УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ ЖИДКОСТИ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к производству технологического оборудования для предприятий нефтегазодобычи, нефтегазопереработки, хранения нефти и нефтепродуктов, в частности к устройствам для отбора проб нефтепродуктов и нефти из резервуаров.
Известен пробоотборник для жидкостей с расположенными по высоте стояка заборными устройствами, при этом заборные устройства выполнены из набора шайбовых сопротивлений и упорных колец, заключенных в корпус (см. авторское свидетельство СССР на изобретение №145799, МПК G 01 N 1/16, опубл. 01.01.1962 г.).
Однако, в связи с тем, что известный пробоотборник не оснащен устройством для принудительного взятия проб в определенный момент времени, способным, например, изолировать стояк от резервуара в любой момент времени, его эксплуатационные свойства заметно ухудшены.
Известен пробоотборник, состоящий из системы заборных и сливных труб, колонны с элементами ее крепления внутри резервуара и органов управления и слива, вынесенных за пределы резервуара, при этом колонна выполнена в виде перфорированной трубы с кронштейнами, установленными поперек нее с определенным шагом по высоте и параллельно друг другу и на которых установлены заборные трубы, к которым герметично подсоединены внутренние гибкие трубы, другой конец которых подсоединен к соответствующему проходному сгону, установленному в отверстие крышки бокового смотрового люка резервуара с внутренней стороны, а с другой стороны к каждому проходному сгону подсоединены внешние гибкие трубы, концы которых подсоединены к соответствующим тройникам, которые расположены в определенном порядке на панели, отстоящей от резервуара на заданное расстояние, при этом тройники расположены таким образом, чтобы общая ось двух отверстий каждого тройника располагалась в горизонтальной плоскости и подсоединялась к панели с внешними гибкими трубами с одной стороны и краном отбора проб с другой, а ось третьего отверстия каждого тройника расположена вертикально отверстием вниз, а снизу к каждому тройнику подсоединены сливные трубы со сливными кранами, при этом нижние концы всех сливных труб объединены в коллектор, представляющий собой заглушенную с одной стороны дренажную трубу, расположенную под углом к горизонтали и с запорным краном с другой ее стороны, перед которым за коллекторной частью расположено
технологическое отверстие, имеющее уровень установки ниже уровня резервуара (см. патент РФ на изобретение №2183317, МПК G 01 N 1/10, опубл. 10.06.2002 г.).
Известный пробоотборник характеризуется как сложностью конструкции, так и сложностью при эксплуатации. Для взятия проб при помощи пробоотборника известной конструкции необходимо открытие кранов всех сливных труб, при этом заклинивание одного крана приведет к неполноценному взятию проб, поскольку будет отсутствовать проба с определенного уровня. При этом за счет необходимости очередного открывания кранов и достаточно долгого слива жидкости с каждого крана значительно увеличивается время взятия проб, что также снижает эксплуатационные свойства пробоотборника.
Наиболее близким техническим решением к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является известный пробоотборник для отбора проб из резервуаров с нефтепродуктами, содержащий пробоотборную колонну и клапанные секции, при этом секции выполнены с отключением от пробоотборной колонны при заборе пробы, причем открытие секций для заполнения жидкостью производится с помощью отсечных трехходовых кранов, соединительных рычагов и коромысел, связанных в параллелограмм (см. патент РФ на изобретение №2132994, МПК F 16 T 1/00, опубл. 10.07.1999 г.).
Однако недостатком известной конструкции является сложность забора пробы, связанная с необходимостью приложения повышенного усилия для приведения пробоотборника из одного положения (секции закрыты) в другое (секции открыты), при котором собственно и происходит отбор проб. Таким образом, усложняется отбор проб оператором, не обладающим необходимой физической силой, что сужает эксплуатационные свойства пробоотборника.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является создание пробоотборника более удобной в работе конструкции, характеризующейся повышенными эксплуатационными свойствами.
Технический результат заключается в уменьшении усилия, которое необходимо приложить для взятия проб пробоотборником известной конструкции.
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для отбора проб жидкости, по первому варианту, содержащем пробоотборную колонну, по крайней мере, одну клапанную секцию, по крайней мере, один трехходовой кран, по крайней мере, одно коромысло в виде двуплечего рычага, соединительные рычаги и рычаг управления, связанный с коромыслом, при этом секции выполнены с отключением от пробоотборной колонны при заборе пробы, а каждый кран жестко связан с коромыслом, согласно
полезной модели, плечи коромысла, связанного с рычагом управления, сопряжены между собой в точке присоединения коромысла к крану под углом в диапазоне от 90° до 180°
Поставленная задача также достигается тем, что в устройстве для отбора проб жидкости, по второму варианту, содержащем пробоотборную колонну, по крайней мере, одну клапанную секцию, по крайней мере, один трехходовой кран, по крайней мере, одно коромысло в виде двуплечего рычага, соединительные рычаги и рычаг управления, связанный с коромыслом, при этом секции выполнены с отключением от пробоотборной колонны при заборе пробы, а каждый кран жестко связан с коромыслом, согласно полезной модели, плечо коромысла, непосредственно связанное с рычагом управления, изогнуто под углом в диапазоне от 90° до 180°.
Поставленная задача также достигается тем, что устройство для отбора проб жидкости, по третьему варианту, содержащее пробоотборную колонну, по крайней мере, одну клапанную секцию, по крайней мере, один трехходовой кран, по крайней мере, одно коромысло, рычаг управления, связанный с коромыслом, при этом секции выполнены с отключением от пробоотборной колонны при заборе пробы, а каждый кран жестко связан с коромыслом, согласно полезной модели, содержит один соединительный рычаг, коромысла выполнены в виде одноплечих рычагов, при этом рычаг управления сопряжен с одним коромыслом под углом в диапазоне от 90° до 180°.
Поставленная задача также достигается тем, что устройство для отбора проб жидкости, по четвертому варианту, содержащее пробоотборную колонну, по крайней мере, одну клапанную секцию, по крайней мере, один трехходовой кран, по крайней мере, одно коромысло, рычаг управления, связанный с коромыслом, при этом секции выполнены с отключением от пробоотборной колонны при заборе пробы, а каждый кран жестко связан с коромыслом, согласно полезной модели, содержит один соединительный рычаг, коромысла выполнены в виде одноплечих рычагов, при этом рычаг управления изогнут под углом в диапазоне от 90° до 180°.
В настоящем описании полезной модели использована следующая терминология: угол - фигура, образованная двумя лучами, являющимися сторонами угла и исходящими из одной точки; мера угла - величина поворота вокруг вершины угла одной стороны угла до момента ее перехода в другую сторону угла (см. Выгодский М.Я. Справочник по элементарной математике. - Л.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1959, с.265-266). Мера угла считается положительной, если вращение совершается против часовой стрелки, и отрицательной - в противном случае. В настоящем описании полезной модели, согласно правилам начальной
геометрии, считаем меру угла всегда положительной, при этом также считаем, что мера угла всегда измеряет кратчайший поворот.
При выполнении устройства для отбора проб жидкости (пробоотборника) по первому варианту плечи коромысла, связанного с рычагом управления, сопряжены между собой в точке присоединения коромысла к крану под углом в диапазоне от 90° до 180°. Таким образом, можно говорить об изгибе коромысла в точке его соединения с краном на угол, лежащий в диапазоне от 90° до 180°. При этом вышеуказанные признаки обеспечивают получение технического результата за счет следующего.
Как известно из правил механики, в частности, закона рычага, момент силы в направлении прикладывания силы (усилия) прямо пропорционален плечу приложенной силы и модулю прилагаемого усилия (силе) в направлении перемещения рычага. При этом под плечом силы понимается расстояние по перпендикулярам, опущенным из точки опоры рычага на линии действия сил. В данном случае точкой опоры является место присоединения коромысла к крану, отключающего внутреннее пространство секций пробоотборной колонны при заборе проб. При этом необходимо учитывать, что исходя из принципа работы известного пробоотборника, т.е. одновременного поворота кранов с целью открытия секций движением системы коромысел и соединительных рычагов при помощи рычага управления, максимальное усилие необходимо приложить в первоначальный момент движения рычага управления, что связано с тем, что коэффициент трения покоя значительно превышает коэффициент трения скольжения. Таким образом, для уменьшения необходимого прикладываемого усилия в первоначальный момент движения рычага управления без потери момента силы необходимо увеличивать плечо силы, что можно конструктивно сделать удлиняя рычаг, используемый при переводе пробоотборника из одного положения в другое, и таким образом, увеличивая плечо силы. Однако, подобное увеличение возможно только в узких пределах, продиктованных самой конструкцией резервуара, из которого берется проба, и стесненных условий для взятия проб. Изгиб коромысел, согласно первого варианта выполнения устройства, уменьшит угол между плечом коромысла сопряженным с рычагом управления и перпендикуляром, опущенным из точки опоры рычага на линию действия сил. При этом уменьшение угла увеличивает его косинус и, исходя из правил геометрии, рычаг силы, равный произведению суммы длин рычага управления и сопряженного с ним плеча коромысла на косинус угла между плечом коромысла, сопряженным с рычагом управления, и перпендикуляром, опущенным из точки опоры рычага на линию действия сил, увеличивается, что позволяет уменьшить прилагаемое усилие. Выполнение устройства для взятия проб по второму варианту также позволяет уменьшить усилие.
Изгиб плеча коромысла уменьшит угол между воображаемой линией проведенной из точки приложения силы и перпендикуляром, опущенным из точки опоры рычага на линию действия сил. При этом уменьшение угла, как и в первом случае, увеличивает его косинус и, исходя из правил геометрии, рычаг силы, равный в данном случае произведению длины линии из точки приложения силы до точки опоры рычага на косинус угла между линией, проведенной из точки приложения силы и перпендикуляром, опущенным из точки опоры рычага на линию действия сил, увеличивается, что позволяет уменьшить прилагаемое усилие.
В случае выполнения в конструкции устройства для взятия проб одного соединительного рычага и коромысел в виде одноплечих рычагов, в отличие от первых двух вариантов, систему рычаг управления - соединительный рычаг - коромысла надо рассматривать как рычаг 2-го рода. В первом и во втором вариантах конструкции устройства точка опоры располагалась между точками равновесия системы: точкой приложения силы и местом сопряжения крайней точки коромысла и соединительного рычага и система рассматривалась как рычаг 1-го рода. В данном случае точка опоры расположена по одну сторону от точек равновесия системы: точкой приложения силы и местом сопряжения одноплечего коромысла и рычага управления. При этом, исходя из аналогичных рассуждении, как и в первых двух вариантах, при изгибе рычага управления относительно коромысла уменьшается угол между воображаемой линией, проведенной из точки приложения силы и перпендикуляром, опущенным из точки опоры рычага на линию действия сил. При этом уменьшение угла, как и в первых двух случаях увеличивает его косинус и, исходя из правил геометрии, рычаг силы, равный в данном случае произведению длины линии из точки приложения силы до точки опоры рычага на косинус угла между линией, проведенной из точки приложения силы и перпендикуляром, опущенным из точки опоры рычага на линию действия сил, увеличивается, что позволяет уменьшить прилагаемое усилие. При выполнении устройства по четвертому варианту изгиб выполняется на самом рычаге управления. Как и в третьем варианте получается рычаг 2-го рода, и также при изгибе рычага управления уменьшается угол между воображаемой линией, проведенной из точки приложения силы и перпендикуляром, опущенным из точки опоры рычага на линию действия сил. При этом увеличивается рычаг силы, равный в данном случае произведению длины линии из точки приложения силы до точки опоры рычага на косинус угла между линией, проведенной из точки приложения силы и перпендикуляром, опущенным из точки опоры рычага на линию действия сил, что позволяет уменьшить прилагаемое усилие.
Таким образом, в настоящей полезной модели выполняется требование единства, поскольку предложены устройства, относящиеся к нескольким устройствам одного вида, одинакового назначения, обеспечивающих получение одного и того же технического результата (варианты).
Полезная модель иллюстрируется следующими чертежами, где на фиг.1 представлен пример выполнения устройства для взятия проб по 1-му варианту, вид сбоку;
на фиг.2 - то же по 2-му варианту, вид сбоку; на фиг.3 - то же по 3-му варианту, вид сбоку; на фиг.4 - то же по 4-му варианту, вид сбоку.
Позиции на чертежах обозначают следующее: 1 - пробоотборная колонна; 2 - клапанная секция; 3 - трехходовой кран; 4 - коромысло; 5 - соединительный рычаг; 6 - рычаг управления.
Устройство для отбора проб жидкости по первому или второму вариантам содержит пробоотборную колонну 1, по крайней мере, одну клапанную секцию 2, по крайней мере, один трехходовой кран 3, по крайней мере, одно коромысло 4, соединительные рычаги 5 и рычаг управления 6 (фиг.1 и 2).
Коромысла 4 выполнены в виде двуплечего рычага, и одно из коромысел связано с рычагом управления 6 (фиг 1 и 2).
Клапанные секции 2 выполнены с отключением от пробоотборной колонны 1 при заборе пробы, а каждый кран 3 жестко связан с коромыслом 4 (фиг.1 и 2).
В устройстве для отбора проб жидкости по первому варианту плечи коромысла 4, связанного с рычагом управления 6, сопряжены между собой в точке присоединения коромысла 4 к крану 3 под углом в диапазоне от 90° до 180° (фиг.1). В случае наличия в устройстве нескольких клапанных секций 2, каждая из которых снабжена краном 3 с целью ее отключения от пробоотборной колонны 1 при заборе пробы, к каждому крану 3 также целесообразно присоединить коромысло, плечи которого будут сопряжены между собой аналогично плечам коромысла 4, связанного с рычагом управления 6. При этом для сохранения возможности поворота крана 3 длина плеч коромысла должна быть равна между собой.
В устройстве для отбора проб жидкости по второму варианту плечо коромысла 4, непосредственно связанное с рычагом управления 6, изогнуто под углом в диапазоне от 90° до 180° (фиг.2). В случае наличия в устройстве нескольких клапанных секций 2, снабженных краном 3 с целью отключения клапанной секции 2 от пробоотборной колонны 1 при заборе пробы, к каждому крану 3 также целесообразно присоединить коромысло. При этом плечо коромысла, соединенное с соединительным рычагом 5, непосредственно связанным с рычагом управления 6, также должно быть изогнуто под
углом в диапазоне от 90° до 180°, причем на угол аналогичный углу изгиба плеча коромысла 4, непосредственно связанного с рычагом управления 6. Для сохранения возможности поворота крана 3 соединительные рычаги 5 должны быть выполнены на одинаковом расстоянии от пробоотборной колонны 1.
Устройство для отбора проб жидкости по третьему или четвертому вариантам содержит пробоотборную колонну 1, по крайней мере, одну клапанную секцию 2, по крайней мере, один трехходовой кран 3, по крайней мере, одно коромысло 4, один соединительный рычаг 5 и рычаг управления 6. Коромысла 4 выполнены в виде одноплечего рычага. Клапанные секции 2 выполнены с отключением от пробоотборной колонны 1 при заборе пробы, а каждый кран 3 жестко связан с коромыслом 4 (фиг.3 и 4).
При этом в устройстве для отбора проб жидкости по третьему варианту рычаг управления 6 сопряжен с одним коромыслом 4 под углом в диапазоне от 90° до 180° (фиг.3).
В устройстве для отбора проб жидкости по четвертому варианту рычаг управления 6 изогнут под углом в диапазоне от 90° до 180° (фиг.4).
Устройство для отбора проб жидкости работает следующим образом.
3
3
Устройство, выполненное по любому из вариантов, помещается в резервуар, например, в резервуар, выпускаемый по «ПБОЗ - 605 - 03. Правила устройства вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов объемом от 100 м до 50000 м». Для взятия проб необходимо приложить усилие на рычаг управления 6 и передвинуть его вниз. При этом рычаг управления 6, механически связанный с одним из коромысел 4, выполненного в виде одно- или двуплечего рычага, переведет левый край коромысла 4 в нижнее положение.
При этом в случае выполнения устройства по первому и второму вариантам правый край коромысла 4 перейдет в крайнее правое положение. В случае выполнения устройства по третьему и четвертому вариантам правый край коромысла 4, являющийся точкой опоры рычага, останется неподвижным относительно пробоотборной колонны 1. После этого нижнее коромысло 4, связанное через один или два соединительных рычага 5 с другими коромыслами 4, также переместится из одного положения в другое. После чего трехходовые краны 3 поворачиваются на определенный угол, например, 90°, и открывают доступ извне, т.е. пространства резервуара внутрь клапанных секций 2 пробоотборной колонны 1. С каждого уровня резервуара внутрь каждой клапанной секции 2 пробоотборной колонны 1 попадает жидкость, например, нефть или нефтепродукт, затем при помощи обратного движения рычага управления 6 кран 3 поворачивается в исходное положение, отсекая клапанные секции от внешнего пространства, но
совмещая их внутреннее пространство, после чего жидкость, находящаяся внутри пробоотборной колонны, вытекает через кран (на чертеже не обозначен) в пробосборную емкость (фиг.1-4). При этом в любом из вариантов выполнения устройства за счет уменьшения угла между линией, проведенной из точки приложения силы к точке опоры и перпендикуляром, опущенным на линию действия силы, уменьшается усилие, необходимое для движения рычага управления 6.
Таким образом, предложенное устройство для взятия проб жидкости обладает повышенными эксплуатационных свойствами, характеризующимися, в частности, уменьшением усилия, которое необходимо применить для перевода устройства из одного рабочего положения в другое.