Устройство перекрытия газового потока в трубопроводе
PIPELINE GAS FLOW SHUTOFF DEVICE

Изобретение может быть использовано в металлургической, химической, энергетической и других отраслях и предназначено для перекрытия газового потока и прекращения подачи газа в случае повышения или понижения контролируемого давления сверх заданных пределов, а также для гарантированного отключения оборудования от газовых магистралей, исключения проникновения опасной газовой среды и обеспечения безопасности обслуживающего персонала при проведении обслуживания и ремонтных работ.
Известен механизм газовой заслонки по RU76474 U1, опубл. 20.09.2008, где в качестве уплотняющего материала крышки использован стойкий к агрессивным средам каучук с включениями фтора. Однако конструкция данной заслонки содержит эксцентрик, использование которого дополнено пружинным прижимным механизмом для более надежного закрытия крышки, что усложняет конструкцию и требует постоянного контроля срабатывания эксцентрика.
Наиболее близким по совокупности конструктивных признаков является устройство перекрытия газового потока в трубопроводе, известное из US 3019819 А, опубл. 06.02.1962. В этом решении повышение степени уплотнения обеспечивается подводимым сжатым воздухом. Конструкция довольно проста, однако, в качестве уплотняющего используется материал, со временем теряющий эластичность и разрушающийся под воздействием агрессивной газовой среды, проходящей через заслонку. Газ, через образовывающиеся трещины и разрушения уплотняющего материала может просачиваться в рабочую зону. Надежность функционирования таких заслонок находится в зависимости от свойств уплотняющих материалов, а также механизма фиксации затвора.
Таким образом, существует проблема исключения или минимизирования в конструкции материалов, подверженных коррозии, с обеспечением простого, но качественного средства фиксации затвора.
Технический результат, обеспечиваемый изобретением, состоит в повышении надежности устройства перекрытия газового потока в цилиндрическом трубопроводе за счет конструкции, лишенной недостатков ближайшего аналога, в которой о надежная механическая герметизация при перекрытии потока газа обеспечивается при помощи дополнительных воздушных каналов в местах сопряжения края затвора и внутренней части корпуса и практически безотказной червячной передачей, используемой для фиксации положения затвора устройства.
Технический результат достигается устройством перекрытия газового потока в цилиндрическом трубопроводе, содержащем отсечной узел, конструктивно связанный с узлом подачи сжатого воздуха, в котором, согласно изобретению, отсечной узел выполнен в виде корпуса и затвора, сопрягаемых между собой с образованием герметичного U-образного или └┘-образного канала, заполняемого сжатым воздухом через узел его подачи, затвор снабжен двумя оппозитно закрепленными в корпусе полуосями, образующими единую ось его вращения из открытого горизонтального положения в закрытое рабочее вертикальное внутри трубопровода и наоборот, причем одна из полуосей, жестко соединенная с плоскостью затвора, выполнена с возможностью получения движения от мотор-редуктора через червячную передачу, а вторая полуось снабжена подшипниковым узлом.
Все элементы устройства, контактирующие с пропускаемой средой, выполнены из устойчивых к этой среде металла и/или сплава. В качестве металла и/или сплава использованы, углеродистая или жаропрочная стали, или титановый сплав.
Конструкция отсечного узла устройства перекрытия газового потока в цилиндрическом трубопроводе имеет сборную конструкцию, выполненную из двух круглых плоскостей, у каждой из которых по кромке удалена часть металла. На внутренней стороне корпуса устройства методом сварного соединения поперёк хода газа устанавливаются парные притворы разного размера (один выше другого, чтобы не мешали открытию и закрытию затвора), изготавливаемые из полос металла и подобранные таким образом, чтобы при примыкании плоскостей устройства, по контуру устройства образовывалось кольцевое свободное пространство, куда под давлением подаётся воздух. Для подачи воздуха в воздушные каналы предусмотрен узел подачи сжатого воздуха, к которому осуществляется подвод сжатого воздуха от общезаводской сети или внешнего источника подачи воздуха давлением около 5 бар. За счёт существенной разницы давлений в воздушном кольцевом канале устройства и магистральном газоходе, газ из магистрали не может преодолеть воздушный барьер и проникнуть в отключённую зону. Герметичность трубопровода, обеспечиваемая устройством, достигает 100%.
Внешний вид устройства представлен на фиг. 1 и на фиг. 2 с разрезом, где:
1 - мотор-редуктор;
2 - притвор;
3 - корпус;
4 - подшипниковый узел;
5 - полуось;
6 - затвор;
7 - узел подачи сжатого воздуха;
8 - воздушный канал;
9 - перемычка.
На фиг. 3 показаны трубки узла подачи сжатого воздуха 7, подходящие к воздушному каналу 8, позиции не обозначены.
Конструкция устройства и принцип работы описаны ниже.
Все элементы устройства, контактирующие с пропускаемой средой (корпус устройства 3, затвор 6, полуоси 5 и т.д.), изготавливаются из углеродистой или жаропрочной стали, или из титанового сплава или из других известных подходящих металлов и сплавов, стойких к пропускаемой среде, для устойчивой работы в абразивной или химически опасной среде. Срок службы устройства в 20 раз выше, чем у заслонок с уплотняющим материалом.
Устройство изготавливается под конкретный размер газохода и с внутренним диаметром, соответствующим внутреннему диаметру газохода. Присоединение – фланцевое, по окружности корпуса выполняются отверстия для болтового соединения.
Затвор 6 изготавливается из двух листов металла круглой формы, крепящихся к полуосям 5. По кромке каждого листа удалена часть металла для образования прилегания к притворам.  Диаметр одной кромки больше другой, чтобы не мешали открытию и закрытию затвора, фиг.2.
По внешней окружности затвора, между листами, с отступом от внешнего края, выполнены две перемычки 9. Полуоси образуют единую ось вращения затвора и устанавливаются в корпус 3 устройства. На одной из полуосей устанавливается мотор-редуктор 1, мощность которого выбирается под конкретный тип устройства и зависит от её габаритных размеров. На второй полуоси устанавливается подшипниковый узел 4.
Во внутренней полости устройства по окружности, поперёк хода газа, установлены два притвора.
Узел подачи сжатого воздуха 7 выполнен с возможностью подключения к заводской сети сжатого воздуха или к внешнему источнику подачи воздуха.
В открытом положении затвор располагается горизонтально, по ходу движения газа. За счёт того, что толщина затвора имеет значительно меньший размер по отношению к сечению прохода, в открытом положении устройство не создаёт большого гидравлического сопротивления потоку газа.
В случае необходимости перекрытия потока газа на электродвигатель мотор-редуктора 1 подаётся напряжение. Вращение вала электродвигателя через червяную пару редуктора передаётся на одну из полуосей 5, которая жестко соединена с плоскостями затвора 6. Вращаясь вокруг своей оси, полуось увлекает за собой плоскость затвора и разворачивает его поперёк хода газа. После закрытия затвора, напряжение от электродвигателя отключается и вращение прекращается. В закрытом положении надежное удержание затвора происходит за счёт механической связи червячной пары редуктора. В крайнем закрытом положении смещённые края плоскостей затвора соприкасаются с плоскостями притворов, образуя два кольцевых воздушных канала 8.
За счёт того, что давление воздуха в воздушном канале значительно превышает давление газовой среды, воздух проникает во все неплотности прилегания затвора и притворов, вытесняя газ и препятствуя его прохождению в отключённую зону. Герметичность устройства достигает 100%.
Пример, подтверждающий достижение технического результата.
На производственной площадке ООО «Индастриал Восток Инжиниринг» была проведена серия испытаний устройства перекрытия газового потока. Вентилятор нагнетал задымленный воздух в трубу, на конце которой было установлено устройство перекрытия газового потока. В воздушном канале было создано постоянное избыточное давление 9000 Па. За устройством визуально наблюдала комиссия из 3-х человек. В заключении комиссии указано, что устройство перекрытия газового потока в ходе серии испытаний срабатывало безотказно и герметично на 100%, задымленный воздух через него не проник.
Испытания проводились с цикличностью 240 раз на протяжении месяца, устройство перекрытия газового потока полностью подтвердило заявленные характеристики, герметичность 100%.
Преимуществами предлагаемой конструкции устройства перекрытия газового потока в трубопроводе являются: продолжительный срок безотказной службы, простота конструкции, обеспечение надёжного отключения и изолирование оборудования от абразивной или химически опасной среды при низкой себестоимости производства.