УСТРОЙСТВО ПЕРЕКРЫТИЯ ОТВОДА

Полезная модель относится к трубопроводному транспорту жидких и газообразных продуктов и может быть использована для перекрытия или заглушки отвода, присоединенного к действующему трубопроводу.
Известно устройство перекрытия отвода, содержащее заглушку, состоящую из двух корпусов, соединенных стяжным винтом, уплотнительно-удерживающего узла, и приводной ключ со штоком, штурвалом и головкой, взаимодействующей со стяжным винтом, при этом уплотнительно-удерживающий узел выполнен в виде эластичного уплотнительного, металлического прижимного и раздвижного удерживающего колец, имеющих взаимодействующие конические поверхности, а раздвижное удерживающее кольцо выполнено из отдельных металлических сегментов с наружной мелкоребристой упрочненной поверхностью, стянутых утопленным в тело сегментов резиновым шнуром, корпуса заглушки выполнены по торцам с коническими поверхностями, взаимодействующими с коническими поверхностями колец уплотнительно-удерживающего узла, и зафиксированы от прокручивания один относительно другого посредством пазов и штифтов. Фиксирующий элемент головки стяжного винта с головкой приводного ключа выполнен следующим образом: в одном из корпусов выполнены кольцевая проточка и цилиндрическая расточка с внутренней зубчатой поверхностью, а приводной ключ снабжен установленным с возможностью возвратно-поступательного и вращательного движения относительно основного штока дополнительным полым штоком с дополнительным штурвалом, стопорными полукольцами, входящими в кольцевую проточку корпуса, и зубчатым цилиндром, входящим в зацепление с зубчатой поверхностью корпуса (Патент №2042871, кл. F16L 55/162, бюл. №24, 1995 г.).
Недостатком устройства является сложность конструкции, ненадежность герметизации отвода вследствие малой поверхности контакта между отводом и эластичным кольцом, а также невозможность компенсировать несоосности и перекосы отвода при работе приводного ключа.
Наиболее близким к заявляемому является устройство перекрытия отвода (прототип - Патент №2267050, кл. F16L 1/00, бюл. №36, 2005 г.), содержащее заглушку, состоящую из двух частей, соединенных между собой стяжным элементом, и уплотнительно-удерживающий узел, выполненный в виде эластичного кольца, имеющего две внутренние конические поверхности, зафиксированные от прокручивания один относительно другого, приводной ключ со штоком и головкой, взаимодействующей со стяжным элементом, размещенный внутри полого штока фиксирующий элемент. Заглушка состоит из двух соосных усеченных конусов с разными уклонами их образующих и имеющих равные диаметры их оснований. Конические поверхности эластичного кольца взаимодействуют с наружной поверхностью усеченных конусов, при этом конуса и кольцо зафиксированы от прокручивания один относительно другого посредством шпилек. Часть наружной поверхности эластичного кольца снабжена абразивным материалом, а другая часть выполнена ребристой. Приводной ключ состоит из соединенных шарнирно штока с четырехгранным хвостовиком, соединительных звеньев и головки. Кроме того, в верхней части корпуса установлен узел привода, состоящий из штурвала, ходовой гайки и шпонки, взаимодействующий с размещенным внутри корпуса полым штоком, зафиксированным от поворота шпоночным пазом и шпонкой. В отверстия фланца полого штока вставлены шпильки заглушки. Фиксирующий элемент, закрепляющий головку стяжной шпильки и головку приводного ключа, представляет собой подпружиненный шарик, а для контроля герметизации отвода установлен патрубок с вентилем, соединенный с полостью задвижки. При этом вентиль установлен в радиальном отверстии фланца.
Кроме того, стяжная шпилька имеет на одном конце левую резьбу, на другом - правую резьбу.
Недостатками устройства являются:
- сложность конструкции;
- невозможность введения заглушки в отвод при наличии в полости наплывов из металла и шлака в сварочном соединении отвода с вантузной задвижкой, или твердых парафинистых отложений, а также невозможность компенсировать значительные перекосы и несоосности в соединении отвода и вантузной задвижки;
- необходимость снижения давления в точке применения устройства до 30 кг/см, в связи с чем требуется изменение режима перекачки жидких и газообразных продуктов, в частности нефти, что ведет к снижению объемов перекачки.
Задача полезной модели - упрощение конструкции, обеспечение возможности установки заглушки в отводы с наплывами от сварки и парафинистыми отложениями во внутренней полости, обеспечение возможности компенсации более значительных перекосов и несоосности вантузной задвижки и отвода, возможность применения устройства в любых отводах без изменения режима перекачки продукта в трубопроводе.
Техническая задача достигается тем, что устройство перекрытия отвода содержит корпус, в основании которого установлен фланец с отверстием, отделяемую заглушку, состоящую из двух частей, между которыми установлен уплотнительно-удерживающий узел, выполненный в виде эластичного кольца, часть наружной поверхности которого снабжена абразивным материалом, а другая часть выполнена ребристой, установленный в верхней части корпуса узел привода, состоящий из штурвала, ходовой гайки и шпонки и взаимодействующий с размещенным внутри корпуса полым штоком, зафиксированным от поворота шпоночным пазом и шпонкой, установленный в радиальном отверстии фланца корпуса и предназначенный для контроля герметизации вентиль, в котором согласно
полезной модели две части съемной заглушки выполнены в виде верхнего и нижнего дисков-упоров, соединенных между собой вкладышем, содержащим обратный клапан с подпружиненным шариком, причем вкладыш образует внутреннюю полость с внутренней поверхностью эластичного кольца, кроме того, устройство снабжено съемным гибким валом со сферической фрезой и съемным рукавом высокого давления с возможностью установки на нем отделяемой заглушки, конец съемного гибкого вала, противоположный сферической фрезе, снабжен хвостовиком, на котором закреплена втулка, конец съемного рукава высокого давления, противоположный устанавливаемой отделяемой заглушке, снабжен навернутым на него штуцером со втулкой, посредством втулок съемный гибкий вал с фрезой и съемный рукав высокого давления с отделяемой заглушкой поочередно закрепляют в выполненном в головке полого штока отверстии, в котором установлены с уплотняющие эластичные кольца, кроме того, уплотняющие эластичные кольца установлены в отверстии фланца.
Отличие предлагаемого устройства от прототипа состоит в том, что две части съемной заглушки выполнены в виде верхнего и нижнего дисков-упоров, соединенных между собой вкладышем, содержащим обратный клапан с подпружиненным шариком, причем вкладыш образует внутреннюю полость с внутренней поверхностью эластичного кольца, кроме того, устройство снабжено съемным гибким валом со сферической фрезой и съемным рукавом высокого давления с возможностью установки на нем отделяемой заглушки, конец съемного гибкого вала, противоположный сферической фрезе, снабжен хвостовиком, на котором закреплена втулка, конец съемного рукава высокого давления, противоположный устанавливаемой отделяемой заглушке, снабжен навернутым на него штуцером со втулкой, посредством втулок съемный гибкий вал с фрезой и съемный рукав высокого давления с отделяемой заглушкой поочередно закрепляют в выполненном в головке полого штока отверстии, в котором
установлены с уплотняющие эластичные кольца, кроме того, уплотняющие эластичные кольца установлены в отверстии фланца.
у
у
На фигуре 1 показана схема конструкции устройства перекрытия отвода: а - корпус с полым штоком; б - съемный гибкий вал с установленной на нем сферической фрезой; в - съемный рукав высокого давления и отделяемая заглушка. На фигуре 2 показана конструкция отделяемой заглушки и ее крепление к рукаву высокого давления. На фигуре 3 показан фрагмент верхней части корпуса: узел привода полого штока; съемный гибкий вал, закрепленный в отверстии головки полого штока, в котором установлены уплотняющие эластичные кольца. На фигуре 4 показан фрагмент верхней части корпуса: узел привода полого штока; съемный рукав высокого давления, закрепленный в отверстии головки полого штока, в котором установлены уплотняющие эластичные кольца. На фигуре 5 показан фрагмент корпуса: основание корпуса с фланцем, в отверстии которого установлены уплотняющие кольца, а в радиальном отверстии фланца - вентиль для контроля герметизации. На фигуре 6 показано устройство, закрепленное на вантузной задвижке отвода трубопровода: а - гибкий вал с фрезой, помещенный в полый шток корпуса; б - съемный рукав высокого давления, помещенный в полый шток корпуса, с прикрепленной к указанному рукаву отделяемой заглушкой. На фигуре 7 - отвод, перекрытый зафиксированной в нем отделяемой заглушкой и заглушенный сферической заглушкой. На фигуре 8 - отделяемая заглушка, зафиксированная в отводе, с расчетным примером применения устройства в отводе Д 100 мм. На фигуре 9 - отделяемая заглушка, зафиксированная в отводе, с расчетным примером применения устройства в отводе Д 150 мм.
Устройство перекрытия отвода содержит корпус 10, отделяемую заглушку 18, съемный гибкий вал 8 с установленной на нем сферической фрезой 14, съемный рукав высокого давления 16, один конец которого предназначен для установки на нем съемной заглушки 18 и на котором закреплен ниппель 17. Конец съемного гибкого вала, противоположный
сферической фрезе, заканчивается хвостовиком 1, на котором закреплена втулка 3. На конец съемного рукава высокого давления, противоположный прикрепляемой к нему отделяемой заглушке навернут на штуцер 15 со втулкой 3. Внутри корпуса 10 размещен полый шток 9, зафиксированный от поворота шпоночным пазом и шпонкой 7, являющейся составной частью узла привода, который, кроме того, состоит из штурвала 5 и ходовой гайки 6. Узел привода установлен в верхней части корпуса для взаимодействия с полым штоком 9. В головке полого штока выполнено отверстие с уплотняющими эластичными кольцами 4, служащее для поочередного закрепления в нем при помощи гайки 2 втулки 3 гибкого вала с фрезой и втулки 3 рукава высокого давления с отделяемой заглушкой. В основании корпуса установлен фланец 11 с отверстием, посредством которого устройство закрепляют на вантузной задвижке 26 отвода 27 трубопровода 28 (фиг.6). В отверстии фланца установлены уплотняющие кольца 4. Кроме того, во фланце 11 выполнено радиальное отверстие 12, в котором установлен вентиль 13, предназначенный для контроля качества герметизации отвода. Отделяемая заглушка 18 (фиг.2) состоит из двух частей: верхнего 19 и нижнего 25 дисков-упоров, между которыми установлен уплотнительно-удерживающий узел, выполненный в виде эластичного кольца 22 и вкладыша 20 с обратным клапаном 21, содержащим подпружиненный шарик. При этом внутренняя поверхность эластичного кольца 22 и вкладыш 20 образуют внутреннюю полость. Вкладыш 20 соединяет между собой верхний и нижний диски-упоры. Часть наружной поверхности эластичного кольца 22 покрыта абразивным материалом 23, обеспечивающим прочность фиксации отделяемой заглушки в отводе, не допуская ее осевого перемещения под действием давления среды в трубопроводе. Другая часть наружной поверхности эластичного кольца 22 выполнена ребристой 24, которая служит для уплотнения заглушки в отводе, обеспечивая герметичность перекрытия.
Устройство работает следующим образом. Устройство применяют в два этапа. Вначале устройство подготавливают к работе для осуществления первого этапа (фиг.6 а). Гибкий вал 8 со сферической фрезой 14 вставляют в полый шток 9, зафиксированный от поворота шпоночным пазом и шпонкой 7, являющейся составной частью узла привода, который, кроме того, состоит из штурвала 5 и ходовой гайки 6. Узел привода установлен в верхней части корпуса для взаимодействия с полым штоком 9. Втулку 3 гибкого вала 8 закрепляют при помощи гайки 2 в отверстии с уплотняющими эластичными кольцами 4, выполненном в головке полого штока 9. Подготовленное таким образом устройство закрепляют через прокладку на вантузной задвижке 26 посредством фланца 11, установленного в основании корпуса 10. Вантузную задвижку 26 открывают, предварительно проверив надежность закрытия вентиля 13, установленного в радиальном отверстии 12 фланца 11. Вращением штурвала 5 против часовой стрелки перемещают полый шток с установленным в нем гибким валом с фрезой 14 до сварочного соединения задвижки с отводом. К хвостовику 1 гибкого вала 8 присоединяют пневмодрель, с помощью которой приводят во вращение сферическую фрезу 14. По мере опускания вращающейся сферической фрезы в отвод 27 срезаются наплывы от сварки, а также твердые парафинистые отложения внутри отвода (зона зачистки). Благодаря тому, что фреза подвешена на гибком валу и имеет сферическую форму, в любой момент времени она находит нужное положение в отводе. После прохода фрезы по всей длине отвода ее выводят из отвода и задвижки вращением штурвала 5 по часовой стрелке, закрывают задвижку и демонтируют устройство.
Подготавливают устройство для осуществления второго этапа работы (фиг.6 б). Из полого штока 9 удаляют гибкий вал с фрезой, вместо которых в полый шток 9 вставляют и закрепляют в отверстии с уплотняющими кольцами 4, выполненном в головке полого штока, посредством втулки 3 и гайки 2 рукав высокого давления 16. К рукаву высокого давления 16 прикрепляют отделяемую заглушку 18, которую наворачивают на ниппель 17
1
2
рукава высокого давления до соприкосновения с подпружиненным шариком ее обратного клапана 21, установленного во вкладыше 20, соединяющем верхний 19 и нижний 25 диски-упоры. Затем отделяемую заглушку 18 отворачивают на / оборота для исключения воздействия ниппеля на шарик. Подготовленное устройство закрепляют на вантузной задвижке 26 и открывают ее. Затем вращением штурвала 5 против часовой стрелки перемещают заглушку в отвод до расчетного места ее установки. К штуцеру 15 рукава высокого давления 16 присоединяют источник сжатого воздуха и подают во внутреннюю полость заглушки воздух под расчетным давлением. При этом эластичное кольцо 22 деформируется, запирает проходное сечение отвода и плотно прижимается к стенкам отвода. Часть наружной поверхности эластичного кольца, покрытая абразивным материалом 23, надежно фиксирует заглушку в отводе, предохраняя ее от осевого перемещения, которое может осуществиться под действием давления среды в трубопроводе 28. Ребристая уплотняющая поверхность 24 эластичного кольца обеспечивает герметичность перекрытия. Открытием вентиля 13 проверяют надежность герметизации отвода 27. Рукав высокого давления 16 отсоединяют от заглушки путем его вращения против часовой стрелки. Демонтируют вантузную задвижку 26. Заглушают отвод при помощи приварки сферической заглушки 29 к отводу 27 (фиг.7).
В случае, когда требуется ремонт внутренней полости вантузной задвижки, перекрывают и герметизируют отвод описанным выше способом и проводят необходимый ремонт вантузной задвижки. После ремонта извлекают отделяемую заглушку из отвода следующим образом. Вращая рукав высокого давления по часовой стрелке, концом ниппеля 17 нажимают на подпружиненный шарик обратного клапана 21, тем самым снижают давление внутри заглушки до атмосферного, при этом эластичное кольцо 22 возвращается в исходное положение. Вращением штурвала 5 по часовой стрелке поднимают отделяемую заглушку до основания корпуса 10. Задвижку закрывают, устройство демонтируют.
у
Расчетный пример 1 применения устройства в отводе Д 100 мм.
1. Условие, обеспечивающее фиксацию отделяемой заглушки в отводе
тр.
F≥N
2. Сила, выталкивающая отделяемую заглушку из отвода
3. Сила трения боковой поверхности отделяемой заглушки о внутренние стенки отвода
тр.
1
1
1
2
2
1
F=π*d*(h*m+h*m)*P≥3617
4. Давление газов в отделяемой заглушке для ее фиксации составит:
1
тр.
1
1
1
2
2
2
p=f/π*d*(h*m+h*m)=3167/3,14*7,2*(6,4*0,8+2*0,6)=25,32 кг/см.
1
2
Принимаем Р=26 кг/см
1
2
Где: P=26 кг/см - давление газов в отделяемой заглушке;
2
2
Р=50 кг/см - давление в нефтепроводе;
тр.
f≥3617 кг - сила трения между отделяемой заглушкой и отводом;
N=3617 кг - сила, выталкивающая заглушку из отвода;
1
d=7,2 см - внутренний диаметр отделяемой заглушки;
2
d=9,6 см - внутренний диаметр отвода;
1
h=6,4 см - высота наружной поверхности отделяемой заглушки, покрытой абразивным материалом;
2
h=2 см - высота ребристой уплотняющей поверхности отделяемой заглушки;
1
m=0,8 - коэффициент трения поверхности, покрытой абразивным материалом, по стали;
1
m=0,6 - коэффициент трения резины по стали (ребристой уплотняющей поверхности по стали).
у
Расчетный пример 2 применения устройства в отводе Д 150 мм.
1. Условие, обеспечивающее фиксацию отделяемой заглушки в отводе
тр.
F≥N
2. Сила, выталкивающая отделяемую заглушку из отвода
3. Сила трения боковой поверхности отделяемой заглушки о внутренние стенки отвода
тр.
1
1
1
2
2
1
F=π*d*(h*m+h*m)*P≥8139
4. Давление газов в отделяемой заглушке для ее фиксации составит:
1
тр.
1
1
1
2
2
2
P=F/π*d*(h*m+h*m)=8139/3,14*22*(6,4*0,8+2*0,6)=3418 кг/см.
1
2
Принимаем P=35 кг/см
1
2
Где: P=35 кг/см - давление газов в отделяемой заглушке;
2
2
Р=50 кг/см - давление в нефтепроводе;
тр.
f≥8139 кг - сила трения между отделяемой заглушкой и отводом;
N=8139 кг - сила, выталкивающая заглушку из отвода;
1
d=712 см - внутренний диаметр отделяемой заглушки;
2
d=14,4 см - внутренний диаметр отвода;
h1=6,4 см - высота наружной поверхности отделяемой заглушки, покрытой абразивным материалом;
2
h=2 см - высота ребристой уплотняющей поверхности отделяемой заглушки;
1
m=0,8 - коэффициент трения поверхности, покрытой абразивным материалом, по стали;
1
m=0,6 - коэффициент трения резины по стали (ребристой уплотняющей поверхности по стали).
Предлагаемая конструкция устройства для перекрытия отводов позволяет применять его практически во всех имеющихся вантузах на трубопроводах без снижения режима перекачки.