КРЫШКА БЕЗОПАСНОСТИ
SAFETY HEAD

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Эта заявка претендует на преимущества предварительной заявки США № 61/573,126, поданный 8 сентября 2011 г. Джоном Томаско и др. под названием "КРЫШКА БЕЗОПАСНОСТИ", описание которой явным образом включено в данный документ посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение, в общем, относится к поддерживающей конструкции и к связанному с ней способу установки устройства-вставки между фланцами с креплением на болтах. В частности, настоящее изобретение относится к приспособлению в виде крышки безопасности, которое может быть герметично зажато между фланцами с креплением на болтах.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Существует ряд устройств-вставок, предназначенных для установки в системе, работающей под давлением. Типичные устройства-вставки могут включать в себя устройства для сброса давления, такие как клапаны и разрывные диски. Устройства сброса давления могут быть выполнены с возможностью выпуска текучей среды под давлением из одной части системы, работающей под давлением, в ответ на опасную ситуацию, обусловленную возникновением избыточного давления. Другие типичные устройства-вставки включают в себя датчики и измерительное оборудование. Как правило, устройство-вставка может быть установлено в системе, работающей под давлением, между двумя парными фланцами, которые крепятся один к другому с помощью фланцевых болтов.
В области техники, связанной с системами, работающими под давлением, существует ряд различных схем размещения фланцевых болтов для труб данного номинального размера. В качестве примера, для труб данного номинального размера могут требоваться различные схемы размещения болтов в соответствии с требованиями каждого из стандартов Американского национального института стандартов ("ANSI"), Американского общества инженеров-механиков ("ASME"), Немецкого института по стандартизации ("DIN") и Японских промышленных стандартов ("JIS"). Кроме того, для труб данного номинального размера и/или стандарта требуются различные схемы размещения болтов для различных номинальных давлений. Поэтому представляется целесообразным обеспечение возможности монтажа устройства-вставки в системах, работающих под давлением, с множеством схем размещения фланцевых болтов по принципу взаимозаменяемости.
r
Характеристики устройства-вставки определяются двумя основными факторами: обеспечением требуемого совмещения в системе, работающей под давлением, и обеспечением требуемого уплотнения в системе, работающей под давлением. Во-первых, если устройство-вставка представляет собой разрывной диск, например, представляется целесообразным максимально возможное совмещение этого разрывного диска с центром канала потока текучей среды системы, работающей под давлением. Центрирование или совмещение разрывного диска позволяет стабилизировать гидравлическое сопротивление (K) в случае разрывания разрывного диска, которое по желанию повышает (или иначе оптимизирует или стабилизирует) скорость, с которой текучая среда под избыточным давлением может выходить из системы. Во-вторых, для любого устройства-вставки обеспечение требуемого уплотнения позволяет предотвратить утечку текучей среды в окружающее пространство.
В устройстве-вставке одного типа требуемое совмещение обеспечивается за счет использования фланцевого переходника. Устройство-вставка может быть совмещено с фланцевым переходником, который, в свою очередь, выполнен с возможностью совмещения с набором фланцевых болтов. В оптимальном варианте фланцевый переходник выполнен с возможностью установки ряда видов болтов для трубы одного и того же номинального размера. Один фланцевый переходник, характеризующийся этим признаком, представлен в совместной заявке на патент США № 10/936,761, полное содержание которой включено в данный документ посредством ссылки.
Известные фланцевые переходники могут обнаруживать недостатки при уплотнении в системе, работающей под давлением. Качество уплотнения фланцевого переходника зависит в значительной степени от значений крутящего момента, прикладываемого к фланцевым болтам. Монтажник может не иметь нужных инструментов или опыта для прикладывания оптимального крутящего момента к фланцевым болтам; и поэтому на практике многие устройства-вставки не обеспечивают оптимального уплотнения в результате неправильно проведенного монтажа. Кроме того, уплотнение фланцевого переходника может зависеть от совмещения парных фланцев, между которыми это устройство-вставка устанавливается. Например, такие факторы, как перпендикулярность, параллельность и концентричность сопрягаемых поверхностей, могут влиять на размещение уплотнения между устройством-вставкой (например, разрывным диском) и держателем этого устройства-вставки, а также на размещение уплотнения между этим держателем и парными фланцами. На практике точное совмещение двух парных фланцев одного с другим достигается в редких случаях. Фланцевый переходник или устройство-вставка, установленное между такими рассовмещенными фланцами, не может обеспечивать оптимального уплотнения.
Устройство-вставка другого типа может быть установлено в системе, работающей под давлением, с помощью поддерживающего устройства или крышки безопасности в сборе. Поддерживающее устройство может включать в себя впускной поддерживающий элемент и выпускной поддерживающий элемент. Сборочные болты удерживают эти два поддерживающих элемента с устройством-вставкой, размещенной между этими элементами, в виде единой конструкции. Поддерживающее устройство и устройство-вставка устанавливаются между двумя парными фланцами, которые соединяются один с другим с помощью набора болтов для парных фланцев. Поддерживающее устройство может быть выполнено с возможностью совмещения с устройством-вставкой, размещенным должным образом между фланцевыми болтами. Кроме того, монтаж поддерживающего устройство может осуществляться по принципу взаимозаменяемости с использованием наборов фланцевых болтов, соответствующих различному номинальному давлению и нормам проектирования, специально для труб, имеющих один и тот же номинальный размер. Одно типичное поддерживающее устройство раскрыто в совместном патенте США № 4,751,938 ("патент '938"), полное содержание которого включено в данный документ посредством ссылки.
На практике два поддерживающих элемента зачастую совмещаются один с другим более точно, чем два парных фланца. Таким образом, устройство-вставка, установленное в поддерживающем устройстве, может обеспечивать более высокое качество уплотнения, чем при монтаже непосредственно между двумя (потенциально рассовмещенными) парными фланцами. Для обеспечения требуемого совмещения устройства-вставки в поддерживающем устройстве это поддерживающее устройство может поставляться конечному пользователю в предварительно собранном виде. При такой предварительной сборке поддерживающие элементы соединяются болтами один с другим без затягивания, а устройство-вставка размещается должным образом между этими элементами. Таким образом, конечный пользователь должен только установить предварительно собранное устройство между двумя парный фланцами. Уплотнение устройства-вставки в предварительно собранном виде в поддерживающем устройстве и системе, работающей под давлением, осуществляется под действием крутящего момента, прикладываемого к фланцевым болтам.
Известное поддерживающее устройство, при изготовлении которого в качестве материалов, работающих в контакте окружающей средой, могут быть использованы материалы высокой стоимости. Выбор материала высокой стоимости может быть обусловлен его температурной устойчивостью, способностью противостоять коррозии и магнитной проницаемостью. Большие расходы на материалы обусловливают целесообразность снижения количество используемого материала.
Более высокое качество уплотнения поддерживающее устройство может также обеспечивать при поставке пользователю в собранном виде с предварительным затягиванием. При предварительном затягивании сборочные болты затягиваются с использованием крутящего момента оптимального уровня для обеспечения уплотнения устройства-вставки в этом поддерживающем устройстве. Затягивание болтов с использованием крутящего момента этого оптимального уровня может осуществляться поставщиком или производителем или пользователем до монтажа поддерживающего устройства и устройства-вставки для приведения в рабочее состояние. При монтаже поддерживающего устройства в собранном состоянии с предварительным затягиванием между двумя парными фланцами в системе, работающей под давлением, качество уплотнения устройства-вставки практически не зависит от уровней крутящего момента, прикладываемого к фланцевым болтам. Таким образом, для обеспечения оптимального качества уплотнения конечному пользователю не требуется наличия навыков или опыта для приложения крутящего момента точного уровня к фланцевым болтам.
В известном поддерживающем устройстве отсутствует такой признак, как возможность визуального доступа к сборочным болтам поддерживающего устройства или регулирования их положения после монтажа. Один пример поддерживающего устройства включает в себя сборочные болты, которые проходят вертикально через один поддерживающий элемент в другой через ряд сквозных отверстий. Эти сквозные отверстия могут быть снабжены фаской, расточкой или с любым другим углублением (полученным в результате машинной или иной обработки), которые скрывают сборочные болты. Как показано на фиг. 3, в патенте '938 поддерживающие элементы могут располагаться практически заподлицо один с другим. Такое расположение препятствует визуальному доступу пользователя к резьбе любых сборочных болтов между поддерживающими элементами. Таким образом, пользователь не может проверить наличие сборочных болтов в поддерживающей сборке после монтажа в случае, когда такая проверка может указывать на правильность монтажа поддерживающей сборки. Также,  как показано на фиг. 3, в патенте '938 парные фланцы могут быть полностью закрыты верхней и нижней поверхностями поддерживающей сборки, и, таким образом, препятствовать визуальному или физическому доступу пользователя к головкам сборочных болтов. Таким образом, пользователь не имеет ни возможности проверки наличия сборочных болтов, ни возможности регулирования уровня крутящего момента, прикладываемого к сборочным болтам.
Проблемы в известном поддерживающем устройстве могут также возникать в случае демонтажа поддерживающего устройства из промежутка между парными фланцами системы. Например, невозможность обеспечения легкости и безопасности смещения парных фланцев в системе труб неподвижного крепления или в системе с тяжелыми трубами обусловлена номинальным диаметром и/или длиной этих труб. Таким образом, появляется необходимость в поддерживающем устройстве, в котором снятия всех болтов парных фланцев для демонтажа и/или монтажа поддерживающего устройства не требуется.
Дополнительным признаком, отсутствующим в известном поддерживающем устройстве, является срок службы и универсальность при использовании в условиях коррозии или других неблагоприятных условиях окружающей среды. Зачастую рабочие среды системы, работающей под давлением, отличаются высокой реактивностью и способностью вызывать коррозию или эрозию компонентов системы. Внутренний канал впускного поддерживающего элемента зачастую может вступать в контакт с этими рабочими средами, способными вызывать эрозию или ухудшение состояния впускного поддерживающего элемента. Для обеспечения возможности использования впускного поддерживающего элемента в такой агрессивной среде этот элемент должен быть изготовлен из дорогого коррозионно- и/или термостойкого материала. Кроме того, может требоваться частая замена впускного поддерживающего элемента по мере его коррозии или эрозии.
В другом примере уплотнение известного поддерживающего устройства с устройством-вставкой может обеспечиваться с помощью вставного уплотнения. Вставное уплотнение включает в себя выступающий участок, выполненный с возможностью врезки или "вставки" в устройство-вставку при прижатии компонентов поддерживающей сборки одного к другому. Вставное уплотнение является более эффективным, чем уплотнение, качество которого определяется исключительно давлением, прикладываемым к устройству-вставке. В известном поддерживающем устройстве вставное уплотнение образует неотъемлемую часть одного из поддерживающих элементов. Такая конструкция страдает от многочисленных недостатков. Во-первых, в некоторых поддерживающих устройствах вставное уплотнение должно быть изготовлено из очень твердых и очень дорогих материалов. Поэтому в случае, когда вставное уплотнение является неотъемлемой частью поддерживающего элемента, возникает необходимость изготовления всего поддерживающего элемента из очень твердого и очень дорогого материала, что приводит к увеличению стоимости материалов для поддерживающего устройства. Кроме того, существует возможность повреждения вставного уплотнения в процессе доставки, монтажа или повторного использования. Такое повреждение может приводить к возникновению вмятин или перегибов. Поврежденное вставное уплотнение приводит к ухудшению качества уплотнения с устройством-вставкой; и поэтому такое поврежденное вставное уплотнение должно быть заменено. В известном устройстве замена вставного уплотнения требует замены всего поддерживающего элемента, что приводит к увеличению стоимости ремонта поддерживающего устройства.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод о существовании необходимости в поддерживающем устройстве или в крышке безопасности в сборе для обеспечения возможности сокращения использования материалов при сохранении или повышении функциональности известного поддерживающего устройства или крышки безопасности в сборе. Существует также необходимость в поддерживающем устройстве или в крышке безопасности в сборе для обеспечения требуемого совмещения и уплотнения устройства-вставки в системе, работающей под давлением. Существует также необходимость в крышке безопасности в сборе, обеспечивающей возможность визуального доступа к сборочным болтам и регулирования их положения при монтаже крышки безопасности в сборе в системе, работающей под давлением. Кроме того, существует необходимость в крышке безопасности в сборе с повышенной эрозионной или коррозионной стойкостью при сниженной стоимости материалов. Существует также необходимость в крышке безопасности в сборе с вставным уплотнением, замена которого может осуществляться при низких затратах. Кроме того, существует необходимость в способе монтажа и регулирования положения крышки безопасности в сборе, обеспечивающем повышение качества совмещения и уплотнения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Прилагаемые чертежи, включенные в данное описание и составляющие его часть, иллюстрируют несколько вариантов осуществления и вместе с описанием служат для раскрытия особенностей изобретения.
Фиг. 1 - вид в изометрии, иллюстрирующий вариант осуществления крышки безопасности в сборе, рассматриваемый в описании изобретения;
Фиг. 2А - вид сверху, иллюстрирующий выпускную крышку безопасности для варианта осуществления крышки безопасности в сборе, представленной на фиг. 1;
Фиг. 2В - вид сбоку, иллюстрирующий профиль крышки безопасности в сборе согласно настоящему изобретению;
Фиг. 2С - вид сбоку, иллюстрирующий профиль известной крышки безопасности в сборе;
Фиг. 2D и 2Е - виды, иллюстрирующие крышку безопасности согласно настоящему изобретению, с наложением на профиль известной крышки безопасности для демонстрации экономии материала, достигаемой при использовании крышки безопасности согласно настоящему изобретению;
Фиг. 3 - детализированный вид сверху выпускной крышки безопасности на фиг. 2А, иллюстрирующий выступ волнообразной формы;
Фиг. 4А-4С - детализированные виды сверху, иллюстрирующие расположение выступа выпускной крышки безопасности, представленной на фиг. 2А, имеющего волнообразную форму, с примыканием к болтам при различных схемах размещения болтов;
Фиг. 4D - вид, иллюстрирующий процесс проектирования поверхности волнообразной формы с постепенно меняющимся радиусом кривизны согласно настоящему изобретению;
Фиг. 5А-5В - виды сверху, иллюстрирующие первое и второе положения выпускной крышки безопасности, представленной на фиг. 2А, при монтаже в системе, работающей под давлением, с использованием четырех болтов для фланцевого соединения труб;
Фиг. 6А-6В - виды сверху, иллюстрирующие первое и второе положения выпускной крышки безопасности, представленной на фиг. 2А, при монтаже в системе, работающей под давлением, с использованием восьми болтов для фланцевого соединения труб;
Фиг. 7 - вид в разрезе, иллюстрирующий крышку безопасности в сборе, представленную на фиг. 1, включающую в себя разрывной диск прогибом в обратном направлении и элемент-вставку крышки безопасности;
Фиг. 8 - детализированный вид в разрезе, иллюстрирующий крышку безопасности в сборе, представленную на фиг. 1, для демонстрации вставного уплотнения элемента-вставки крышки безопасности;
Фиг. 9 - вид в изометрии крышки безопасности в сборе, представленной на фиг. 1, в разобранном состоянии, включающей в себя элемент-вставку крышки безопасности;
Фиг. 10 - вид в разрезе крышки безопасности в сборе, включающей в себя впускную крышку безопасности с вставкой крышки безопасности;
Фиг. 11 - вид в разрезе крышки безопасности в сборе, включающей в себя впускную крышку безопасности с вставкой крышки безопасности и выпускную крышку безопасности с вставкой крышки безопасности;
Фиг. 12 - вид в разрезе, иллюстрирующий другой вариант осуществления крышки безопасности в сборе, включающей в себя впускную крышку безопасности с вставкой крышки безопасности и выпускную крышку безопасности с вставкой крышки безопасности;
Фиг. 13 - вид в разрезе, иллюстрирующий еще один вариант осуществления крышки безопасности в сборе, включающей в себя впускную крышку безопасности с вставкой крышки безопасности и выпускную крышку безопасности с вставкой крышкой безопасности;
Фиг. 14 - вид в разрезе крышки безопасности в сборе, включающей в себя трубку для датчика в выпускной крышке безопасности;
Фиг. 15 - вид в разрезе крышки безопасности в сборе, вставку впускной крышки безопасности и вставку выпускной крышки безопасности, иллюстрирующий использование прокладок;
Фиг. 16 - вид впускной крышки безопасности с отверстиями для штифтов;
Фиг. 17 - вид впускной крышки безопасности с приливами и отверстиями для штифтов;
Фиг. 18 - вид выпускной крышку безопасности;
Фиг. 19 - вид выпускной крышки безопасности с выступающими опорными поверхностями;
Фиг. 20 - вид, иллюстрирующий вариант осуществления собранной крышки безопасности в сборе;
Фиг. 21 - вид, иллюстрирующий другой вариант осуществления собранной крышки безопасности в сборе, представленной в разрезе;
Фиг. 22 - вид, иллюстрирующий вариант осуществления крышки безопасности треугольной формы;
Фиг. 23 - вид, иллюстрирующий вариант осуществления крышки безопасности сборе, в котором впускная крышка безопасности и выпускная крышка безопасности снабжены периферийными выступами;
Фиг. 24 - вид крышки безопасности в сборе, представленной на фиг. 23, которая снабжена зажимным хомутом;
Фиг. 25 - вид крышки безопасности в сборе, представленной на фиг. 23 и 24, иллюстрирующий зажимной винт;
Фиг. 26 - вид, иллюстрирующий другой вариант осуществления крышки безопасности в сборе с использованием зажимного кольца и зажимного винта;
Фиг. 27 - вид крышки безопасности в сборе с использованием зажимного кольца с частичным вырезом;
Фиг. 28 - вид, иллюстрирующий другой вариант осуществления крышки безопасности в сборе с использованием зажимного кольца, с частичным вырезом;
Фиг. 29 - другой вид крышки безопасности в сборе, представленной на фиг. 28, иллюстрирующий два зажимных винта;
Фиг. 30 - другой вид крышки безопасности в сборе, представленной на фиг. 28 и 29, с использованием зажимного кольца и двух зажимных винтов;
Фиг. 31 - вид, иллюстрирующий крышку безопасности в сборе с использованием зажимного кольца, с частичным вырезом;
Фиг. 32 - вид, иллюстрирующий другой вариант осуществления крышки безопасности в сборе, в котором как впускная крышка безопасности, так и выпускная крышка безопасности снабжена периферийным выступом;
Фиг. 33 - вид сверху крышки безопасности в сборе, представленной на фиг. 32;
Фиг. 34 - вид, иллюстрирующий крышку безопасности в сборе с частичным вырезом.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Ниже приводится подробное описание типичных вариантов осуществления настоящего изобретения на примерах, иллюстрируемых прилагаемыми чертежами.
На фиг. 1 представлена типичная крышка безопасности в сборе согласно настоящему изобретению, в целом обозначенная позицией 100. Фиг. 1 иллюстрирует пример крышку 100 безопасности в сборе, включающую в себя впускную крышку 10 безопасности и выпускную крышку 20 безопасности. Крышка 100 безопасности в сборе может работать в качестве держателя или поддерживающего устройства применительно к любому числу устройств-вставок для размещения в системе с текучей средой под давлением. Монтаж крышки 100 безопасности в сборе в системе, работающей под давлением, осуществляется в результате зажатия между фланцем впускной трубы и фланцем выпускной трубы (не показано). Между фланцем впускной трубы и крышкой безопасности в сборе и/или между крышкой безопасности в сборе и фланцем выпускной трубы могут быть размещены дополнительные уплотняющие мембраны (например, прокладки). Это зажатие достигается за счет прикладывания крутящего момента к фланцевым болтам (обозначенным в целом позициями 200 на фиг. 4А-4С, 201-204 на фиг. 5А-5В и 211-218 на фиг. 6А-6В).
В одном варианте осуществления крышка 100 безопасности в сборе и/или крышки 10, 20 безопасности могут быть выполнены с возможностью сохранения преемственности с предшествующими вариантами устройств-вставок, используемых с предшествующими известными крышками безопасности и крышками безопасности в сборе. Например, крышка 100 безопасности в сборе и/или крышки 10, 20 безопасности могут быть полностью совместимы с существующими разрывными дисками, которые могут быть установлены в современных крышках безопасности в сборе, коммерчески предлагаемых компанией БИЭС энд БИ Сейфити Системс. В дополнительном или в другом варианте изобретения крышка 100 безопасности в сборе и/или крышки 10, 20 безопасности могут быть выполнены с возможностью сохранения преемственности с системами, в которых используются предшествующие известные крышки безопасности и крышки безопасности в сборе. Таким образом, крышка безопасности в сборе согласно настоящему изобретению может быть заменена на предшествующую известную крышку безопасности в сборе без необходимости дополнительных модификаций существующей системы.
Сборка крышки 100 безопасности в сборе, изображенной на фиг. 1, может быть осуществлена при помощи сборочных болтов 30, которые обеспечивают крепление впускной крышки 10 безопасности к выпускной крышке 20 безопасности. Как показано на фиг. 1, между крышками 10, 20 безопасности удерживается разрывной диск 40; однако изобретение допускает возможность удерживания любого числа подходящих устройств-вставок между крышками 10, 20 безопасности. Также предполагается возможность удерживания множества устройств-вставок между 10, 20 крышками безопасности в одной сборке. Как описывается ниже, крышка 100 безопасности в сборе, представленная на фиг. 1, может поставляться в предварительно собранном виде или в собранном виде с предварительным затягиванием. В другом варианте изобретения поставка различных компонентов может осуществляться по отдельности.
В случае, когда крышка 100 безопасности в сборе находится в предварительно собранном виде, например, крепление крышек 10, 20 безопасности одной к другой может осуществляться без герметизации разрывного диска 40 между ними. При поставке крышки 100 безопасности в сборе в таком предварительно собранном виде ответственность за обеспечение герметизации разрывного диска 40 несет конечный пользователь. Герметизация может обеспечиваться или за счет прикладывания крутящего момента к сборочным болтам 30 или за счет зажатия крышки 100 безопасности в сборе между двумя фланцами системы, работающей под давлением.
В другом варианте изобретения в случае, когда крышка 100 безопасности в сборе находится в собранном состоянии с предварительным затягиванием, например, крышка 100 безопасности в сборе может поставляться заказчику с разрывным диском 40 в уже герметизированном между крышками 10, 20 безопасности виде. Таким образом, производитель, поставщик или конечный пользователь получает возможность использования оптимального вращающего момент применительно к сборочным болтам 30, что позволяет конечному пользователю избежать необходимости создания герметичного соединения между устройством-вставкой (например, разрывным диском) и крышкой безопасности за счет крепления парных фланцев с помощью болтов. Поэтому сборка с предварительным затягиванием позволяет производителю или поставщику поставлять заказчику крышку 100 безопасности в сборе, уже имеющую оптимальное герметичное соединение с устройством-вставкой. А конечный пользователь при использовании сборки с предварительным затягиванием получает в результате возможность использовать крышку 100 безопасности в сборе, уже имеющую оптимальное герметичное соединение с устройством-вставкой.
На фиг. 2А представленная на фиг. 1 выпускная крышка 20 безопасности изображена отдельно. Как показано на фиг. 2А, выпускная крышка 20 безопасности может включать в себя фланец 22, который может быть круговым и иметь выступы. Выступы могут иметь волнообразную форму (обозначены в целом позицией 120) и/или представлять собой рукоятку 26. Выступы могут проходить наружу от крышки 20 безопасности и могут быть разнесены под углом 90° один от другого по периметру крышки безопасности. Между каждой парой выступов может проходить прямолинейная кромка 24. В варианте осуществления с круговым фланцем 22 прямолинейная кромка 24 может проходить по касательной к окружности круга. Выпускной канал 21 в центре выпускной крышки 20 безопасности может образовывать канал F потока текучей среды. Как каждый из выступов 102 волнообразной формы, так и рукоятка 26 включает в себя сквозной канал, который образует сквозное отверстие 25 для болта. Фланец включает в себя ряд асимметричных частичных каналов, которые образуют отверстия 23 для штифтов. Как описывается более подробно ниже, взаимное расположение отверстий 23 для штифтов обеспечивает требуемое совмещение выпускной крышки 20 безопасности с впускной крышкой 10 безопасности и/или с устройством(вами)-вставкой(ками) 40.
Преимущества наличия прямолинейной кромки 24 могут проявляться во время работы и зажатия крышки 20 безопасности и/или крышка безопасности в сборе. Например, наличие прямолинейной кромки может обеспечивать надежное зажатие в тисках (двух или более зажимных поверхностей), что может быть целесообразным для осуществления предварительной сборки крышки безопасности в сборе. В случае целесообразности прикладывания крутящего момента к сборочному болту (30, как показано на фиг. 1) для предварительного затягивания, надежное зажатие позволяет обеспечивать осуществление и этой операции. В одном варианте осуществления для обеспечения удобства работы с крышкой безопасности кромки крышки безопасности могут быть подвергнуты округлению.
Крышка безопасности, представленная на фиг. 2А, характеризуется таким признаком, как выступы (выступы 120 волнообразной формы и рукоятка 26), имеющие меньшую толщину материала, чем фланец 22, как показано на фиг. 1. Меньшая толщина материала выступов 120 волнообразной формы позволяет уменьшить вес и снизить стоимость материала крышки 100 безопасности в сборе. Иллюстрацией экономии материала за счет толщины является, например, фиг. 2В, которая демонстрирует экономию материалов впускной крышки безопасности (210В) и выпускной крышки безопасности (220В) согласно настоящему изобретению по сравнению с предшествующей впускной крышкой безопасности (210С) и предшествующей выпускной крышкой безопасности (220С), показанными на фиг. 2С. Экономию материала за счет толщины также иллюстрируют, например, фиг. 2D и 2Е, на которых крышка безопасности согласно настоящему изобретению (10А) представлена с наложением на профиль предшествующей известной крышки безопасности (10Z).
Результатом уменьшения толщины материала выступов крышки безопасности может служить снижение затрат как на материалы, так и на механическую обработку. Например, уменьшение толщины выступов может также приводить к уменьшению требуемой длины отверстия для болта, в особенности при изготовлении крышки безопасности методом литья, что в результате обеспечивает возможность сокращение времени и затрат на механическую обработку каждой крышки безопасности. Кроме того, уменьшение толщины материала позволяет снизить общий вес крышки безопасности в сборе, что, в свою очередь, способствует дополнительному повышению удобства использования и эксплуатационных характеристик крышки безопасности в сборе.
Было установлено, что крышка безопасности в сборе согласно настоящему изобретению позволяет сэкономить до 30-40% материала и до 10-35% затрат по сравнению с известными сборками и устройствами. Была также установлена возможность повышения экономии материала и затрат с увеличением номинального размера крышек безопасности в сборе. При этом возможность экономии материала обусловлена выявлением возможности обеспечения требуемого качества уплотнения в крышке безопасности в сборе с использованием выступов меньшей толщины и меньшего числа ниток резьбы в зацеплении по сравнению с требуемыми в предшествующих известных крышках безопасности и крышках безопасности в сборе.
Наличие выступов меньшей толщины (выступов 120 волнообразной формы и рукоятки 26) обеспечивает возможность использования датчика наружной установки. В известной поддерживающей сборке без уменьшения толщины впускная и выпускная крышки безопасности затрудняют физический доступ к фланцу и к устройству-вставке между этими двумя крышками безопасности (как показано, например, на фиг. 2С). В крышке же безопасности в сборе согласно настоящему изобретению впускная и выпускная крышки безопасности не препятствуют физическому доступу между этими двумя крышками безопасности (как показано, например, на фиг. 2В). Возможность физического доступа в раскрытой крышке безопасности в сборе обеспечивает возможность использования, например, датчика приближения. Датчик приближения может быть настроен на срабатывание через тонкую стенку в крышке безопасности в определенной точке совмещения с разрывным диском. Наличие пространства между впускной крышкой безопасности и выпускной крышкой согласно настоящему изобретению обеспечивает возможность требуемого размещения датчика приближения. Однако настоящее изобретение не ограничивается датчиком приближения, и в дополнительном или в другом варианте изобретения возможно использование и других датчиков. Например, возможно использование датчика температуры или датчика давления. В одном варианте осуществления может быть использован датчик в глухом отверстии или в сквозном отверстии, выполненном в крышке безопасности или в другом компоненте крышки безопасности в сборе. Датчик может быть установлен во впускной и/или в выпускной крышке безопасности крышки безопасности в сборе. Датчик может быть установлен во впускной крышке безопасности и/или в выпускной крышке безопасности. В одной сборке в любой момент времени допускается использование одного датчика или множества датчиков.
Наличие выступа 120 волнообразной формы и/или рукоятки 26, имеющих уменьшенную толщину, позволяет обеспечить дополнительное преимущество, заключающееся в визуальной и/или физической доступности, по меньшей мере, одного сборочного болта 30 при монтаже крышки 100 безопасности в сборе в системе, работающей под давлением. В случае известной крышки безопасности в сборе после монтажа оператор не имеет возможности визуального или физического доступа к сборочным болтам. В таких известных системах бывает трудно или невозможно проверить фактическое наличие сборочных болтов и проконтролировать точность их установки, что, в свою очередь, создает проблемы безопасности. Кроме того, в известной крышке безопасности в сборе, оператор не имеет возможности определить коррозию сборочных болтов и установить необходимость их замены. В отличие от этого, крышка безопасности в сборе 100, представленная на фиг. 1, обеспечивает возможность визуального доступа как к резьбе 32, так и к головкам 34 сборочных болтов и после монтажа. Кроме того, возможность физического доступа к головкам 34 сборочных болтов после монтажа позволяет осуществлять контроль и регулировку уровней крутящих моментов, прикладываемых к сборочным болтам, или определять степень коррозии сборочных болтов. Как указывалось ранее, качество уплотнения между крышками 10, 20 безопасности и устройством-вставкой (таким как разрывной диск 40) может зависеть от уровней крутящих моментов, прикладываемых к сборочным болтам 30. Повышение визуальной и физической доступности сборочных болтов может также обеспечить возможность внедрения ранее неиспользовавшихся технологий, таких как интегрированные индикаторы деформации болтов, приборы для измерения силы натяжения и т.д., которые позволяют осуществлять контроль и/или оценку значений крутящих моментов без необходимости демонтажа сборки.
В одном варианте осуществления (как показано на фиг. 1) фланец крышки безопасности может быть снабжен углублением 27 для размещения головки 34 болта. Таким образом, болт 30 может быть установлен так, чтобы головка 34 болта не возвышалась над поверхностью фланца крышки безопасности.
Фиг. 3 является детальной иллюстрацией одного выступа 120 крышки безопасности, представленной на фиг. 2А, который имеет волнообразную форму. Волнообразная поверхность 50 представляет собой поверхность с постепенно меняющимся радиусом кривизны, которая обеспечивает требуемое размещение крышки 20 безопасности и крышка 100 безопасности в сборе между болтами для фланцевого соединения труб (обозначенных на фиг. 4А-4С в целом позицией 200) в системе, работающей под давлением. Волнообразная поверхность 50 может быть дополнительно выполнена с возможностью обеспечения монтажа крышки 20 безопасности или крышка 100 безопасности в сборе одного размера по принципу взаимозаменяемости между фланцами ряда труб, имеющими различные схемы размещения болтов. Кроме того, волнообразная поверхность 50 может быть выполнена с возможностью обеспечения монтажа одной крышки 20 безопасности или крышки 100 безопасности в сборе по принципу взаимозаменяемости между фланцами ряда труб с различными расчетными номинальными давлениями, как показано на фиг. 4А-4С.
Как показано на фиг. 4А-4С, волнообразная поверхность 50 может быть выполнена с возможностью примыкания к фланцевым болтам 200, размещенным в различных положениях, или с различными схемами размещения. При этом придать выступу 120 волнообразной формы соответствующий профиль позволяет постепенно меняющаяся кривизна волнообразной поверхности 50. Было установлено, что получить постепенно меняющуюся кривизну волнообразной поверхности 50 можно в результате наложения множества схем размещения болтов одну на другую (как показано на фиг. 4D) и создания волнообразной поверхности 50 в контакте, по меньшей мере, с частью болта из каждой из схем размещения болтов. На фиг. 4А-4С представлены болты 200, размещенные с различными радиусами от центра трубы. Независимо от этого радиуса волнообразная поверхность 50 может располагаться в контакте с фланцевым болтом 200 и/или по касательной к поверхности фланцевого болта 200. Следовательно, одна и та же крышка 20 безопасности или крышка 100 безопасности в сборе может соответствовать ряду схем размещения болтов для труб определенного номинального размера. В одном варианте осуществления форма волнообразной поверхности 50 может обеспечивать сохранение, по меньшей мере, одной точки контакта для каждого типа фланца/номинала давления. Кроме того, крышка безопасности согласно настоящему изобретению может быть выполнена так, чтобы конструкция одного размера удовлетворяла требованиям по давлению для множества номинальных давлений. Таким образом, например, волнообразная поверхность 50 может быть выполнена с возможностью соответствия двум или более типам фланцев/номиналов давления, регламентируемых Американским национальным институтом стандартов (например, ANSI 150/300/600), Немецким институтом по стандартизации (например, DIN 10/16/25/40) и Японскими промышленными стандартами (например, JIS 16/20/30/40).
Поверхность волнообразной формы может также обеспечивать преимущества при монтаже, как показано на фиг. 5А-5В и 6А-6В. В данном описании фланцевые болты в целом обозначены позицией 200. Отдельные же фланцевые болты обозначены на фиг. 5А-6В, в частности, позициями 201-204 и 211-218. А выступы волнообразной формы обозначены в данном описании в целом позицией 120, в то время как отдельные выступы волнообразной формы обозначены позициями 121-123.
Как показано на фиг. 5А и 5В, крышка 20 безопасности, представленная на фиг. 2А, может быть установлена в системе с использованием четырех болтов 201-204 для фланцевого соединения труб. При этом перед монтажом в системе с фланцевым соединением труб четырьмя болтами требуется снятие только половины болтов. На фиг. 5А представлен вид крышки 20 безопасности с двумя снятыми фланцевыми болтами при оставленных фланцевых болтах 201 и 202.
Снятие половины фланцевых болтов позволяет установить крышку 20 безопасности между оставшимися фланцевыми болтами 201, 202. Как показано на фиг. 5А, крышка безопасности может быть установлена так, чтобы один болт 201 располагался между первым выступом 121 волнообразной формы и вторым выступом 122 волнообразной формы, и так, чтобы второй выступ 122 волнообразной формы располагался и между фланцевыми болтами 201 и 202. В случае целесообразности крышка 20 безопасности может быть асимметричной или рукоятка 26 может служить визуальным ориентиром оператору для размещения выступа (122) волнообразной формы между оставшимися фланцевыми болтами 201, 202.
После размещения крышки 20 безопасности в положении, показанном на фиг. 5А, можно осуществить поворот этой крышки в положение, показанное на фиг. 5В. В результате поворота крышки 20 безопасности поверхность первого выступа 121 волнообразной формы приводится в контакт с болтом 201, а поверхность второго выступа 122 волнообразной формы - в контакт с болтом 202. Этот контакт служит для стабилизации крышки 20 безопасности при подготовке к проведению дальнейших этапов монтажа. Кроме того, этот контакт и постепенно меняющийся радиус кривизны волнообразных поверхностей служат для центрирования крышки безопасности 20. При использовании крышки 20 безопасности для установки разрывного диска 40, например, целесообразным является максимально возможное совмещение разрывного диска 40 с центром системы, работающей под давлением.
После размещения крышки безопасности в положении, показанном на фиг. 5В, ранее снятые фланцевые болты 203, 204 могут быть установлены повторно. В рассматриваемом варианте осуществления крышка безопасности выполнена так, что каждый из повторно установленных фланцевых болтов 203, 204 контактирует с поверхностью этой крышки безопасности. В результате четыре точки контакта на крышке безопасности, соответствующие каждому из четырех фланцевых болтов, обеспечивают требуемую устойчивость, и центрирование как крышки 20 безопасности, так и любой вставки, которая может удерживаться в крышке безопасности в сборке 100.
Монтаж крышки 20 безопасности, представленной на фиг. 2А, в системе также может быть осуществлен с использованием восьми болтов 211-218 для фланцевого соединения труб, показанных на фиг. 6А и 6В. При этом, как показано на фиг. 6А, монтаж крышки 20 безопасности в системе может быть осуществлен после снятия только половины из восьми фланцевых болтов. На фиг. 6А представлен вид крышки 20 безопасности с четырьмя снятыми фланцевыми болтами при оставленных фланцевых болтах 211-214.
После снятия половины фланцевых болтов крышка 20 безопасности может быть установлена между оставшимися фланцевыми болтами 211-214. На фиг. 6А представлена крышка 20 безопасности, установленная в положении, при котором два фланцевых болта 213, 214 располагаются между вторым выступом 122 волнообразной формы и третьим выступом 123 волнообразной формы, а два других фланцевых болта 211, 212 - между первым выступом 121 волнообразной формы и вторым выступом 122 волнообразной формы. Согласно варианту осуществления, иллюстрацией к которому служит фиг. 6А, второй и третий выступы 122 и 123 волнообразной формы могут быть выполнены так, что поверхности этих выступов обращены одна к другой. Такой профиль поверхностей выступов позволяет обеспечивать совмещение крышки 20 безопасности в системе, работающей под давлением, за счет ограничения смещения крышки 20 безопасности в поперечном направлении и/или вращения после монтажа.
После размещения крышки 20 безопасности в требуемом положении в системе ранее снятые фланцевые болты 215-218 могут быть установлены повторно. Как показано на фиг. 6В, крышка 20 безопасности выполнена так, что каждый из повторно установленных фланцевых болтов 215-218 контактирует с поверхностью этой крышки безопасности. Этот признак позволяет обеспечить требуемую устойчивость и центрирование крышки 20 безопасности в системе, работающей под давлением.
Каждая из фиг. 2-6В иллюстрирует только одну крышку безопасности, в частности, выпускную крышку 20 безопасности, однако любой или все из одних и тех же признаков могут быть присущи впускной крышке 10 безопасности или крышке 100 безопасности в сборе согласно настоящему изобретению. Например, впускная крышка 10 безопасности, представленная на фиг. 1, может иметь профиль, практически подобный профилю выпускной крышки 20 безопасности. Как показано на фиг. 1, впускная крышка 10 безопасности имеет выступы 120b волнообразной формы и поверхности 50b, параллельные соответствующим выступам и поверхностям выпускной крышки 20 безопасности. Таким образом, использование или монтаж впускной крышки 10 безопасности может практически ничем не отличаться от использования или монтажа выпускной крышки 20 безопасности. Кроме того, впускной крышке 10 безопасности и выпускной крышке 20 безопасности в собранном виде согласно примеру, иллюстрацией которого служит фиг. 1, могут быть присущи те же самые или подобные признаки, что и впускной крышке 10 безопасности и выпускной крышке 20 безопасности в отдельности. В частности, крышка 100 безопасности в сборе характеризуется выступами 120, 120b волнообразной формы и поверхностями 50, 50b, обеспечивающими возможность размещения и совмещения крышки 100 безопасности в сборе в системе, работающей под давлением.
На фиг. 7 представлена крышка 100 безопасности в сборе, причем в этой крышке безопасности в сборе может удерживаться или поддерживаться устройство-вставка. Фиг. 7 иллюстрирует разрывной диск 40 в виде разрывного диска с обратным прогибом, однако изобретение допускает любое число подходящих устройств-вставок, используемых с крышкой 100 безопасности в сборе, независимо от их формы (например, плоской или куполообразной), режима работы (например, с обратным прогибом или с работой на растяжение), или функции (например, сброса давления, снижения давления, измерения или контроля). Показанная на фиг. 7 выпускная крышка 20 безопасности совмещена с впускной крышкой 10 безопасности, и между этими крышками размещен разрывной диск 40. Сборочные болты 30, один из которых показан на фиг. 7, удерживают эти две крышки 10, 20 безопасности в требуемом положении.
Разрывной диск 40, представленный на фиг. 7, снабжен разрывной мембраной 42 и фланцем 44. Фланец 44 герметизирован между впускной крышкой 10 безопасности и выпускной крышкой 20 безопасности. Как было указано, разрывной диск 40 представляет собой разрывной диск с обратным прогибом. При этом выпуклая поверхность 46 разрывной мембраны 42 совмещена с впускным каналом 11 впускной крышки 10 безопасности, а вогнутая поверхность 48 - с выпускным каналом 21 выпускной крышки 20 безопасности. Совмещение разрывного диска как с впускной крышкой 10 безопасности, так и с выпускной крышкой 20 безопасности, входящих в состав крышки 100 безопасности в сборе, и последующее совмещение крышки 100 безопасности в сборе с парными фланцами позволяет довести до максимума зону воздействия потока текучей среды на разрывную мембрану разрывного диска 40. На фиг. 7 представлен разрывной диск 40 с обратным прогибом, однако крышка 100 безопасности в сборе может быть использована с любым подходящим устройством-вставкой, в том числе с разрывными дисками 40 плоской формы или с прямым прогибом.
Как показано на фиг. 7, крышка 100 безопасности в сборе может также включать в себя элемент-вставку 60 крышки безопасности. Элемент-вставка имеет внутренний канал 61, образующий канал потока текучей среды. Представленный на фиг. 7 элемент-вставка 60 крышки безопасности установлен во внутреннем канале 11 впускной крышки 10 безопасности, а фланец 62 элемента-вставки 60 крышки безопасности располагается на участке 19 поддержки фланца впускной крышки 10 безопасности. Элемент-вставка 60 крышки безопасности может быть выполнен из долговечного или коррозионостойкого материала, что, таким образом, обеспечивает дополнительный срок службы или коррозионную стойкость впускной крышки 10 безопасности и крышки 100 безопасности в сборе. В одном примере элемент-вставка 60 крышки безопасности может быть выполнен из благородного металла, инертного материала или любого подходящего химически неактивного материала. Элемент-вставка 60 крышки безопасности может быть изготовлен из пластика или композитного материала, или из керамического материала. Изготовление из дорогого коррозионостойкого материала (такого как Hastelloy) только элемента-вставки 60 крышки безопасности при изготовлении крышки 10 безопасности из более стандартного материала (такого как, например, нержавеющая сталь марки 316) позволяет снизить стоимость впускной крышки 10 безопасности за счет ограничения количества используемого дорогого материала. В другом варианте осуществления использование в качестве элемента-вставки 60 крышки безопасности вставки сменного типа обеспечивает возможность использования вставки с высокой точностью механической обработки без необходимости высокой точности механической обработки всего корпуса крышки безопасности. Таким образом, для достижения требуемых параметров потока вставка может быть подвергнута механической обработке с высокой точностью. Кроме того, в случае коррозии или эрозии элемента-вставки 60 конечный пользователю предоставляется возможность замены или ремонта только элемента-вставки 60 крышки безопасности, обеспечивающая повторное использование впускной крышки 10 безопасности без замены или ремонта. Представленная на фиг. 7 и 8 вставка является вставкой с впускной стороны крышки безопасности в сборе, однако в дополнительном или в другом варианте настоящее изобретение допускает использование вставки крышки безопасности и с выпускной стороны крышки безопасности в сборе.
Как показано на фиг. 8, элемент-вставка 60 крышки безопасности может также включать в себя вставное уплотнение 64, выполненное с возможностью, контакта с устройством-вставкой, таким как разрывной диск 40. Вставное уплотнение 64, которое может быть изготовлено из твердого металла или другого материала, врезается или "вставляется" во фланец 44 разрывного диска 40 при прижатии к этому фланцу. Вставленное в устройство-вставку вставное уплотнение 64 позволяет создавать более эффективное уплотнение, чем простое прижимное уплотнение. В дополнительном или в другом варианте изобретения вставное уплотнение может быть использовано и в элементе-вставке крышки безопасности с выпускной стороны. В одном варианте осуществления вставное уплотнение может включать в себя как впускную, так и выпускную вставку, что фактически позволяет создавать двойное вставное уплотнение. В таком варианте осуществления вставные уплотнения впускной и выпускной вставок могут быть совмещены одно с другим или смещены одно относительно другого.
Включение вставного уплотнения 64 в элемент-вставку 60 крышки безопасности, а не непосредственно во впускную крышку 10 безопасности обеспечивает несколько преимуществ. Твердый материал, используемый во вставном уплотнении 64, может быть довольно дорогим. Изготовление элемента-вставки 60 крышки безопасности из такого твердого материала позволяет изготовлять впускную крышку 10 безопасности из более мягкого и более дешевого материала. Кроме того, существует возможность повреждения вставного уплотнения 64 в процессе доставки, монтажа или использования. Поврежденное вставное уплотнение 64 может приводить к ухудшению качества уплотнения с устройством-вставкой; и поэтому замена такого поврежденного вставного уплотнения 64 представляется целесообразной. Использование вставного уплотнения 64 в элементе-вставке 60 крышки безопасности позволяет конечному пользователю заменять только элемент-вставку 60 крышки безопасности и обеспечивает при этом возможность повторного использования впускной крышки 10 безопасности.
Описываемое вставное уплотнение 64 не исключает и возможности использования в элементе-вставке 60 любого другого подходящего механизма для создания уплотнения или повышения качества уплотнения. Например, вставка может быть снабжена спиральной зазубренной поверхностью или поверхностями. В другом примере вставка может быть снабжена одним или более уплотнительными кольцами.
На фиг. 9 представлен вид крышки 100 безопасности в сборе, включающей в себя элемент-вставку 60 крышки безопасности, в разобранном состоянии. Для ясности устройство-вставка не показано; однако при использовании между выпускной крышкой 20 безопасности и элементом-вставкой 60 крышки безопасности и/или впускной крышкой 10 безопасности может быть установлено такое устройство-вставка, как разрывной диск 40. Как показано на фиг. 9, элемент-вставка 60 крышки безопасности располагается во внутреннем канале 11 впускной крышки 10 безопасности. Выпускная крышка 20 безопасности размещена над впускной крышкой 10 безопасности. Выступы 120 выпускной крышки 20 безопасности, имеющие волнообразную форму, располагаются так, что их волнообразные поверхности совмещены с волнообразными поверхностями 120b впускной крышки 10 безопасности. Сборочные болты 30 могут быть использованы для удерживания этих двух крышек 10, 20 безопасности в прикрепленном одной к другой состоянии, в предварительно собранном состоянии или в собранном состоянии с предварительным затягиванием. Для удерживания впускной крышки 10 безопасности в положении с примыканием к фланцу трубы (не показано) в системе, работающей под давлением, может быть использован крючковый болт 70 в сочетании с отверстием 74 для крючкового болта. Кроме того, крючковый болт 70 может быть использован в качестве индикатора направления потока. Первый конец 71 крючкового болта 70 может быть вставлен в отверстие 74 для крючкового болта во впускной крышке 10 безопасности, а второй конец 72 крючкового болта 70 может быть вставлен в отверстие для крючкового болта (не показано) фланца впускной трубы (также не показано).
Один вариант осуществления вставки крышки безопасности во впускной крышке безопасности иллюстрирует фиг. 10. Как показано на фиг. 10, крышка безопасности в сборе, содержащая впускную крышку 1010 безопасности и выпускную крышку 1020 безопасности, установлена между фланцем 1081 впускной трубы и фланцем 1082 выпускной трубы. Показаны отверстие 1013 для штифта впускной крышки безопасности и отверстие 1023 для штифта выпускной крышки безопасности (без штифта). На фиг. 10 вставка 1060 впускной крышки безопасности включает в себя приблизительно 45-градусный конус, выполненный на внутреннем участке ее заплечика 1063. Наличие 45-градусного конуса приводит к образованию тонкой области на заплечике вставки 1060 крышки безопасности. Для предотвращения образования этой тонкой области или увеличения ее толщины целесообразным может быть уменьшение высоты заплечика 1063 вставки крышки безопасности.
Другой вариант осуществления вставки впускной крышки безопасности представлен на фиг. 12 и 13. На фиг. 12 впускная крышка 1210 безопасности и выпускная крышка 1220 безопасности установлены между сопрягаемыми фланцами 1281 и 1282. Показаны также отверстия 1213 и 1223 для штифтов (без штифта). Кроме того, показаны вставка 1260 впускной крышки безопасности и вставка 1269 выпускной крышки безопасности. На фиг. 13, впускная крышка 1310 безопасности и выпускная крышка 1320 безопасности установлены между сопрягаемыми фланцами 1381 и 1382. Также показаны отверстия 1313 и 1323 для штифтов (без штифта). Кроме того, показаны вставка 1360 впускной крышки безопасности и вставка 1369 выпускной крышки безопасности.
На вставку 1260 впускной крышки безопасности, изображенной на фиг. 12, может быть затрачено приблизительно на 94% больше материала, чем на вставку 1060 впускной крышки безопасности, изображенный на фиг. 10, в то время как на вставку 1360 впускной крышки безопасности, изображенный на фиг. 13, может быть затрачено приблизительно на 25,2% больше материала, чем на вставку 1060 впускной крышки безопасности, изображенный на фиг. 10. Сборка, изображенная на фиг. 13, может соответствовать современной геометрии известной крышки безопасности в сборе. Таким образом, настоящее изобретение допускает возможность использования вставок крышек безопасности различных размеров для обеспечения различных признаков, экономии материалов и/или соответствия внутренней геометрии существующей или известной крышки безопасности.
Варианты осуществления вставки выпускной крышки безопасности (1169, 1269, 1369) в выпускной крышке безопасности иллюстрируют фиг. 11, фиг. 12 и фиг. 13. В варианте осуществления с использованием как вставки впускной крышку безопасности, так и вставки выпускной крышки безопасности вставное уплотнение (такое как представлено на фиг. 8) может быть размещено между этими двумя вставками крышек безопасности. В одном варианте осуществления такой признак как вставное уплотнение (64 на фиг. 8) может присутствовать как во вставке впускной крышки безопасности, так и во вставке выпускной крышки безопасности. В случае использования двух вставок крышек безопасности, как показано на фиг. 11 (элементы 1160 и 1169) и фиг. 13 (элементы 1360 и 1369) при повреждении вставного уплотнения всегда возможна замена одной или обеих вставок крышек безопасности, что обеспечивает требуемое качество уплотнения без необходимости замены или впускной крышки безопасности или выпускной крышки безопасности. Настоящее изобретение допускает возможность использования вставок крышек безопасности различных размеров для обеспечения различных признаков, экономии материалов и/или соответствия внутренней геометрии существующей или известной крышки безопасности.
В одном варианте осуществления выпускная крышка безопасности может быть снабжена трубкой 1429 для датчика, как показано на фиг. 14. На фиг. 14 представлены впускная 1410 крышка безопасности, выпускная крышка 1420 безопасности, вставка 1460 впускной крышки безопасности и вставка 1469 выпускной крышки безопасности. Трубка 1429 для датчика может иметь сквозное отверстие и может быть снабжена резьбой. Трубка 1429 для датчика может быть выполнена с возможностью установки датчика магнитного поля или любого другого подходящего датчика. Вставка 1459 выпускной крышки безопасности может быть выполнена с возможностью обеспечения надежной работы датчика, установленного в этой трубке 1429 для датчика. Например, вставка 1469 выпускной крышки безопасности может быть выбрана так, чтобы ее толщина не служила препятствием для работы датчика, установленного в трубке 1429 для датчика. В одном варианте осуществления датчик может представлять собой датчик магнитного поля, а вставка 1469 выпускной крышки безопасности может иметь толщину 3 миллиметра или любой другой подходящий размер, соответствующий напряженности магнитного поля. Представленная на фиг. 14 трубка 1429 для датчика выполнена во вставке 1420 выпускной крышки безопасности, однако допускается размещение трубки для датчика и во впускной крышке безопасности.
В одном варианте осуществления в крышке безопасности в сборе может быть предусмотрено использование одной или более прокладок. Как показано на фиг. 15, первая прокладка 1583 может быть установлена между впускной крышкой 1510 безопасности и впускным фланцем 1581. Вторая прокладка 1584 может быть установлена между выпускной крышкой 1520 безопасности и выпускным фланцем 1582. В одном варианте осуществления прокладка (1583, 1584) может быть прокладкой типа Ia/Ib. Прокладка (1583, 1584) может быть использована для перекрытия границы между вставкой 1560, 1569 крышки безопасности и крышкой 1510, 1520 безопасности. В одном варианте осуществления прокладка и/или вставка крышки безопасности может быть выполнена с возможностью обеспечения надежного перекрытия границы между вставкой крышки безопасности и крышкой безопасности.
Фиг. 10 иллюстрирует прокладку типа IIa/IIb (1083, 1084), имеющую меньший наружный диаметр, прокладка типа Ia/Ib.
Для обеспечения требуемого совмещения между впускной крышкой безопасности и выпускной крышкой безопасности каждая крышка безопасности может быть снабжена одним или более отверстиями для штифтов, каждое из которых служит для приема конца штифта совмещения.
На фиг. 16 представлена впускная крышка 1610 безопасности с отверстиями 1613 для штифтов. В другом варианте осуществления, как показано на фиг. 17, впускная крышка 1710 безопасности может включать в себя один или более приливов 1714, в которых могут располагаться одно или более отверстий 1713 для штифтов. Наличие прилива 1714 может обеспечивать возможность использования более короткого деформируемого штифта между впускной и выпускной крышками безопасности. Наличие прилива 1714 может также обеспечивать возможность высверливания отверстия для штифта в плоской поверхности, что является более предпочтительным при изготовлении и механической обработке по сравнению с крышками безопасности без приливов 1714, ввиду того, что реализация таких вариантов (как показано, например, на фиг. 16) может быть сопряжена с необходимостью сложного сверления на кромке. На фиг. 17 представлены выступы 1714 на впускной 1710 крышке безопасности, однако в дополнительном или в другом варианте осуществления изобретения не исключается возможность размещения одного или более приливов в выпускной крышке безопасности.
На фиг. 18 представлена выпускная крышка 1820 безопасности с отверстиями 1825 для болтов. В другом варианте осуществления выпускной крышки 1920 безопасности (фиг. 19) может быть целесообразным наличие выступающей опорной поверхности 1928, в которой, как показано на фиг. 19, могут быть образованы 1925 отверстия для болтов. Наличие выступающей опорной поверхности 1928 может быть целесообразным в случае использования в крышке безопасности болтов из фторопласта или каких-либо других болтов и необходимости механической обработки поверхности, на которой эти болты затягиваются. В одном варианте осуществления выступающая опорная поверхность 1928 может быть сформирована в результате литья и последующей механической обработки.
Наличие выступающей опорной поверхности 1928, показанной на фиг. 19, может обеспечивать ряд преимуществ. Например, в отсутствие выступающей опорной поверхности процесс механической обработки поверхности болта может приводить к удалению материала фланца на толщину, при которой может возникать угроза целостности фланца. В другом примере вся поверхность фланца (а не только поверхность болта) может быть подвергнута механической обработке для получения механически обработанной поверхности болта при сохранении равномерности толщины фланца. В другом примере отсутствие выступающей опорной поверхности может приводить к необходимости увеличения толщины фланца перед механической обработкой для компенсации уменьшения толщины фланца на глубину последующего сверления или вследствие процесса другой механической обработки. Выступающая опорная поверхность может обеспечивать возможность выравнивания одной или более поверхностей болтов без возникновения угрозы для общей толщины фланца. Таким образом, использование выступающей опорной поверхности 1928 в настоящем изобретении позволяет экономить материалы и расходы. На фиг. 19 показана выступающая опорная поверхность 1928 на выпускной крышке 1920 безопасности, однако это не исключает возможности использования этой выступающей опорной поверхности и на впускной крышке безопасности.
Фиг. 20 иллюстрирует вариант осуществления собранной крышки 2000 безопасности в сборе. Как показано на фиг. 20, впускная крышка 2010 безопасности снабжена приливами 2014 под отверстия для штифтов (не показано). Кроме того, выпускная крышка 2020 безопасности 2020 снабжена выступающими опорными поверхностями 2028.
Фиг. 21 иллюстрирует вариант осуществления собранной крышки 2100 безопасности в сборе, представленной в разрезе. Как показано на фиг. 21, датчик 2199 вставлен в канал 2129 для датчика в выпускной крышке 2120 безопасности. В дополнительном или в другом варианте изобретения также предполагается, что канал для датчика и датчик могут быть размещены во впускной крышке 2110 безопасности. Датчик 2199 может быть вставлен в радиальном направлении в канал 2129 для датчика. Как показано на фиг. 21, вставка 2160 первой крышки безопасности может быть размещена в канале впускной крышки 2110 безопасности, а вставка 2169 второй крышки безопасности может быть размещена в канале выпускной крышки 2120 безопасности. В одном варианте осуществления, как показано на фиг. 21, вставки 2160, 2169 крышек безопасности могут не полностью контактировать с рассверленной поверхностью крышек 2110, 2120 безопасности. Вставки 2160, 2169 крышек безопасности могут иметь форму, позволяющую уменьшить количество материала, затрачиваемого на изготовление вставок 2160, 2169 крышек безопасности, при сохранении герметичности уплотнения и/или расположения уплотнения заподлицо с верхней и/или нижней поверхностями крышек 2110, 2120 безопасности.
Другой вариант осуществления выпускной крышки 2220 безопасности иллюстрирует фиг. 22. В варианте осуществления на фиг. 22 выпускная крышка 2220 безопасности может включать в себя фланец 2222, который может быть круговым, и выступы 2226. Выступы могут проходить наружу от крышки 2220 безопасности и могут быть разнесены приблизительно на 120° один от другого по периметру крышки безопасности, образуя, таким образом, равносторонний треугольный профиль. Угол разнесения выступов одного от другого может отличаться от 120°, так что общая форма крышки безопасности может представлять собой равнобедренный треугольник или даже разносторонний треугольник. Между выступами 2226 может проходить прямолинейная кромка 2224. В варианте осуществления, в котором фланец 2222 является круговым, прямолинейная кромка 2224 может проходить по касательной к кругу. Выпускной канал 2221 в центре выпускной крышки 2220 безопасности может создавать канал F потока текучей среды. Каждый из выступов 2226 включает в себя сквозной канал, который образует сквозное отверстие 2225 для болта. Фланец включает в себя ряд асимметричных частичных каналов, которые образуют отверстия 2223 для штифтов. Расположение отверстий 2223 для штифтов обеспечивает возможность требуемого совмещения выпускной крышки 2220 безопасности с впускной крышкой безопасности (не показано). Впускная крышка безопасности согласно варианту осуществления, иллюстрацией к которому служит фиг. 22, позволяет снизить количество требуемого материала по сравнению с крышкой безопасности с более чем тремя выступами или по сравнению с известной крышкой безопасности прямоугольной формы. Кроме того, крышка безопасности треугольной формы может обеспечивать преимущества при установке крышки безопасности в сборе с любые сборочными болтами на участке небольшой площади или между фланцами труб малого номинально размера.
Крышка безопасности на фиг. 22 может обладать признаком, заключающимся в наличии выступов 2226, имеющих меньшую толщину материала по сравнению с фланцем 2222. Наличие выступов 2226 с меньшей толщиной материала способствует дальнейшему снижению веса и стоимости материалов крышки безопасности. Экономия материалов за счет толщины может быть подобна экономии в рассмотренном выше случае крышки безопасности, представленной, например, на фиг. 2В.
На фиг. 22 представлена только выпускная крышка безопасности, однако это не исключает возможности использования и впускной крышки безопасности практически той же треугольной формы. Предполагается, что крышка безопасности треугольной формы, такой как показано на фиг. 22, может обладать любым из признаков, раскрытых выше в других вариантах осуществления крышки безопасности или крышки безопасности в сборе, которые включают в себя, в том числе: волнообразную поверхность с постепенно меняющимся радиусом кривизны, один или более выступов в форме рукоятки, вставку (для любой впускной крышки безопасности и/или выпускной крышки безопасности), вставное уплотнение, крючковый болт, углубление для одной или более головок болтов, прокладку, трубку для датчика, приливы под отверстия для штифтов или выступающую опорную поверхность. Также предполагается, что крышка безопасности треугольной формы может обеспечивать те же преимущества или большинство тех же преимуществ, достигнутых в других раскрытых вариантах осуществления крышки безопасности и/или крышки безопасности в сборе, которые включают в себя, в том числе, снижение затрат на материалы и производство, сборочные болты с возможностью визуального и/или физического доступа, усовершенствованное совмещение, использование в состоянии с предварительным затягиванием и размещение одного или более датчиков.
Другой вариант осуществления крышки 2300 безопасности в сборе иллюстрирует фиг. 23. В варианте осуществления, иллюстрацией к которому служит фиг. 23, впускная крышка 2310 безопасности снабжена периферийным выступом 2311. Выпускная крышка 2320 безопасности также снабжена периферийным выступом 2321. Как показано на фиг. 23, периферийные выступы 2311, 2321 впускной и выпускной крышек 2310, 2320 безопасности совмещены один с другим, а между ними размещено устройство-вставка 2340. На фиг. 23 также показана трубка 2329 для датчика, в которую может быть вставлен датчик.
Фиг. 24 иллюстрирует крышку 2300 безопасности в сборе, представленную на фиг. 23, которая снабжена еще и зажимным хомутом 2360. При зажатии на наклонных поверхностях выступов 2311, 2321 впускной и выпускной крышек 2310, 2320 безопасности зажимный хомут 2360 обеспечивает прижатие впускной и выпускной крышек 2310, 2320 безопасности одной к другой. В зависимости от варианта применения зажимный хомут 2360 может быть цельным или сегментированным с шарнирным соединением сегментов. Угол наклона наклонных поверхностей может варьироваться в соответствии с требованиями для обеспечения изменения общего прикладываемого крутящего момента и/или коэффициента возможного использования этого крутящего момента. Таким образом, устройство-вставка 2340 может удерживаться между впускной и выпускной крышками 2310, 2320 безопасности. В одном варианте осуществления устройство-вставка 2340 может быть подвергнуто предварительному затягиванию между впускной и выпускной крышками 2310, 2320 безопасности. При использовании зажимного хомута 2360 существует возможность достижения дополнительной экономии материала по сравнению с известными крышками безопасности и крышками безопасности в сборе.
На фиг. 25 представлен вид крышки 2300 безопасности в сборе, изображенной на фиг. 23 и 24, который иллюстрирует зажимный винт 2361. В одном варианте осуществления изобретения зажимный хомут может представлять собой зажимное кольцо, окружающее полностью или частично впускную и выпускную крышки безопасности. В другом варианте осуществления изобретения зажимное кольцо может быть образовано двумя С-образными участками, соединенными один с другим с помощью шарнира 2362. При стягивании зажимной винт 2361 может вызывать прижатие концов зажимного кольца одного к другому. Таким образом, зажимной хомут может обеспечивать прижатие впускной и выпускной крышек безопасности одной к другой. В рассматриваемом варианте осуществления используется один винт 2361. При этом помимо описываемого зажимного винта возможно использование любого подходящего механизма прижатия концов зажимного кольца одного к другому. Для обеспечения прижатия концов зажимного кольца одного к другому могут быть использованы, например, эксцентрик "быстрого разъема" и система защелок.
Фиг. 26 иллюстрирует другой вариант осуществления крышки 2600 безопасности в сборе с использованием зажимного кольца 2660 и зажимного винта 2661. Зажатие зажимного винта 2661 вызывает прижатие впускной и выпускной крышек 2610, 2620 безопасности одной к другой, обеспечиваемое зажимным кольцом 2660.
На фиг. 27 представлена крышка 2700 безопасности в сборе с использованием зажимного кольца 2760 с частичным вырезом. Как показано на фиг. 27, между впускной крышкой 2710 безопасности и выпускной крышкой 2720 безопасности установлено устройство-вставка 2740. Впускная крышка безопасности 2710 и выпускная крышка безопасности 2720 удерживаются в прикрепленном одной к другой состоянии с помощью зажимного кольца 2760. Крышка 2700 безопасности в сборе содержит впускную и выпускную крышки 2710, 2720 безопасности, установленные между фланцем 2781 впускной трубы и фланцем 2782 выпускной трубы.
Фиг. 28 иллюстрирует другой вариант осуществления крышки 2800 безопасности в сборе с использованием зажимного хомута 2860. Как показано на фиг. 28, зажим 2860 включает в себя наклонную поверхность, выполненную с возможностью контакта с наклонной поверхностью периферийного выступа 2811 и периферийного выступа 2821. Вариант осуществления, иллюстрацией к которому служит фиг. 28, позволяет обеспечивать более высокое давление зажатия по сравнению с вариантом осуществления, иллюстрацией к которому служит фиг. 24. Предполагается, что для достижения требуемого давления зажатия может быть выбран любой подходящий зажимный хомут.
Фиг. 29 иллюстрирует другой вид крышки безопасности, показанной на фиг. 28. На фиг. 29 представлен более детализированный вид двух зажимных винтов 2861, 2862, которые могут быть использованы для затягивания зажимного хомута. Демонстрация зажимных винтов 2861, 2862, показанных на фиг. 29 (и зажимного винта 2860, показанного на фиг. 25), носит исключительно иллюстративный характер. Для затягивания зажимного хомута может быть использован любой подходящий механизм. Кроме того, на фиг. 25 показан один зажимный винт 2360, а на фиг. 29 - два зажимных винта 2861, 2862, однако это не исключает возможности использования любого числа подходящих зажимных винтов или других механизмов затягивания зажимного хомута.
Фиг. 30 иллюстрирует другой вид крышки безопасности в сборе, показанной на фиг. 28 и 29, с использованием зажимного кольца 2860 и двух зажимных винтов 2861, 2862.
На фиг. 31 представлена крышка 3100 безопасности в сборе с использованием зажимного кольца 3160 с частичным вырезом. Как показано на фиг. 31, между впускной крышкой 3110 безопасности и выпускной крышкой 3120 безопасности установлено устройство-вставка 3140. Удерживание впускной крышки 3110 безопасности и выпускной крышки 3120 в прикрепленном одной к другой состоянии обеспечивается с помощью зажимного кольца 3160. Крышка 3100 безопасности в сборе, содержащая впускную и выпускную крышки безопасности, установлена между фланцем 3181 впускной трубы и фланцем 3182 выпускной трубы.
Фиг. 32 иллюстрирует другой вариант осуществления крышки 3200 безопасности в сборе. В варианте осуществления, иллюстрацией к которому служит фиг. 32, впускная крышка 3210 безопасности снабжена периферийным выступом 3211. Выпускная крышка 3220 безопасности также снабжена периферийным выступом 3221. Как показано на фиг. 32, периферийные выступы 3211, 3221 впускной и выпускной крышек безопасности совмещены один с другим. На фиг. 32 также показана трубка 3229 для датчика. Фиг. 33 представляет собой другой вид крышки 3200 безопасности в сборе, показанной на фиг. 32, являющийся видом сверху.
Фиг. 34 иллюстрирует крышку 3400 безопасности в сборе с частичным вырезом. Как показано на фиг. 34, между впускной крышкой 3410 безопасности и выпускной крышкой 3420 безопасности установлено устройство-вставка 3440. Крышка 3400 безопасности в сборе, содержащая впускную и выпускную крышки безопасности, установлена между фланцем 3481 впускной трубы и фланцем 3482 выпускной трубы. Как показано на фиг. 34, через стенку выпускной крышки безопасности может выступать просверленное отверстие 3463 для контрольного штифта. В просверленное отверстие 3463 для контрольного штифта может быть вставлен штифт (не показано), который может быть использован для совмещения или позиционирования впускной и выпускной крышек безопасности в контакте одной с другой до зажатия. Штифт может также совмещаться с меткой или отверстием на фланце устройства-вставки (например, разрывного диска) для обеспечения требуемого его положения относительно впускной и выпускной крышек безопасности.
Крышка безопасности согласно настоящему изобретению может обладать преимуществом, заключающимся в сокращении объема требуемого материала по сравнению с предшествующими крышками безопасности, такими как, например, крышка типа SRB-7RS, коммерчески предлагаемая компанией БИЭС энд БИ Сейфити Системс. Раскрытая крышка безопасности может иметь внешний вид уникального дизайна, позволяющий усовершенствовать центрирование и закрепление между фланцами труб. Раскрытая крышка безопасности может обеспечивать возможность демонтажа из промежутка между парными фланцами при минимизации число крепежных элементов, подлежащих снятию, по сравнению с предшествующими крышками безопасности. Раскрытая крышка безопасности может иметь те же самые внутренние размеры, что и известная крышка безопасности и поэтому может обеспечивать те же или подобные рабочие характеристики. Раскрытая крышка безопасности позволяет размещать в себе датчик или другое такое оборудование. Раскрытая крышка безопасности может обеспечивать контроль и регулировку значения крутящего после монтажа. Раскрытая крышка безопасности может обладать чувствительностью к минимальному крутящему моменту. Раскрытая крышка безопасности может включать в себя совместимость с крючковым болтом.
Выше было приведено описание раскрытой крышки безопасности в сборе с элементом-вставкой во впускной крышки безопасности, однако настоящее изобретение не ограничивается этой определенной конструкцией. Например, элемент-вставка может быть установлен в выпускной крышке безопасности. В дополнение к системам, работающим под давлением, устройство такого применения может быть дополнительно установлено в любом числе уплотненных систем, которые включают в себя фланцы труб и фланцевые болты. Кроме того, все рассмотренные выступы (выступы волнообразной формы и в виде рукоятки) имели меньшую толщину, чем фланцевый участок, однако предполагается, что только один выступ (или не все выступы) крышки безопасности могут иметь толщину меньше, чем толщина фланцевого участка.
Предполагается, что отдельные признаки одного варианта осуществления могут быть добавлены или заменены на отдельные признаки другого варианта осуществления. Следовательно, варианты осуществления, полученные в результате такого добавления и замены различных признаков из различных вариантов осуществлении, не выходят за пределы объема настоящего изобретения. В пределах объема настоящего изобретения находятся и признаки от впускной крышки безопасности до выпускной крышки безопасности и наоборот.
Описанные выше варианты осуществления и конструкции носят исключительно иллюстративный характер. Другие варианты осуществления станут очевидны специалистам в данной области техники в результате рассмотрения описания изобретения и осуществления на практике сущности изобретения, раскрытого в данном документе. Подразумевается, что описание изобретения и примеры следует рассматривать исключительно в качестве примеров.