ЗАТВОР КОНЦЕВОЙ БАЙОНЕТНЫЙ
BAYONET END LOCK

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и используется в нефтегазовой промышленности для обеспечения доступа во внутреннюю полость трубопроводов без нарушения их целостности при проведении обслуживания, ремонта и диагностического осмотра; например, для вода в камеры запуска и приема поточных средств дефектоскопии трубопроводов, очистных устройств, других поточных снарядов.
Известно, что в нефтяной и энергетической промышленности работающие под давлением магистральные, промысловые и технологические нефтегазопроводы, трубопроводы пара и горячей воды в целях обеспечения безопасности нуждаются в регулярном обслуживании для удаления отложений со стенок трубопровода, а также во внутритрубной диагностике с целью мониторинга их внутреннего состояния. При проведении этих работ запуск очистного оборудования и внутритрубных дефектоскопов внутрь трубопровода осуществляется через камеры приема-запуска очистных и диагностических устройств. Для этих целей камеры приема-запуска трубопроводов, а также люки-лазы фильтров-сепараторов компрессорных станций, автоклавы и барокамеры в пищевой и химической промышленности оснащаются концевыми затворами, обеспечивающими разгерметизацию и последующую надежную и безопасную герметизацию трубопроводов и сосудов.
В связи с ростом объемов внутритрубной диагностики и нагрузки на камеры приема-запуска возросли требования к быстродействию, простоте устройства и надежности концевых затворов.
Известны основные типы стандартизованных затворов: затвор фланцевый, затвор хомутовый и затвор секторный.
Затвор фланцевый состоит из крышки и корпуса с фланцем, соединенных между собой болтами. Конструкция и размеры фланцевого соединения регламентированы ГОСТ 28759.4.
Герметизация затвора осуществляется при помощи прокладки. Для удобства открывания крышки в затворе предусмотрено поворотное устройство. Перекос крышки и неполный комплект болтов не допускается. Затяжка болтов производится равномерно, в несколько приемов, с последующей дополнительной подтяжкой.
Недостатки фланцевого затвора: возможность «закусывания» прокладки при сборке, перекос крышки при затягивании болтов, необходимость контроля распределения нагрузок по парам болтов, высокая трудоемкость запирания-отпирания затвора из-за значительного количества болтовых соединений, необходимость в специальном инструменте для контролируемой затяжки резьбовых соединений. Фланцевый затвор обладает низкой надежностью из-за возможности ослабления затяжки болтовых соединений и, со временем, потери герметичности.
Затвор хомутовый содержит корпус с фланцем, крышку с фланцем и два полухомута. Полухомуты стягивают фланец корпуса и фланец крышки с помощью резьбового соединения «винт-гайка». Герметизация затвора осуществляется резиновым уплотнительным кольцом. Для удобства обслуживания крышка откидывается на шарнире. Безопасность работы хомутового затвора обеспечивается блокирующим устройством, исключающем возможность открытия крышки при наличии давления в полости затвора. Хомутовый затвор обладает недостаточной надежностью из-за сложности контроля за усилием затяжки, связанном с со сложным характером передачи усилий и неравномерностью в распределении контактных давлений хомута на корпус и крышку.
Затвор секторный содержит фланец, патрубок и вогнутую внутрь патрубка крышку с элементами уплотнения, секторов для стопорения крышки, блокирующего устройства секторов, привода секторов в виде винтовой пары винт-гайка, поворотное устройство крышки. Блокирующее устройство секторов выполнено в виде рычага с механизмом управления его движением. Поворотное устройство крышки представляет собой шарнир, на корпусе которого смонтирован редуктор для облегчения ручного поворота крышки (см. RU 2339860 C1, 27.11.2008). Это техническое решение обладает всеми недостатками, присущими фланцевым затворам.
Ближайшим аналогом (прототипом) заявленного решения является концевой секторный затвор (ТУ 3683-023-12693592), который предназначен для применения в камерах запуска и приема, фильтрах-грязеуловителях, люках-лазах трубопроводов, в люках-лазах нефтеперерабатывающего, нефтехимического и нефтегазового оборудования, а также на концевых и тупиковых участках трубопроводов с целью обеспечения доступа во внутреннюю полость трубопроводов и аппаратов и временного сообщения их с атмосферой.
Затвор состоит из корпуса, крышки и секторов. Крышка, в свою очередь, состоит из заслонки и приваренного к ней эллиптического днища. Корпус выполнен в виде фланца и приваренной к ней обечайки. В центре крышки на сферическом подшипнике шарнирно смонтирован винт с надетой на него гайкой. Для поджатия заслонки крышки к фланцу корпуса в конструкции предусмотрены секторы. Секторы соединены с гайкой при помощи наклонных контактных поверхностей Т-образной формы.
Крышка устанавливается на уплотнительную поверхность фланца корпуса. На заслонку крышки устанавливаются секторы, собранные с гайкой и винтом. Поджатие крышки к фланцу осуществляется за счет клиновых контактных поверхностей паза фланца и секторов при движении секторов от оси затвора. Движение секторов осуществляется при помощи соединения «винт-гайка» и наклонных контактных поверхностей соединения «гайка-сектор». Гайка фиксируется от проворота неподвижными направляющими, что обеспечивает движение гайки вдоль оси винта при вращении последнего. На винте установлен штурвал либо привод со штурвалом, состоящий из червячного редуктора с вилочным захватом.
При помощи штурвала поворотом винта в поверхности двигается гайка. Поверхности наклонных пазов гайки раздвигают сектора, их клиновые поверхности, попадая в паз фланца, поджимают заслонку крышки к уплотнительной поверхности фланца. Герметизация затвора осуществляется при помощи прокладки, установленной по внутреннему диаметру, и кольца уплотнительного, установленного по наружному диаметру. Для удобства обслуживания в затворе предусмотрено поворотное устройство для откидывания крышки на угол 180°. Для обеспечения безопасности работы в конструкции затвора предусмотрено предохранительное устройство, исключающее возможность открытия секторов при наличии давления в полости затвора.
Предохранительное устройство представляет собой пневмоцилиндр, шток которого при наличии избыточного давления в затворе выдвигается и приводит в действие рычаг, который опускает стопорную планку в зазор между секторами, блокируя их. Предохранительное устройство срабатывает при наличии давления в затворе не менее 0,05 МПа. После снятия давления в затворе с приложением нагрузки не более 150 Н рычаг и стопорная планка возвращаются в исходное положение, а секторы разблокируются. Для предотвращения попадания в механизм затвора грязи и пыли предусмотрен кожух
Недостатком секторного затвора является недостаточная безопасность оператора в процессе открывания затвора, так как при этом оператор находится в опасной зоне. Кроме того, секторный затвор требует тщательного ухода за многочисленными клиновыми, винтовыми поверхностями, а также наличия кожуха, защищающего эти поверхности от грязи, не исключена возможность перекосов и заеданий заслонки, а использование уплотнительных элементов из резины снижает межремонтный период. При этом в секторном затворе отсутствует автоматический контроль за срабатыванием предохранительного устройства.
Таким образом, существует задача создания концевого затвора, которому не присущи указанные выше недостатки.
Заявленное изобретение решает задачу создания концевого затвора, предназначенного для применения в камерах приема-запуска, фильтрах-грязеуловителях, люках-лазах трубопроводов, в люках-лазах нефтеперерабатывающего, нефтехимического и нефтегазового оборудования, а также на концевых и тупиковых участках трубопроводов, работающих под давлением до 32 МПа, с целью обеспечения быстровыполняемого доступа во внутреннюю полость трубопроводов, аппаратов, временного сообщения их с атмосферой, повышения надежности герметизации трубопровода, безопасности проведения внутритрубных диагностических работ и эксплуатации трубопроводов и оборудования.
Указанная задача решается тем, что затвор концевой байонетный, включающий полый корпус и устанавливаемую на его уплотнительную поверхность крышку, имеющую возможность поворачиваться на оси подшипникового узла, расположенного на откидном рычаге, причем ось подшипникового узла закреплена на крышке с помощью шаровой опоры, обеспечивающей прилегание уплотнительных поверхностей корпуса и крышки, а также возможность откидываться вместе с указанным рычагом на шарнире, закрепленном на корпусе и которая снабжена обеспечивающим сжатие уплотнителя, расположенного в канавке уплотнительной поверхности корпуса, запорным устройством, выполненным в виде байонетного соединения, для чего крышка снабжена выступами, охватываемыми выполненными на корпусе пазами, причем для придания крышке осевого перемещения при ее повороте относительно корпуса контактные поверхности указанных элементов байонетного соединения выполнены по винтовой поверхности, соответствующей многозаходной прямоугольной резьбе, а блокировка поворота крышки относительно корпуса, исключающая возможность открытия затвора при наличии в нем давления, осуществляется с помощью фиксатора, приводимого в действие через систему рычагов от рукоятки расположенного на корпусе выпускного крана, при этом поворот крышки после сброса давления осуществляется с помощью ключа-шестерни, устанавливаемого на закрепленные на корпусе оси и взаимодействующего с зубчатым сектором, закрепленным на крышке и разделенным упором на два участка, на первом из которых происходит предварительный поворот и осевое перемещение крышки на величину уступов, выполненных на выступах крышки, а на втором, при перестановке ключа-шестерни на соответствующую второму участку зубчатого сектора другую ось, происходит полный поворот крышки с последующим перемещением на откидывающемся рычаге.
В частном случае выполнения устройства для ограничения поворота крышки в пределах рабочей зоны на крышке установлены упоры (упоры на чертежах не указаны), а съемный ключ снабжен храповым механизмом.
Безопасность и надежность и работы затвора обеспечены тремя ступенями защиты:
1. Наличие фиксатора, кинематически связанного с осью поворота выпускного крана, то есть при закрытом кране поворот крышки невозможен, а также невозможно установить ключ-шестерню на ось.
2. Процесс открывания крышки выполняется в два этапа: предварительный поворот, в конце которого крышка отходит от корпуса за счет уступа на выступах байонетного соединения, при этом происходит полная разгерметизация полости затвора и окончательный поворот, для осуществления которого ключ-шестерня должна быть снята и установлена на другую ось, чем исключается открытие крышки «в одно движение».
3. Конструкция ключа-шестерни и откидного устройства крышки обеспечивает безопасное размещение оператора вне траектории перемещения крышки при открывании, а также вне зоны возможного выхода рабочей среды из полости затвора.
2
Конструкция байонетного соединения с винтовыми сопрягаемыми поверхностями обеспечивает возможность значительного (до 15 кг/см) напряжения предварительного сжатия уплотнителя, что обеспечивает надежность и герметичность соединения.
Соединение крышки и оси поворота с помощью шаровой опоры обеспечивает регулировку прилегания уплотнительных поверхностей крышки и корпуса при ослабленных болтах крепления с последующей их затяжкой. Таким образом, достигается равномерность сжатия уплотнителя и отсутствие зазора между сопрягаемыми поверхностями крышки и корпуса.
Для ограничения поворота крышки в пределах рабочей зоны на крышке расположены упоры, для удержания крышки в откинутом положении имеется защелка, ключ-шестерня снабжен храповым механизмом.
Расположенный в канавке уплотнитель в свободном состоянии выступает над уплотнительной поверхностью корпуса.
Изобретение иллюстрируется графическим материалом, где на фигурах 1-3 в трех проекциях (вид спереди, сверху и сбоку) изображен затвор концевой байонетный; на фигурах 4-7 изображены сечения, при этом позиции обозначены:
1. Болт
2. Выступы
3. Канавка
4. Ключ-шестерня
5. Корпус
6. Кран
7. Крышка
8. Обечайка
9. Ось
10. Пазы
11. Рукоятка
12. Ручка крышки
13. Рычаг откидной
14. Рычаги фиксатора
15. Сектор зубчатый
16. Серьга грузовая
17. Узел подшипниковый
18. Уплотнитель
19. Уступ предохранительный
20. Фиксатор
21. Зажимной фланец
22. Шарнир
23. Шаровая опора
Затвор концевой байонетный состоит из корпуса 5 и крышки 7. На крышке 7 выполнены выступы 2 байонетного соединения, охватываемые пазами 10 корпуса 5. Контактные поверхности байонетного соединения выполнены по винтовой линии, соответствующей многозаходной прямоугольной резьбе. При повороте крышки 7 происходит ее осевое перемещение, закрывается зазор между крышкой 7 и корпусом 5 и сжимается уплотнитель 18 (в свободном состоянии уплотнитель 18, расположенный в канавке 3 корпуса 5 выступает над привалочной плоскостью на расчетную величину «h»). Под действием рабочего давления уплотнитель 18 радиально перемещается в канавке 3, и происходит самоуплотнение стыка (см. фиг.5). Уплотнитель 18 изготовлен из эластомера, имеющего механические характеристики, химическую стойкость и диапазон рабочих температур, соответствующие конкретным условиям эксплуатации затвора.
В целях безопасного обслуживания крышка 7 закреплена на откидном рычаге 13, который крепится на корпусе 5 с помощью шарнира 22 (см. фиг.7). Ось, на которой происходит поворот крышки при закрывании и открывании затвора, вращается в подшипниковом узле 17, закрепленном на откидном рычаге 13. Ось снабжена шаровой опорой 23, зажимаемой фланцем 21 с помощью болтов 1 (см. фиг.6). Регулировка прилегания привалочных поверхностей корпуса 5 и крышки 7 сводится к вращению крышки 7 при ослабленных болтах 1 без установленного уплотнителя 18 до положения «закрыто» с последующей равномерной затяжкой болтов 1.
На наружной части корпуса 5 смонтирован выпускной кран 14. Привод крана осуществляется от рукоятки 11. Фиксатор 20 блокирует поворот крышки 7 при закрытом положении и приводится в действие от рукоятки 11 крана 6 через систему рычагов 14 (см. фиг.4).
Поворот крышки 7 осуществляется с помощью ключа-шестерни 4, последовательно устанавливаемого на оси 9 при открытом положении крана 6 и взаимодействующем с зубчатым сектором 15, закрепленном на крышке 7. Зубчатый сектор 15 разделен предохранительным уступом на участок предварительного поворота и участок окончательного поворота. В конце участка предварительного поворота крышка 7 получает дополнительное осевое перемещение на величину высоты уступа 19 на выступах крышки 7, при этом происходит полное стравливание давления в полости затвора. В конце участка окончательного поворота происходит расцепление байонетного соединения, и крышка 7 отводится на откидном рычаге 13 по средствам ручки крышки 12.
Переходная обечайка 8 служит для монтажа и имеет фаску под сварочный шов.