КЛАПАН ЗАПОРНЫЙ ДЛЯ ВАГОНА-ЦИСТЕРНЫ

Полезная модель относится к запорно-предохранительным устройствам, устанавливаемых на вагонах-цистернах, предназначенных для безопасного хранения и перевозки сжиженных углеводородных газов и легкого углеводородного сырья, и может быть использована для проведения сливо-наливных операций.
Известно запорное устройство для контейнера-цистерны, включающее внутренний запорный клапан, наружный запорный клапан и дополнительный запорный клапан с независимыми органами управления, при этом внутренний запорный клапан содержит запорный орган в виде тарелей, соединенных с установленным во втулке штоком, нагруженным двумя пружинами, расположенными между втулкой и седлом одной из тарелей и между втулкой и головкой штока, установленной в области рабочего контакта с кулачком, закрепленным на шпинделе, жестко связанным с рукояткой привода и установленным в смонтированной на корпусе втулке, наружный запорный клапан снабжен элементами привода в виде рукоятки со шпинделем, установленным в смонтированной на корпусе втулке и соединенным с шаровым запорным органом, размещенным в седлах, дополнительный запорный клапан выполнен в виде заглушки, при этом корпус запорного устройства снабжен фланцем для подсоединения к контейнеру-цистерне, кроме того на корпусе устройства выполнена кольцевая проточка, элементы приводов устройства, находящиеся в рабочем контакте со средой, снабжены сальниковыми уплотнениями со стороны внутренней полости. (Патент RU №2154217 С1, МПК F16K 27/07, приоритет от 10.01.2000, опубл. 10.08.2000).
Известен запорный клапан для контейнера-цистерны, наиболее близкий по совокупности существенных признаков, включающий установленные в корпусе внутренний запорный орган, наружное запорное устройство и дополнительный запорный орган с независимыми ручными приводами управления, при этом внутренний запорный орган состоит из основного, подпружиненного на открытие и пилотного, подпружиненного на закрытие и соосно соединенного со штоком, взаимодействующим с механизмом преобразования вращательного движения привода в поступательное движение штока, наружное запорное устройство в виде шара, установленного в седлах и соединенного со шпинделем ручного привода, дополнительный запорный орган в виде патрубка с заглушкой, при этом корпус запорного клапана снабжен фланцем для подсоединения к контейнеру-цистерне, кроме того на корпусе устройства выполнена кольцевая проточка, элементы приводов устройства, находящиеся в рабочем контакте со средой, снабжены сальниковыми уплотнениями со стороны внутренней полости (Патент RU №2289052 С2, МПК F16K 27/07 (2006.01), F16K 39/02 (2006.01), F16K 31/52 (2006.01), опубл. 10.12.2006).
Однако, наличие резьбы на патрубках для крепления заглушки дополнительного запорного органа, приводит, по мере его эксплуатации, к изнашиванию резьбового соединения, образованию зазоров и возникновению протечек, в результате чего степень герметизации снижается, что не безопасно при проведении сливо-наливных работ по заполнению цистерны сжиженным углеводородным газом, а также в случае несанкционированного нагружения или ударных воздействий. При этом, наличие резьбы на патрубке и расположение осей всех трех запорных клапанов соосно с осью корпуса, исключает возможность присоединения его к оборудованию с шарнирно-винтовым прижимом, установленному на эстакадах. Для подсоединения к трубопроводу требуется применение соответствующего переходника.
Задачей предлагаемой полезной модели является сохранении высокой степени герметизации во время проведения сливо-наливных операций сжиженным углеводородным газом и легкого углеводородного сырья, а также в случае несанкционированного нагружения и ударных воздействиях.
Поставленная задача достигается тем, что клапан запорный для вагона-цистерны, содержащий сборный корпус, состоящий из скрепленных между собой двух корпусов, в которых расположены с независимыми органами управления внутренний запорный орган, наружное запорное устройство и дополнительный запорный орган, при этом наружное запорное устройство снабжено шаровым затвором, размещенным в седлах и соединенным посредством штока с рукояткой, внутренний запорный орган содержит размещенный перпендикулярно его оси шток с рукояткой на одном конце и эксцентриковый кулачок на другом, взаимодействующий со штоком, соосно установленным в корпусе и нагруженным пружинами и золотником с затвором с возможностью перекрытия отверстие корпуса, дополнительный запорный орган выполнен в виде заглушки, перекрывающей выходное отверстие корпуса, при этом корпус запорного клапана снабжен фланцем для подсоединения к вагону-цистерне, кроме того на корпусе клапана выполнена кольцевая проточка, элементы приводов запорного клапана, находящиеся в рабочем контакте со средой, снабжены сальниковыми уплотнениями со стороны внутренней полости, согласно полезной модели, дополнительный запорный орган расположен перпендикулярно оси корпуса клапана, при этом ось выходного отверстия дополнительного запорного органа проходит через центр шарового затвора наружного запорного устройства.
Расположение дополнительного запорного устройства перпендикулярно оси клапана запорного и снабжение его сальниковым уплотнением, размещенным в пазу запорного органа, ось выходного отверстия которого проходит через центр шарового затвора наружного запорного устройства обеспечивает возможность исключить протечки при подсоединении его непосредственно к оборудованию с шарнирно-винтовым прижимом, установленному на эстакадах, что обеспечивает выполнение сливо-наливных работ с высокой степенью герметизации, даже в случае несанкционированного нагружения и ударных воздействий.
Снабжение выходного отверстия дополнительного запорного органа сальниковым уплотнением, размещенным в пазу запорного органа, обеспечивает возможность подсоединения его к установленному на эстакадах оборудованию с шарнирно-винтовым прижимом без дополнительного переходника, тем самым обеспечивается высокая степень герметизации во время заполнения цистерны сжиженным углеводородным газом.
Дополнительное запорное устройство присоединяется к трубопроводу посредством шарнирно-винтового прижима по типу «шип-паз», при этом уплотнительная прокладка, расположенная в пазу выходного отверстия дополнительного запорного органа (что видно на фигуре), при подсоединении его к трубопроводу исключает возникновение зазоров во время проведения сливо-наливных работ за счет того, что прокладка плотно прижата к поверхности трубопровода, что и создает высокую степень герметизации.
Предлагаемый клапан запорный для вагона-цистерны иллюстрируется чертежом, на котором показан его общий вид.
Клапан запорный выполнен сборным, состоит из двух корпусов 1 и 2, включающих наружное запорное устройство в виде шарового крана, внутренний запорный клапан тарельчатого типа и дополнительное запорное устройство в виде заглушки.
Наружное запорное устройство установлено в корпусе 2 и представляет собой шаровой кран, включающий шаровой затвор (шар) 4, размещенный в седлах 5. Шар 4 соединен со штоком 6 с рукояткой 7. Шток 6 снабжен сальниковыми кольцами 8 для исключения протечек.
Внутренний запорный клапан тарельчатого типа расположен в корпусе 1 и содержит размещенный в полости «Г» перпендикулярно его оси шток 9 с рукояткой 10 на одном конце и эксцентриковым кулачком 11 на другом конце. Кулачок 11 контактирует со штоком 12, соосно установленным в корпусе 1. Шток 12 нагружен двумя пружинами 13 и 14 и снабжен золотником 15 с тарельчатым затвором 16 с уплотнительной прокладкой, закрывающей отверстие корпуса 1. Шток 9 снабжен сальниковыми кольцами 17, исключающими протечки из корпуса 1.
Дополнительное запорное устройство состоит из заглушки 18 с уплотнительной прокладкой 19, перекрывающей выходное отверстие в корпусе 2. Ось наружного запорного устройства соосна с осью внутреннего запорного клапана и корпуса клапана в целом. Ось выходного отверстия дополнительного запорного устройства с заглушкой 18 перпендикулярна оси наружного запорного устройства и проходит через центр шара 4. Корпус 1 снабжен присоединительным фланцем 20, которым клапан крепится к фланцу вагона-цистерны (цистерны) 21. Внутренний запорный клапан расположен внутри вагона-цистерны 21 и защищен ее стенками от внешних механических воздействий. На цилиндрической части корпуса 1 за присоединительным фланцем 20 выполнена кольцевая проточка 22, ослабляющая прочность корпуса клапана запорного и определяющая место разрушения корпуса в аварийных ситуациях, а также служащая для предохранения от выброса рабочей среды из внутренней полости вагона-цистерны 21 при разрушении корпуса клапана. Фланцы 3 корпусов 1 и 2 скреплены между собой посредством гаек 23.
Клапан работает следующим образом.
Для сборки клапана запорного для вагона-цистерны 21 производят сначала раздельно сборку внутреннего запорного клапана и наружного запорного устройства. При сборке внутреннего запорного клапана на корпусе 1 выполняют кольцевую проточку 22, затем в осевое отверстие корпуса 1 устанавливают шток 12 с пружинами 13 и 14. Сверху на штоке 12 размещают затвор тарельчатый 16 с уплотнительной прокладкой, золотник 15 и закрепляют, например, гайкой. В боковое отверстие корпуса 1 устанавливают шток 9 с эксцентриковым кулачком 11, предварительно разместив сальниковые кольца 17. На штоке 9 закрепляют рукоятку 10.
Для сборки наружного запорного устройства шар 4 устанавливают в седла 5 и размещают их в отверстии корпуса 2. На выходное отверстие устанавливают заглушку 18 с уплотнительной прокладкой 19 и крышку с противоположной от заглушки 18 стороны. Затем шток 6 с сальниковыми кольцами 8 устанавливают в осевое отверстие корпуса 2, совместив оси клапана запорного и штока 6, и закрепляют гайкой. На штоке 6 закрепляют рукоятку 7. Затем, совместив оси внутреннего запорного клапана и наружного запорного устройства, соединяют фланцы 3 и скрепляют их гайками 23. После сборки клапан запорный устанавливают на вагон-цистерну 21, при этом внутренний запорный клапан располагают внутри вагона-цистерны 21 и соединяют его с ним посредством фланца 20. В исходном состоянии все запорные органы перекрывают проход среды через клапан. Разборку клапана запорного производят в обратной последовательности.
Для слива заполненной цистерны золотник 15 и тарельчатый затвор 16 закрыты. Давление во внутренней полости вагона-цистерны 21 превышает давление в полости «Г» клапана. Разность давлений в полостях цистерны 21 и клапана приводит к возникновению силы, прижимающей золотник 15 к тарельчатому затвору 16, а затвор 16 - к корпусу 1. Поворачивают рукоятку 10, при этом происходит вращение штока 9 с эксцентриковым кулачком 11 на конце. Эксцентриковый кулачок 11 приводит в движение шток 12. Шток 12, сжимая пружины 13 и 14 и преодолевая силу, вызванную разностью давлений во внутренней полости цистерны 21 и в полости «Г», открывает золотник 15. В образовавшийся кольцевой зазор между золотником 15 и затвором 16 устремляется рабочая среда (сжиженный углеводородный газ или легкое углеводородное сырье), которая попадает во внутреннюю полость «Г» клапана. Снимают заглушку 18 и поворотом рукоятки 7 поворачивают шаровой затвор 4 наружного запорного устройства до совмещения отверстий шарового затвора 4 с полостью «Г» клапана и с дополнительным запорным устройством. Рабочая среда устремляется в магистраль, подсоединенную к дополнительному запорному устройству с помощью шарнирно-винтового прижима (не показано). При этом разность давлений во внутренней полости цистерны 21 и в полости «Г» уменьшается, сжатая пружина 13 разжимается и открывает затвор 16, одновременно закрывая золотник 15. Происходит слив рабочей среды из цистерны 21. Если не удерживать рукоятку 10 в положении «открыто», пружина 14 закрывает золотник 15 и затвор 16, а рукоятка 10 возвращается в исходное положение «закрыто». Поэтому при сливе рабочей среды из цистерны 21, рукоятку 10 фиксируют в положении «открыто» с помощью специального устройства (управления дистанционного), закрепленного на неподвижной опоре, не принадлежащей цистерне 21 (не показано).
Для заполнения цистерны 21 снимают заглушку 18 дополнительного запорного устройства, рукояткой 7 поворачивают шаровой затвор 4, совмещая отверстия шарового затвора 4 с отверстием дополнительного запорного устройства, и открывают наружное запорное устройство. Если давление во внутренней полости цистерны 21 существенно меньше, чем в магистралях, подающих рабочую среду, то сила, действующая на затвор 16, вызванная разностью давлений даже в положении рукоятки 10 «закрыто», может преодолеть сопротивление пружины 14 и открыть затвор 16, впуская рабочую среду внутрь цистерны 21. По мере выравнивания давления во внутренней полости цистерны 21 и полости «Г» магистрали, пружина 14 разжимается и закрывает затвор 16. Дальнейшее заполнение цистерны 21 возможно только при повороте рукоятки 10 в положение «открыто». Вращение штока 9 с эксцентриковым кулачком 11 на конце приводит в движение шток 12. Шток 12 сжимает пружины 13 и 14 и открывает затвор 16. Если не удерживать рукоятку 10 в положении «открыто», пружина 14 разжимаясь, перемещает шток 12, затвор 16 закрывается и прекращается доступ рабочей среды в цистерну 21. Рукоятка 10 придет в исходное положение «закрыто». Поэтому при заполнении цистерны 21 рукоятку 10 фиксируют в положение «открыто» с помощью специального устройства (управления дистанционного), закрепленного на неподвижной опоре, не принадлежащей цистерне 21 (не показано).
В случае обрыва или разгерметизации магистралей рабочей среды при нормальном ходе операций по наливу или сливу рабочей среды рукоятку 10 фиксируют в положении «открыто» также с помощью управления дистанционного (не показано), закрепленного на неподвижной опоре, не принадлежащей цистерне. При внезапной разгерметизации или обрыве магистрали (шлангов или трубопроводов, подводящих рабочую среду) в полости «Г» клапана резко падает давление. Сила, действующая на затвор 16, преодолевает сопротивление пружины 13 и закрывает затвор 16. Рабочая среда продолжает поступать в небольшом количестве из внутренней полости цистерны 21 в полость «Г» клапана через кольцевой зазор между золотником 15 и затвором 16. Для полного прекращения поступления рабочей среды в полость «Г» клапана освобождают рукоятку 10 от удержания, после чего пружина 14 разжимается и перемещает шток 12, золотник 15 закрывается, а рукоятка 10 переходит в исходное положение «закрыто».
При нормальном ходе операций по наливу или сливу рабочей среды рукоятку 10 фиксируют в положении «открыто» с помощью управления дистанционного, закрепленного на неподвижной опоре, не принадлежащей цистерне 21 (не показано). При случайном движении цистерны 21 или попадании ее в зону огня происходит освобождение рукоятки 10 за счет механического разрушения или перегорания каната управления дистанционного (не показано). Сила, возникшая при сжатии пружины 14, перемещает шток 12, затвор 16 закрывается, прекращая поступление рабочей среды в полость клапана. Рукоятка 10 приходит в исходное положение «закрыто».
При несанкционированном нагружении и ударных воздействиях на наружную часть клапана запорного, происходит разрушение его корпуса по кольцевой проточке 22, при этом внутренний запорный клапан вместе с фланцем 20 и затвором 16 остается на цистерне 21, препятствуя выходу рабочей среды из цистерны 21.
Таким образом, предлагаемый клапан запорный обеспечивает возможность слива сжиженного газа и из вагона-цистерны. Клапан оснащен запорно-предохранительным и запорно-скоростным устройством, отвечающим требованиям правил перевозки опасных грузов. Клапан прост в работе и обслуживании. Впервые на предлагаемый клапан разработана конструкторская документация, технические условия, руководство по эксплуатации и программа испытаний. Клапан изготовлен, прошел испытания и поставлен на железнодорожные вагоны-цистерны проведения сливо-наливных операций сжиженного газа и легкого углеводородного сырья. Конструкция клапана обеспечивает высокую степень герметизации во время проведения сливо-наливных операций, а также в случае несанкционированного нагружения и ударных воздействиях на него.