БЛОК ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ КЛАПАНОВ С КАРДАННОЙ ПЕРЕДАЧЕЙ
SAFETY VALVE UNIT WITH UNIVERSAL TRANSMISSION

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, в частности, к переключающим устройствам предохранительных клапанов и предназначено для нефтегазоперерабатывающей, нефтегазодобывающей, нефтехимической и газовой отраслей промышленности в условиях умеренного, холодного, умеренно-холодного и тропического климатов.
Блок предохранительных клапанов с переключающими устройствами (карданной передачей) предназначен для обеспечения непрерывной работы технологического цикла на линиях трубопроводов, сосудах, аппаратах и технологических установках, в тех случаях, когда по условиям работы может возникнуть необходимость отключения (закрытия) рабочего предохранительного клапана и подключения резервного.
Предельные параметры применения блоков по давлению и температуре рабочей среды определяются потребителем, в соответствии с правилами, распространяющимися на конкретный объект и техническими данными блока.
Наиболее близким по технической сущности является блок предохранительных клапанов с переключающими устройствами, который представляет собой сложную систему трубопроводной арматуры, состоящую из двух предохранительных клапанов, имеющих одинаковую пропускную способность, и двух переключающих устройств, одно из которых установлено на входе предохранительных клапанов и содержит центральный патрубок продуктов сброса и два боковых патрубка, соединенных с входами предохранительных клапанов, а другое - на выходе предохранительных клапанов, содержащее корпус с центральным патрубком продукта сброса и два боковых патрубка, соединенных с выходами предохранительных клапанов, при этом переключающие устройства соединены между собой цепной передачей с целью синхронного управления (см. патент RU №102728, опубликован 10.03.2011).
Однако это устройство имеет существенные недостатки, такие как ненадежное синхронное управление блоком, низкий срок службы и ряд недостатков из-за применения цепной передачи в управлении.
Технический результат, на который направлено изобретение, заключается в создании усовершенствованного блока предохранительных клапанов, который имеет ряд преимуществ: в нем применено надежное синхронное управление за счет применения приводного устройства с механизмом синхронизации в переключающем устройстве; при перестановке (переключении) прилагается минимальное усилие управления; затворы переключающих устройств имеют повышенную герметичность; за счет применения карданной передачи в управлении, отсутствуют недостатки присущие цепной передаче - низкий срок службы, возможность соскока цепи из-за перекоса ведущей и ведомой звездочки, заклинивание, провис цепи из-за ослабления, разрыв цепи, обледенение цепи при эксплуатации на открытом воздухе и минусовых температурах, а также за счет применения карданной передачи отсутствует возможность быстрого ее демонтажа, без специального инструмента, для доступа к управлению блоком с нарушением правил эксплуатации, в отличии от цепной передачи, которую легко снять.
Технический результат достигается за счет того, что переключающие устройства оснащены редукторами и соединены карданной передачей для синхронного управления, органами управления для переключения между резервным и рабочим предохранительными пружинными клапанами служат маховики переключающих устройств на входе и выходе, при первоначальном вращении маховика переключающего устройства на выходе происходит страгивание золотника выходного переключающего устройства, при последующем вращении маховика переключающего устройства на входе происходит страгивание золотника входного переключающего устройства и одновременное перемещение золотников обоих переключающих устройств с окончательным поджатием золотника входного переключающего устройства, при окончательном вращении маховика переключающего устройства на выходе происходит окончательное поджатие золотника выходного переключающего устройства и, как следствие, подключение резервного и отключение рабочего предохранительных пружинных клапанов, маховик переключающего устройства на входе соединен с карданной передачей, передающей вращение на приводное устройство переключающего устройства на выходе, при этом переключающее устройство на выходе включает корпус с одним выходным и двумя входными каналами, узел затвора, состоящий из двух сёдел и золотника, соединенного со шпинделем, и приводного устройства, которое на выходе содержит механизм синхронизации, который состоит из трех дисков: шпоночного диска, промежуточного диска, зубчатого диска и выполняет компенсацию рассинхронизации движения золотника, переключающее устройство на выходе первоначально приводится в действие от вращения собственного маховика зафиксированного на втулке шпинделя, посредством резьбовой пары втулка шпинделя - шпиндель вращение преобразуется в поступательное движение золотника и тем самым осуществляется страгивание золотника, после страгивания золотника переключающее устройство на выходе приводится в действие от вращения карданной передачи, передающей вращение валу-червяку зубчатой пары приводного устройства, вращение через зубчатое зацепление передается на промежуточный диск, от промежуточного диска - к шпоночному диску, зафиксированному на втулке шпинделя, посредством резьбовой пары втулка шпинделя - шпиндель вращение преобразуется в поступательное движение золотника и тем самым осуществляется основное перемещение золотника между седлами, на заключительном этапе цикла переключения переключающее устройство на выходе приводится в действие от вращения собственного маховика зафиксированного на втулке шпинделя, посредством резьбовой пары втулка шпинделя - шпиндель вращение преобразуется в поступательное движение золотника и тем самым осуществляется окончательное поджатие золотника, в итоге происходит полное открытие проходного сечения в седле с одной стороны корпуса и закрытие с другой, маховик переключающего устройства на выходе служит только для страгивания и поджатия золотника, при этом угол поворота маховика переключающего устройства на выходе ограничен свободным ходом между кулачками дисков механизма синхронизации.
Максимальный ход маховика переключающего устройства на выходе для страгивания и поджатия золотника определяется свободным ходом механизма синхронизации и не превышает 1,5 оборота.
Сравнение заявленного решения с известными техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, аналогичные отличительным признакам предлагаемого технического решения, что позволяет сделать вывод о соответствии условиям патентоспособности изобретения - «новизна» и «изобретательский уровень».
Соответствие заявленного решения критерию «Промышленная применимость» показано на примере конкретного выполнения устройства.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:
На фигуре 1 - блок предохранительных клапанов с переключающими устройствами;
На фигуре 2 - переключающее устройство на выходе;
На фигуре 3 - механизм синхронизации;
На фигурах 4-11 - работа блока предохранительных клапанов с переключающими устройствами.
Блок предохранительных клапанов (фиг. 1) состоит из следующих основных узлов и деталей.
Переключающие устройства (1, 2), переключающее устройство (1) установлено на входе предохранительных клапанов (3) и содержит центральный патрубок продуктов сброса и два боковых патрубка, соединенных с входами предохранительных клапанов, а переключающее устройство (2), установленное на выходе предохранительных клапанов (3) содержит корпус с центральным патрубком продукта сброса и два боковых патрубка, соединенных с выходами предохранительных клапанов.
Карданная передача (5) связывает переключающие устройства (1, 2) для их синхронной работы и состоит из двух вилок (6), соединенных через крестовины (7) с вилкой-валом (8) и вилкой-втулкой (9).
Органами управления для переключения между резервным и рабочим предохранительным клапаном (3) служат маховик переключающего устройства (2) на выходе, маховик переключающего устройства (1) на входе, соединенный с карданной передачей (5), передающей вращение на приводное устройство переключающего устройства (2) на выходе. Постоянная жесткая механическая связь между входным (1) и выходным переключающим (2) устройством отсутствует и не может быть обеспечено одновременное уплотнение золотников обоих переключающих устройств. Поэтому маховиком переключающего устройства на входе можно обеспечить поджатие золотника только входного устройства.
Маховик переключающего устройства (2) на выходе служит только для страгивания и поджатия золотника переключающего устройства (2) на выходе. Максимальный ход маховика переключающего устройства (2) на выходе для поджатия золотника определяется свободным ходом механизма синхронизации и не превышает 1,5 оборота.
При вращении маховика переключающего устройства (1) на входе происходит одновременное перемещение золотников обоих переключающих устройств (1, 2) и, как следствие, подключение резервного и отключение рабочего предохранительных клапанов (3) с подводящим и отводящим трубопроводами, что необходимо для обеспечения требований безопасности и соблюдения экологических норм. После поджатия золотника переключающего устройства (1) на входе для обеспечения полного перемещения золотника переключающего устройства (2) на выходе необходимо произвести его поджатие маховиком переключающего устройства (2) на выходе. Отключенный предохранительный клапан (3) можно подвергнуть техническому обслуживанию (подтяжка крепежа, подтяжка или перенабивка сальника и т.п.), ремонту (замена комплектующих элементов, выемных частей и т.п.) или полностью заменить, не останавливая технологический процесс.
Для отслеживания положения золотника переключающих устройств блок имеет указатель положения, расположенный на стойке.
Установка золотника переключающего устройства в среднем положении не допускается.
Переключающее устройство предназначено для изменения направления потока среды, смешивания сред. Возможна установка совместно с предохранительными клапанами с целью исключения одновременного перекрытия трубопроводов перед клапанами. Переключающее устройство должно обеспечивать постоянное соединение защищаемого оборудования только с одним из клапанов.
Переключающее устройство (1) входа приводится в действие вращением маховика, которое передается на вал-червяк зубчатой пары. Далее вращение через зубчатое зацепление передается на втулку шпинделя, в которой посредством резьбовой пары вращение преобразуется в поступательное движение золотника, тем самым происходит открытие проходного сечения в седле одной стороны корпуса и закрытие другой.
Зубчатые пары приводных устройств имеют числа зубьев, специально подобранные для синхронизации хода входного и выходного переключающего устройства.
Переключающее устройство (2) на выходе (см. фиг. 4) состоит из корпуса (10) с одним выходным и двумя входными каналами, отводов (11), узла затвора, состоящего из двух седел (12) и золотника (13), соединенного втулкой (14) со шпинделем (15), узла сальника, состоящего из колец (16), втулки сальника (17), фланца сальника (18); приводного устройства (редуктора), состоящего из корпуса (19), маховика (20), шпонки (21), втулки шпинделя (22), втулок (26), упорной шайбы колеса (27), кожуха (28) с уплотнительным кольцом (29), контргайки (30), вала-червяка (31), упорных шайб червяка (32), втулок (33), крышек (34) с уплотнительными кольцами (35), стоек (36). Приводное устройство (редуктор) на выходе содержит специальное устройство – механизм синхронизации для компенсации рассинхронизации движения золотника: шпоночный диск (23), промежуточный диск (24), зубчатый диск (25).
Механизм синхронизации конструктивно представляет из себя кулачковую муфту, составленную из трёх дисков (см. фиг. 3). На каждом диске выполнены секторные кулачки. Все три диска вращаются на одной оси.
Блок предохранительных клапанов поставляется в сборе с отрегулированным механизмом синхронизации.
Зубчатый диск (25) (левый на фиг. 3) находится в постоянном зацеплении с входным червяком редуктора. При вращении входного червяка редуктора зубчатый диск совершает вращательное движение. Секторный кулачок интегрирован в тело зубчатого диска и направлен в сторону промежуточного диска.
Промежуточный диск (24) (фиг. 3) включает в себя два кулачка. Один кулачок направлен в сторону зубчатого диска, второй кулачок направлен в сторону шпоночного диска.
Шпоночный диск (23) (фиг. 3) находится в постоянном зацеплении через шпоночный паз со шпонкой. Шпонка передаёт вращение на втулку шпинделя. В шпоночный диск интегрирован кулачок, направленный в сторону центрального диска.
Из фиг. 2 и фиг. 3 видно, что при вращении зубчатого диска (25), крутящий момент будет передан на шпонку (21) только после зацепления двух пар кулачков, что обеспечивает наличие свободного хода зубчатого диска (25) без передачи крутящего момента на шпонку (21).
Переключающее устройство (2) на выходе приводится в действие от вращения карданной передачи (5), передающей вращение валу-червяку (31) зубчатой пары.
Вращение через зубчатое зацепление передается на промежуточный диск (24), от промежуточного диска (24) - к шпоночному диску (23), зафиксированному на втулке шпинделя (22), посредством резьбовой пары втулка шпинделя (22)-шпиндель (15) вращение преобразуется в поступательное движение узла затвора, тем самым происходит открытие проходного сечения в седле (12) одной стороны корпуса и закрытие другой. Для обеспечения страгивания и полного поджатия узла затвора вращение прикладывается к маховику (20), зафиксированному на втулке шпинделя (22), при этом угол поворота маховика (20) ограничен свободным ходом между кулачками дисков механизма синхронизации.
Процесс управления блоком предохранительных клапанов происходит следующим образом.
На фиг. 4 показано состояние блока предохранительных клапанов (БПК), в котором клапан №2 введён в работу, а клапан №1 отключен и находится в резерве. Поясним принцип работы блока при переключении с клапана №2 на клапан №1. Для примера взят БПК с правосторонней ориентацией маховиков.
А) Сначала выполняется вращение маховика выходного переключающего устройства против часовой стрелки не более чем на пол-оборота. При этом происходит страгивание золотника выходного переключающего устройства (далее по тексту ПУ) и затвор со стороны 1 теряет герметичность. Усилие вращения маховика после страгивания золотника уменьшается и происходит свободное движение шпинделя выходного ПУ до расходования компенсационных зазоров механизма. При этом карданный вал БПК не вращается. При последующем возрастании усилия на маховике дальнейшее вращение маховика следует прекратить, так как это означает, что зубчатое зацепление червячного редуктора выходного ПУ начало тормозить вращение маховика. На фиг. 5 показано выполнение этого действия, а на фиг. 6 состояние элементов блока при завершении вращения маховика.
Б) Далее нужно перейти к маховику входного переключающего устройства и выполнить его вращение против часовой стрелки. Сначала произойдёт страгивание золотника входного ПУ (усилие оператора потребуется повышенное) и затвор со стороны 1 потеряет герметичность. После потери герметичности усилие оператора снизится. Золотник входного ПУ продолжит движение в сторону затвора 2. При этом карданный вал БПК будет вращаться, и будет происходить выработка компенсационного зазора в механизме выходного переключающего устройства. До полного расходования компенсационного зазора маховик и золотник выходного переключающего устройства будет оставаться неподвижным. Действия проиллюстрированы на фиг. 7
В) При полном расходовании компенсационного зазора усилие оператора возрастёт. Дальнейшее вращение маховика входного ПУ против часовой стрелки активирует совместное перемещение золотников обоих ПУ (см. фиг. 8). Маховик на выходном ПУ тоже начинает вращаться.
Г) Золотник входного ПУ перекрывает затвор №2, и в момент касания седла усилие оператора дополнительно возрастает, далее оператор должен обеспечить плотное прижатие золотника входного ПУ к седлу №2 приложением нарастающего усилия к маховику входного ПУ. На этом вращение маховика входного ПУ следует прекратить. Расположение деталей БПК в момент завершения вращения маховика входного ПУ показано на фиг. 9.
Д) После этого нужно завершить переключение выходного переключающего устройства. Оператору нужно перейти к маховику выходного ПУ и продолжить вращать этот маховик против часовой стрелки см. фиг. 10. При этом карданный вал будет оставаться неподвижным и включится механизм синхронизации. Золотник выходного ПУ продолжит движение (см. фиг. 11) и достигнет седла №2, при этом в момент касания седла №2 усилие оператора дополнительно возрастает. Оператор должен обеспечить плотное прижатие золотника выходного ПУ к седлу №2 приложением нарастающего усилия к маховику выходного ПУ. На этом вращение маховика выходного ПУ следует прекратить.
Е) Переключение БПК с клапана №2 на клапан №1 завершено.
При состоянии БПК, в котором клапан №1 введён в работу, а клапан №2 отключен и находится в резерве, действия А) - Е) повторяются, только вращение маховика выходного ПУ и маховика входного ПУ производят по часовой стрелке.