ЗАТВОР БАЙОНЕТНЫЙ С БЛОКИРОВОЧНЫМ УЗЛОМ

Полезная модель относится к области нефтегазовой, нефтехимической и химической промышленности, а именно к затворам байонетного типа, применяемым на трубопроводах, сосудах и аппаратах, работающих под давлением.
Известно устройство затвора концевого байонетного по патенту на полезную модель RU 170458 U1, МПК F16J 13/16, публикация 25.04.2017 г. содержащее полый корпус и крышку, выполненные с элементами байонетного соединения, включающего выступы на крышке, охватываемые выполненными идентичными пазами на корпусе. Элементы байонетного соединения состоят, по меньшей мере, из двух равных по ширине ступеней, при этом расстояние между выступами на крышке и пазами на корпусе соответствует ширине ступени. Крышка закреплена на откидном рычаге поворотной опоры в подшипниковом узле в стакане, размещенном на крышке, и установлена с возможностью поворота на оси подшипникового узла. Механизм перемещения крышки по оси и по окружности выполнен в виде ключа - шестерни, узел блокировки поворота крышки относительно корпуса состоит из поршня, уплотнителя и пружины.
Недостатками данного решения являются: невозможность разблокирования крышки затвора в случае замерзания конденсата в узле блокировки; система безопасности содержит всего одну ступень защиты.
Наиболее близким решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство затвора концевого байонетного по патенту на изобретение RU 2744248 С1, МПК F16J 13/24, публикация 04.03.2021 г. содержащее корпус и крышку, на которых выполнены элементы байонетного соединения. Крышка установлена с возможностью поворота вокруг своей оси на откидном рычаге. На крышке установлен блокировочный узел, состоящий из подвижной рукоятки, блокирующей вращение крышки в сторону открытия и связанной с краном сброса давления, и блокиратора, содержащего шток, который блокирует движение рукоятки при наличии давления во внутренней полости затвора. Предлагается также сам блокировочный узел в качестве самостоятельного устройства.
Недостатками данного решения являются:
- неудовлетворительная безопасность при подготовке к открытию крышки, так как оператор должен находиться в опасной зоне перед крышкой в месте установки крана сброса давления;
- одновременное выключение ручной блокировки крышки и включение крана сброса давления, что сокращает количество последовательных ступеней системы безопасности;
- невозможность разблокирования крышки затвора в случае замерзания конденсата в узле блокировки.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение безопасности использования затвора байонетного при обеспечении надежности и удобства в эксплуатации.
Указанный технический результат достигается тем, что затвор байонетный с блокировочным узлом, содержит корпус и крышку, с выполненными элементами байонетного соединения, крышка установлена с возможностью поворота вокруг своей оси на откидном рычаге, блокировочный узел, состоит из подвижной рукоятки, блокирующей вращение крышки в сторону открытия и связанной с шаровым краном сброса давления и блокиратора, содержащего шток. Причем блокиратор, установленный на корпусе затвора байонетного, состоит из корпуса блокиратора, подпружиненного поршня, жестко соединенного со штоком, клапана обратного дроссельного, сапуна. При этом корпус блокиратора включает два вертикально расположенных конденсатосборника, связанных поперечными каналами с полостями поршня и штока. Блокировочный узел дополнительно содержит ограничительный стержень, механически соединенный со штоком с возможностью ограничения движения подвижной рукоятки только в сторону открытия при наличии давления внутри затвора байонетного. Подвижная рукоятка содержит на боковой поверхности цилиндрический выступ, соответствующий цилиндрической выемке зубчатого сектора, установленного на крышке затвора байонетного. Шаровой кран сброса давления расположен на объекте установки затвора байонетного.
Существует вариант, в котором подвижная рукоятка фиксируется в открытом и закрытом положениях подпружиненным стопором.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в том, что используется блокировочный узел с блокиратором, конструкция которого обеспечивает защиту его от присутствия водяного конденсата в зазорах подвижных частей и гарантирует надежность его работы. Подвижная рукоятка, заблокированная в сторону открытия ограничительным стержнем, механически связанным со штоком блокиратора при наличии давления внутри затвора обеспечивает возможность сброса давления через связанный с ней шаровой кран сброса давления, расположенный на объекте установки затвора, при этом цилиндрический выступ на боковой поверхности подвижной рукоятки в зацеплении с цилиндрической выемкой зубчатого сектора, установленного на крышке затвора, обеспечивает надежное блокирование крышки затвора в сторону открытия, что повышает безопасность использования затвора байонетного.
Конструкция затвора байонетного с блокировочным узлом поясняется следующими чертежами:
На фиг. 1 изображен общий вид затвора байонетного с блокировочным узлом - вид спереди при закрытом положении крышки затвора.
На фиг. 2 изображен общий вид затвора байонетного с блокировочным узлом - вид сбоку, увеличенный вид А.
На фиг. 3 изображен увеличенный выносной вид Б. Позиции подвижной рукоятки: а) - «закрыто», б) - «промежуточное положение», в) - «открыто».
На фиг. 4 изображен разрез блокиратора. Вариант заполнения полости штока жидкостью гидравлической - увеличенный выносной вид В.
На фиг. 5 изображен разрез блокиратора. Вариант заполнения полостей поршня и штока жидкостью гидравлической - увеличенный выносной вид В.
Затвор байонетный с блокировочным узлом содержит корпус 1 и крышку 2 (фиг. 1), с выполненными элементами байонетного соединения 3, крышка 2 установлена с возможностью поворота вокруг своей оси на откидном рычаге 4, блокировочный узел 5 (фиг. 2), состоящий из подвижной рукоятки 6, блокирующей вращение крышки 2 в сторону открытия и связанной с шаровым краном сброса давления 7 и блокиратора 8, содержащего шток 9 (фиг. 4). Причем блокиратор 8, установленный на корпусе 1 затвора байонетного, состоит из корпуса блокиратора 10, подпружиненного поршня 11, жестко соединенного со штоком 9, клапана обратного дроссельного 12 и сапуна 13. При этом корпус блокиратора 10 включает два вертикально расположенных конденсатосборника 14 и 15, связанных поперечными каналами 16 и 17 с полостями поршня 18 и штока 19. Блокировочный узел 5 дополнительно содержит ограничительный стержень 20, механически соединенный со штоком 9 с возможностью ограничения движения подвижной рукоятки 6 только в сторону открытия при наличии давления внутри затвора байонетного. Подвижная рукоятка 6 содержит на боковой поверхности цилиндрический выступ 21 (фиг. 3), соответствующий цилиндрической выемке 22 зубчатого сектора 23, установленного на крышке 2 затвора байонетного. Шаровой кран сброса давления 7 расположен на объекте 24 установки затвора байонетного. Конструкция блокиратора 8 (фиг. 4, фиг. 5) позволяет заполнить внутренние полости корпуса блокиратора 10 жидкостью гидравлической для уменьшения сил трения между подвижными частями и улучшения противокоррозионной защиты. Допускается применение моторных масел минеральных или синтетических. При этом плотность заливаемых во внутренние полости блокиратора 8 материалов должна быть ниже плотности воды.
Существует вариант, в котором подвижная рукоятка 6 фиксируется в открытом и закрытом положениях подпружиненным стопором 25.
Затвор байонетный с блокировочным узлом в случае заполнения жидкостью гидравлической только полости штока 19 корпуса блокиратора 10 и связанных с ней внутренних полостей работает следующим образом.
Для закрытия затвора байонетного крышка 2 (фиг. 1) с помощью откидного рычага 4 прижимается к корпусу 1 затвора байонетного. При этом выступы элементов байонетного соединения 3 (фиг. 1) крышки 2 проходят в пазах между элементами байонетного соединения корпуса 1 затвора байонетного. Для обеспечения байонетного зацепления осуществляется поворот крышки 2 вокруг своей оси при взаимодействии съемной шестерни 26, последовательно устанавливаемой на оси 27, с зубьями зубчатого сектора 23. Подвижная рукоятка 6 переводится в закрытое положение до упора цилиндрического выступа 21 подвижной рукоятки 6 в цилиндрическую выемку 22 зубчатого сектора 23 (фиг. 3а)) и фиксируется подпружиненным стопором 25, тем самым блокируя зубчатый сектор 23 и связанную с ним крышку 2 затвора байонетного от поворота вокруг своей оси. Шаровой кран сброса давления 7, расположенный на объекте 24 установки затвора байонетного (фиг. 2), переводится в закрытое положение подвижной рукояткой 6 связанной с ним валом 28. Давление рабочей среды из внутренней полости затвора байонетного передается (фиг. 4) через конденсатосборник 14, поперечные каналы 16, дросселирующее отверстие клапана обратного дроссельного 12 в полость поршня 18, толкая подпружиненный поршень 11, жестко соединенный с ним шток 9, ограничительный стержень 20, механически соединенный со штоком 9 в положение, при котором ограничительный стержень 20, выдвигается под подвижную рукоятку 6, пересекая траекторию ее возможного движения, препятствуя тем самым разблокированию и повороту крышки 2 затвора байонетного вокруг своей оси в сторону открытия при наличии давления внутри затвора байонетного. При движении подпружиненного поршня 11 под воздействием давления рабочей среды жидкость гидравлическая из полости штока 19 вытесняется через поперечные каналы 17 в конденсатосборник 15, выдавливая воздух из него наружу через сапун 13.
Для открытия затвора байонетного, при отсутствии давления внутри него, подвижная рукоятка 6 (фиг. 3) переводится в положение открыто. В случае, если давление рабочей среды в затворе байонетном не достигло уровня отключения блокиратора 8, подвижной рукояткой 6 не удастся разблокировать крышку 2 затвора байонетного через связанный с ней зубчатый сектор 23. Однако, положение ограничительного стержня 20 при включенном блокираторе 8 позволяет повернуть подвижную рукоятку 6 в промежуточное положение (фиг. 3б)) до упора подвижной рукоятки 6 в выдвинутую часть ограничительного стержня 20 и частично открыть связанный с ней валом 28 (фиг. 2) шаровой кран сброса давления 7, понижая давление рабочей среды внутри затвора байонетного и одновременно сигнализируя о его наличии. При этом цилиндрический выступ 21 (фиг. 3б)) подвижной рукоятки 6 продолжает оставаться в зацеплении с цилиндрической выемкой 22 зубчатого сектора 23, оставляя крышку 2 затвора байонетного в заблокированном состоянии. Вертикальные составляющие усилий, прикладываемых к подвижной рукоятке 6 и передаваемых на ограничительный стержень 20, воспринимаются кронштейном 29, защищая консольно выдвигающийся шток 9 от изгиба и последующего заклинивания блокиратора 8. При падении давления рабочей среды внутри затвора байонетного до уровня отключения блокиратора 8 происходит втягивание штока 9 (фиг. 4) и механически соединенного с ним ограничительного стержня 20 под действием пружины подпружиненного поршня 11. Рабочая среда из полости поршня 18 вытесняется через клапан обратный дроссельный 12, полностью открытый в этом направлении, поперечные каналы 16, конденсатосборник 14 обратно во внутреннюю полость затвора байонетного. Возникающее разрежение в полости штока 19 компенсируется жидкостью гидравлической, поступающей из конденсатосборника 15 через поперечные каналы 17 и воздухом, поступающим через сапун 13 в конденсатосборник 15. При этом происходит разблокировка в сторону открытия подвижной рукоятки 6, ее полное открытие с фиксацией подпружиненным стопором 25 и полное открытие шарового крана сброса давления 7, связанного с подвижной рукояткой через вал 28 (фиг. 2), что обеспечивает возможность дополнительного сброса давления. При этом цилиндрический выступ 21 подвижной рукоятки 6 (фиг. 3в)) полностью выходит из цилиндрической выемки 22 зубчатого сектора 23, тем самым, разблокируя зубчатый сектор 23 и связанную с ним крышку 2 затвора байонетного (фиг. 1). Для выхода крышки 2 из байонетного зацепления с корпусом 1 затвора байонетного осуществляется поворот крышки 2 вокруг своей оси при взаимодействии съемной шестерни 26, последовательно устанавливаемой на оси 27, с зубьями зубчатого сектора 23. Крышка 2 затвора байонетного откидным рычагом 4 отводится от корпуса 1 затвора байонетного, завершая процесс открытия затвора байонетного.
В случае заполнения жидкостью гидравлической не только полости штока 19 (фиг. 5) и связанных с ней поперечных каналов 17 с конденсатосборником 15, но и полости поршня 18 и связанных с ней поперечных каналов 16 с конденсатосборником 14 изменяется работа затвора байонетного с блокировочным узлом. Отличие работы затвора байонетного с блокировочным узлом с полностью заполненными жидкостью гидравлической внутренними полостями корпуса блокиратора 10 заключается в следующем.
Процесс закрытия затвора байонетного идентичен работе затвора байонетного при его закрытии в случае заполнения жидкостью гидравлической только полости штока 19 корпуса блокиратора 10 и связанных с ней внутренних полостей. Но в данном случае (фиг. 5) давление рабочей среды из внутренней полости затвора байонетного передается в конденсатосборнике 14 на жидкость гидравлическую, а жидкость гидравлическая через поперечные каналы 16, дросселирующее отверстие клапана обратного дроссельного 12, полость поршня 18 передает давление на подпружиненный поршень 11.
Процесс открытия затвора байонетного с блокировочным узлом идентичен работе затвора байонетного при его открытии в случае заполнения жидкостью гидравлической только полости штока 19 корпуса блокиратора 10 и связанных с ней внутренних полостей. Но в данном случае после падения давления рабочей среды внутри затвора байонетного до уровня отключения блокиратора 8 происходит втягивание штока 9 (фиг. 5) и механически соединенного с ним ограничительного стержня 20 под действием пружины подпружиненного поршня 11. Жидкость гидравлическая из полости поршня 18 вытесняется через клапан обратный дроссельный 12, полностью открытый в этом направлении, поперечные каналы 16, в конденсатосборник 14, выдавливая рабочую среду обратно во внутреннюю полость затвора байонетного.
В процессе эксплуатации затворов байонетных, применяемых в частности в камерах запуска и приема внутритрубных устройств, в результате сезонных и суточных температурных перепадов происходит конденсация водяных паров, что является причиной коррозии незащищенных поверхностей. Присутствие конденсата внутри затвора байонетного при отрицательных температурах окружающей среды не исключает возможность замерзания конденсата, что приводит к блокировке подвижных частей оборудования.
В корпусе блокиратора 10 (фиг. 4, фиг. 5) полости поршня 18 и штока 19 соединены поперечными каналами 16 и 17 с конденсатосборниками 14 и 15, на дне которых накапливается водяной конденсат. Ввиду того, что нижние поперечные каналы 16 и 17 расположены выше дна конденсатосборников 14 и 15 и ниже полостей поршня 18 и штока 19, водяной конденсат в полостях поршня 18 и штока 19 не задерживается и перетекает в конденсатосборники 14 и 15. При отсутствии давления во внутренней полости затвора байонетного конденсатосборник 14 заполнен атмосферным воздухом. При подаче давления рабочей среды (фиг. 4) конденсатосборник 14 заполнен природным газом или нефтью, или предварительно заполнен жидкостью гидравлической (фиг. 5). А конденсатосборник 15 всегда заполнен жидкостью гидравлической. Во всех случаях водяной конденсат, попадая в конденсатосборники 14 и 15, как более тяжелая составляющая, оседает на дне вертикально расположенных конденсатосборников 14 и 15.
При отрицательных температурах окружающей среды вода, замерзшая в конденсатосборниках 14 и 15, не влияет на работоспособность блокиратора 8 (фиг. 4, фиг. 5). Слив конденсата производится через сливные пробки 30 с последующей промывкой и заменой при необходимости использованной жидкости гидравлической через отверстия в корпусе блокиратора 10 для сапуна 13 и заливной пробки 31. Верхние поперечные каналы 16 и 17 расположены выше полостей поршня 18 и штока 19, поэтому обеспечивают выход образующихся газовых пробок из полости штока 19 в конденсатосборник 15 (фиг. 4, фиг. 5) и из полости поршня 18 в конденсатосборник 14 в случае заполнения полости поршня 18 жидкостью гидравлической (фиг. 5). При этом частичное или полное заполнение внутренних полостей блокиратора 8 жидкостью гидравлической повышает стойкость к коррозии контактирующих с жидкостью гидравлической деталей и обеспечивает уменьшение сил трения при перемещении подвижных частей блокиратора 8.
За счет применения предложенных решений удалось осуществить при открытии затвора байонетного с блокировочным устройством дополнительно следующие реализуемые ступени безопасности, а именно:
- проверку наличия остаточного внутреннего давления рабочей среды через частично открытый шаровой кран сброса давления 7 до отключения блокиратора 8 без разблокировки крышки 2 затвора байонетного от поворота вокруг своей оси для открытия;
- отключение блокиратора 8;
- полное открытие шарового крана сброса давления 7 с одновременной разблокировкой крышки 2 затвора байонетного от поворота вокруг своей оси для открытия.
Проведенные испытания на ОАО «Волгограднефтемаш» подтвердили заявленную функциональность предлагаемого затвора байонетного с блокировочным узлом.
Таким образом, предлагаемая конструкция затвора байонетного с блокировочным узлом позволит повысить безопасность использования затвора байонетного при обеспечении надежности и удобства в эксплуатации.