УСТРОЙСТВО СЛИВА И НАЛИВА

Полезная модель относится к общему машиностроению, в частности к запорным элементам цистерн, например контейнер-цистерн или автомобильных цистерн.
Известен запорный клапан для контейнера-цистерны, состоящий из: составного корпуса с присоединительными фланцами - первый для присоединения к патрубку, второй, расположенный посередине корпуса, для присоединения к цистерне, имеющего дополнительные резьбовые отверстия для присоединения фланца сменного патрубка, присоединяемого после аварийного разрушения корпуса по кольцевой проточке, с боковыми отверстиями для шпинделей ручных приводов, с кольцевой проточкой, выполненной на наружной поверхности возле укрепляемого на цистернефланца; сменного патрубка с резьбой на конце и фланцем, который имеет возможность стыковаться как с концом корпуса, так и с фланцем на месте отрыва корпуса после аварии; трех последовательно установленных запорных органов с независимыми друг от друга ручными приводами: внутреннего клапанного типа, наружного шарового и дополнительного в виде заглушки, накручиваемой на резьбу патрубка; ручных приводов внутреннего и шарового запорных органов, при этом внутренний запорный орган выполнен составным, состоящим из основного, подпружиненного на открытие, и пилотного, подпружиненного на закрытие и соосно соединенного со штоком, взаимодействующим с механизмом преобразования вращательного движения привода в поступательное движение штока (Свидетельство Российской Федерации на изобретение №2289052, 2004 г., по кл. МПК F16K 27/07, F16K 39/02, F16K 31/52).
Однако запорный клапан этой конструкции имеет ряд недостатков: после аварийного разрушения корпуса по кольцевой проточке и подсоединения сменного патрубка на фланец, присоединяющий запорный клапан к цистерне, при использовании дополнительных резьбовых отверстий не имеется возможности перекрытия потока среды после снятия заглушки со сменного патрубка, что приводит к выбросу в окружающую среду перевозимого продукта до момента присоединения сливного трубопровода к сменному патрубку; использование одинарного уплотнения «металл - неметалл» в основном запорном органе и пилотном запорном органе внутреннего клапана приводит к постепенной выработке неметаллического элемента из-за того, что элемент воспринимает усилие предварительного поджатия создаваемого пружиной и усилие создаваемого давлением рабочей среды; установка и центровка шпинделя ручного привода крана шарового в корпусе за счет сальникового узла без применения подшипниковых опор приводит к возникновению больших сил трения, что приводит к увеличению усилия необходимого для управления запорным органов, также этот недостаток имеется при установке и центровке шпинделя ручного привода внутреннего клапана, лишь за исключением применения одного радиального подшипника со стороны среды; для перекрытия потока среды запорным органом внутреннего клапана при пожаре применен тросик из легкоплавкого материала, который крепится одним концом к рукоятке внутреннего клапана, а другим к конструкциям сливной площадки, тем самым фиксируя открытое положение запорного органа, что является непрактичным с точки зрения эксплуатации, так как мешает передвижению персонала по площадке при проведении работ слива и налива продукта; в конструкции запорного клапана отсутствует элемент позволяющий сбросить давление, возникающее из-за негерметичности запорного органа крана шарового, из полости расположенной между запорным органом крана шарового и резьбовой заглушкой после транспортировки, что может привести к несчастному случаю при свинчивании заглушки с патрубка шарового крана; в конструкции запорного клапана отсутствует элемент позволяющий провести диагностику запорного органа шарового крана на наличие течи в разъеме, что может привести к несчастному случаю при свинчивании заглушки с патрубка шарового крана.
Задачей полезной модели является создание конструкции устройства слива и налива, имеющей возможность присоединения крана шарового после аварийного разрушения корпуса внутреннего клапана по кольцевой проточке, и обеспечивающей возможность опорожнения цистерны, повышение надежности работы клапана при эксплуатации, уменьшение усилия необходимого для управления запорными органами, создание конструкции обеспечивающей перекрытие запорного органа внутреннего клапана при пожаре, создание конструкции обеспечивающей сброс давления из полости, расположенной между запорным органом крана шарового и резьбовой заглушкой, установленной на патрубок шарового кранаперед осуществлением операции слива продукта и имеющей возможность контроля наличия течи в разъеме запорного органа крана шарового.
Поставленная задача решается:
- выполнением на фланце корпуса внутреннего клапана присоединяемого к цистерне дополнительных резьбовых отверстий, что обеспечивает возможность присоединения крана шарового после аварийного разрушения корпуса внутреннего клапана по кольцевой проточке для ликвидации утечки продукта в окружающую среду с возможностью безопасного опорожнения цистерны;
- применением основного запорного органа и пилотного запорного органа внутреннего клапана с двумя последовательно расположенными уплотнениями - силового уплотнения «металл - металл», воспринимающего большую часть усилия пружины и усилия воздействия среды, и герметизирующего уплотнения «металл - неметалл», обеспечивающего надежное уплотнение, что позволяет повысить надежность работы устройства слива и налива при эксплуатации;
- установкой шпинделей ручного привода крана шарового и внутреннего клапана в двух подшипниковых опорах, при этом подшипник, расположенный со стороны среды состоит из радиального и двойного торцевого подшипников, что снижает силу трения и как следствие уменьшает усилие необходимое для управления запорными органами;
- применением в конструкции внутреннего клапана легкоплавкого элемента фиксации рукоятки в открытом положении, который расплавляется при пожаре, при этом под действием пружины, запорный орган внутреннего клапана переходит в закрытое положение и позволяет избежать отягчающих последствий аварийной ситуации;
- применением в конструкции заглушки, расположенной между запорным органом крана шарового и резьбовой заглушкой, установленной на патрубок шарового крана, которая обеспечивает возможность сброса давления из полости крана шарового перед проведением операции снятия заглушки для осуществления слива продукта и возможность контроля наличия течи в разъеме запорного органа крана шарового.
Устройство слива и налива представлено на фиг. 1, 2, 3, 4, 5 где:
1 - внутренний клапан, 2 - втулка, 3 - прокладка (подшипник), 4 - втулка (подшипник), 5 - шпиндель, 6 - уплотнительное кольцо, 7 - втулка (подшипник), 8 - прокладка (подшипник), 9 - кран шаровой, 10 - рукоятка крана шарового, 11 - заглушка, 12 - уплотнительная прокладка, 13 - накидная гайка, 14 - седло, 15 - корпус, 16 - пробка, 17 - седло, 18 - тарельчатая пружина, 19 - толкатель, 20 - шток, 21 - корпус, 22 - пружина, 23 - уплотнительное кольцо, 24 - золотник, 25 - уплотнительное кольцо, 26 - втулка, 27 - пружина, 28 - прокладка (подшипник), 29 - втулка (подшипник), 30 - шпиндель, 31 - втулка (подшипник), 32 - рукоятка внутреннего клапана, 33 - уплотнительное кольцо, 34 - прокладка (подшипник), 35 - заглушка, 36 - прокладка, 37 - дроссельная канавка, 38 - наружная кольцевая канавка, 39 - отверстия, 40 - уплотнительная поверхность, 41 - уплотнительная поверхность.
Общая конструкция устройства слива и налива состоит из внутреннего клапана 1 и крана шарового 9, соединенных между собой фланцевым соединением. Кран шаровой 9 работает следующим образом:
- перед осуществлением операций слива (налива) продукта на несколько оборотов выкручивается заглушка 35, установленная в корпус 15 через прокладку 36, для сброса давления, возникающего из-за негерметичности пробки 16 и седла 14, и проведения диагностики на наличие течи в этом разъеме;
- с резьбового патрубка крана шарового 9 снимается заглушка 11, уплотнительная прокладка 12 и накидная гайка 13, служащие третьим независимым запорным органом;
- в закрытом положении крана шарового 9 тарельчатая пружина 18 через втулку 2 прижимает седло 17 и пробку 16 к седлу 14, обеспечивая герметичность соединений «седло-пробка», при открытом положении внутреннего клапана 1 давление среды в цистерне создает дополнительное усилие, поджимающее пробку 16 к седлу 17;
- герметичность по шпинделю 5 обеспечивается уплотнительным кольцом 6, а также прокладками 3, 8 и втулками 4 и 7, одновременно служащими подшипниками скольжения, которые снижают силу трения и как следствие уменьшают усилие на рукоятке 10 необходимое для управления пробкой 16;
- при вращении рукоятки 10 движение через шпиндель 5 передается пробке 13, пробка поворачивается на 90°, и входные отверстия пробки совмещаются с входным отверстием корпуса 15.
Внутренний клапан 1 работает следующим образом:
- при повороте рукоятки 32 шпиндель 30 поворачивается и за счет эксцентриситета Х между центральной осью шпинделя 30 и осью, на которой расположен толкатель 19, толкатель 19, упирающийся в шток 20, опускает его, при этом опускается втулка 26 с уплотнительным кольцом 25 (пилотный запорный орган), сжимается пружина 27, дроссельная канавка 37 штока 20 перемещается вниз, происходит разгерметизация внутреннего клапана 1 по штоку 20 и начинается перетекание рабочей среды - клапан открыт частично. При выравнивании давления над и под золотником 24 пружина 22 опускает золотник 24 с уплотнительным кольцом 23 (основной запорный орган) - внутренний клапан 1 полностью открыт;
- герметичность по шпинделю 30 обеспечивается уплотнительным кольцом 33, а также прокладками 28, 34 и втулками 29 и 31, одновременно служащими подшипниками скольжения, которые снижают силу трения и как следствие уменьшают усилие на рукоятке 32 необходимое для управления штоком 20;
- при появлении определенного перепада давления над и под золотником 24, золотник за счет усилия, создаваемого разностью давлений, которое должно быть больше усилия создаваемого пружиной 22, возвращается в исходное положение, при этом уплотнительная поверхность 40 золотника 24 опирается на уплотнительную поверхность корпуса 21, обеспечивая силовое уплотнение «металл - металл», а уплотнительное кольцо 23 опираясь на уплотнительную поверхность корпуса 21 создает второе уплотнение «металл - неметалл», обеспечивающее надежную герметизацию. Небольшое количество продукта продолжает сбрасываться через дроссельную канавку 37 штока 20 - внутренний клапан 1 закрыт частично;
- при повороте рукоятки 32 шпиндель 30 поворачивается и толкатель 19 возвращается в исходное состояние, при этом за счет усилия пружины 27, большим, чем усилие пружины 22, шток 20 совместно с втулкой 26 и уплотнительным кольцом 25 перемещается вверх, при этом уплотнительная поверхность 41 втулки 25 опирается на уплотнительную поверхность золотника 24, обеспечивая силовое уплотнение «металл - металл», а уплотнительное кольцо 25 опираясь на уплотнительную поверхность золотника 24 создает второе уплотнение «металл - неметалл», обеспечивающее надежную герметизацию, дроссельная канавка 37 штока 20 занимает исходное положение - внутренний клапан 1 полностью закрыт;
- в аварийном режиме, обрыве сливного рукава, при резком увеличении потока продукта, за счет усилия, создаваемого большой разностью давлений над и под золотником 24, внутренний клапан 1 закрывается и только небольшая часть продукта сбрасывается через дроссельную канавку 37 в штоке 20 в окружающую среду;
- в аварийном режиме, падении цистерны, корпус 21 внутреннего клапана 1 разрушается по наружной кольцевой канавке 38, при этом золотник 24 остается внутри цистерны в закрытом положении, сохраняя герметичность цистерны, после чего наличие отверстий 39 на фланце корпуса 21 позволяют присоединить кран шаровой 9 и произвести аварийное опорожнение цистерны;
- в аварийном режиме, охват огнем, плавится легкоплавкий фиксатор, рукоятка 32 под воздействием пружины 27 возвращается в положение «закрыто» - внутренний клапан 1 полностью закрыт.
Таким образом, в устройстве слива и налива смонтировано три последовательно установленных запорных органа: внутренний клапан 1, кран шаровой 9 и дополнительный в виде заглушки 11.
Предложенная конструкция позволяет:
- обеспечить возможность присоединения крана шарового после аварийного разрушения корпуса внутреннего клапана по кольцевой канавке для ликвидации утечки продукта в окружающую среду с возможностью безопасного опорожнения цистерны, за счет выполнения на фланце корпуса внутреннего клапана присоединяемого к цистерне дополнительных резьбовых отверстий;
- обеспечить надежное уплотнение основного запорного органа и пилотного запорного органа внутреннего клапана, что повышает надежность работы устройства слива и налива при эксплуатации, за счет применения запорных органов с двумя последовательно расположенными уплотнениями - силового уплотнения «металл - металл» и герметизирующего уплотнения «металл - неметалл»;
- снизить силу трения и как результат уменьшить усилие необходимое для управления запорными органами, за счет установки шпинделей ручного привода крана шарового и внутреннего клапана в двух подшипниковых опорах, при чем подшипник, расположенный со стороны среды состоит из радиального и двойного торцевого подшипников;
- избежать отягчающих последствий аварийной ситуации, в следствие применения в конструкции внутреннего клапана легкоплавкого элемента фиксации рукоятки в открытом положении, который расплавляется при пожаре, при этом под действием пружины, запорный орган внутреннего клапана переходит в закрытое положение и позволяет избежать отягчающих последствий аварийной ситуации;
- обеспечить возможность сброса давления из полости крана шарового перед проведением операции снятия заглушки для осуществления слива (налива) продукта и возможность контроля наличия течи в разъеме запорного органа крана шарового, за счет применения в конструкции заглушки, расположенной между запорным органом крана шарового и резьбовой заглушкой, установленной на патрубок шарового крана.