УСТРОЙСТВО СЛИВА И НАЛИВА

Полезная модель относится к запорным устройствам и предназначена для слива-налива сжиженных углеводородных газов и других веществ, находящихся под давлением в вагон-цистернах или контейнер-цистернах с верхним сливом и наливом при хранении и транспортировке.
В соответствии с международными и отечественными требованиями стандартов и документов к перевозке взрывоопасных грузов и охране окружающей среды контейнер-цистерны и вагон-цистерны должны быть оборудованы системой из трех взаимонезависимых и последовательно установленных запорных устройств. Это, как правило, внутренний запорный клапан, наружный запорный клапан и дополнительное запорное устройство, например в виде заглушки.
Известно запорное устройство, содержащее три последовательно установленных запорных органа: внутренний запорный клапан, наружный запорный кран шаровой и заглушку (Техническое описание к запорной арматуре для танк-контейнеров ТКНГ-25 англоамериканонидерландской фирмы FORT VALE Великобритания). Внутренний запорный клапан расположен внутри цистерны и имеет два запорных органа - основной и уравнительный, управляемые с помощью штока, расположенного в центральном отверстии крестовины корпуса клапана. Уравнительный клапан (малого проходного сечения) поджимается к основному, а основной к уплотнительной поверхности корпуса силовой пружиной, расположенной между крестовиной и головкой штока, другая скоростная пружина расположена между крестовиной и основным клапаном и поджимает последний к уравнительному клапану. Узел управления штоком с кулачковым приводом, расположен снаружи цистерны.
Второй запорный орган представляет собой шаровой кран, соединенный фланцем с внутренним запорным клапаном, и имеет на выходе отверстие под заглушку, являющуюся третьим запорным органом. Ось шарового крана расположена перпендикулярно оси внутреннего клапана. Дальнейшие модификации устройств предусматривают расположение оси шарового крана вдоль оси внутреннего клапана или под определенным углом.
Однако описанное запорное устройство обладает следующими недостатками. Первый - низкой надежностью внутреннего клапана. Из-за того, что шток с установленными на нем основным и уравнительным запорными органами движется в одном небольшом по длине направляющем отверстии крестовины, происходит износ боковых поверхностей под действием силы равной произведению коэффициента трения кулачка о головку штока на силу сжатия силовой пружины и на соотношение плеч (обычно около 3 по конструкции внутреннего клапана). Вследствие износа боковых поверхностей происходит смещение уплотнительной поверхности основного запорного органа относительно уплотнительной поверхности седла корпуса и нарушение герметичности внутреннего клапана. Второй - недостаточной герметичностью внутреннего клапана при низких давлениях из-за малого усилия силовой пружины. Третий - недостаточной герметичностью шарового крана при низких давлениях и из-за износа уплотнительных поверхностей.
Существенным недостатком является невозможность присоединения к станциям слива и налива на железной дороге из-за разного положения и разности присоединительных размеров выходных патрубков.
Ближайшим аналогом является устройство слива и налива КПЛВ. 494729.003 (см. каталог ОАО «Корпорация Сплав», ЗАО «Сплав-модернизация», Великий Новгород, 2007 г.) Устройство слива и налива содержит три последовательно установленных запорных органа: внутренний запорный клапан, наружный запорный кран шаровой и заглушку. Внутренний запорный клапан (клапан запорно-скоростной) имеет два запорных органа - основной и уравнительный, расположенных внутри цистерны и управляемых с помощью штока, один конец которого расположен в центральном направляющем отверстии крестовины корпуса клапана, второй конец расположен в направляющем отверстии крышки. Основной и уравнительный запорные органы расположены между скоростной и силовой пружинами. Силовая пружина расположена вне проходного отверстия клапана и прижимает основной запорный орган к седлу корпуса с усилием достаточным для уплотнения и при низких давлениях. Уплотнительные элементы запорных органов выполнены в виде стандартных резиновых колец. Управляющий орган клапана расположен снаружи цистерны и выполнен в виде шпинделя с рукояткой, расположенного в съемной втулке корпуса перпендикулярно и со смещением относительно центральной оси клапана, на конце шпинделя закреплена ось, смещенная относительно оси шпинделя в сторону центральной оси клапана и входящая в вилочный паз толкателя, упирающегося в шток. Сила, действующая на боковые поверхности направляющих, из треугольника сил составляет около 1/40 усилия силовой пружины и износа не происходит. Шаровой кран имеет тарельчатую пружину, поджимающую пробку крана к выходному седлу усилием достаточным для уплотнения и при низких давлениях.
Недостатком данного устройства является невозможность присоединения к станциям слива и налива на железной дороге из-за разного положения и разности присоединительных размеров выходных патрубков.
И задачей данной полезной модели является создание устройства слива и налива, содержащего три последовательно установленных и надежно работающих запорных органа - внутренний запорный клапан (клапан запорно-скоростной), наружный запорный кран шаровой и заглушку, и имеющего те же габаритные и присоединительные размеры к магистрали слива-налива и размеры присоединительных отверстий к вагон-цистерне, что и краны шаровые угловые используемые на вагонах-цистернах. Дополнительной задачей является повышение безопасности при аварийных ситуациях.
Согласно полезной модели поставленная задача достигается тем, что в устройстве слива и налива, содержащем три последовательно соединенных между собой запорных органа - клапан запорно-скоростной, наружный запорный кран шаровой и заглушку, при этом клапан запорно-скоростной имеет два запорных органа - основной и уравнительный, расположенных внутри цистерны и управляемых с помощью штока, один конец которого расположен в центральном направляющем отверстии крестовины корпуса клапана, второй конец расположен в направляющем отверстии крышки, основной и уравнительный запорные органы расположены между скоростной и силовой пружинами, силовая пружина расположена вне проходного отверстия клапана, управляющий орган клапана расположен снаружи цистерны и выполнен в виде шпинделя с рукояткой, расположенного в съемной втулке корпуса перпендикулярно и со смещением относительно центральной оси клапана, на конце шпинделя закреплена ось, смещенная относительно оси шпинделя в сторону центральной оси клапана и входящая в вилочный паз толкателя, упирающегося в шток, причем в качестве запорного шарового крана установлен кран шаровой угловой используемый на вагонах-цистернах, выходной фланец клапана запорно-скоростного выполнен с возможностью присоединения крана шарового углового и установки его в четырех направлениях относительно клапана запорно-скоростного, при этом уплотнительная поверхность фланца клапана для присоединения к цистерне имеет три кольцевых проточки, к центральной из них подведено отверстие заглушенное пробкой, во фланце клапана запорно-скоростного выполнены на ⌀133 четыре отверстия ⌀18 для присоединения к цистерне и дополнительно два технологических отверстия M16 для установки аварийной арматуры, а в управляющем органе клапана запорно-скоростного отверстие под шпиндель выполнено в съемной втулке корпуса со смещением относительно центральной оси клапана так, чтобы ось на конце шпинделя при повороте не пересекала центральную ось клапана, а ось съемной втулки корпуса пересекает центральную ось клапана, при этом в съемной втулке корпуса установлена дополнительная съемная втулка с уплотняющим элементом и подшипником скольжения, а закрытие клапана производится поворотом рукоятки управляющего органа либо по часовой стрелке, либо против часовой стрелки.
В частном случае узел соединения клапана запорно-скоростного с краном шаровым угловым выполнен типа шип-паз, а угол наклона проточной части крана шарового углового увеличен с возможностью обеспечения в месте соединения с клапаном запорно-скоростным одинакового с ним проходного сечения.
На фиг.1 изображено устройство слива и налива, общий вид; на фиг.2 - вид сверху с присоединительными размерами; на фиг.3 - уплотнительная поверхность фланца для присоединения к цистерне с тремя кольцевыми проточками и отверстием заглушенным пробкой; на фиг.4 - конструкция клапана запорно-скоростного; на фиг.5 - узел управления клапана запорно-скоростного; на фиг.6 - конструкция крана шарового углового; на фиг.7 изображено устройство слива и налива, общий вид устройства слива и налива с узлом соединения клапана запорно-скоростного с краном шаровым угловым типа шип-паз и увеличенным углом наклона проточной части крана шарового углового, чтобы обеспечить в месте соединения с клапаном запорно-скоростным одинаковое с ним проходное сечение.
Устройство слива и налива содержит:
1 - кран шаровой угловой с заглушкой 2; 3, 4, 5 - соединительные шпильки гайки и шайбы по 4 штуки; 6 - клапан запорно-скоростной с узлом управления и рукояткой, расположенными снаружи цистерны, над присоединительным фланцем выполнена проточка E, позволяющая при аварии оторваться узлу управления вместе с краном шаровым угловым;.
Клапан запорно-скоростной содержит:
На фиг.4: 8 - сварной корпус с крестовиной 9; 10 - шток; 11 - пружину скоростную; 12 - кольцо уплотнительное; 13 - золотник; 14 - кольцо уплотнительное; 15 - втулку; 16 - кольцо запорное; 17 - гайку; 18 - пружину силовую; 19 - крышку; 20 - рукоятку; 21 - ограничитель; 22 - толкатель.
На фиг.5: 8 - сварной корпус с крестовиной 9; 22 - толкатель; 25 - ось в шпинделе 26; 27 - прокладки; 28 - втулку подшипниковую; 29 - съемную втулку в боковом отверстии корпуса 8; 30 - кольцо уплотнительное; 31 - втулку; 32 - кольцо уплотнительное; 33 - втулку дополнительную съемную; 34 - кольцо уплотнительное; 35 - втулку подшипниковую; 36 - втулку; 20 - рукоятку; 37 - шайбу; 38 - гайку; 39 - фланец; 21 - ограничитель; 41 - шайбу; 42 - болт; 43 - шплинт.
Кран шаровой угловой содержит:
47 - корпус; 48, 49, 50, - шайбы, гайки и шпильки по 4 штуки; 51 - пробку; 52 - две тарельчатых пружины; 53 - два седла; 54 - втулку; 55 - кольцо уплотнительное; 56 - две прокладки; 57 - три сальниковых кольца; 58 - втулку; 59 - пружину; 60 - фиксатор; 61 - гайку; 62 - шайбу; 63 - втулку; 64 - рукоятку; 65 - гайку; 66 - шайбу; 67 - шпиндель; 68 - прокладку; 2 - заглушку; 69 - тросик.
Устройство работает следующим образом. При заполненной цистерне кран шаровой 1 закрыт, заглушка 2 ввинчена в него с уплотнительной прокладкой 68, ось 25 шпинделя 26 клапана запорно-скоростного находится в верхнем положении. Основной и уравнительный запорные органы закрыты. Через кран шаровой угловой, благодаря стандартному его положению, цистерна подсоединяется к системе слива (налива). Рукоятка клапана, присоединенная в цистерне к пружине закрывающей, поворачивается в положение «O» и подсоединяется к предохранительной системе от сдвига цистерны и (или) от пожара. Толкатель 22 давит на шток 10 и отжимает кольцо уплотнительное 14 от золотника 13, открывая уравнительный клапан. По проточке K в штоке 10 среда из цистерны поступает в полость до крана шарового углового, давления в полости и цистерне уравниваются, и скоростная пружина 11 отжимает золотник 13 с кольцом уплотнительным 12 от корпуса 8, открывая основной клапан. Поворотом рукоятки крана шарового углового на 90° он открывается и происходит слив продукта из цистерны. Две тарельчатых пружины 52 поджимают пробку 51 крана шарового к выходному седлу 53 усилием достаточным для уплотнения и при низких давлениях.
При обрыве трубопровода в системе слива (налива) скорость среды резко увеличивается, перепад давления на основном клапане возрастает и золотник 13 с кольцом уплотнительным 12, преодолевая сопротивление скоростной пружины 11, поджимается к корпусу 8, закрывая основной клапан. При этом протечки через уравнительный клапан не более, чем через отверстие ⌀1.5.
При разрыве соединения в предохранительной системе (от сдвига цистерны или от пожара) закрывающая пружина возвращает рукоятку внутреннего клапана в положение «закрыто», силовая пружина закрывает основной и уравнительный запорные органы.
При заправке цистерны она подсоединяется к системе налива (слива). Рукоятка внутреннего клапана, присоединенная в цистерне к пружине закрывающей, подсоединяется к предохранительной системе от сдвига цистерны и (или) от пожара и переводится в открытое состояние. Толкатель 22 давит на шток 10 и отжимает кольцо уплотнительное 14 от золотника 13, открывая уравнительный клапан. По проточке в штоке 10 среда из цистерны поступает в полость до крана шарового углового, давления в полости и цистерне уравниваются и скоростная пружина 11 отжимает золотник 13 с кольцом уплотнительным 12 от корпуса 8, открывая основной клапан. Поворотом рукоятки крана шарового углового на 90° он открывается и происходит налив продукта в цистерну. При аварийных ситуациях системы работают, как и при сливе продукта.
Таким образом, устройство слива и налива имеет три запорных органа и может быть подсоединено к существующим станциям слива (налива) на железной дороге благодаря стандартному положению кранов шаровых угловых и одинаковым присоединительным размерам выходных патрубков.
Выполнение двух технологических отверстия M16 во фланце клапана запорно-скоростного позволяет при аварийных ситуациях присоединить аварийную арматуру для слива продукта, что повышает безопасность устройства и цистерны в целом.
Кроме того выполнение пересечения оси съемной втулки корпуса с центральной осью клапана запорно-скоростного позволяет унифицировать детали при изготовлении устройства с поворотом рукоятки управления, как по часовой стрелке так и против часовой стрелки. Изменение узла присоединения, увеличение угла наклона проточной части крана шарового углового, выполнение в месте соединения клапана запорно-скоростного и крана шарового углового одинакового прохода позволяют уменьшить габаритные размеры и гидравлическое сопротивление устройства.