КРИОГЕННАЯ АРМАТУРА
CRYOGENIC VALVING

Изобретение относится к арматуростроению и может быть широко использовано в криогенной технике.
Известна криогенная арматура встроенного типа, выполненная в виде пневмоклапана или регулирующего пневмоклапана, которая устанавливается либо непосредственно внутри криогенного трубопровода, либо в криостате с технологическим оборудованием криогенной установки. (см. Романенко Η.Т. Куликов Ю.Ф.» Криогенная арматура» М.: Машиностроение, 1978 г., стр. 31-33, рис. 23-24).
И хотя указанная арматура значительно упрощает ее монтаж и имеет небольшой теплоприток, она обладает очень существенным недостатком, так как для ее замены в случае возможного отказа в работе требуется, как показал опыт эксплуатации гелиевых криогенных систем их остановки на время от 24 до 48 часов.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является криогенная арматура, содержащая внутренний корпус с седлом и входным и выходным патрубками, наружный кожух, соединенный с внутренним корпусом, шпиндельную группу с клапаном, выполненную в виде штыкового разъема (см. Романенко Н.Т. и Куликов Ю.Ф.» Криогенная арматура» М. Машиностроение, 1978 г, стр. 26-27, рис. 18).
Данная арматура благодаря наличию в ее конструкции штыкового разъема позволяет в случае отказа в ее работе производить замену или ремонт шпиндельной группы, однако продолжительность этой операции также составляет от 4 до 6 часов, а следовательно, прекращения работы криогенной системы.
Цель изобретения - предложить конструкцию криогенной арматуры, которая позволяет минимизировать время ее замены в случае отказа в работе.
Поставленная цель достигается тем, что криогенная арматура, содержащая внутренний корпус с седлом и входным и выходным патрубками, наружный кожух, соединенный с внутренним корпусом, шпиндельную группу с клапаном, выполненную в виде штыкового разъема, состоит из двух корпусов, при этом первый корпус выполнен в виде опорного фланца и соединенного с ним цилиндрического днища и двух идентичных штыковых разъема, каждый из которых выполнен из тонкостенной внешней трубки и внутренней трубы, в нижнем конце которой выполнены радиальные отверстия для прохода рабочей среды, при этом верхний конец одной трубы соединен с входным патрубком, а верхний конец другой трубы - с выходным патрубком пневмоклапана, монтируемого в полости корпуса, а кроме того на пневмоклапан и внутренние трубы нанесена изоляция и сама полость корпуса отвакуумирована, а второй корпус выполнен в виде силового фланца и двух идентичных цилиндрических сосудов, каждый из которых состоит из внешнего кожуха и тонкостенной внутренней трубки, внутри которой смонтированы подпружиненный обратный клапан с направляющей втулкой и седло, а также в каждую тонкостенную внутреннюю трубку установлен штыковой разъем, при этом зазор между ними герметизируется от внешней среды с помощью прокладок, выполненных в силовом фланце второго корпуса, и прокладок, уставленных в опорном фланце первого корпуса.
Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся совокупными признаками идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, следовательно, оно соответствует критерию новизна.
На Фиг. 1 изображена конструктивная схема предлагаемой криогенной арматуры.
-3
-4
Криогенная арматура состоит из двух корпусов, при этом первый корпус выполнен в виде опорного фланца 1 и соединенного с ним цилиндрического днища 2 и двух идентичных штыковых разъемов, каждый из которых выполнен из тонкостенной внешней трубки 3 и внутренней трубы 4, в нижнем конце которой выполнены радиальные отверстия 5 для прохода рабочей среды, при этом верхний конец одной трубы 4 соединен с входным патрубком 6, а верхний конец другой трубы 4 - с выходным патрубком 7 пневмоклапана 8, например, встроенный нормально открытого типа, монтируемого в полости 9 корпуса, а кроме того на пневмоклапан 8 и внутренние трубы 4 нанесена изоляция 10 и сама полость 9 корпуса отвакуумирована, а второй корпус выполнен в виде силового фланца 11 и двух идентичных цилиндрических сосудов, каждый из которых состоит из внешнего кожуха 12 и тонкостенной внутренней трубки 13, внутри которой смонтированы обратный клапан 14с пружиной 15, направляющая втулка 16 с отверстиями 17 и седло 18, а также в каждую тонкостенную внутреннюю трубку 13 установлен штыковой разъем, при этом зазор между ними герметизируется от внешней среды с помощью прокладок 19, выполненных в силовом фланце 11 второго корпуса, и прокладок 20, установленных в опорном фланце 1 первого корпуса. Соединение опорного фланца 1 и силового фланца 11 выполняется с помощью болтового соединения 21. Подача управляющего газа в пневмоклапан 8 производится по трубке 22 от системы пневмоуправления (на черт. не показана), а вакуумирование полости 9 до давления порядка 1×10-1×10 мм рт.ст. выполняется через клапан 23. Смена атмосферы в криогенной арматуре осуществляется с помощью клапана 24 и трубки 25, соединенной с выходным патрубком 7 пневмоклапана 8. Концы внешних кожухов 12и тонкостенных внутренних трубок 13 привариваются при монтаже криогенной арматуры к соответствующим наружным кожухам и внутренним трубам криогенного трубопровода (на черт. не показан).
-3
-4
Ниже приводится описание работы криогенной арматуры в процессе рабочей эксплуатации и порядок замены в случае ее отказа. На чертеже фиг. 1 отражено положение криогенной арматуры, когда внешние кожуха 12 и тонкостенные внутренние трубки 13 цилиндрических сосудов второго корпуса приварены к внешним кожухам и внутренним трубам криогенного трубопровода (на черт. не показан) и когда через нее идет расход рабочей криогенной среды в направлении ее подачи под нормально открытый пневмоклапана 8, через отверстия 17 в направляющей втулке 16, радиальные отверстия 5 во внутренней трубе 4, соединенной с входным патрубком 6 пневмоклапана 8, через выходной патрубок 7, соединенную с ним внутреннюю трубу 4, радиальные отверстия 5 и отверстия 17, сделанные в направляющей втулке 16, при этом обратные клапаны 14 находятся в открытом положении, отжатые от седел 18 внутренними трубами 4. Для прекращения расхода рабочей криогенной среды из системы пневмоуправления подается управляющее давление и пневмоклапан 8 закрывается. Для уменьшения теплопритока к криогенной рабочей среде на наружные поверхности пневмоклапана 8 и внутренних труб 4 нанесена теплоизоляция 10 в виде многослойной стеклоткани, а внешние трубы 3 и внутренние трубки 13 выполнены тонкостенными из нержавеющей стали Х18Н10Т. В процессе эксплуатации криогенной арматуры возможно появление изморози на поверхности цилиндрического днища 2, что свидетельствует об ухудшении вакуума в полости 9 первого корпуса. В этом случае через клапан 23 с помощью передвижного вакуумного агрегата (на черт. не показан) производят восстановление вакуума в полости 9 до рабочего давления 1×10-1×10 мм рт.ст. В тоже время в процессе работы криогенной арматуры могут возникнуть отказы в ее работе, например, аварийная потеря вакуума в полости 9, потеря герметичности в затворе пневмоклапана 8 или в худшем случае в сильфонном его узле, устранить которые можно только путем замены первого корпуса, с расположенным в нем пневмоклапаном 8. Для выполнения указанной операции в первую очередь за счет подачи управляющего давления по трубке 22 закрывают пневмоклапан 8, после чего раскручивают болтовое соединение 21 и поднимают опорный фланец 1 на высоту, гарантирующую посадку обратных клапанов 14 под действием пружин 15 на седла 18. Далее за счет сброса управляющего давления через трубу 22 в систему пнемоуправления (на черт. не показана) переводят пневмоклапан 8 в открытое положение, открывают клапан 24 и через трубку 25 понижают давление рабочей среды во внутренних трубах 4 до атмосферного, отсоединяют трубку 22 от системы пневмоуправления и вынимают первый корпус из второго корпуса. Берут идентичный готовый к работе первый корпус и вставляют через прокладки 19 штыковые разъемы первого корпуса в тонкостенные внутренние трубки 13 второго корпуса, не доводя внутренние трубы 4 до соприкосновения с обратными клапанами 14, после чего через клапан 24 методом полоскания (от 3х до 5 раз) производят замену воздушной среды во всех полостях до закрытых обратных клапанов 14 на рабочую среду от баллона с рабочей средой (на черт. не показан). После замены воздушной среды подключают трубку 22 к системе пневмоуправления и закрывают пневмоклапан 8 путем подачи управляющего давления через трубку 22, а далее опускают опорный фланец 1 с цилиндрическим днищем 2 и прокладками 20 до соприкосновения с силовым фланцем 14, в результате чего обратные клапана 14 открываются. Далее производят затяжку болтовых соединений 21, сбрасывают управляющее давление из пневмоклапана 8 через трубку 22 в систему пневмоуправления, что приводит к переходу пневмоклапана 8 открытое положение и возобновлению расхода криогенной рабочей среды через криогенную арматуру. Проведенные испытания на опытном образце показали, что время полного цикла по замене и восстановлению работоспособности, предлагаемой конструкции криогенной арматуры составляет не более 40 минут, что почти на порядок меньше при замене аналогичной типовой конструкции криогенной арматуры с одним штыковым разъемом. Таким образом, предлагаемые технические решения, отраженные в описании изобретения, позволяют обеспечить поставленную цель.
Сравнение существенных признаков предлагаемого и уже известных решений дает основание считать, что предлагаемое техническое решение отвечает критериям «изобретательский уровень» и « промышленная ПРИМЕНЯЕМОСТЬ».