отверстие 30. Как показано на фиг.3, когда узел 24 запорного клапана открыт, нижний привод 36 приводится в действие, обеспечивая перемещение вверх держателя 32 диафрагмы через отверстие 30 в верхнюю камеру 22. Когда держатель 32 диафрагмы оказывается полностью внутри верхней камеры 22, узел 24 запорного клапана закрывается, изолируя верхнюю камеру от канала 34 трубопровода и нижней камеры 20. Затем давление в верхней камере 20 может быть сброшено, и держатель 32 диафрагмы может быть удален из фитинга 12 путем ослабления винтов 46 прижимного элемента и удаления прижимного элемента 44 и уплотнителя 40 из верхней части 18.
Обратимся теперь к фиг.4, где узел 24 запорного клапана показан в открытом положении. Главные валики 50 и поворотный рычаг 52 повернуты примерно на 45° относительно закрытого положения, как показано на фиг.3. Когда поворотный рычаг 52 вращается, штифты 58 перемещаются по пазу 60. Движение штифтов 58 заставляет закрывающий элемент 54 вращаться вокруг шарнирных пальцев 62. Поворотный рычаг 52 также отсоединяет держатель 32 диафрагмы и обеспечивает свободное пространство 64, через которое может быть перемещен держатель диафрагмы. Поворотный рычаг 52 и закрывающий элемент 54 имеют такую конфигурацию, что поворотный рычаг вращается вокруг оси, смещенной относительно оси, вокруг которой вращается закрывающий элемент. Сдвиг осей относительно друг друга обеспечивает выигрыш в величине угла вращения, обусловленный взаимным положением поворотного рычага 52 и закрывающего элемента 54, благодаря которому вращение поворотного рычага примерно на 45° приводит к вращению закрывающего элемента на 90°.
Детали запорного клапана 24 показаны далее на фиг.5 и 6. Поворотный рычаг 52 может представлять собой U-образный элемент 66, на котором имеются штифты 58, установленные на каждом конце, и направляющий выступ 68 держателя диафрагмы, отходящий от среднего колена. Как показано на фиг.1 и 2, когда узел 24 запорного клапана находится в закрытом положении, направляющий выступ 68 плотно прилегает к держателю 32 диафрагмы, обеспечивая центрирование отверстия диафрагмы внутри канала 34 трубопровода. Поворотный рычаг 52 соединен с главными валиками 50 благодаря вхождению элементов 72 скольжения в паз 74. Элементы 72 скольжения могут представлять собой пару штифтов, элемент типа ключа или какой-либо другой элемент, который фиксирует в отношении вращения поворотный рычаг 52 с главным валиком 50, в то же время допуская смещение вдоль паза 74. В некоторых вариантах элементы скольжения могут находиться на поворотном рычаге, а паз - на главном валике. Наличие паза 74 и элементов 72 скольжения обеспечивает простоту сборки деталей и позволяет поворотному рычагу 52 перемещаться относительно главных валиков 50, в то время как прижимные элементы 56 (см. фиг.2) заставляют поворотный рычаг 52 оказывать давление на закрывающий элемент 54, когда узел 24 клапана находится в закрытом положении,
Узел 24 запорного клапана обеспечивает также простоту сборки его деталей. Сначала главные валики 50 устанавливаются в корпусе 16 таким образом, чтобы элементы скольжения 72 были правильно ориентированы. Затем элементы скольжения 72 вставляются в паз 74, в то время как в корпус 16 устанавливается поворотный рычаг 52. Затем штифты 58 поворотного рычага 52 вставляются в паз 60 закрывающего элемента 54, а когда устанавливается закрывающий элемент 54, шарнирные пальцы 62 помещаются в гнезда, имеющиеся в корпусе 16 или в верхней части 18. Когда сборка узла 24 запорного клапана завершена, на корпус 16 может быть установлена верхняя часть 18.
В некоторых вариантах закрывающий элемент 54 может иметь конструкцию, в которой пазы 60 имеют разную ширину. Как показано на фиг.7, закрывающий элемент 54 имеет широкий паз 76 и узкий паз 78, расположенные на равном расстоянии 80 от герметизирующей поверхности 82 закрывающего элемента 54. В каждый из пазов входят штифты 58, имеющие равные диаметры. Как видно на фиг.5, каждый из штифтов 58 соединен с поворотным рычагом 52. Когда штифты 58 перемещаются перпендикулярно продольной оси пазов, штифт 58 входит в паз 78 со стороны узкого паза до вхождения другого штифта в паз 76 со стороны широкого паза. Таким образом, когда закрывающий элемент 54 открывается, необходимая для открывания сила, обусловленная вращением поворотного рычага 52, сначала будет прикладываться только к стороне закрывающего элемента с узким пазом 78. Благодаря тому, что сила, необходимая для открывания, прикладывается только к одной стороне закрывающего элемента, область плотного контакта между закрывающим элементом и верхней частью будет сокращаться постепенно, что требует меньших усилий, чем в случае, когда делается попытка открыть заглушку, разгерметизируя контакт сразу по всей его площади.
Обратимся теперь к фиг.8. Прижимной элемент 56, кроме того, что развивает прижимающую силу в направлении закрывающего элемента, о чем сказано выше, может служить и для того, чтобы выравнивать держатель 32 диафрагмы. Прижимной элемент 56 имеет пластинчатую пружину 84 и направляющий выступ 86. Когда держатель 32 диафрагмы находится в положении, при котором производятся измерения, как это показано на фиг.1, каждая сторона держателя диафрагмы соприкасается с направляющим выступом 86 прижимного элемента 56. Сцепление прижимного элемента 56 обеспечивает сцепление зубчатой рейки держателя 32 диафрагмы с нижним приводом 36.
Обратимся теперь к фиг 9 и 10. Главные валики 400 могут быть соединены с фитингом с помощью колпака 402 и блокировочного устройства 404, ограничивающего вращение валика. Блокировочное устройство 404 имеет кулачок 406, блокирующий шток 408, крепежную скобу 410 и кожух 412. Кулачок 406 фиксирован в отношении вращения на валику 400, например, с помощью установочного винта 414. Кулачок 406 имеет идущий по дуге окружности паз 416, в котором имеются первое и второе гнезда 418 и 420, служащие для фиксации штока. Крепежная скоба 410 соединена с корпусом фитинга (не показан) таким образом, чтобы обеспечивалось постоянство положения относительно валика 400. Блокирующий шток 408 прикреплен к крепежной скобе 410; он имеет прижимной элемент 422, который удерживает блокирующий шток в пазе 416. Кожух 412 окружает кулачок 406; кожух имеет отверстие 424, через который выходит блокирующий шток 408. Кожух 412 занимает постоянное положение относительно кулачка 406.
Блокировочное устройство 404 служит для блокировки, которая предотвращает непреднамеренное вращение валика 400 и ограничивает вращение валика при движении клапана между открытым положением и закрытым положением. Фиг.10 показывает блокировочное устройство 404, когда клапан находится в закрытом положении. Блокирующий шток 408 входит в первое гнездо 418 для фиксации штока. Фиксация блокирующего штока 408 в первом гнезде 418 для фиксации штока предотвращает вращение валика 400. Прежде, чем валик 400 получит возможность вращения, блокирующий шток 408 должен выйти из первого гнезда 418 для фиксации штока. При вращении валика 400 блокирующий шток 408 остается в контакте с пазом 416. Этот контакт ограничивает вращение валика 400 и предотвращает вращение клапана далее того положения, при котором клапан открыт.
Когда клапан находится в открытом положении, блокирующий шток 408 входит во второе гнездо 420 для фиксации штока; это означает, что клапан полностью открыт.Второе гнездо 420 для фиксации штока может иметь такое положение, что фиксация блокирующего штока 408 во втором гнезде не будет препятствовать вращению валика 400 назад, к закрытому положению. Это позволяет быстро закрыть клапан без необходимости манипулировать блокирующим штоком 408. Фактически связь между блокирующим штоком 408 и пазом 416 предотвращает непреднамеренный переход узла запорного клапана из закрытого положения в открытое положение, не препятствуя в то же время вращению клапана из открытого положения в закрытое положение.
Запорные клапаны описанных здесь конструкций могут работать в ограниченном пространстве, что позволяет уменьшить вес и сделать более компактными узлы двухкамерных диафрагменных фитингов. Конструкция запорного клапана обеспечивает также возможность полного выполнения операции открытия/закрытия клапана при вращении примерно на 45 градусов. Это дает существенные преимущества по сравнению с задвижным клапаном (шибером), для приведения которого в действие в полной мере может потребоваться несколько полных оборотов (360°) ведущего валика. Предлагаемый узел запорного клапана не только работает быстрее, так как требует меньшего угла вращения, но и упрощает автоматизацию операций открытия и закрытия клапана.
Предпочтительные варианты данного изобретения относятся к устройствам для газовой или гидравлической изоляции двух внутренних камер двухкамерного диафрагменного фитинга. Данное изобретение позволяет реализовать его варианты в различных формах. На чертежах показаны и далее будут подробно описаны конкретные варианты данного изобретения, причем имеется в виду, что данное раскрытие изобретения должно рассматриваться лишь как описание, иллюстрирующее с помощью примеров принципы изобретения, и не имеет целью ограничить изобретение указанными иллюстрациями и данным описанием. В частности, различные варианты данного изобретения дают ряд различных форм и стилей конструирования, которые могут улучшить функционирование фитинга. Приведенные здесь ссылки на приложение концепций изобретения к двухкамерному диафрагменному фитингу с измерительной диафрагмой, не ограничивают применение концепций изобретения этими приложениями, и изобретение может использоваться в любых других приложениях, включая другие двухкамерные фитинги и диафрагменные фитинги. Следует ясно понимать, что для достижения желательных результатов описания различных вариантов, приводимые ниже, могут применяться по отдельности или в любых допустимых сочетаниях.
Варианты, описанные ниже, являются лишь иллюстрациями и не ограничиваютобласть, охватываемую изобретением или детали изобретения. Следует иметь в виду, что возможно создание ряда других модификаций и вариантов раскрываемого здесь изобретения, которые не выходят за пределы области, охватываемой изобретением, или из круга раскрытых здесь концепций изобретения. Поскольку может быть создано множество модифицированных и измененных вариантов, остающихся в рамках изложенных здесь концепций изобретения, включая эквивалентные конструкции или материалы, которые, возможно, будут предложены в будущем, и поскольку возможно сделать ряд изменений в вариантах, описанных здесь подробно в соответствии с правовыми требованиями, предъявляемыми к таким описаниям, следует иметь в виду, что приводимые здесь подробности должны интерпретироваться как иллюстрирующие, но не имеющие ограничительного характера.