РУЧНОЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ НАСОС ДЛЯ АВАРИЙНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДОМ ШАРОВОГО КРАНА
MANUAL HYDRAULIC PUMP FOR EMERGENCY CONTROL OF BALL VALVE DRIVE

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и может быть использовано в газовой, нефтяной, химической промышленности в качестве аварийного привода магистрального шарового крана.
Известен ручной гидравлический насос для аварийного управления приводом шарового крана, содержащий корпус, поршневой механизм, снабженный ручным приводом, и оголовник корпуса, в котором размещен золотниковый гидрораспределитель с каналами, сообщенными с корпусом, всасывающий и нагнетательный клапаны, в виде подпружиненного шарика, сопряженного с седлом, при этом оголовник закрыт крышкой, сквозь которую пропущен шпиндель с рукояткой, подвижные самоустанавливающиеся втулки с уплотнительными седлами (патент RU 2062356, F04B 9/14, опубл. 20.06.1996 г.).
Данному техническому решению присуща совокупность признаков, наиболее близкая к совокупности существенных признаков изобретения, оно имеет назначение, совпадающее с назначением изобретения и является наиболее близким по достигаемому результату, поэтому оно принято за прототип.
Недостатком данного насоса ручного является то, что между поворотным золотником и корпусом выполнен небольшой зазор и установлено уплотнительное кольцо, в результате загрязнения рабочей жидкости посторонними включениями поворот рукоятки гидравлического распределителя потребует больших усилий. Увеличение зазоров в зоне контакта поворотного золотника с корпусом приведет к сложностям при обеспечении герметичности полости цилиндра относительно каналов гидрораспределителя.
Технический результат от использования изобретения - обеспечение безопасности трубопроводного процесса путем повышения быстродействия ручного насоса в аварийной ситуации за счет повышения производительности и непрерывности напора гидравлической жидкости в трубопроводе.
Ниже раскрыты все общие и частные существенные признаки изобретения, характеризующие их причинно-следственную связь с указанным техническим результатом, достаточные для осуществления специалистом в данной области техники.
Ручной гидравлический насос для аварийного управления приводом шарового крана содержит корпус, поршневой механизм, снабженный ручным приводом, и оголовник корпуса, подвижные самоустанавливающиеся втулки с уплотнительными седлами. В оголовнике размещен золотниковый гидрораспределитель с каналами, сообщенными с корпусом. Насос снабжен всасывающим и нагнетательным клапанами в виде подпружиненного шарика, сопряженного с седлом. Оголовник закрыт крышкой, сквозь которую пропущен шпиндель с рукояткой. Поршневой механизм выполнен двухцилиндровым, поршни которого соединены между собой рычагом, выполненным в виде коромысла. Цилиндры соединены каналами с указанными всасывающими и нагнетательными клапанами, размещенными в корпусе. Выход из первого всасывающего клапана и вход в первый нагнетательный клапан каналами соединены с первым цилиндром, выход из второго всасывающего клапана и вход во второй нагнетательный клапан каналами соединен со вторым цилиндром. Входы в оба всасывающих клапана соединены между собой и с гидрораспределителем каналом. Выходы из обоих нагнетательных клапанов соединены между собой и с гидрораспределителем соответствующим каналом. Седла всех клапанов насоса выполнены в виде шайб с уплотнительными кольцами на наружной поверхности и имеют рабочую поверхность, выполненную с возможностью взаимодействия с шариком с каждого торца седла с возможностью поворота седла при повреждении одной стороны его рабочей поверхности до контакта с шариком другой стороной рабочей поверхности седла. Золотник гидрораспределителя выполнен в виде шаровой пробки, сферическая поверхность которой сопряжена с подвижными самоустанавливающимися втулками с уплотнительными седлами, размещенными в каналах, связанных с всасывающими и нагнетательными клапанами и с каналами штуцеров, соединенных с полостями цилиндров пневогидравлического привода на открытие и закрытие шарового крана.
Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 представлен разрез насоса ручного гидравлического вдоль цилиндров; на фиг. 2 - разрез насоса ручного гидравлического в плоскости, перпендикулярной разрезу на фигуре 1; на фиг. 3 - вид на фигуру 1 в разрезе А-А в положении поворотного золотника "автомат"; на фиг. 4 - вид на фигуру 1 в разрезе А-А в положении поворотного золотника "закрытие"; на фиг. 5 - вид на фигуру 1 в разрезе А-А в положении поворотного золотника "открытие"; на фиг. 6 - вид на фигуру 1 в разрезе Б-Б.
Ручной гидравлический насос для аварийного управления приводом шарового крана содержит корпус 1, поршневой механизм, снабженный ручным приводом, и оголовник 2 корпуса.
В оголовнике 2 размещен золотниковый гидрораспределитель с каналами, сообщенными с корпусом 1.
Оголовник 2 снабжен крышкой 3, цилиндрами 4, крышкой цилиндров 5, шпильками 6 и гайками 7. Между корпусом 1 и цилиндрами 4 расположены проставки 8 с уплотнительными кольцами 9.
Через крышку 3 проходит шпиндель 10, который связан с рукояткой 11 посредством шпонки 12.
Шпиндель 10 вращается в подшипнике 13 и уплотнен резиновым кольцом 14.
В цилиндрах 4 расположены поршни 15 с возможностью перемещения во втулках 16.
Втулки 16 уплотнены относительно цилиндров 4 и поршней 15 резиновыми кольцами 17.
Втулки 16 зафиксированы в цилиндрах 4 крышкой цилиндров 5.
Поршни 15 соединены с рычагом 18 посредством оси 19 и тяги 20.
Рычаг 18 выполнен в виде коромысла, которое средней частью опирается на крышку 5 и соединено с ней посредством оси 19.
Корпус 1 выполнен с каналами, в которых размещены всасывающие клапаны 21 (см. фиг. 6) и нагнетательные клапаны 22, технологические заглушки 23, клапаны 21 и 22 содержат шарик 24, прижатый пружинами 25 к седлу 26.
Седла 26 имеют рабочую поверхность, которой они взаимодействуют с шариком 24, выполненную с каждого торца седла 26 таким образом, что при повреждении рабочей поверхности седла 26 с одной стороны седло 26 может быть развернуто и взаимодействовать с шариком 24 рабочей поверхностью с другой стороны.
Во всасывающих клапанах 21 шарик 24 с пружиной 25 размещены в направляющей втулке 27.
Шарики 24 с пружинами 25 нагнетательных клапанов 22 размещены в направляющей втулке 28. Всасывающие клапаны 21 и нагнетательные клапаны 22 выполнены съемными и фиксируются в каналах корпуса 1 крышками 29 и болтами 30.
Направляющие втулки 27 и седла 26 уплотнены резиновыми кольцами 31. В корпусе 1 канал, соединяющий всасывающие клапаны 21 между собой, соединен со штуцером 32, предназначенным для соединения с расширительным бачком (не показан).
Гидрораспределитель (см. фиг. 2) содержит поворотный золотник 33, выполненный в виде шаровой пробки, вращающейся в опорах 34.
Шпиндель 10 входит в паз на поворотном золотнике 33 с возможностью его поворота рукояткой 11 в опорах 34 в три положения: "открытие", "автомат", "закрытие".
В поворотном золотнике 33 выполнены каналы, которые: в положении "открытие" (см. фиг. 5) соединяют подвижную самоустанавливающуюся втулку с уплотнительным седлом 35 и резиновыми кольцами 36, связанную каналами с всасывающими клапанами 21 (см. фиг. 2) со штуцером 37, предназначенным для соединения с полостью цилиндра пневмогидропривода на закрытие (не показано), а подвижную самоустанавливающуюся втулку - с уплотнительным седлом 38, связанную каналами с нагнетательными клапанами 22 (см. фиг. 2) со штуцером 39, предназначенным для соединения с полостью цилиндра пневмогидропривода на открытие (не показано).
В положении "закрытие" (см. фиг. 4) соединяют подвижную самоустанавливающуюся втулку с уплотнительным седлом 35, связанную каналами с всасывающими клапанами 21 (см. фиг. 2) со штуцером 39, предназначенным для соединения с полостью цилиндра пневмогидропривода на открытие (не показано). Подвижную самоустанавливающуюся втулку с уплотнительным седлом 38, связанную каналами с нагнетательными клапанами 22 (см. фиг. 2) со штуцером 37, предназначенным для соединения с полостью цилиндра пневмогидропривода на закрытие (не показано).
В положении "автомат" (см. фиг. 3) уплотнительные седла 35 и 38 перекрыты. Штуцер 39, предназначенный для соединения с полостью цилиндра пневмогидропривода на открытие (не показано), соединен со штуцером 37, предназначенным для соединения с полостью цилиндра пневмогидропривода на закрытие (не показано).
В гидрораспределителе в каналах, в которых размещены штуцеры 37 и 39, установлены подвижные самоустанавливающиеся втулки с уплотнительным седлом 40 и упругие элементы 41, которые поджимают уплотнительные самоустанавливающиеся втулки с уплотнительным седлом 40 к поверхностью поворотного золотника 33, охватывая каналы поворотного золотника 33 с возможностью их герметизации.
Подвижные самоустанавливающиеся втулки с уплотнительным седлом 35 и 38 выполнены съемными и фиксируются в каналах гидрораспределителя крышками 42 и болтами 43.
В гидрораспределителе в каналах, в которых установлены подвижные самоустанавливающиеся втулки с уплотнительным седлом 35 и 38, также установлены упругие элементы 41, которые поджимают уплотнительные самоустанавливающиеся втулки с уплотнительным седлом 35 и 38 к поверхности поворотного золотника 33, охватывая каналы поворотного золотника 33 с возможностью их герметизации.
Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники, известным из научно-технической и патентной документации на дату приоритета, в основной и смежной рубриках не выявило средство, которому присущи признаки, идентичные всем признакам, содержащимся в предложенной заявителем формуле изобретения, включая характеристику назначения. Т.е. совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна и не тождественна каким-либо известным техническим решениям, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".
Данное техническое решение промышленно применимо, поскольку в описании к заявке и названии изобретения указано его назначение, оно может быть изготовлено промышленным способом и использовано для использования в шаровых кранах.
Техническое решение работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, а отличительные признаки устройства позволяют получить заданный технический результат, т.е. являются существенными.
Изобретение в том виде, как оно охарактеризовано в формуле, может быть осуществлено с помощью средств и методов, описанных в прототипе - патенте RU 2062356, ставшем общедоступным до даты приоритета изобретения.
Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".
Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предложенное техническое решение не следует для специалиста явным образом из уровня техники, поскольку не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с его отличительными признаками, а в выявленных таких решениях не подтверждена известность влияния отличительных признаков на указанный в материалах заявки технический результат.
Т.е. заявленное решение имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование этих признаков в заявленной совокупности существенных признаков дает возможность получить новый технический результат - обеспечение безопасности трубопроводного процесса путем повышения быстродействия ручного насоса в аварийной ситуации за счет повышения производительности и непрерывности напора гидравлической жидкости в трубопроводе.
Следовательно, предложенное техническое решение может быть получено только путем творческого подхода и неочевидно для среднего специалиста в этой области, т.е. имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.
Осуществление заявленного изобретения достигается реализацией указанного назначения.
Для подтверждения возможности осуществления изобретения ниже приводятся следующие сведения о работе устройства, раскрывающие, как может быть осуществлено изобретение с реализацией указанного заявителем назначения и с подтверждением возможности достижения технического результата при осуществлении изобретения.
Ручной гидравлический насос для аварийного управления приводом шарового крана работает следующим образом.
При необходимости обеспечить работу привода в автоматическом режиме от давления воздуха или газа рукоятка 11 насоса ручного гидравлического поворачивается вместе со шпинделем 10, поворотным золотником 33 в положение «автомат».
При таком положении рукоятки 11 уплотнительные седла 35 и 38 перекрыты (см. фиг. 3), а штуцер 39, соединенный с полостью цилиндра пневмогидропривода на открытие (не показано), соединен со штуцером 37, соединенным с полостью цилиндра пневмогидропривода на закрытие (не показано).
По каналу золотника 33 рабочая жидкость свободно перетекает из полости цилиндра на «открытие» в полость цилиндра на «закрытие» и обратно, при этом часть жидкости добавляется или отбирается через штуцер 32 из расширительного бачка (не показано).
При необходимости, например, открыть кран приводом в ручном режиме рукоятка 11 поворачивается вместе со шпинделем 10, поворотным золотником 33 в положение «открытие».
При таком положении рукоятки 11 подвижная самоустанавливающаяся втулка с уплотнительным седлом 35 (см. фиг. 5), связанная каналами со всасывающими клапанами 21, соединяется со штуцером 37, соединенным с полостью цилиндра пневмогидропривода на закрытие (не показано)
Подвижная самоустанавливающаяся втулка с уплотнительным седлом 38, связанная каналами с нагнетательными клапанами 22, соединяется со штуцером 39, соединенным с полостью цилиндра пневмогидропривода на открытие (не показано).
При этом втулки с уплотнительным седлом 35, 38 и 40 упругими элементами 41 плотно прижаты к сферической поверхности поворотного золотника 33, охватывая каналы в поворотном золотнике 33 и надежно их герметизируя.
При выполнении качательных движений вверх и вниз рычага 18 (см. фиг. 1), выполненного в виде коромысла, которое средней частью опирается на крышку 5 и соединено с ней посредством оси 19, перемещаются поршни 15 во втулках 16.
Втулки 16 уплотнены относительно цилиндров 4 и поршней 15 резиновыми кольцами 17, поэтому в полости цилиндров 4 поочередно создается избыточное давление рабочей гидравлической среды или разрежение.
При движении поршня 15 вверх жидкость под давлением перетекает по каналам и попадает в нагнетательный клапан 22 (см. фиг. 6), в нагнетательном клапане 22 рабочая жидкость отжимает шарик 24 от седла 26, сжимая пружину 25, и поступает в канал самоустанавливающейся втулки с уплотнительным седлом 38 (см. фиг. 5), сопряженной с каналом в поворотном золотнике 33.
Через золотник 33 рабочая жидкость попадает в штуцер 39, соединенный с полостью цилиндра 4 пневмогидропривода на открытие, поршень привода перемещается, кран шаровой открывается. При этом шарик 24 во всасывающем клапане 21 (см. фиг. 6) под давлением жидкости и пружины 25 плотно прижимается к седлу 26, перекрывая проход жидкости в цилиндр «на закрытие» и в штуцер 32, связанный с расширительным бачком. При движении поршня 15 вниз жидкость под действием возникшего разрежения через канал, связанный с всасывающим клапаном 21, отжимает от седла 26 шарик 24, сжимая пружину 25, и открывает проход для дальнейшего поступления рабочей жидкости через канал самоустанавливающейся втулки с уплотнительным седлом 35 (см. фиг. 5), сопряженной с каналом в поворотном золотнике 33, штуцер 37 и из полости цилиндра пневмогидропривода на закрытие, а также из расширительного бачка через штуцер 32. При этом шарик 24 в нагнетательном клапане 22 плотно прижимается к седлу 26, перекрывая проход жидкости из полости цилиндра привода на открытие.
При необходимости, например, закрыть кран приводом в ручном режиме, рукоятка 11 поворачивается вместе со шпинделем 10, поворотным золотником 33 в положение «закрытие» (см. фиг. 4), при котором соединяется подвижная самоустанавливающаяся втулка с уплотнительным седлом 35 со штуцером 39 и с полостью цилиндра пневмогидропривода на открытие и через штуцер 32 с расширительным бачком, а подвижная самоустанавливающаяся втулка с уплотнительным седлом 38 со штуцером 37 и с полостью цилиндра пневмогидропривода на закрытие. Работа клапанов насоса аналогична описанной выше при открытии крана приводом в ручном режиме.
Использование ручного гидравлического насоса дает ряд преимуществ при эксплуатации по сравнению и аналогами:
- упрощение конструкции достигается тем, что в насосе ручном гидравлическом гидрораспределитель, корпус с всасывающими и нагнетательными клапанами, цилиндры с поршнями выполнены как отдельные узлы, соединенные друг с другом крепежными деталями, что упрощает изготовление корпуса и гидрораспределителя и обеспечивает легкий доступ к седлам шарового золотника, а также к нагнетательным и всасывающим клапанам. Оба поршня насоса управляются одним рычагом;
- повышение производительности достигается тем, что ручной гидравлический насос содержит два цилиндра с поршнями, поршни соединены между собой рычагом, выполненным в виде коромысла, благодаря чему нагнетание гидравлической жидкости осуществляется как при движении рычага вверх, так и при движении рычага вниз;
- повышение производительности достигается также надежной герметизацией каналов в золотнике гидрораспределителя, который выполнен в виде шаровой пробки и сферической поверхностью взаимодействует с подвижными самоустанавливающимися втулками с уплотнительными седлами. Два цилиндра с поршнями позволяют создать непрерывное движение гидравлической жидкости по трубопроводам, что снижает гидравлическое сопротивление в них и повышает КПД насоса;
- повышение надежности достигается за счет того, что гидрораспределитель содержит поворотный золотник, выполненный в виде шаровой пробки, сферической поверхностью золотник взаимодействует с подвижными самоустанавливающимися втулками с уплотнительными седлами, размещенными в каналах, соединенных с всасывающими и нагнетательными клапанами и штуцерами, соединенными с полостями цилиндра пневогидравлического привода на открытие и закрытие шарового крана. Уплотнительные седла поворотного золотника выполнены из полимерного материала, что обеспечивает надежную изоляцию линии нагнетания от линии всасывания в насосе при любом из трех положений золотника: "Открытие", "Закрытие", "Автомат";
- повышение ремонтопригодности достигается тем, что в насосе ручном гидравлическом гидрораспределитель, корпус с всасывающими и нагнетательными клапанами, цилиндры с плунжерами выполнены как отдельные узлы, соединенные друг с другом крепежными деталями. При такой конструкции обеспечен свободный доступ к нагнетательным и всасывающим клапанам, а также к уплотнительным седлам золотника. Седла клапанов и уплотнительные седла шарового золотника выполнены съемными, благодаря этому они могут быть легко демонтированы для промывки, ремонта или заменены новыми. Седла нагнетательного и всасывающего клапанов выполнены в виде шайбы и имеют две рабочие поверхности с каждой из сторон. В случае выработки на уплотнительной поверхности седла или ее повреждения седло может быть развернуто обратной стороной и опять установлено в корпус насоса, в этом случае будет использоваться резервная уплотнительная поверхность;
- повышение удобства эксплуатации за счет того, что ручной гидравлический насос содержит два цилиндра с поршнями, что позволяет уменьшить усилие на рычаге по сравнению с прототипом за счет уменьшения диаметров каждого из двух поршней при сохранении производительности однопоршневого насоса. Поворот золотника гидрораспределителя, взаимодействующего с уплотнительными седлами из полимера, требует небольших усилий.
Ручной гидравлический насос может использоваться для изменения направления потока жидкости и перекачки необходимого объема гидравлической жидкости при управлении гидроприводом шарового крана на объектах газовой, нефтяной, химической промышленности.
Использование насоса обеспечивает повышение безопасности трубопроводного процесса путем повышения быстродействия ручного насоса в аварийной ситуации за счет повышения производительности и непрерывности напора гидравлической жидкости в трубопроводе.