ЗАТВОР БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ КОНЦЕВОЙ
QUICK END SHUTTER

Изобретение относится к области нефтегазовой, нефтехимической и химической промышленности, а именно к блокирующим устройствам для затворов быстродействующих концевых, применяемых на трубопроводах, сосудах и аппаратах, работающих под давлением, а также в устройствах, где требуется блокировка механизма при наличии избыточного давления.
Известен затвор концевой байонетный по патенту на полезную модель RU 170458 U1, МПК F16J 13/16, публикация 25.04.2017 г.
Затвор концевой байонетный содержит полый корпус и крышку, выполненные с элементами байонетного соединения, включающего выступы на крышке, охватываемые выполненными идентичными пазами на корпусе. Элементы байонетного соединения состоят, по меньшей мере, из двух равных по ширине ступеней, при этом расстояние между выступами на крышке и пазами на корпусе соответствует ширине ступени. Крышка закреплена на откидном рычаге поворотной опоры в подшипниковом узле в стакане, размещенном на крышке, и установлена с возможностью поворота на оси подшипникового узла. Механизм перемещения крышки по оси и по окружности выполнен в виде ключа-шестерни, узел блокировки поворота крышки относительно корпуса состоит из поршня, уплотнителя и пружины.
Недостатком узла блокировки поворота крышки является низкий порог чувствительности, а именно значительное избыточное давление для начала срабатывания узла блокировки.
2
Также известен затвор концевой байонетный, выпускаемый ООО «Нефтегазовая промышленная арматура» по ТУ 3683-001-86534248-09 [Система нормативов NormaCS], в котором применяется узел блокировки. Данный узел конструктивно выполнен в виде пневмоцилиндра одностороннего действия с возвратом штока в исходное положение посредством пружины. Для выдвижения штока, а именно для блокировки поворота крышки, давление газа должно быть достаточным, чтобы не только сжать пружину, но и преодолеть силу трения всех уплотнительных резиновых колец. Согласно ТУ 3683-001-86534248-09 блокировка затвора должна срабатывать при наличии давления во внутренней полости затвора не менее 0,2МПа (2 кгс/см).
2
кр
Результаты расчета усилий на крышке затвора и зубчатом рычаге для открытия крышки при давлении 0,2МПа (2 кгс/см), в зависимости от типоразмера затвора концевого байонетного, приведен в таблице 1. В таблице 1 также приведены усилия, действующие на крышку затвора Р и соответствующие избыточному давлению в камере (сосуде) при закрытом затворе в соответствии с усилиями, регламентируемыми ГОСТ 21753-76 «Система человек-машина. Рычаги управления. Общие эргономические требования».
Усилия на рычаге выбраны согласно эргономическим показателям, регламентируемым ГОСТ 21753-76:
- 45 кгс - усилие, прикладываемое двумя руками к рукоятке рычага ручного привода арматуры трубопровода в момент запирания или страгивания запорного органа;
- 20 кгс - усилие, прилагаемое к рукоятке рычага управления перемещая двумя руками с частотой менее 5-ти раз в смену.
2
Данные, приведенные в таблице 1, показывают, что при избыточном давлении в камере 0,2МПа (2 кгс/см) предохранительное устройство еще не сработало, а на крышку затвора, к примеру DN 350 мм, действует усилие равное 2,59 тонн. При этом для открытия крышки затвора необходимо приложить к рычагу усилие, которое не превышает регламентируемого показателя 45 кгс (ГОСТ 21753), прикладываемое двумя руками к рукоятке рычага ручного привода арматуры трубопровода в момент запирания или страгивания запорного органа.
В данном случае, при открытии крышки затвора произойдет удар, который повлечет к деформации элементов затвора, с возможным образованием искры, что приведет к возгоранию газа (взрыву) и, как следствие, к разной степени травмированию оператора.
Приведенный расчет указывает на существенный недостаток таких устройств, где имеется наличие возможности открытия крышки затвора, находящегося под давлением 0,2 МПа, при этом возникает опасность удара крышки о корпус с образованием искры и дальнейшим взрывом газа. Кроме того, при отрицательной температуре окружающей среды в узле блокировки возможно замерзание конденсата, попавшего вместе с газом в цилиндр данного узла, что приведет к его неработоспособности и необходимости проведения дополнительных работ для обеспечения функционирования узла блокировки, находящегося под давлением.
Известен затвор концевой байонетный и блокировочный узел такого затвора по патенту на изобретение RU 2744248 С1, МПК F16J 13/24, публикация 04.03.2021 г.
Затвор концевой байонетный, содержит корпус и крышку, на которых выполнены элементы байонетного соединения. Крышка установлена с возможностью поворота вокруг своей оси на откидном рычаге. На крышке установлен блокировочный узел, состоящий из подвижной рукоятки, блокирующей вращение крышки в сторону открытия и связанной с краном сброса давления, и блокиратора, содержащего шток, который блокирует движение рукоятки при наличии давления во внутренней полости затвора.
Затвор концевой байонетный и блокировочный узел такого затвора по патенту RU 2744248 С1 принят в качестве прототипа.
Прототипу присущи недостатки, описанные выше, кроме того имеются недостатки, заключающиеся:
- в механической блокировке рукоятки крана сброса, фактически сигнализирующего крана, обеспечивающего контроль наличия избыточного давления в затворе, в диапазоне ниже нижнего предела чувствительности манометра;
- в потере работоспособности при случае замерзания конденсата в узле блокировки.
Указанные недостатки снижают должный уровень безопасности работы затвора.
Задачей заявляемого изобретения является повышение эксплуатационной надежности и безопасности работы затвора быстродействующего концевого.
2
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что при наличии избыточного давления от 0,01МПа (0,1 кгс/см) во внутренней полости затвора открытие крышки затвора автоматически блокируется посредством штока узла блокировки, выдвижение которого осуществляется мембраной.
Технический результат от использования изобретения достигается за счет того, что затвор быстродействующий концевой состоящий из корпуса, крышки, установленной с возможностью открытия на откидном рычаге и узла блокировки содержащим шток. При этом, новым является то, что узел блокировки, содержит мембрану, разделяющую его внутренний объем на входную и выходную полости. Причем входная полость соединена с внутренней полостью затвора, а выходная полость соединена с атмосферой. Кроме того узел блокировки содержит податливый элемент, расположенный на штоке.
Кроме того, затвор может включать в себя пружину, воздействующую на шток, для его возврата в исходное положение.
Кроме того, узел блокировки может дополнительно содержать промежуточное звено, функционально связанное со штоком.
Возможен вариант, в котором узел блокировки дополнительно содержит кронштейн, неподвижно закрепленный на корпусе затвора, подвижную рукоятку, расположенную на кронштейне и шарнирно соединенную с промежуточным звеном. При этом подвижная рукоятка имеет возможность, под действием фактора веса, автоматического возврата промежуточного звена.
Возможен также вариант, в котором узел блокировки размещен внутри затвора быстродействующего концевого в специальном углублении крышки затвора. При этом шток имеет возможность воздействовать на промежуточное звено посредством двуплечего рычага с возможным возвратом штока и промежуточного звена в исходное положение вручную.
Существует вариант, в котором податливый элемент выполнен в виде шайбы, расположенной на штоке и перекрывающей кольцевой зазор между штоком и сопряженной с ним деталью.
Существует также вариант, в котором податливый элемент выполнен в виде торцевого уплотнения, расположенного на штоке с возможностью отсечения выходной полости от атмосферы.
Конструкция затвора быстродействующего концевого поясняется следующими чертежами:
На фиг.1 изображен общий вид затвора быстродействующего концевого с узлом блокировки.
На фиг.2 изображен узел блокировки.
На фиг.3 изображен вариант установки на корпусе затвора узла блокировки с промежуточным звеном.
На фиг.4 изображен вариант установки на корпусе затвора узла блокировки с дополнительным кронштейном, на котором расположена подвижная рукоятка, шарнирно соединенная с промежуточным звеном.
На фиг.5 изображен вариант установки узла блокировки внутри затвора быстродействующего концевого в специальном углублении крышки затвора.
Затвор быстродействующий концевой (фиг.1, 2) состоящий из корпуса 1, крышки 2, установленной с возможностью открытия на откидном рычаге 3 и узла блокировки 4, содержащим шток 5. При этом, узел блокировки 4, содержит мембрану 6, разделяющую его внутренний объем на входную 7 и выходную 8 полости. Причем входная полость 7 соединена с внутренней полостью 9 затвора, а выходная полость 8 соединена с атмосферой. Кроме того узел блокировки 4 содержит податливый элемент 10, выполненный в виде торцевого уплотнения, расположенного на штоке 5 с возможностью отсечения выходной полости 8 от атмосферы.
Затвор быстродействующий концевой может включать в себя пружину 11, воздействующую на шток 5, для его возврата в исходное положение.
Узел блокировки 4 (фиг.3) может дополнительно содержать промежуточное звено 12, функционально связанное со штоком 5.
Узел блокировки 4 (фиг.4) может дополнительно содержать кронштейн 13, неподвижно закрепленный на корпусе 1 затвора, подвижную рукоятку 14, расположенную на кронштейне 13 и шарнирно соединенную с промежуточным звеном 12, при этом подвижная рукоятка 14 имеет возможность под действием фактора веса автоматического возврата промежуточного звена 12.
Узел блокировки 4 (фиг.5) может быть размещен внутри затвора быстродействующего концевого в специальном углублении крышки 2 затвора, при этом шток 5 имеет возможность воздействовать на промежуточное звено 12 посредством двуплечего рычага 15 с возможным возвратом штока 5 и промежуточного звена 12 в исходное положение вручную.
Мембрана 6, выполняющая функцию гибкого уплотняющего элемента, должна быть выполнена из материала химически стойкого к рабочей среде, с учетом температуры, состава рабочей среды и максимального давления при эксплуатации узла блокировки.
Податливый элемент 10 в виде шайбы может быть выполнен из тонкого листового металла, фторопласта и его модификаций, полиамида и других эластомеров, обеспечивающих прочность на срез по контуру кольцевого зазора при наличии максимального избыточного давления во входной полости 7.
Податливый элемент 10 в виде торцевого уплотнения может быть выполнен из эластичных материалов, обеспечивающих плотное прилегание к уплотняемой поверхности и обладающих стойкостью к внешним воздействиям: различные марки резины, полиуретана, и т.п.
Принцип совместной работы затвора быстродействующего концевого и узла блокировки такого затвора рассмотрен на примере затвора байонетного типа (фиг.1, фиг.2).
Для закрытия затвора быстродействующего концевого байонетного типа крышка 2 затвора с помощью откидного рычага 3 прижимается к корпусу 1 затвора. Закрытие крышки 2 затвора выполняется посредством рычага-шестерни 16 вращением крышки 2 затвора вокруг своей оси относительно корпуса 1 затвора, обеспечивающее байонетное зацепление зубьев крышки 2 с зубьями корпуса 1 затвора. При наличии избыточного давления во внутренней полости 9 затвора предусмотрен узел блокировки 4 препятствующий повороту крышки 2 затвора относительно корпуса 1 затвора.
2
При начальной подаче давления газа от 0,01МПа (0,1 кгс/см) во входную полость 7 узла блокировки 4, мембрана 6 вместе со штоком 5 перемещается из крайнего левого положения в крайнее правое, на величину хода, вытесняя воздух из выходной полости 8 узла блокировки 4 в атмосферу через гарантированный кольцевой зазор между штоком 5 и сопрягаемой деталью 17 узла блокировки 4. Податливый элемент 10 в виде торцевого уплотнения расположенного на штоке 5 отсекает выходную полость 8 от атмосферы с целью предотвращения возможного прорыва мембраны 6 путем обеспечения противодавления в кольцевом зазоре.
При снижении избыточного давления в затворе до атмосферного возврат штока 5 осуществляется пружиной 11, воздействующей непосредственно на шток 5.
Предлагаемая конструкция узла блокировки 4, при расположении его на корпусе 1 затвора под углом от 0° до 50° от горизонтальной плоскости, обеспечивает полный слив конденсата и позволяет разрушить, возможно, замерзший конденсат в виде капель или тонкой пленки на мембране, при срабатывании узла блокировки.
Узел блокировки 4 (фиг.3), в зависимости от типоразмера затвора быстродействующего концевого, может дополнительно содержать промежуточное звено 12, функционально связанное со штоком 5 и блокирующее открытие крышки 2 затвора. Промежуточное звено 12 выполнено как самостоятельная единица, имеющая бурт для упора пружины 11. При снижении избыточного давления во внутренней полости 9 затвора до атмосферного возврат штока 5 осуществляется пружиной 11, воздействующей на промежуточное звено 12.
Возможен вариант, в котором узел блокировки 4 (фиг.4) размещен на кронштейне 13, закрепленном на корпусе 1 затвора. На кронштейне 13 расположена подвижная рукоятка 14, шарнирно соединенная с промежуточным звеном 12. Конфигурация и масса подвижной рукоятки 14 подобраны таким образом, что под действием фактора веса подвижная рукоятка 14, при снижении избыточного давления во внутренней полости 9 затвора до атмосферного, автоматически возвращает промежуточное звено 12 и шток 5 в исходное положение. Преимуществом данной конструкции является визуализация положения подвижной рукоятки 14, а так же возможность проверки работоспособности узла блокировки 4 посредством подвижной рукоятки 14.
Возможно размещение узла блокировки 4 (фиг.5) внутри затвора быстродействующего концевого в специальном углублении крышки 2 затвора. При этом входная полость 7 узла блокировки 4 соединена с внутренней полостью 9 затвора, посредством отверстий в крышке 18 узла блокировки 4. При начальной подаче давления газа во входную полость 7 узла блокировки 4, мембрана 6 вместе со штоком 5 перемещается из крайнего левого положения в крайнее правое, на величину хода. Атмосферный воздух из выходной полости 8 узла блокировки 4 вытесняется наружу через гарантированный кольцевой зазор между штоком 5 и сопряженной с ним деталью, в данном случае, с крышкой 2 затвора. Отсечение выходной полости 8 от атмосферы выполняет податливый элемент 10 в виде торцевого уплотнения, расположенного на штоке 5. Промежуточное звено 13, функционально связанное со штоком 5, посредством двуплечего рычага 15, обеспечивает блокирование крышки 2 затвора от поворота. Перестановка двуплечего рычага 15 с промежуточным звеном 12 в положение «Открыто» выполняется вручную, где оператор вынужден отпустить двуплечий рычаг 15 для выполнения манипуляций с зубчатым рычагом 16. Однако при наличии незначительного избыточного давления во внутренней полости 9 затвора двуплечий рычаг 16, вернется в положение «Закрыто».
2
Использование данной конструкции позволяет повысить эксплуатационную надежность и безопасность работы затвора быстродействующего концевого за счет срабатывания узла блокировки при давлении газа в полости затвора от 0,01МПа (0,1 кгс/см).