РЕСИВЕР ПУСКОВОГО ВОЗДУХА И СИСТЕМА ПУСКОВОГО ВОЗДУХА

Настоящая полезная модель относится к области вспомогательного компрессорного оборудования, а именно к воздушным ресиверам, обеспечивающим хранение запаса сжатого воздуха различных промышленных потребителей.
В частности, настоящая полезная модель может быть использована в качестве баллона пускового воздуха, подающего воздух давлением порядка 3,0 МПа для запуска основных и/или вспомогательных судовых дизельных двигателей.
Спецификой применения пускового воздуха для запуска судового дизельного генератора является то, что в крышках цилиндров дизельного двигателя, кроме обычных впускных и выпускных клапанов, имеются специальные пусковые клапаны. Для пуска дизельного генератора необходимо открыть вентиль пускового баллона. Сжатый воздух из пускового баллона по трубопроводу поступит в главный пусковой клапан и далее к пусковым клапанам на крышках цилиндров. При запуске они открываются в таком порядке, чтобы входящий через них в цилиндры сжатый воздух толкал поршни и компрессор раскручивал двигатель. После пуска дизельного генератора необходимо произвести зарядку воздушных пусковых баллонов до давления 3,0 МПа. Пополнение запаса сжатого воздуха в баллонах обеспечивают компрессоры пускового воздуха.
Таким образом, к судовым пусковым ресиверам, работающим в специфических морских условиях, с учетом современных требований по автоматизации судов, предъявляются следующие требования: надежность работы при качке, крене и вибрации корпуса судна, применение в конструкции сплавов устойчивых от коррозии, автоматизация, простота и безопасность использования, возможность удаленного контроля над параметрами работы, возможность оперативного обслуживания в условиях судна.
К ресиверам пускового воздуха, используемых для запуска судовых дизельных двигателей, Российским морским регистром судоходства (Правила классификации и постройки морских судов. Часть X. Котлы, тепло обменные аппараты и сосуды, работающие под давлением), предъявляются следующие требования:
- корпуса сосудов работающих под давлением должны иметь лапы для надежного крепления к фундаментам. В необходимых случаях должно предусматриваться верхнее крепление;
- для осмотра внутренних поверхностей сосудов работающих под давлением должны предусматриваться лазы или смотровые лючки. При длине аппарата более 2,5 метров смотровые лючки должны предусматриваться с обоих концов;
- каждый сосуд работающий под давлением должен быть оборудован не отключающими предохранительными клапанами;
- предохранительные клапаны должны быть пружинными;
- предохранительные клапаны должны иметь такую пропускную способность, чтобы при любых обстоятельствах рабочее давление не могло быть превышено более чем на 15%;
- конструкция предохранительных клапанов должна допускать их пломбирование, исключающее регулирование клапанов без ведома обслуживающего персонала;
- материал пружин и уплотнительных поверхностей клапанов должен быть коррозионностойким;
- для установки арматуры должны предусматриваться приварыши или жесткие короткие патрубки с фланцами;
- сосуды должны быть оборудованы устройствами продувания и дренажа;
- каждый сосуд или не отключаемые их группы должны оборудоваться манометрами или мановакууметрами;
- предохранительные клапаны воздухохранителей главных и вспомогательных дизелей должны полностью прекращать выход воздуха при падении давления в воздухохранителе не ниже 85% рабочего давления;
- каждый воздухохранитель должен быть оборудован устройством для удаления влаги. При горизонтальном расположении воздухохранителя устройство для удаления влаги следует предусмотреть на обоих концах воздухохранителя.
Известна электрогенерирующая установка с воздушным аккумулятором энергии, включающая генератор электрического тока, приводную газовую турбину и источник сжатого воздуха для ее питания, расходные воздушные магистрали, механические и электронные средства управления, при этом сжатый воздух запасен в баллонах, сгруппированных в последовательно включаемые батареи, которые выполнены съемными для возможности их замены и обновления запаса воздуха (патент РФ №70548, МПК F01D 15/08, публикация 2008 г).
Недостатком известной электрогенерирующей установки с воздушным аккумулятором энергии является то, что обновление запаса сжатого воздуха возможна только путем замены съемных баллонов, что снижает его автономность и удобство эксплуатации. Кроме того, в составе сгруппированных в батареи баллонов отсутствуют манометры, предохранительные клапаны, устройства продувания и дренажа, устройства для удаления влаги.
Известен способ пуска двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием, включающий подачу в цилиндры сжатого газа в соответствии с порядком работы в начале такта расширения и с воздействием газа на поршни и приведением во вращение коленчатого вала, причем сжатый газ с воздухом, производимый самим двигателем при его работе, подается из пускового баллона открытием запорного крана, после первых вспышек подачу газа из баллона прекращают, а используют цилиндр в режиме работы компрессора, затем двигателя или только двигателя, при этом сжатый газ с воздухом подают через свечи зажигания для пуска, имеющие клапаны пуска, а зарядку баллонов производимой двигателем смеси воздуха и газа осуществляют через свечу зажигания для зарядки, снабженную обратнопусковым, перепускным и воздухогазоотборным клапанами, причем воздухогазоотборный клапан открывают электромагнитом, а закрывают при помощи пружин, а на пусковом баллоне имеется разобщительный вентиль под редуктор-регулятор, соединенный воздухопроводом с тормозными баллонами (патент РФ №2116498, МПК F02N 9/04, публикация 1998 г).
В известном способе пуска двигателя внутреннего сгорания решена задача автономности, но при этом в пусковом баллоне отсутствуют манометры, предохранительные клапаны, устройств продувания и дренажа, для удаления влаги, а для пополнения баллона частично используются газы из камеры сгорания, что снижает безопасность и удобство эксплуатации.
Известен ресивер для сжатого воздуха для грузовых автомобилей, содержащий трубчатый или цилиндрический корпус, закрытый с обоих концов приваренными наружными днищами, причем, по меньшей мере, одно наружное днище и/или корпус снабжен отверстием, к которому приварена муфта, причем, по меньшей мере, внутренняя сторона ресивера снабжена внутренним покрытием, при этом контактные поверхности между корпусом и наружными днищами примыкают друг к другу встык, соответственно, впритык и сварены между собой без сварочного материала посредством лазерной сварки (патент РФ №2493475, МПК F17C 1/00, публикация 2003 г).
Недостатком известного ресивера, снижающим безопасность и удобство эксплуатации, и препятствующим его применению в качестве ресивера пускового воздуха является следующее:
- отсутствие у ресивера средств для надежного крепления к фундаментам;
- сложность нанесения и контроля качества нанесения внутреннего порошкового покрытия, а также его низкая ремонтопригодность;
- отсутствие в составе ресивера манометра, предохранительного клапана, устройств продувания и дренажа, устройства для удаления влаги.
Известен ресивер пускового воздуха объемом от 125 до 1500 литров производства компании Atlas Copeo, корпус которого содержит защиту от коррозии: изнутри ресивера - лако-красочное порытие, снаружи цинконаполненный грунт и покрывная эмаль, при этом ресивер включает клапанную головку и необходимое вспомогательное оборудование (манометр, предохранительный клапан), причем возможна вертикальная или горизонтальная установка ресивера (официальный сайт компании Atlas Copeo
http://www.atlascopco.com/microsites/images/marine%20air%20booklet_tcm487-1439807.pdf, лист 35, публ. 2013 г).
К недостаткам известного ресивера пускового воздуха, снижающим его безопасность и удобство эксплуатации, можно отнести следующее:
- в связи с малым внутренним диаметром ресиверов существует сложность качественной подготовки поверхности, нанесения многослойного покрытия и контроля качества нанесения внутреннего лакокрасочного покрытия, его низкая ремонтопригодность, при постоянных негативных воздействиях на стенки (изменение температуры, высокая влажность, конденсация влаги внутри сосуда) возможность разрушения, отслоения лакокрасочного покрытия и попадания механических частиц в пусковой сжатый воздух, засорение арматуры и частиц;
- на корпусе ресивера отсутствуют элементы крепления (лапы, кронштейны и т.д.) для надежного крепления к фундаментам;
- отсутствие в составе ресивера устройств продувания и дренажа, а также смотрового лючка.
Задачей настоящей полезной модели является повышение безопасности и удобства эксплуатации, увеличение срока службы и снижение трудоемкости изготовления ресиверов пускового воздуха, а также создание эффективной системы пускового воздуха.
Дополнительной задачей, которая достигается заявляемой полезной моделью, является расширение арсенала технических средств заявляемого назначения.
Сущность предложенного технического решения заключается в следующем.
Ресивер пускового воздуха содержит цилиндрический корпус, патрубок входа воздуха, патрубок выхода воздуха, опоры для крепления, запорно-регулирующую и предохранительную арматуру и контрольно-измерительные приборы, при этом запорно-регулирующая и предохранительная арматура выполнены в виде единой клапанной головки.
Клапанная головка включает главный клапан пускового воздуха, предохранительный клапан, дренажный клапан, клапан манометра.
Клапанная головка включает, по меньшей мере, один дополнительный вспомогательный клапан (наполнительный, продувочный, либо иного назначения).
Клапанная головка включает, по меньшей мере, один обратный клапан.
Цилиндрический корпус может быть расположен горизонтально или вертикально или под углом от 0 до 45 градусов к горизонту.
Цилиндрический корпус может быть выполнен в виде сварного цилиндрического сосуда из трубы или из согнутой оболочки с двумя эллиптическими днищами.
Ресивер содержит, по меньшей мере, один люк для осмотра.
Ресивер содержит манометр, имеет датчик давления с аналоговым сигналом и клапан для сброса конденсата.
Корпус ресивера может быть выполнен в виде одно- или двухгорлового цельнометаллического баллона.
Корпус ресивера может быть выполнен из углеродистой или нержавеющей стали, или из металлокомпозитного материала.
На внутренней поверхности корпуса ресивера выполнено металлическое антикоррозионное, например, цинковое покрытие.
Корпус ресивера содержит наружное антикоррозионное лакокрасочное покрытие.
Корпус ресивера выполнен в виде баллона высокого давления, а головка сжатого воздуха выполнена с возможностью работы при высоком рабочем давлении, и включает, по меньшей мере, один редуктор для снижения давления воздуха, подаваемого потребителю.
Система пускового воздуха содержит, по меньшей мере, два ресивера пускового воздуха.
Система пускового воздуха дополнительно включает, по меньшей мере, один компрессор.
На фиг. 1 представлена схема ресивера пускового воздуха, на фиг. 2 - внешний вид ресивера со сварным корпусом, на фиг. 3 - внешний вид ресивера с корпусом в виде баллона, на фиг. 4 - схема системы пускового воздуха.
Ресивер пускового воздуха включает в себя корпус 1, патрубок входа воздуха 2, патрубок выхода воздуха 3, патрубок выхода конденсата 4, клапанную головку 5, содержащую главный клапан пускового воздуха 6, дренажный клапан 7, клапан манометра 8, предохранительный клапан 9. Клапанная головка ресивера пускового воздуха может включать в себя, по меньшей мере, один дополнительный клапан (например, наполнительный 10, продувочный 11 или вспомогательный 12). Клапанная головка 5 может включать в себя, по меньшей мере, один невозвратный клапан 13 (например, для предотвращения опорожнения ресивера через патрубок входа воздуха).
Корпус ресивера 1 может располагаться горизонтально или вертикально, или под углом от 0 до 45 градусов к горизонту (на фиг. 2, например, показан вертикально расположенный корпус). На корпусе предусмотрены опоры 14 для крепления ресивера. При этом в нижней части ресивера предусмотрен, по меньшей мере, один клапан 15 для сброса конденсата (ручной, либо автоматизированный). Для сброса конденсата при работе ресивера также предусмотрена дренажная труба 16, закрепленная в клапанной головке 5 и сообщающая нижнюю полость ресивера, в которой скапливается конденсат с дренажным клапаном 7.
Корпус ресивера 1 выполнен в виде сварного цилиндрического сосуда, из трубы или согнутой оболочки 17, с двумя эллиптическими днищами 18. Ресивер содержит, по меньшей мере, один люк для осмотра 19. Кроме этого на корпусе имеются дополнительные технологические отверстия с пробками 20.
Для контроля давления в ресивере предусмотрен манометр 21, для обеспечения удаленного контроля предусмотрен датчик давления 22 с аналоговым сигналом, по которому определяется текущее давление в ресивере.
Корпус ресивера 1 может быть выполнен в виде одно- или двухгорлового баллона 23 (цельнометаллического из углеродистой или нержавеющей стали, или металлокомпозитного).
Ресивер содержит на внутренней поверхности металлическое антикоррозионное (например, цинковое) покрытие и наружное антикоррозионное лакокрасочное покрытие.
Корпус ресивера 1 может быть выполнен в виде баллона высокого давления 23, клапанная головка 5 выполнена с возможностью работы при высоком рабочем давлении, и включает, по меньшей мере, один редуктор 24 для снижения давления воздуха, подаваемого потребителю.
На базе предлагаемых ресиверов можно создавать различной сложности и объема системы пускового воздуха (см. фиг. 4), содержащие, по меньшей мере, два ресивера 1. Система пускового воздуха может содержать, по меньшей мере, один компрессор 25.
Ресивер пускового воздуха работает следующим образом.
При подаче сжатого воздуха от источника (компрессора или системы воздуха высокого давления) происходит заполнение ресивера через клапан 10 и невозвратный клапан 13. При заполнении в ручном режиме управления давление контролируется по показаниям манометра 21. При автоматизированном управлении контроль заполнения обеспечивается датчиком давления 22. На клапанной головке установлен предохранительный клапан 9, который открывается, если давление в ресивере возрастает более чем на 15% выше рабочего.
Воздух, подаваемый в ресивер от компрессора, как правило, имеет высокую температуру более 35°C. При остывании сжатого воздуха в нижней части ресивера может происходить выпадение конденсата. Конденсат удаляется посредством открытия дренажного клапана 7, через дренажную трубку, при воздействии давления в сосуде на поверхность жидкости, она проходит по трубке и выходит через парубок выхода конденсата 4.
При необходимости проведения технического обслуживания (ревизия либо периодическое освидетельствование контрольными органами и т.п.) крышка люка 19 демонтируется и через него обеспечивается доступ к внутренней полости ресивера.
Предложенное техническое решение может быть использовано в качестве баллона пускового воздуха, подающего воздух давлением порядка 3,0 МПа для запуска основных и/или вспомогательных дизельных двигателей на как судах, а также на тепловозах, и для пуска дизель-генераторов, которые могут размещаться в отдаленных регионах, как резервный источник энергии на различных объектах (в больницах, аэропортах и других стратегических объектах).
Выполнение запорно-регулирующей арматуры и предохранительной арматуры в ресивере пускового воздуха в виде единой клапанной головки обеспечивает повышение безопасности устройства, так как снижается количество потенциально опасных разъемных соединений и соединительных трубопроводов между запорно-регулирующей и предохранительной арматурой.
Кроме того, выполнение запорно-регулирующей арматуры и предохранительной арматуры в ресивере пускового воздуха в виде единой клапанной головки повышает удобство эксплуатации устройства, так как все органы управления ресивером расположены с одной стороны (со стороны головки) и не требуется дополнительных зон обслуживания.
При этом выполнение запорно-регулирующей арматуры и предохранительной арматуры в ресивере пускового воздуха в виде единой клапанной головки обеспечивает повышение срока службы устройства, так как каналы, выполненные в корпусе головки, имеют значительно большие толщины стенок по сравнению с соединительными трубопроводами, что увеличивает срок их службы.
Также, выполнение запорно-регулирующей арматуры и предохранительной арматуры в ресивере пускового воздуха в виде единой клапанной головки, позволяет снизить трудоемкость изготовления устройства, за счет исключения трудоемких в изготовлении соединительных трубопроводов между запорно-регулирующей и предохранительной арматурой и общего снижения металлоемкости системы по сравнению с отдельно установленными элементами арматуры, соединенными трубопроводами.