УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ ЖИДКОСТИ ИЗ ТРУБОПРОВОДА
LIQUID FROM THE PIPELINE SAMPLING DEVICE

Устройство для отбора проб жидкости из трубопровода
Изобретение относится к устройствам для отбора проб жидкости из трубопровода и может быть использовано в нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности.
Известен способ отбора проб жидкости из трубопровода, при котором производят вертикальное размещение в трубопроводе пяти пробозаборных трубок, объединение отобранных через пробозаборные трубки частей потока путем их смешения и перекачку объединенной пробы по вспомогательному трубопроводу на анализ в блок контроля качества жидкости [ГОСТ 2517-85. Способ отбора проб жидкости из трубопровода, п. 2.1/.1.8, п. 2.13.1.10, фиг. 18]. Известно устройство для реализации данного способа, включающее пробозаборный элемент из пяти пробозаборных трубок, установленных вертикально по диаметру трубопровода входными отверстиями навстречу потоку, ри этом противоположные концы трубок входят в смесительную камеру, из которой проба поступает на анализ в блок контроля качества.
Недостатком аналога является невозможность замены и ревизии пробозаборного элемента без остановки прокачки жидкости, находящейся в трубопроводе под давлением.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для отбора проб жидкости из трубопровода, содержащее пробозаборную трубку с вертикальным, радиальным и входным отверстиями, механизм подъема и опускания пробозаборой трубки с винтом, фланец, смонтированный на трубопроводе, запорную арматуру, смонтированную на этом фланце, камеру с фланцами на концах, смонтированную на запорной арматуре, запорный клапан с золотником на пробозаборной трубке, опорное кольцо с верхней и нижней выборками, смонтированное между запорной арматурой и камерой, и содержащее седло запорного клапана, опору пробозаборой трубки в виде втулки и выходной патрубок [Патент РФ №2262681, опубл. 20.05.2005 г.].
В прототипе механизм подъема и опускания пробозаборной трубки работает от реверсивного электродвигателя, соединенного с пультом управления. На нефтепроводах, газопроводах и на трубопроводах с горючими средами этот электродвигатель взрывозащищенного типа. Наличие реверсивного электродвигателя взрывозащищенного типа не исключает искрообразование при использовании устройства.
Технический результат, достигаемый заявляемым техническим решением, заключается в обеспечении надежности и долговечности устройства для отбора проб жидкости из трубопровода, исключающего искрообразование при его использовании, за счет оснащения устройства зафиксированным в механизме подъема и опускания пробозаборной трубки винтом с формированием между ним и золотниковой частью пробозаборной трубки резьбовой пары, обеспечивающей золотниковой части пробозаборной трубки вертикальное перемещение по винту, исключающее удары и искрообразование, упрощая, тем самым, механизм подъема и опускания пробозаборной трубки до выполнения им функции по вращению винта, а также за счет использования в устройстве надежных, рассредоточенных по длине трубки, опорных элементов, обеспечивающих ей строго вертикальное ориентирование при ее движении, предохраняющее трубку и контактирующие с ней элементы от износа и поломки.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для отбора проб жидкости из трубопровода, содержащем пробозаборную трубку с вертикальным, радиальным и входным отверстиями, механизм подъема и опускания пробозаборой трубки с винтом, фланец, смонтированный на трубопроводе, запорную арматуру, смонтированную на этом фланце, камеру с фланцами на концах, смонтированную на запорной арматуре, запорный клапан с золотником на пробозаборной трубке, опорное кольцо с верхней и нижней выборками, смонтированное между запорной арматурой и камерой, и содержащее седло запорного клапана, опору пробозаборой трубки в виде втулки и выходной патрубок, новым является то, что винт механизма подъема и опускания пробозаборой трубки расположен внутри камеры, при этом верхний конец винта выполнен с тремя цилиндрическими, соосно расположенными выступами, причем диаметр нижнего выступа выбран больше диаметра винта, а на боковой стенке этого выступа имеются плоские стенки под гаечный ключ, причем диаметр среднею выступа выбран меньше диаметра нижнего выступа, причем средний выступ герметично и с возможностью поворота расположен в цилиндрической выборке крышки верхнего фланца камеры, причем длина среднего выступа выбрана равной толщине крышки, причем диаметр верхнего выступа винта выбран меньше диаметра среднего выступа, причем верхний выступ неподвижно находится в цилиндрической выборке маховика, содержащего рукоятку на верхней стенке, причем нижний выступ находится в проеме диска, герметично закрепленного между верхним фланцем камеры и крышкой, и выполненного с двумя отверстиями, удаленными от оси диска на одинаковое расстояние и расположенными в плоскости, проходящей по оси диска, причем винт завернут на внутреннею резьбу гайки, выполненную с выступом, расположенным в нижней части боковой стенки, и имеющим наружную резьбу на боковой стенке, причем гайка наружной резьбой завернут в резьбовую выборку, выполненную с верхнего торца пробозаборной трубки, причем вертикальное отверстие пробозаборной трубки сообщается с резьбовой выборкой этой трубки, причем с верхнего торца этой трубки на наружной боковой стенке выполнена расточка с цилиндрической боковой стенкой, причем золотник запорного клапана имеет форму полого цилиндра с цилиндрическим выступом на верхней части боковой стенки и с двухступенчатой цилиндрической выборкой, причем цилиндрической выборкой малого диаметра полый цилиндр посажен на расточку пробозаборной трубки, а цилиндрической выборкой с большим диаметром обхватывает наружную боковую стенку пробозаборной трубки, причем седло запорного клапана выполнено в виде гильзы с цилиндрическим выступом в нижней части, установленным в верхнею выборку опорного кольца и выполненным с двумя отверстиями, причем каждое отверстие этого выступа расположено соосно отверстию диска закрепленного между верхним фланцем камеры и крышкой, причем в нижнем крайнем положении пробозаборной трубки в полости гильзы, герметично и с возможностью перемещения вверх, находится полый цилиндр запорного клапана, причем с нижнего торца опорного кольца под каждым отверстием выступа гильзы выполнена цилиндрическая выборка с отверстием в центре, причем в каждое отверстие диска установлен верхний конец стержня, проходящего через радиальные пазы, выполненные на гайке и выступе полого цилиндра запорного клапана, причем нижняя часть каждого стержня выполнена с меньшим диаметром, с резьбой на конце и проходит через отверстия выступа гильзы и опорного кольца, причем на резьбу каждого стержня завернута гайка, причем между каждой гайкой и дном цилиндрической выборки опорного кольца на резьбовой конец стержня установлено уплотнительное кольцо и колпакообразная шайба, взаимодействующая плоской стенкой с гайкой, причем на опорном кольце в нижней части боковой стенки выборки с малым диаметром имеется кольцевой выступ с конической стенкой, взаимодействующий с такой же стенкой, выполненной на нижнем конце втулки, подпружиненной пружиной сжатия относительно полого цилиндра запорного клапана, причем под втулкой с конической стенкой на боковой стенке пробозаборной трубки имеется кольцевой паз, снабженный стопорным кольцом, причем наружный диаметр стопорного кольца выбран меньше внутреннего диаметра выступа опорного кольца и больше внутреннего диаметра втулки с конической стенкой, причем с боковой стенки опорного кольца просверлено радиальное отверстие, сообщающееся с выборками этого кольца, причем на боковую стенку опорного кольца, напротив радиального отверстия, закреплен один конец выходного патрубка, причем радиальное отверстие на пробозаборной трубке при нижнем крайнем положении этой трубки расположено над втулкой с конической стенкой, причем на нижний горец опорного кольца приварена большим торцом втулка с конической наружной и конической внутренней стенками, причем нижняя часть конической внутренней стенки втулки соприкасается с наружной боковой стенкой пробозаборной трубки, причем на боковую стенку крышки приварен патрубок, установленный соосно радиальному отверстию, и снабженный запорным краном, соединенным на свободный конец этого патрубка, причем к боковой стенке выступа полого цилиндра запорного клапана закреплены три одинаковые планки, расположенные на одинаковом расстоянии друг от друга и направленные вверх, причем на верхний конец каждой планки с возможностью поворота установлен ролик, взаимодействующий боковой стенкой с внутренней стенкой камеры, причем втулка опоры пробозаборной трубки установлена прессовой посадкой в цилиндрическую выборку, выполненную в нижней части фланца смонтированного на трубопроводе, причем над втулкой опоры на этом фланце имеется коническая полость, расширяющаяся вверх, а под втулкой опоры имеется цилиндрическая выборка с диаметром, выбранным больше наружного диаметра этой втулки.
На фиг. 1 схематично изображено устройство для отбора проб жидкости из трубопровода в продольном разрезе; на фиг. 2 изображен вид Б фиг. 1; на фиг. 3 - вид В фиг. 5; на фиг. 4 - вид А фиг. 5 на выступ пробозаборной трубки; на фиг. 5 - разрез Г-Г фиг. 2.
Устройство для отбора проб жидкости из трубопровода содержит пробозаборную трубку 1 (фиг. 1) с вертикальным 2, радиальным 3 и входным отверстиями. Механизм 4 подъема и опускания пробозаборой трубки с винтом 5. Фланец 6, смонтированный на трубопроводе 7. Запорную арматуру 8, смонтированную на фланце 6. Камеру 9 с фланцами 10 и 11 на концах, смонтированную на запорной арматуре 8. Запорный клапан 12 с золотником 13 на пробозаборной трубке 1. Опорное кольцо 14 с верхней 15 (фиг. 2) и нижней 16 выборками. Опорное кольцо 14 смонтировано между запорной арматурой 8 и камерой 9 и содержит седло 17 запорного клапана 12. Опору 18 пробозаборой трубки в виде втулки 19. Выходной патрубок 20. Винт 5 механизма 4 подъема и опускания пробозаборой трубки 1 расположен внутри камеры 9. При этом верхний конец винта 5 выполнен с тремя цилиндрическими, соосно расположенными выступами 21, 22 и 23. Диаметр нижнего выступа 21 выбран больше диаметра винта 5 и на боковой стенке этого выступа имеются плоские стенки 24 (фиг. 4) под гаечный ключ, с помощью которой заворачивают винт при сборке устройства. Диаметр среднего выступа 22 выбран меньше диаметра нижнего выступа 21, чтобы винт 5 не перемещался вверх под действием давления жидкости. Средний выступ 22 герметично (для предотвращения вытекания жидкости) и с возможностью поворота расположен в цилиндрической выборке 25 крышки 26 верхнего фланца 10 камеры 9. Для обеспечения герметичности выступа 22 на боковой стенке выборки 25 имеются кольцевые пазы, снабженные уплотнительными кольцами 27. Длина среднего выступа 22 выбрана равной толщине крышки 26. Это условие выполняется для того, чтобы ответная деталь крышки 26 (это маховик) без зазора соприкасался с верхним торцом этой крышки, предотвращая осевое перемещение винта 5. Диаметр верхнего выступа 23 винта 5 выбран меньше диаметра среднего выступа 22. Верхний выступ 23 неподвижно находится в цилиндрической выборке 28 маховика 29, содержащего рукоятку 30 на верхней стенке 31. Неподвижность маховика 29 на выступе 22 может быть обеспечено известными соединениями деталей, например, прессовой посадкой выступа 23 в цилиндрическую выборку 28.
Нижний выступ 21 находится в проеме 32 диска 33. герметично закрепленного между верхним фланцем 10 камеры 9 и крышкой 26. Диск 33 выполнен с двумя отверстиями 34 (фиг. 5), удаленными от оси диска 33 на одинаковые расстояния и расположенными в плоскости, проходящей по оси диска 33. Такое расположение отверстий 34 на диске обеспечивает удобство нанесения меток на заготовке детали для диска.
Винт 5 завернут на внутреннею резьбу гайки 35, выполненную с выступом 36. расположенным в нижней части боковой стенки, и имеющим наружную резьбу 37 на боковой стенке. Гайка 35 наружной резьбой 37 завернута на резьбовую выборку 38, выполненную с верхнего торца пробозаборной трубки 1.
Вертикальное отверстие 2 пробозаборной трубки 1 сообщается с резьбовой выборкой 38 этой трубки. С верхнего торца пробозаборной трубки 1 на наружной боковой стенке выполнена расточка 39 с цилиндрической боковой стенкой.
Золотник 13 запорного клапана 12 имеет форму полого цилиндра 40 с цилиндрическим выступом 41 на верхней части боковой стенки и с двухступенчатой цилиндрической выборкой. Цилиндрической выборкой 42 малого диаметра полый цилиндр 40 посажен на расточку 39 пробозаборной трубки 1, а цилиндрической выборкой 43 с большим диаметром обхватывает наружную боковую стенку 44 пробозаборной трубки 1.
Седло 17 запорного клапана 12 выполнено в виде гильзы 45 с цилиндрическим выступом 46 в нижней части. Этот выступ 46 гильзы установлен в верхнею выборку 15 опорного кольца 14 и выполнен с двумя отверстиями 47.
Каждое отверстие 47 этого выступа 46 расположено соосно отверстию 34 диска 33. закрепленного между верхним фланцем 10 камеры 9 и крышкой 26. В нижнем крайнем положении пробозаборной трубки 1 в полости гильзы 45, герметично (из-за наличия уплотнительных колец 48, установленных в кольцевые пазы на полом цилиндре 40) и с возможностью перемещения вверх, находится полый цилиндр 40 запорного клапана 12.
С нижнего торца опорного кольца 14 под каждым отверстием 47 выступа 46 гильзы, выполнена цилиндрическая выборка 49 с отверстием 50 в центре.
В каждое отверстие 34 диска 33 установлен верхний конец стержня 51, проходящего через радиальные пазы 52, выполненные на гайке 35 и выступе 41 полого цилиндра 40 запорного клапана 12. Нижняя часть каждого стержня 51 выполнена с меньшим диаметром, с резьбой 53 (фиг. 3) на конце и проходит через отверстие 47 выступа 46 гильзы и отверстие 50 опорного кольца 14. На резьбу 53 каждого стержня завернута гайка 54. Между каждой гайкой 54 и дном цилиндрической выборки 49 опорного кольца 14 на резьбовой конец стержня 51 установлено уплотнительное кольцо 55 и колпакообразная шайба 56, взаимодействующая плоской стенкой 57 с гайкой 54. Благодаря колпакообразной форме шайба 56 своей боковой стенкой удерживает уплотнительное кольцо 55 от выдавливания в сторону от резьбового конца стержня 51 при завертывании гайки 54.
На опорном кольце 14 в нижней части боковой стенки выборки 16 с малым диаметром имеется кольцевой выступ 58 с конической стенкой, взаимодействующий с такой же стенкой, выполненной на нижнем конце втулки 59. Втулка 59 подпружинена пружиной сжатия 60 относительно полого цилиндра 40 запорного клапана 12. Поэтому при работе устройства под действием пружины сжатия 60 втулки 59 неподвижно находится внутри кольцевого выступ 58 опорного кольца 14. снижая вибрацию пробозаборной трубки 1. Под втулкой 59 с конической стенкой на боковой стенке пробозаборной трубки 1 имеется кольцевой паз, снабженный стопорным (например, наружным эксцентричным) кольцом 61. Наружный диаметр стопорного кольца 61 выбран меньше внутреннего диаметра D (фиг. 3) выступа 58 опорного кольца 14 и больше внутреннего диаметра втулки 59 с конической стенкой. Благодаря этому условию стопорное кольцо 61 свободно перемещается вместе с пробозаборной трубкой вверх, удерживая при этом втулку 59 от перемещения вниз. С боковой стенки опорного кольца 14 просверлено радиальное отверстие 62, сообщающееся с выборками 15 и 16 этого кольца. На боковую стенку опорного кольца 14, напротив радиального отверстия 62, закреплен (например, сваркой) один конец выходного патрубка 20. Радиальное отверстие 3 на пробозаборной трубке 1 при нижнем крайнем положении этой трубки расположено над втулкой 59 с конической стенкой.
На нижний горец опорного кольца 14 приварена большим торцом втулка 63 с конической наружной и конической внутренней 64 стенками. Нижняя часть конической внутренней стенки 64 втулки 63 соприкасается с наружной боковой стенкой 44 пробозаборной трубки 1, благодаря чему снижается вибрация пробозаборной трубки и ее излом под воздействием набегающего на пробозаборную трубку потока жидкости. Наружная стенка втулки 63 выполнена конической для уменьшения массы этой втулки.
К боковой стенке выступа 41 полого цилиндра 40 запорного клапана 12 закреплены (болтами, завернутыми в резьбовые отверстия, выполненные на выступе 41) три одинаковые планки 68, расположенные на одинаковом расстоянии друг от друга и направленные вверх. На верхний конец каждой планки 68 с возможностью поворота (на оси с головкой и приваренной свободным концом к планке 68) установлен ролик 69. взаимодействующий боковой стенкой с внутренней стенкой камеры 9. Из-за расположения планок 68 на одинаковом расстоянии друг от друга, ролики 69 также расположены на одинаковом расстоянии друг от друга. Поэтому каждый ролик одинаково воспринимает изгибающую силу пробозаборной трубки 1 от потока жидкости, действующей на нижний конец этой трубки. Ролики 69, взаимодействуя (упираясь) боковой стенкой на внутреннею стенку камеры 1 гасят вибрацию пробозаборной трубки 1.
Втулка 19 опоры 18 пробозаборной трубки установлена прессовой посадкой в цилиндрическую выборку 70, выполненную в нижней части фланца 6, смонтированного на трубопроводе 7. Установкой втулки 19 в нижнею часть фланца 6 снижается усилие от потока жидкости на пробозаборную трубку 1. Над втулкой 19 опоры на этом фланце 6 имеется коническая полость 71, расширяющаяся вверх, а под втулкой 19 опоры имеется цилиндрическая выборка 72 с диаметром, выбранным больше наружного диаметра этой втулки. Коническая полость 71 и цилиндрическая выборка 72 снижают внутреннее напряжения в материале фланца 6 (повышая надежность устройства) в местах соединения с ответными деталями: с нижним фланцем запорной арматуры 8 и трубопроводом 7.
Устройство работает следующим образом.
В рабочем положении устройства пробозаборная трубка 1 проходит через открытую запорную арматуру 8 и нижняя часть этой трубки располагается в полости трубопровода 7. При этом жидкость через входное, вертикальное 2 и радиальное 3 отверстия пробозаборной трубки 1 поступает в нижнею выборку 16 опорного кольца 14. Оттуда жидкость поступает в радиальное отверстие 62 опорного кольца 14 и затем - в выходной патрубок 20. Для замены пробозаборной трубки 1 вращают маховика 29 за рукоятку 30 в необходимом направлении. При этом, находящаяся на нижнем конце винта 5. гайка 35 (связанная своей резьбой 37 с резьбовой выборкой 38) поднимает пробозаборную трубку 1 вверх. Гайка 35 не поворачивается, т.к. в ее двух радиальных пазах 52 находятся неподвижно расположенные стержни 51 (фиг. 5). Вместе с этой трубкой 1 поднимается вверх и полый цилиндр 40 запорного клапана 12. Полый цилиндр 40 выходит вверх из полости гильзы 45 седла 17 запорного клапана 12. Также вместе с трубкой 1 поднимается вверх и втулка 59, упираясь нижним концом на стопорное кольцо 61. После достижения пробозаборной трубки 1 верхнего крайнего положения, закрывают запорную арматуру 8 и, отвернув гайки с крепежные шпилек, снимают эти шпильки с верхнего фланца 10 камеры 9. Далее снимают из полости камеры 9 пробозаборную трубку 1 вместе с винтом 5, гайкой 35, полым цилиндром 40 с роликами 69, пружиной сжатия 60, втулкой 59. стопорным кольцом 61, диском 33. крышкой 26 и маховиком 29. Затем откручивают винт 5 из гайки 35, снимают от пробозаборной трубки 1 (откручиванием) гайку 35, полый цилиндр 40 с роликами 69. пружину сжатия 60. втулку 59 и стопорное кольцо 61. Освобожденную от выше перечисленных деталей пробозаборную трубку 1 меняют на новую и производят сборку устройства в порядке, обратном сборке.
В отличие от прототипа, где имеется электродвигатель, механизм подъема и опускания пробозаборной трубки в предлагаемом устройстве состоит из винтовой пары (винта с гайкой).
Таким образом, за счет совокупности существенных признаков, отраженных в формуле изобретения, обеспечивается надежность и долговечность устройства для отбора проб жидкости из трубопровода, исключающего искрообразование при его использовании, за счет формирования в механизме подъема и опускания пробозаборной трубки между винтом и золотником пробозаборной трубки резьбовой пары, обеспечивающей золотнику с пробозаборной трубкой вертикальное перемещение по винту, исключающее удары и искрообразование, упрощая, тем самым, работу механизма подъема и опускания пробозаборной трубки до выполнения им функции по вращению винта, а также за счет использования в устройстве надежных, рассредоточенных по длине трубки, опорных элементов, обеспечивающих ей строго вертикальное ориентирование при ее движении, предохраняющее трубку и контактирующие с ней элементы от износа и поломки.