ОТКАЗОБЕЗОПАСНЫЙ УЗЕЛ ФИКСИРУЮЩЕЙ ЗАГЛУШКИ ДЛЯ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕГО ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОГО ЗАПОРНОГО УСТРОЙСТВА
FAIL-SAFE UNIT FIXING PLUG FOR HIGH-SPEED SAFETY LOCKING DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в целом относится к быстродействующим предохранительным запорным устройствам для газовых распределительных систем, и в частности относится к отказобезопасным узлам фиксирующей заглушки для быстродействующих предохранительных запорных клапанов.
Уровень техники
Газовые распределительные системы, в частности распределительные системы природного газа, обычно газа, транспортируемого от газодобывающей компании до потребителя вдоль системы труб и через систему клапанов. Каждая газораспределительная система может содержать один или большее количество регулирующих клапанов, которые управляют давлением газа в данной распределительной системе. Обычно газ транспортируется в системе под высоким давлением. Однако давление газа должно быть уменьшено перед окончательной поставкой потребителю. Такое понижение давления обычно достигается с использованием понижающих давление станций в локальных сетях.
Как правило, указанные понижающие давление станции содержат один или большее количество регулирующих давление клапанов и некоторое предохранительное устройство для отключения подачи газа на случай отказа регулирующего давление клапана. Обычно для этой цели используются быстродействующие предохранительные запорные клапаны. Например, в патенте США №4,134,421, который полностью включен в настоящую заявку по ссылке, описан быстродействующий предохранительный запорный клапан, который обеспечивает защиту от избыточного давления в трубопроводе. Другой вариант реализации быстродействующего предохранительного запорного клапана описан в патентной заявке США №12/105,351, которая полностью включена в настоящую заявку по ссылке. Быстродействующий предохранительный запорный клапан в целом расположен выше по ходу потока регулирующего давление клапана таким образом, что быстродействующая задвижка может препятствовать подаче газа к регулирующему давление клапану в случае разрушения указанного регулирующего давление клапана. Быстродействующий предохранительный запорный клапан отслеживает давление газа ниже по ходу потока регулирующего давление клапана в пределах допустимых максимального и минимального значений давления. Если давление ниже по течению потока выходит за указанные максимальный или минимальный пределы, быстродействующий предохранительный запорный клапан закрывается и тем самым отключает подачу газа к регулирующему давление клапану, и предотвращает неуправляемую протечку газа по причине выхода из строя регулирующего давление клапана.
Известные быстродействующие предохранительные запорные клапаны содержат фиксирующую заглушку, соединенную со возвратным штифтом. Предохранительный диск соединен с фиксирующей заглушкой. Предохранительный диск закрывает рабочее отверстие клапана рядом с седлом клапана в случае обнаружения условия избыточного давления или пониженного давления. Возвратный штифт соединен с приводом, который воспринимает условие избыточного давления или пониженного давления и возвращает указанный штифт в исходное состояние и, следовательно, предохранительный диск, которые являются подпружиненными в открытом положении.
Предохранительный диск обычно удерживается на фиксирующей заглушке посредством стопорной Е-образной шайбы или другим подобным фиксирующим соединением. Фиксирующая заглушка схожим образом соединена с возвратным штифтом посредством стопорной Е-образной шайбы или другим фиксирующим соединением. Стопорная Е-образная шайба или другое фиксирующее соединение должны быть сменными для обслуживания или ремонта клапана таким образом, что индивидуальные компоненты могут быть отремонтированы или заменены при необходимости. Однако указанные сменные фиксирующие соединения и, в частности, стопорные Е-образные шайбы подвержены разрушению под действием давления текучей среды, перемещающейся через регулирующий клапан. В случае отказа стопорной Е-образной шайбы или другого фиксирующего соединения предохранительный диск и/или фиксирующая заглушка могут быть отсоединены от возвратного штифта, что может вызвать разрушение быстродействующего предохранительного запорного клапана. Необходимо, чтобы быстродействующее предохранительное запорное устройство оставалось в рабочем состоянии, поскольку оно соединено с регулирующим клапаном, для предотвращения подачи текучей среды к регулирующему клапану в случае его разрушения.
Раскрытие изобретения
Предложен отказобезопасный узел фиксирующей заглушки для быстродействующего предохранительного запорного устройства, содержащий:
возвратный штифт;
фиксирующую заглушку, соединенную с возвратным штифтом, имеющую дальнюю секцию и ближнюю секцию, причем ближняя секция содержит коническую часть; и
предохранительный диск, соединенный с дальней секцией фиксирующей заглушки.
Также предложен узел фиксирующей заглушки, в котором фиксирующая заглушка является достаточно длинной для препятствования соскакивания предохранительного диска с дальней секции перед введением предохранительного диска в контакт с седлом клапана в быстродействующем предохранительном запорном устройстве.
Также предложено быстродействующее предохранительное запорное устройство для распределительной сети текучей среды, содержащее:
корпус клапана, имеющий входное отверстие для текучей среды и выходное отверстие для текучей среды, соединенные каналом для текучей среды;
седло клапана, расположенное в канале для текучей среды;
возвратный штифт;
фиксирующую заглушку, соединенную с возвратным штифтом, имеющую дальнюю секцию и ближнюю секцию; и
предохранительный диск, соединенный с дальней секцией фиксирующей заглушки,
причем возвратный штифт выполнен с возможностью перемещения скольжением в направлении к седлу клапана и от него таким образом, что предохранительный диск также имеет возможность перемещения скольжением и в направлении к седлу клапана и от него, при этом в закрытом положении предохранительный диск входит в контакт с седлом клапана для предотвращения протекания текучей среды через канал для текучей среды, причем длина фиксирующей заглушки является достаточной для препятствования соскакивания предохранительного диска с дальней секции перед введением предохранительного диска в контакт с седлом клапана.
Краткое описание чертежей
Задачи, особенности и преимущества настоящего изобретения станут очевидными после ознакомления с приведенным ниже описанием в соединении с сопроводительными чертежами, на которых:
На фиг.1 показан разрез известного быстродействующего предохранительного запорного клапана;
На фиг.2 показан разрез части быстродействующего предохранительного запорного клапана, показанного на фиг.1;
На фиг.3 показан местный разрез быстродействующего предохранительного запорного клапана, показанного на фиг.1, в открытом положении;
На фиг.4 показан местный разрез быстродействующего предохранительного запорного клапана, показанного на фиг.1, в закрытом положении;
На фиг.5 показан местный разрез быстродействующего предохранительного запорного клапана, показанного на фиг.1, с диском клапана, смещенным в направлении от фиксирующей заглушки из-за разрушения соединителя;
На фиг.6 показан местный разрез отказобезопасного узла фиксирующей заглушки согласно настоящему изобретению с разрушенным соединителем фиксирующей заглушки;
На фиг.7 показан местный разрез отказобезопасного узла фиксирующей заглушки, показанного на фиг.6, с разрушенным соединителем диска;
На фиг.8 показан местный разрез отказобезопасного узла фиксирующей заглушки, показанного на фиг.6, с разрушенными соединителем фиксирующей заглушки и соединителем диска;
На фиг.9А-9С показан перспективный вид, вид спереди и разрез фиксирующей заглушки, показанной на фиг.6;
На фиг.10А-10С показан перспективный вид, вид спереди и разрез фиксатора пружины узла фиксирующей заглушки, показанного на фиг.6.
Осуществление изобретения
На фиг.1 показан один вариант реализации известного быстродействующего предохранительного запорного устройства 10. Быстродействующее предохранительное устройство 10 может быть соединено с основным регулятором (не показан) в газораспределительной системе для обеспечения возможности безопасного отключения в случае разрушения основного регулятора. Быстродействующее предохранительное запорное устройство 10 содержит клапанную часть 11, запорную часть 13 и привод 15. Клапанная часть 11 содержит корпус 12 клапана, имеющий входное отверстие 14 для текучей среды и выходное отверстие 16 для текучей среды, соединенные каналом 18 для текучей среды. Канал 18 для текучей среды содержит седло 20 клапана. Текучая среда, протекающая через предохранительное устройство 10, протекает из входного отверстия 14 через канал 18, содержащий седло 20, к выходному отверстию 16.
Запорная часть 13 содержит предохранительный диск 22, который взаимодействует с седлом 20 для ограничения потока текучей среды, протекающей через предохранительное устройство 10, когда условие избыточного давления или пониженного давления распознается ниже по течению основного регулятора. Предохранительный диск 22 перемещается скольжением в клетке 24 в направлении седла 20 и от седла 20. Некоторые известные предохранительные устройства 10 не содержат клетку 24.
Привод 15 содержит корпус 26, который содержит одну или большее количество пружин 28. Пружины 28 соединены с мембраной 30. Мембрана 30 является чувствительной к изменениям давления в приводе 15 и перемещается в корпусе 26 привода в ответ на изменения давления. Мембрана 30 соединена с опорной пластиной 32, которая перемещается в продольном направлении в корпусе 26 вместе с мембраной 30. Опорная пластина 32 взаимодействует с кулачком 34 для освобождения возвратного штифта 36, который соединен с предохранительным диском 22, когда привод 15 чувстввует условие пониженного давления или избыточное давление. При освобождении возвратного штифта 36 указанный возвратный штифт 36 и предохранительный диск 22 перемещаются скольжением в направлении седла 20 под давлением пружины, которая вводит предохранительный диск 22 в контакт с седлом 20 и таким образом прекращает поток текучей среды, протекающей через канал 18.
На фиг.2 показан увеличенный вид запорной части 13 и привода 15 быстродействующего предохранительного запорного устройства 10. Запорная часть 13 содержит возвратный штифт 36, который соединен с предохранительным диском 22, защелочный затвор 38 и возвратную втулку 40. Возвратная втулка 40 соединена о возвратным штифтом 36 напротив предохранительного диска 22. Возвратная втулка 40 используется для возврата в исходное состояние быстродействующего предохранительного запорного устройства 10 после его срабатывания по причине избыточного давления или пониженного давления и устранения указанных причин. Кулачок 34 разъемным способом удерживает защелочный затвор 38 в положении, которое удерживает предохранительный диск 22 во взведенном состоянии, как показано на фиг.3. При активировании приводом 15 кулачок 34 освобождает затвор 38, после чего возвратный штифт 36 и предохранительный диск 22 перемещаются скольжением в направлении седла 20 для закрывания предохранительного устройства 10 и, таким образом, прекращения потока текучей среды, протекающей через канал 18. Сила, необходимая для перемещения возвратного штифта 36 и предохранительного диска 22, создается возвратной пружиной 43. Возвратная пружина 43 смещает возвратный штифт 36 и предохранительный диск 22 в направлении седла 20, а возвратный штифт 36 и предохранительный диск 22 удерживаются во взведенном состоянии или убранном положении посредством кулачка 34 и защелочного затвора 38. Предохранительный диск 22 соединен с возвратным штифтом 36 посредством узла 42 фиксирующей заглушки. Узел 42 фиксирующей заглушки содержит фиксирующую заглушку 44 и фиксатор 46 пружины. Фиксирующая заглушка 44 формирует соединение между возвратным штифтом 36 и предохранительным диском 22.
Фиксирующая заглушка 44 имеет отверстие 48 для размещения в нем одного конца возвратного штифта 36. Возвратный штифт 36 может быть соединен с фиксирующей заглушкой 44 с использованием разъемного соединения, такого как стопорная Е-образная шайба 50 штифта. Е-образная шайба 50 может быть удалена во время обслуживания или ремонта для обеспечения возможности удаления возвратного штифта 36 из фиксирующей заглушки 44. Схожим образом, предохранительный диск 22 может быть разъемным способом соединен с фиксирующей заглушкой 44 разъемным соединением, таким как Е-образная шайба 52 диска. Помимо прочего могут быть использованы разъемные соединения другой конструкции, специалист может выбрать соответствующее разъемное соединение, исходя из характеристик текучей среды и клапана.
На фиг.4 показана запорная часть 13 в активированном положении, в котором возвратный штифт 36 и предохранительный диск 22 перемещены в направлении седла 20, а предохранительный диск 22 взаимодействует с седлом 20 для предотвращения протекания текучей среды через канал 18.
На фиг.5 показана проблема, возникающая с известными быстродействующими предохранительными запорными устройствами, в которых предохранительный диск 22 может быть отсоединен от возвратного штифта 36. Поскольку стопорные Е-образные шайбы 50, 52 являются открытыми действию протекающей текучей среды и давления текучей среды в корпусе клапана 12, указанные стопорные Е-образные шайбы 50, 52 могут отказать. Как показано на фиг.5, дисковая стопорная Е-образная шайба 52 разрушена, и диск 22 отсоединен от фиксирующей заглушки 44 и расположен под некоторым углом в канале 18. Когда диск 22 отсоединен от фиксирующей заглушки 44, быстродействующее предохранительное запорное устройство 10 может быть повреждено, поскольку предохранительный диск 22 больше не взаимодействует с седлом 20 и, таким образом, не прекращает поток текучей среды, протекающей через канал 18. Кроме того, предохранительный диск 22 может вызвать повреждение корпуса 12 клапана по причине потери соосности и/или вибрации. Несмотря на то, что это не показано на фиг.5, подобная проблема может произойти в случае разрушения стопорной Е-образной шайбы 50.
На фиг.6-8 показан отказобезопасный узел 142 фиксирующей заглушки согласно настоящему изобретению, в котором подобные элементы обозначены ссылочными номерами, которые на 100 больше, чем ссылочные номера соответствующих элементов, показанных на фиг.1-5. Отказобезопасный узел 142 фиксирующей заглушки содержит возвратный штифт 136, фиксирующую заглушку 144, соединенную с возвратным штифтом 136, фиксатор 146 пружины и возвратную пружину 143, расположенную между фиксатором 146 и фиксирующей заглушкой 144 и предназначенную для смещения фиксирующей заглушки 144 и предохранительного диска 122 в направлении седла 120 клапана.
Фиксирующая заглушка 144 содержит удлиненную дальнюю секцию 154 и удлиненную ближнюю секцию 156. Ближняя секция 156 имеет удлиненное отверстие 148 для размещения в нем возвратного штифта 136. Ближняя секция 156 также содержит коническую часть 158, которая посажена по меньшей мере частично в коническую выемку 160 в фиксаторе 146 пружины, когда фиксирующая заглушка 144 находится во взведенном положении. Благодаря удлинению фиксирующей заглушки 144 как в ближнем конце, так и в дальнем конце предохранительный диск 122 остается расположенным на дальней секции 154 независимо от разрушения стопорной Е-образной шайбы штифта или стопорной Е-образной шайбы диска. Возвратный штифт 136 также является удлиненным для надлежащей посадки в удлиненное отверстие 148. Суммарная длина фиксирующей заглушки 144 является достаточной для предотвращения соскакивания предохранительного диска 122 с дальнего конца фиксирующей заглушки в случае выхода из строя стопорной Е-образной шайбы диска. Суммарная длина фиксирующей заглушки 144 также является достаточной для предотвращения ее соскакивания с возвратного штифта 136 в случае разрушения стопорной Е-образной шайбы 150 штифта.
На фиг.6, в частности, показано положение, в котором стопорная Е-образная шайба 150 штифта является разрушенной. В случае разрушения стопорной Е-образной шайбы 150 штифта фиксирующая заглушка 144 свободно скользит вдоль возвратного штифта 136. Фиксирующая заглушка 144 и предохранительный диск 122 в целом будут принудительно сближены с седлом 120 по причине давления текучей среды в канале 118. Удлиненная ближняя часть 156 фиксирующей заглушки 144 является достаточно длинной для предотвращения соскакивания фиксирующей заглушки 144 полностью с возвратного штифта 136 перед вводом в контакт предохранительного диска 122 с седлом клапана. Иными словами, фиксирующая заглушка 144 является достаточно длинной для поддерживания надлежащего выравнивания между предохранительным диском 122 и седлом 120 в случае отказа стопорной Е-образной шайбы 150 штифта.
На фиг.7, в частности, показано положение, в котором стопорная Е-образная шайба 152 диска является разрушенной. В случае разрушения стопорной Е-образной шайбы 152 диска предохранительный диск 122 будет свободно скользить вдоль дальней секции 154 фиксирующей заглушки. Предохранительный диск 122 в целом будет принудительно сближен с седлом 120 давлением текучей среды в канале 118. Дальняя секция 154 является достаточно длинной для препятствования соскакивания диска 122 с указанной дальней секции 154 перед вводом в контакт диска 122 с седлом 120. Иными словами, фиксирующая заглушка 144 является достаточно длинной для поддерживания надлежащего выравнивания между предохранительным диском 122 и седлом 120 в случае разрушения стопорной Е-образной шайбы 152 диска.
На фиг.8, в частности, показано положение в случае разрушения как стопорной Е-образной шайбы 152 диска, так и стопорной Е-образной шайбы 150 штифта. В случае отказа стопорной Е-образной шайбы 152 диска и стопорной Е-образной шайбы 150 штифта диск 122 свободно скользит вдоль дальней секции 154, а фиксирующая заглушка 144 свободно скользит вдоль возвратного штифта 136. Суммарная длина удлиненной дальней секции 154 и удлиненной ближней секции 156 является достаточной для предотвращения соскакивания как предохранительного диска 122 с дальней секции 154, так и фиксирующей заглушки 144 с возвратного штифта 136 перед введением предохранительного диска 122 в контакт с седлом 120 клапана. Иными словами, фиксирующая заглушка 144 является достаточно длинной для поддерживания надлежащего выравнивания между предохранительным диском 122 и седлом 120 как в случае отказа стопорной Е-образной шайбы 150 штифта, так и в случае отказа стопорной Е-образной шайбы 152 диска.
На фиг.9А-9С показан один вариант реализации фиксирующей заглушки 144, причем фиксирующая заглушка 144 содержит корпус 164, имеющий удлиненную ближнюю секцию 156 и удлиненную дальнюю секцию 154. Ближняя секция 156 в целом имеет цилиндрическую форму и завершается конической частью 158. Дальняя секция 154 имеет первую дальнюю часть 166 и вторую дальнюю часть 168, отделенную от указанной первой части круговой выемкой 170. Вторая дальняя часть 168 имеет по меньшей мере такую же длину, что и первая дальняя часть 166. Круговая выемка 170 имеет размер, подходящий для размещения в ней стопорной Е-образной шайбы 152 диска. Предохранительный диск 122 расположен между круговой выемкой 170 и подпружиненным опорным фланцем 172. Подпружиненный опорный фланец 172 обеспечивает посадочную поверхность для возвратной пружины 143 для размещения напротив фиксирующей заглушки 144 и таким образом ее смещения в направлении седла 120 клапана. Отверстие 148 проходит сквозь удлиненную ближнюю секцию 156 и завершается в дальней секции 154 рядом с фланцем 172. Отверстие 174 для стопорной Е-образной шайбы проходит по существу перпендикулярно отверстию 148 и имеет размер, подходящий для размещения в нем стопорной Е-образной шайбы 150 штифта для соединения фиксирующей заглушки 144 с возвратным штифтом 136.
На фиг.10А-10С показан один вариант реализации фиксатора 146 пружины, который содержит корпус 176, имеющий коническую выемку 160, подпружиненный опорный фланец 178 и центральное отверстие 180. Как описано выше, коническая выемка 160 имеет размер, подходящий для размещения в ней по меньшей мере части конической части 158 фиксирующей заглушки 144, когда возвратная пружина 143 является сжатой. Таким образом, коническая выемка 160 и коническая часть 158 взаимодействуют друг с другом для обеспечения возможности смещения фиксирующей заглушки 144 для более плотного сближения с фиксатором 146 пружины, чем в известных быстродействующих клапанах. Более конкретно, коническая выемка 160 по существу перекрывает часть конической части 158, когда фиксирующая заглушка 144 находится во взведенном положении с нажатым возвратным штифтом 143. Кроме того, коническая выемка 160 обеспечивает возможность использования удлиненной ближней секции 156, что вызывает уменьшение вероятности соскакивания фиксирующей заглушки 144 с возвратного штифта 136.
Несмотря на то, что некоторые типичные варианты реализации и подробности были описаны и показаны в настоящей заявке в целях иллюстрации настоящего изобретения, для специалистов очевидно, что в способах и устройстве согласно настоящему изобретению, описанных в настоящей заявке, могут быть сделаны различные изменения без отступления от объема защиты настоящего изобретения.