РАЗГРУЗОЧНОЕ УСТРОЙСТВО ПНЕВМОГИДРОПРИВОДОВ ШАРОВЫХ КРАНОВ

Полезная модель относится к запорной арматуре, применяемой для перекачки газа в газовой промышленности и может быть применена для перекачки жидких нефтепродуктов в нефтеперерабатывающей промышленности.
Известны конструкции пневмогидроприводов, которые выпускаются иностранными фирмами и отечественными заводами, которые не отвечают современным требованиям эксплуатирующих организаций.
Наиболее близким по конструкции и выпускаемых большими сериями являются пневмоприводы, изготовленные на ведущем заводе России «Тяжпромарматура» г.Алексин Тульской области.
Описание работы такого гидропневмопривода дано в прилагаемой инструкции по эксплуатации. Работая на газовых магистралях РФ и ряда зарубежных стран в процессе эксплуатации было выявлено ряд недостатков, которые приводят к поломке узлов и деталей, причиной которых являются следующие факторы.
1. Ручной насос может сдать давление в гидроцилиндрах свыше 150 атм. (проводились опыты) Это происходит по следующим причинам: расширительный бак односторонним клапаном, связанный с атмосферой. Гидрожидкость поступает в ссасываемую часть насоса, он перекачивает гидрожидкость из одной полости в другую пневмогидроцилиндров и плюс гидрожидкость, которая находится в расширительном баке, создавая избыточное давление, этому способствует односторонний клапан.
2. Ручной насос имеет сложную конструкцию и трудноремонтированый в полевых условиях. Кроме этого, залотник снабжен двумя резиновыми уплотнительными кольцами. При повороте золотника были случаи заклинивания, по всей вероятности это происходит потому что, кольца работают на смятие.
3. При работе от магистрального газа в ручном насосе находится отсекающий шарик в свободном положении, он отсекает под действием давления гидрожидкости, канал соединяющий ручной насос от расширительного бака. Возможно он срабатывает аналогично описанному и в другом случае. Когда оператор работает с ручным насосом и создает давление см. пункт 1, после
проведения операции открытие-закрытие крана, ручка насоса переводится с ручного управления на дистанционное, в этот момент происходит впрыск гидрожидкости, которая заставляет отсекающий шарик запирать канал сообщения: ручной насос-расширительный бак. Гидрожидкость под давлением остается в полости пневмогидроцилиндра, которая при нагревании от температуры окружающей среды расширяется, создавая увеличенное давление, в замкнутом пространстве.
Расширительный бак перестает выполнять функцию регулировки давления в гидросистеме в зависимости от температуры окружающей среды.
4. Ручка насоса переключения с ручного управления на дистанционное по каким либо причинам не переведена, гидрожидкость остается запертой в замкнутом пространстве в одной из полостей пневмогидроцилиндров, создавая при нагревании давление, превышающее 150 атм. (опытным путем)
5. Отсутствие информации об утечке гидрожидкости из гидросистемы может привести к динамическим нагрузкам - удару поршня об регулировочный упор.
6. По некоторым данным на трассе в газовую камеру пневмогидроцилиндра может быть подключен внешний источник энергии (давление воздуха от компрессор, баллона со сжатым воздухом) с большим давлением. В этом случае давление воздуха не сбрасывается в атмосферу и движение поршня достигнет регулировочного упора с динамической нагрузкой.
7. Пневмогидроцилиндры изготавливаются с запасом на высокое давление и на динамические нагрузки, что приводит к увеличению металлоемкости и усложненному технологическому процессу изготовления пневмогидроцилиндров. Все эти факторы приводят к поломке пневмогидропривода. Предлагаемая полезная модель предполагает решить указанные недостатки.
ЦЕЛЬ РАЗРАБОТКИ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ.
I. Повысить качество и надежность эксплуатации пневмо-гидроприводов.
II. Продлить срок службы.
III. Снизить металлоемкость и трудоемкость на изготовление и сборку.
Для выполнения этих требований полезная модель решает следующие технические задачи:
1. Разгрузочное устройство постоянно поддерживает в гидравлической системе давление гидрожидкости близкое к нулю и не зависит от температуры окружающей среды.
2. Ручной насос может создавать давление на поршня пневмогидроцилиндров не более установленного заводом-изготовителем.
3. Простота конструкции ручного насоса с возможностью ремонта в полевых условиях.
4. Разгрузочное устройство обеспечивает контроль и информацию при падении объема гидрожидкости в гидросистеме, в случае ее утечки.
5. Система пневмогидропривода является гидравлически замкнутой и отсутствует связь с внешней средой.
6. Обеспечивает возможность подключения внешнего источника энергии (воздух от компрессора, баллона со сжатым воздухом и т.д.) в газовую камеру, ограничивая давление до разрешенного заводом-изготовителем, а также создает возможность стравливания воздуха в атмосферу с тормозящим эффектом поршня в другом цилиндре.
7. Возможность подключения в гидросистему электронасоса параллельно с ручным насосом.
На фиг.1 изображена схема работы пневмогидропривода и разгрузочного устройства. Пневмогидропривод состоит из следующих узлов: кулисного механизма 43; пневмогидроцилиндров 1, 3, 7; регулировочных упоров 3, 3А; поршней 2-38 и предназначен для управления шаровым краном 39, путем поворота шаровой пробки, находящейся в нем на угол 90 градусов от давления газа, подаваемого в цилиндры пневмогидропривода или от давления гидрожидкости, создаваемого ручным насосом и работает следующим образом:
Из блока управления краном 33, штатный клапан 34 магистральный газ 40 поступает в газовую полость А цилиндра 1, давит на поршень 2 со штоком 42, которые, перемещаясь воздействуют
на кулисный механизм 43, поворачивая шаровую пробку в кране 39 на угол 90 градусов, при этом гидрожидкость перетекает через открытый перепускной кран 23 в полость Г цилиндра 37. Одновременно газ 40 поступает в поршневую полость Д пневмогидроблока 5, давит на поршень 7 фиг.1, 2, перемещая шток 44 поршень 8, пластину 9 со штоком 45, отжимая пружину 46, перемещает золотники 6, 6А, отсекающих золотниковых клапанов 24-25. Гидромагистрали 32, 36, 4, 31 перекрываются, не позволяя гидрожидкости поступать в ручной насос 19 и поршневой компенсатор давления 12.
Поршень 38 фиг.1 доходит до регулировочного упора 3А - останавливается, с некоторым опережением прекращается подача газа 40 в полость А пневмогидроцилиндра 1. Кран 39 находится в открытом положении.
Газ 40 из полости А пневмогидроцилиндра 1 и полости Д пневмогидроблока 5 стравливается в атмосферу, через штатный выхлопной клапан.
Закрытие крана 39 происходит в обратном порядке. Газ 41 из блока управления краном 33 через штатный клапан 35 поступает в полость Б, перемещая поршень 38 со штоком 42, одновременно в полость С пневмогидроблока 5 фиг.2, перекрывая поступление гидрожидкости в ручной насос 19 и поршневой компенсатор давления 12. Гидрожидкость обладает очень высоким коэффициентом объемного расширения и в зависимости от температуры окружающей среды нагреваясь расширяется, создавая значительно большое давление в полостях В, Г пневмогидроцилиндров 1, 37 или охлаждаясь сжимается. Для компенсации этого давления служит поршневой компенсатор давления 12, который работает по принципу: гидрожидкость при ее расширении поступает из полостей В, Г по магистралям 4, 36 через открытые каналы отсекающих гидравлических клапанов 24, 25 магистрали 31, 32 далее открытые каналы распределительных гидравлических клапанов 29, 30, рычаги управления находятся 26 положении I, 27 - III магистраль 10 в подпоршневую полость Е фиг.1 поршневого компенсатора давления 12. Под давлением гидрожидкости поршень 13 поднимается вверх, вытесняя воздух из полости К в атмосферу. При охлаждении жидкости в полостях В, Г пневмогидроцилиндров 1, 37, поршень 13 опускается вниз, возвращая гидрожидкость обратно в полости В, Г. Эти циклы
повторяются в зависимости от температуры окружающей среды, поддерживая давление в гидросистеме близкое к нулю. В случае аварийного несрабатывания пневмогидроблока 5 в момент работы пневмогидропривода от магистрального газа, гидрожидкость под давлением поднимает поршень 13 в крайнее верхнее положение, тарельчатый клапан 14 прижимается к седлу 16, прерывая связь полости К с атмосферой, сохраняя герметически замкнутую систему, при этом подняты шток 15, закрепленный на поршне 13, воздействует на рычаг конечного выключателя 18, замыкает в нем электрическую цепь аварийного сигнала «тревоги». Предусмотрена аварийная сигнализация на случай утечки гидрожидкости из гидросистемы. С падением уровня гидрожидкости поршень 13 опустится в крайнее нижнее положение, шток 15 воздействует на рычаг концевого выключателя 17, замкнет электрическую цепь включения аварийного сигнала об уменьшении объема гидрожидкости в гидросистеме. Во время отсутствия давления магистрального газа управление гидропневмоприводом осуществляется ручным насосом 19. Для этого необходимо провести порядок операции строго предусмотренной конструкцией полезной модели, с целью поддерживать распределительные гидравлические клапана 29, 30 постоянно в открытом положении, в противном случае компенсатор давления работать не будет.
Порядок работы следующий:
Ключ-контроль 47 ввинтить в шток 49 А фиксатора 49 (фиг.3), который под действием пружины 48 находится в фиксирующем состоянии, и поднять вверх. Ручку 20А насоса 19 шпоночным пазом 53 вставить в вилку 20 ручного насоса 19 по шпоночному пазу 50. Ключ-контроль 47 отпустить, шток 49А фиксатора 49 под действием пружин 48 зайдет в гнездо 57 ручки 20А фиксируя ее. Ключ-контроль 47 вывернуть из штока 49А. Далее ключ-контроль 47 ввернуть в рычаг управления 27 фиг.1, 4 распределительного гидравлического клапана 30, повернуть на оси 55 из положения IV в положение III и зафиксировать пластиной 56 (фиг.4), при этом рычаг управления 27, воздействуя на золотник клапана 30, закроет магистраль низкого давления 10 и откроет магистраль высокого давления 22. Перекачивая ручным насосом 19 гидрожидкость из полости В в полость Г пневмогидроцилиндров
1, 37, при закрытом перепускном кране 23, поступает по магистрали 4, через открытый канал отсекающего гидроклапана 25, магистрали 31, открытый канал распределительного гидроклапана 29 при этом канал высокого давления перекрыт, прерывая сообщение гидрожидкости по магистралям высокого давления 31-22 фиг.1, а ручка управления 26 находится в положении 1, далее по магистрали низкого давления 10 она перетекает во всасываемую часть ручного насоса 190, из него гидрожидкость под давлением поступает через регулятор давления 21 в нагнетающую магистраль 22, открытый канал высокого давления распределительного гидравлического клапана 30 магистраль 32, открытый канал отсекающего гидравлического клапана 24, магистраль 36 в полость Г пневмогидроцилиндра 37. Поршень 38 переместится под давлением гидрожидкости до регулировочного упора 3А. Полностью откроется шаровой кран 39. После этого расстопорить ключ-контроль 47 из пластины 56 (фиг.4) рычаг управления 27 вместе с ключ-контролем, освободить от нажатия золотник распределительного гидравлического клапана 30, откроется канал низкого давления соединив магистрали 10, 32. Ключ-контроль вывернуть из рычага управления 27 и ввернуть в шток 49А (фиг.3), поднять вверх и вывести его из зацепления с гнездом 57 ручки насоса 20А. Ручку насоса вынуть из шпоночного паза 50. Ключ-контроль вывернуть, вставив в ручку насоса. Обратный процесс перекачки гидрожидкости из Г в полость В аналогичен вышеописанному, с разницей той, что ключ-контроль 47 ввинчивается в рычаг управления 26. В данном случае ручка управления 26 находится в положении II зафиксировано. Канал распределительного гидравлического клапана 29 закрывает сообщение магистралей низкого давления 10, 31 и открывает канал сообщения магистралей высокого давления 22, 31, а рычаг управления 27 отжат в положении IV, открывая канал распределительного гидравлического клапана 30, соединив магистрали низкого давления 10, 32 и закрыв сообщение магистралей высокого давления 22, 32.
Ручной насос по конструкции состоит из основных узлов: цилиндр, поршень, клапан всасывающий, клапан, нагнетающий связанные между собой регулятором давления представляющий собой редукционный клапан, отрегулированный на определенное
давление, при достижении которого насос начинает работать сам на себя.
На газовых трассах во время отсутствия давления газа эксплуатирующая сторона для открытия или закрытия крана использует внешний источник давления, действующий на поршня 2,38 в пневмогидроцилиндрах 1,37, который может поступать от баллона со сжатым воздухом или компрессора с давлением свыше 120 атм., что может вызвать динамический удар поршней 2,38 по регулировочным упорам 3, 3А. Особенно это опасно во время частичной или полной утечки гидрожидкости из гидросистемы. Для этой цели в пневмогидроблоке фиг.1, 2 размещены клапана сброса давления газа односторонней проводимостью 51, 52, отрегулированные заводом-изготовителем на нужное давление и работают следующим образом: воздух из газовой полости А пневмогидроцилиндра 1 поступает в газовую камеру Д пневмогидроблока 5, воздействуя на поршень 7 одновременно давит на шарик 52А клапана 52, давление газа превышающее сопротивление пружины 52Б поступает в полость С и через канал Ц2 сбрасывается в атмосферу через штатный выхлопной клапан блока управления краном 33. Аналогично срабатывает клапан 51 превышающее сопротивление пружины 51 Б поступившим воздухом из газовой полости Б пневмогидроцилиндра 37.
С целью универсальности установки привода на краны, работающие по перекачке нефти и нефтепродуктов в гидравлическую схему можно установить электронасос 58. Он будет работать по той же схеме что и ручной насос с той разницей, что открытие-закрытие распределительных гидроклапанов 29, 30 будет осуществляться электромагнитами 58А, 58Б.