ЗАПОРНЫЙ МЕХАНИЗМ УЗЛА СТЫКОВКИ-РАССТЫКОВКИ ПРОДУКТОПРОВОДА
LOCKING MECHANISM OF CONNECTION-DISCONNECTION UNIT OF PRODUCT LINE

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и применяется в качестве ее запорного элемента. Оно предназначено для использования преимущественно в конструкции погружного буя, применяемого при перегрузке углеводородов в море. Также может быть использовано в любых других устройствах, где требуется быстродействие запорного механизма, повышенная герметичность и где возможно давление на клапан с двух противоположных сторон.
Известен узел стыковки продуктопроводов [патент на полезную модель RU 161683], содержащий направляющее устройство, состоящее из трубы и заостренного вала, соединительный наконечник, размещенный на мобильном деформируемом трубопроводе, приемное устройство, размещенное на неподвижном трубопроводе, лебедку для наматывания каната, причем приемное устройство снабжено вертлюгом, обеспечивающим свободное вращение соединительного наконечника, приемное устройство и соединительный наконечник снабжены запорными клапанами, размещенными в месте их стыковки, запорные клапаны снабжены тарелками, выполненными с возможностью соприкосновения друг с другом.
Известен также двухседельный клапан преимущественно контейнера для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива [патент на изобретение RU 2095671], который содержит корпус с двумя седлами, две тарелки, соединенные между собой штоком, на одной из тарелок выполнен хвостовик для соединения с приводным элементом. Тарелки обращены уплотнительными поверхностями друг к другу, а соединяющий их шток выполнен из двух частей, связанных резьбовым соединением, тарелка с хвостовиком установлена с возможностью вращательного перемещения совместно с приводным элементом и осевого перемещения относительно седла и приводного элемента, а другая тарелка зафиксирована от поворота, причем осевые перемещения тарелок при открывании клапана ограничены. В корпусе соосно штоку размещено запорное устройство, взаимодействующее в открытом положении клапана с тарелкой, зафиксированной от поворота.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является клапан с двумя тарелками [Патент на полезную модель RU 161659], содержащий корпус с двумя седлами, две тарелки, обращенные уплотнительными поверхностями друг к другу, шток, соединенный с первой тарелкой, хвостовик, приводной элемент, причем корпус выполнен сборным. Шток снабжен пружиной, служащей для автоматического закрытия первой тарелки, и соединен с хвостовиком, который соединен с приводным элементом, состоящим из системы рычагов и оси типа «пантограф», и служащих для открытия второй тарелки, выполненной в виде полого стакана, вставленного в гильзу, и снабженной пружиной, служащей для ее автоматического закрытия. Быстрое открытие клапана выполняется за счет приложения осевого усилия к первой тарелке и ее совместного со штоком и хвостовиком поступательного перемещения, вызывающих с помощью приводного элемента типа «пантограф» осевое усилие противоположного направления на второй тарелке и поступательное перемещение второй тарелки. При быстром (аварийном) снятии осевого усилия с первой тарелки, пружина первой тарелки, быстро автоматически закроет первую тарелку, а вторая тарелка, жестко несвязанная с первой тарелкой, будет быстро автоматически закрыта пружиной, размещенной в объеме, ограниченном гильзой и стаканом.
Недостатками известного устройства являются возможность заклинивания или раннего открытия нижней тарелки, заклинивания втулок «пантографа» при их перемещении по неподвижной оси в механизме «пантографа». Кроме того, для клапана характерна низкая пропускная способность из-за широкого расположения рычагов «пантографа» и их плохого обтекания рабочей средой, а также возможность случайного открытия его обеих тарелок до запланированного открытия клапана.
Задачей предлагаемого изобретения является создание запорного механизма, обеспечивающего надежную работу узла стыковки-расстыковки продуктопровода, в том числе и в аварийных режимах эксплуатации.
Это достигается тем, что в запорном механизме узла стыковки-расстыковки продуктопровода, содержащем сборный корпус, фланец с седлом, нижнее седло, верхнюю и нижнюю тарелки, обращенные уплотнительными поверхностями друг к другу, размещенный в направляющей подпружиненный верхний шток с серьгой, соединенный с верхней тарелкой, имеющей хвостовик, приводной элемент, выполненный в виде механизма типа «пантограф», и систему рычагов, состоящую из верхней и нижней пары, по изобретению приводной элемент включает поворотный вал с установленными на нем качающимися коромыслами, имеющими на своих концах шарнирные валы, на которых закреплено по одному рычагу с возможностью поворота, причем верхняя пара рычагов приводного элемента соединена с серьгой верхнего штока, а нижняя пара - соответственно с серьгой введенного в состав запорного механизма подпружиненного нижнего штока, при этом на качающихся коромыслах образованы косые уступы в области крепления к ним рычагов, а на рычагах - в области их крепления к серьгам штоков, при этом фланец оснащен радиально расположенными запорными пальцами и подпружиненными ограничителями перемещения пальцев.
Выполнение приводного элемента с использованием системы рычагов и коромысел, соединенных между собой шарнирными валами, обеспечивает надежную передачу усилия от верхнего штока, при открытии верхней тарелки, к нижнему штоку и, соответственно, нижней тарелки, также открывая ее. Это достигается путем замены в приводном элементе запорного механизма прототипа втулок, перемещающихся в процессе открытия-закрытия узла стыковки-расстыковки продуктопровода по неподвижному валу, что может привести к их заклиниванию, на шарнирно-поворотную систему, состоящую из рычагов и коромысел. В результате исключается возможность возникновения указанного эффекта заклинивания.
Наличие косых уступов на коромыслах и на рычагах обеспечивает их более компактное размещение в проточной части корпуса узла стыковки-расстыковки продуктопровода с обеспечением необходимой амплитуды перемещений для передачи усилия от верхнего штока, при открытии верхней тарелки, к нижнему штоку и, соответственно, к нижней тарелке, с сохранением необходимых прочностных характеристик коромысел и рычагов. В результате это позволяет увеличить общую пропускную способность узла стыковки-расстыковки продуктопровода, а также обеспечить его надежную работу.
Оснащение фланца радиально расположенными запорными пальцами и подпружиненными ограничителями перемещения пальцев исключает возможность открытия узла стыковки-расстыковки продуктопровода до его надежного закрепления в приемном устройстве транспортного судна.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид запорного механизма узла стыковки-расстыковки продуктопровода, на фиг. 2 - приводной элемент запорного механизма.
Предлагаемый запорный механизм узла стыковки-расстыковки продуктопровода содержит сборный корпус 1, на верхнем торце которого расположен фланец 2. Внутри корпуса 1 находится приводной элемент, выполненный в виде механизма типа «пантограф», имеющего качающиеся коромысла 3, установленные на горизонтально расположенном по оси приводного элемента поворотном валу 4, верхнюю 5 и нижнюю 6 пару рычагов. На концах коромысел 3 имеются шарнирные валы 7, на которых установлено по одному рычагу 5, 6 с возможностью поворота (фиг. 1, 2). Внутри корпуса 1 также размещены подпружиненные верхний шток 8, размещенный в направляющей 9, и нижний шток 10, размещенный в направляющей 11, имеющие соответственно серьги 12 и 13 для связи с рычагами 5, 6, и расположенные на верхнем штоке 8 верхняя тарелка 14 с прикрепленным к ней хвостовиком 15 и на нижнем штоке 10 - нижняя тарелка 16, обращенные своими уплотнительными поверхностями 17, 18 друг к другу. Верхняя тарелка 14 контактирует с посадочным отверстием фланца 2 (на рисунке не отмечено). В нижней части корпуса 1 запорного механизма расположено седло 19, с посадочным отверстием которого (на рисунке не отмечено) контактирует нижняя тарелка 16. На качающихся коромыслах 3 образованы косые уступы 20 в области крепления к ним рычагов 5, 6 (фиг. 2), а на самих рычагах также образованы косые уступы 21 в области их крепления к серьгам 12, 13 верхнего 8 и соответственно нижнего 10 штоков (фиг. 1, 2). Фланец 2 оснащен радиально расположенными запорными пальцами 22 и подпружиненными ограничителями перемещения 23 пальцев 22.
Устройство работает следующим образом.
После подсоединения узла стыковки-расстыковки запорного механизма к приемному устройству транспортного судна (на рисунке не показано) фланцем 2 и надежного закрепления их друг с другом, ограничители 23 перемещения пальцев 22, вдавливаясь в тело фланца 2, обеспечивают возможность верхней тарелке 14 освободиться от застопоренного состояния и которая под действием осевого усилия со стороны троса (на рисунке не показано) транспортного судна (на чертеже не показано), действующего на хвостовик 15, переместится при этом по направлению оси штока 8 вместе с хвостовиком 15, сжимая пружину 24 верхнего штока 8. В результате чего образуется зазор (на рисунке не показан) между верхней тарелкой 14 и фланцем 2, обеспечивающий протекание перекачиваемого продукта без эффекта дросселирования, приводящего к повышенному сопротивлению перетекания жидкости. При этом осевое усилие от хвостовика 15 передается через верхний шток 8 и верхнюю пару рычагов 5 коромысел 3 к нижней паре рычагов 6, заставляя их сходиться и принять по существу вертикальное положение, обеспечивая сжатие пружины 25 и перемещение вниз нижнего штока 10 вместе с нижней тарелкой 16 с образованием просвета между нижней тарелкой 16 и седлом 19, приводящих к полному открытию запорного механизма. Коромысла 3 и пары рычагов 5 и 6 должны иметь соответствующие геометрические параметры для обеспечения запорным механизмом беспрепятственного протекания перекачиваемого продукта при максимальном поднятии верхней тарелки 14 и соответствующем максимальном опускании нижней тарелки 16.
По завершении процесса перекачки, снижают усилие в тросе транспортного судна, подсоединенном к хвостовику 15, под действием лебедки транспортного судна (на рисунке не показано), верхняя тарелка 14 под действием разжимающейся пружины 24 прижимается соответственно к фланцу 2. При этом рычаги 5 и 6 под действием пружин 24, 25 попарно расходятся, поднимая нижний шток 10 вместе с нижней тарелкой 16, которая прижимается к седлу 19, благодаря чему обеспечивается синхронное закрытие нижней тарелки 16 и верхней 14 (фиг. 1). После закрытия запорного механизма, он отстыковывается от приемного устройства транспортного судна.
Таким образом, за счет того что в запорном механизме узла стыковки-расстыковки продуктопровода, содержащем сборный корпус, фланец с седлом, нижнее седло, верхнюю и нижнюю тарелки, обращенные уплотнительными поверхностями друг к другу, размещенный в направляющей подпружиненный верхний шток с серьгой, соединенный с верхней тарелкой, имеющей хвостовик, приводной элемент, выполненный в виде механизма типа «пантограф», и систему рычагов, состоящую из верхней и нижней пары, по изобретению приводной элемент включает поворотный вал с установленными на нем качающимися коромыслами, имеющими на своих концах шарнирные валы, на которых закреплено по одному рычагу с возможностью поворота, причем верхняя пара рычагов приводного элемента соединена с серьгой верхнего штока, а нижняя пара - соответственно с серьгой введенного в состав запорного механизма подпружиненного нижнего штока, при этом на качающихся коромыслах образованы косые уступы в области крепления к ним рычагов, а на рычагах - в области их крепления к серьгам штоков, при этом фланец оснащен радиально расположенными запорными пальцами и подпружиненными ограничителями перемещения пальцев, достигается повышение надежности работы запорного механизма, приводящей к уменьшению помех протекания перекачиваемой жидкости и вероятности утечки перекачиваемой жидкости, и, как следствие, к повышению безопасности его работы.