СОЕДИНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ТРУБОПРОВОДОВ С ПОВОРОТНЫМИ ЗАЖИМАМИ

Область техники
Настоящее техническое решение относится к соединительным муфтам и предназначено для разъемного соединения двух примыкающих фланцев трубопроводов, транспортирующих нефть, нефтепродукты, жидкие химические продукты, газовый конденсат и других жидкие и газообразные (в том числе отпарной газ) продукты (далее - транспортируемый продукт), в частности находится в составе стендеров, загрузочных, погрузочных, перегрузочных рукавов, шарнирно-сочленённых трубопроводов и манипуляторов, загрузочных рычагов для использования на нефтяных, химических газовых терминалах морских и речных портов, в море между плавсредствами, а также применяется в установках слива-налива железнодорожных цистерн и автоцистерн, мобильных установках трубопроводов, шланговых установках налива, бункеровочных установках для заправки морских и речных судов.
Уровень техники
Известно соединительное устройство для труб для разъемного соединения двух примыкающих друг к другу фланцев трубы (US 3830533 от 20.08.1974, класс МПК B67D 9/02; F16B 2/12). Соединительное устройство содержит множество отдельных поворотных зажимов, установленных на радиальном фланце трубы и разнесенных вокруг них, причем каждый зажим имеет рычаг с губкой для захвата противоположного фланца трубы и зажим штока, установленный в корпусе с возможностью поворота и перемещения относительно друг друга для осуществления зажимных и разжимных движений. Стяжной болт ввинчивается в отверстие в штоке зажимного рычага для перемещения штока вперед или назад по отношению к корпусу, а антигравитационная пружина удерживает губку зажимного рычага от поворота в неудобное положение из-за гравитационного действия. Поворотная пружина поддерживает фрикционный контакт между резьбой стяжного болта и резьбой штока зажимного рычага, заставляя зажимной рычаг ‘челюсть’ должна вращаться в любом из двух направлений до упора корпуса при повороте стяжного болта. Зажим имеет пару близко расположенных выступающих наружу выступов, между которыми может быть помещен инструмент в качестве вспомогательного средства для поворота губки в положение зажима и из него. В соединительном устройстве применены две пружины: поворотная пружина 86 и антигравитационная пружина 88. Пружина 88 удерживает челюсть 82b в постоянном положении и не дает повернуться вниз под действием силы тяжести до тех пор, пока пружина 86 не начнет при вращении засова 84 поворачивать челюсть в желаемое положение. Это удобно и имеет большое преимущество, особенно когда для выполнения задачи соединения или расцепления доступен только один оператор, поскольку зажим может открываться или закрываться одной рукой, в то время как, например, другая рука используется для направления и удержания фланцев рычага и коллектора в положении соединения. Указанное техническое решение взято за прототип.
Недостатком данного решения является отсутствие центраторов, расположенных равноудаленно на радиальном фланце соединительного устройства, обеспечивающих соосность одного фланца и соответственно трубопровода по отношению к другому фланцу трубопровода. Соединительное устройство имеет две продольно ориентированные центрирующие планки 46, закрепленные винтом 48 на верхней области окружности фланца 36f. Учитывая, что соединительное устройство применяется в стендерах и других погрузочных рукавах, где ответный (стыкуемый) фланец, расположенный на манифольде танкера, прибывшего из страны, где применяются другие стандарты и размерность фланца может быть иной, что приведет к отсутствию соосности двух стыкуемых трубопроводов, вследствие чего может быть нарушена герметичность соединения. В п. 2. формулы технического решения говорится о средстве для предотвращения выдвижения задвижки из внутреннего отверстия корпуса при ее вращении. Однако в п. 1. формулы и в описании технического устройства отсутствует информация, каким образом реализовано средство для предотвращения выдвижения задвижки. Таким образом можно сделать вывод о том, что не решен вопрос самопроизвольного раскручивания челюсти (зажима) вследствие вибрации, образующейся при транспортировке жидкости, что может привести к разливу транспортируемого продукта и экологическим катастрофам. Вследствие плохого ухода, несвоевременного проведения технического обслуживания, отсутствия смазки, попадания влаги, образования внутри корпуса конденсата и льда, внутри корпуса появляется металлическая стружка, вследствие чего пружина может выйти из строя, а зажим может заклинить. Эксплуатация соединительного устройства без пружин, данное известное соединительное устройство это допускает и описано в патенте, ведет к увеличению рисков оператора получить травму, увеличению трудоемкости процесса соединения фланцев и ослаблению зажима вследствие раскручивания под воздействием вибрации от потока транспортируемой жидкости.
Задачей заявляемого технического решения является разработка нового соединительного устройства трубопроводов с поворотными зажимами, механической стыковочной муфты быстроразъёмного соединения для применения в конструкции стендеров, загрузочных, погрузочных, перегрузочных рукавов (рычагов), шарнирно-сочленённых трубопроводов и манипуляторов, шланговых установок и других сливо-наливных установках для отгрузки нефти, нефтепродуктов, жидких химических продуктов, газового конденсата и других жидких и газообразных (в том числе отпарного газа) продуктов, способного отцентровать трубопроводы и обеспечивать надежное герметичное соединение двух фланцев трубопровода. Заявленное соединительное устройство трубопроводов с поворотными зажимами должно быть безопасным, не трудоемким в эксплуатации, а также иметь защиту от раскручивания и ослабления зажима под воздействием вибрации от потока транспортируемого продукта.
Раскрытие сущности технического решения
Технический результат вышеприведенного решения заключается в разработке соединительного устройства трубопроводов с поворотными зажимами, включающего в себя по меньшей мере две стяжки, каждая из которых имеет корпус с ограничителями поворота зажима и кронштейн крепления, при этом сами стяжки расположены равноудаленно по окружности стыковочного фланца с уплотнителем, где на кронштейн крепления установлена направляющая-центратор, а в каждой стяжке расположены гайка с установленным на нее поворотным зажимом с поворотной ручкой, полый винт, а также крышка соединения с корпусом стяжки, в которую установлен стопорный винт с шайбой, при этом полый винт имеет выступ, пружину, штурвал и хвостовик-шестигранник.
Указанное техническое решение обеспечивает соосное, герметичное соединение двух трубопроводов с защитой от раскручивания и ослабления зажима под воздействием вибрации от потока транспортируемого продукта, не трудоемкое и безопасное в эксплуатации.
Возможен вариант технического решения, где полый винт с установленными на него крышкой корпуса и шайбами скольжения, ограничительным и уплотнительными кольцами, резьбовым соединением соединен с гайкой внутри корпуса стяжки. Указанное техническое решение обеспечивает свободное вращение полого винта внутри корпуса без выдавливания смазки за пределы уплотнителей и попадания грязи в рабочую зону полого винта и резьбового соединения с гайкой, а ограничители и крышка корпуса не позволяют полому винту совершать осевые подвижки и выход за пределы корпуса стяжки со своих посадочных мест под действием нагрузки при соединении трубопроводов.
Возможен вариант технического решения, где корпус стяжки соединяется с крышкой корпуса болтовым соединением со стороны штурвала. Указанное техническое решение обеспечивает простую сборку стяжки при производстве, плотное прилегание крышки корпуса к корпусу стяжки, не раскручивает крышку при вращении полого винта и не позволяет полому винту совершать осевые подвижки внутри корпуса.
Возможен вариант технического решения, где стопорный винт с шайбой прижимает и фиксирует полый винт за выступ и крышку корпуса. Указанное техническое решение обеспечивает фиксацию полого винта по отношению к крышке и к корпусу стяжки, предотвращая самопроизвольное раскручивание и ослабление захвата под действием вибрации.
Возможен вариант технического решения, где в полый винт установлена пружина с упором внутри гайки. Указанное техническое решение обеспечивает фиксацию гайки по отношению к полому винту, предотвращая самопроизвольное раскручивание и ослабление захвата, а также обеспечивает поворот захвата в нужное положение при свободном кручении полого винта за штурвал и/или хвостовик-шестигранник.
Возможен вариант технического решения, где вращение полого винта за штурвал и/или хвостовик-шестигранник по часовой стрелке ввинчивает его в гайку и подтягивает поворотный зажим, при этом вращение штурвала и/или хвостовика-шестигранника против часовой стрелки ослабляет поворотный зажим. Указанное техническое решение обеспечивает герметичное, не трудоемкое и безопасное соединение двух трубопроводов, при этом хвостовик-шестигранник предназначен в том числе для финальной затяжки захвата с применением ключа, если это необходимо.
Возможен вариант технического решения, где поворот зажима в нужное положение обеспечивается поворотной ручкой и/или пружиной. Указанное техническое решение обеспечивает поворот захвата в сторону до упора на корпусе стяжки для беспрепятственного прохождения ответного фланца стыкуемого трубопровода между направляющих-центраторов с последующим переводом захвата в рабочее положение для соединения фланцев двух трубопроводов или в обратном порядке для рассоединения фланцев трубопроводов.
Возможен вариант технического решения, где пружина полого винта может быть поворотной или фиксаторной. Указанное техническое решение обеспечивает поворот захвата при свободном кручении полого винта за штурвал и/или хвостовик-шестигранник или при зажиме захвата пружина в сжатом состоянии фиксирует гайку по отношению к полому винту не позволяя раскручиваться гайке.
Краткий перечень чертежей
На фиг. 1 показано соединительное устройство трубопроводов с поворотными зажимами в сборе, вид сбоку.
На фиг. 2 показано соединительное устройство трубопроводов с поворотными зажимами в сборе, вид спереди.
На фиг. 3 показан разрез стяжки со стопорным винтом.
На фиг. 4 показан разрез стяжки со стопорным винтом и пружиной.
поз. 1 - стяжка;
поз. 2 - направляющая-центратор;
поз. 3 - шарнир;
поз. 4 - стыковочный фланец;
поз. 5 - отрезок трубы;
поз. 6 - болт крепления стяжки к стыковочному фланцу;
поз. 7 - шайба крепления стяжки к стыковочному фланцу;
поз. 8 - уплотнительное кольцо стыковочного фланца;
поз. 9 - штурвал;
поз. 10 - поворотный зажим;
поз. 11 - ручка поворотная;
поз. 12 - стопорный винт с шайбой;
поз. 13 - хвостовик-шестигранник полого винта;
поз. 14 - корпус стяжки с боковым кронштейном;
поз. 15 - крышка корпуса стяжки;
поз. 16 - гайка;
поз. 17 - пластина фиксатор с болтовым креплением;
поз. 18 - полый винт;
поз. 19 - ограничительное кольцо с шайбой скольжения;
поз. 20 - шайба скольжения;
поз. 21 - уплотнительные кольца;
поз. 22 - дополнительное уплотнительное кольцо;
поз. 23 - пружина;
поз. 24 - масленки;
поз. 25 - дренажное отверстие;
поз. 26 - сквозной канал для транспортировки продукта, сообщающийся с трубопроводом;
поз. 27 - выступ.
Осуществление технического решения
В заявляемом техническом решении используются следующие термины и определения.
Соединитель (соединительное устройство, стыковочная муфта, механическая стыковочная муфта быстроразъемного соединения, муфта QC/DC - Quick Connect / Disconnect Couplers): элемент стендера, позволяющий герметично присоединить стендер к приемно-отливному патрубку манифольда судна или к переходной катушке, установленной на фланце приемно-отливного патрубка манифольда судна.
Муфта быстроразъемного соединения (муфта QC/DC): муфта быстрого соединения/разъединения, представляющая собой механическое устройство с гидравлическим или ручным механическим приводом, применяемое для присоединения стыковочного фланца стендера к фланцу манифольда судна без использования болтовых соединений между этими фланцами.
Заявляемое техническое решение показано на фиг. 1, 2, где соединительное устройство трубопроводов с стяжками (1), имеющими в своем составе поворотные зажимы, является продолжением трубопровода (5) с шарниром (3) в составе стендера или иного оборудования для отгрузки транспортируемых продуктов. Соединительное устройство обеспечивает герметичное соединение двух фланцев трубопровода.
Соединительное устройство имеет в своём составе как минимум две стяжки (1), направляющие-центраторы (2) и соединительный фланец с уплотнительным кольцом (8) для обеспечения герметичного соединения двух фланцев. Стяжки крепятся болтовым (6 и 7) соединением на стыковочном фланце (4) боковыми кронштейнами, которые расположены на корпусе (14) самой стяжки. В зависимости от диаметра стыковочного фланца, давления, скорости потока, диаметра трубопровода и других характеристик, количество стяжек (1) должно быть увеличено для обеспечения герметичности соединения.
При наведении оператором соединительного устройства с фланцем манифольда судна, поворотные зажимы (10) с помощью поворотной ручки (11) отводят в сторону, чтобы они не препятствовали прохождению фланца манифольда между направляющими-центраторами (2) стыковочного фланца. После того как фланец манифольда зашел между направляющими-центраторами (2), с помощью поворотной ручки (11) поворачивают поворотные зажимы (10) так, чтобы они захватили фланец манифольда с тыльной стороны. Для обеспечения герметичности стыковки фланца (4) и фланца манифольда необходимо затянуть все зажимы (10) на каждой стяжке (1). Затяжку начинают с верхней стяжки с помощью поворота штурвала (9) вращая его по часовой стрелке, затем затягивают самую дальнюю (нижнюю) стяжку от верхней стяжки и далее по правилу затяжки болтов на фланцах. На последнем этапе, необходимо динамометрическим ключом обеспечить финальную затяжку каждой стяжки за хвостовик-шестигранник (13) полого винта (18). Для того чтобы стяжки не раскручивались от вибрации, возникающей вследствие прохождения потока транспортируемого продукта по трубопроводу, необходимо затянуть стопорный винт (12). При отсоединении соединительного устройства от фланца трубопровода манифольда необходимо произвести все действия в обратном порядке.
Техническое решение стяжки (1) показано на фиг. 3 в разрезе со стопорным винтом (12) и показано на фиг. 4 в разрезе со стопорным винтом (12) и пружиной (23). Стяжка состоит из корпуса (14) с боковыми кронштейнами, на боковой кронштейн крепятся с помощью болтов направляющая-центратор (2). В корпус устанавливается полый винт (18) с хвостовиком-шестигранником (13) с предварительным монтажом на него штурвала (9), шайбы (20) для скольжения полого винта при закручивании, уплотнительных колец (21), ограничительного кольца с шайбой скольжения (19) и крышкой корпуса (15). Гайка (16) в сборе с поворотным зажимом (10) и установленной пластиной фиксатором (17) вставляется в корпус (14), где поворотным движением полого винта (18) навинчивается и устанавливается в рабочее положение. На наружной поверхности корпуса (14) имеются упоры (не показано), упираясь в них при кручении штурвала (9) и соответственно полого винта (18), поворотный зажим (10) находится либо в положении соединения и центрирования или отсоединения двух фланцев, то есть не мешает их свободному проходу или в рабочем положении зажима с обеспечением герметичного соединения. Болтовым соединением (не показано) крышка корпуса (15) соединяется с корпусом (14) с последующей установкой масленок (24), необходимых для смазки трущихся поверхностей.
На стяжке установлен стопорный винт с шайбой (12). Стопорный винт с шайбой в затянутом положении прижимает за выступ (27) и фиксирует полый винт (18) по отношению к корпусу (14), предотвращая тем самым самопроизвольное раскручивание полого винта (18) и ослабление поворотного зажима (10) в следствии вибрации трубопроводов под действием потоков транспортируемого продукта. В случае если заранее известно, что соединительное устройство с поворотными зажимами будет применяться на трубопроводах, имеющих сильную вибрацию, в полый винт (18) может быть установлена поворотная пружина (23), которая благодаря трению осевых торцов пружины в сжатом состоянии препятствует раскручиванию полого винта (18) и гайки (16) и ослаблению поворотных зажимов (10) под действием вибрации. Также дополнительно может быть установлен уплотнитель (22) на полый винт, который защищает резьбу полого винта и гайки от попадания стружки.
Благодаря новому техническому решению соединительного устройства обеспечивается герметичное быстроразъемное соединение двух примыкающих фланцев трубопроводов. Операция по соединению и разъединению фланцев трубопровода безопасно выполняется одним оператором. Руки оператора не находятся в опасной области стыкуемых фланцев и поворотных зажимов. Управление производится с помощью специальной ручки поворотного зажима и штурвала на стяжке, а сама стяжка имеет фиксаторы: стопорный винт с шайбой, а также дополнительно может быть установлена пружина, предотвращающая ослабление зажимов и разгерметизацию соединительного устройства вследствие вибрации.