Универсальный предохранительный соединительно-разъединительный механизм для соединений трубопроводов пневмо- и гидросистем

Полезная модель относится к топливно-энергетическому комплексу и, в частности, к соединительно-разъединительным устройствам и предохранительным механизмам  для соединений трубопроводов пневмо- и гидросистем, эксплуатируемым, как правило, в отдельных отраслях топливно-энергетического комплекса: нефтедобыче, транспортировке нефтепродуктов и т.п.), а также патентуемая полезная модель принадлежит непосредственно к устройствам для заправочных станций, а именно - к стыковочным узлам крана-пистолета, и предназначена для установки на заправочный кран-пистолет топливозаправочной (топливораздаточной (ТЗК)) колонки (ТРК) в качестве раздающего элемента и предохранительного узла в случае аварийных ситуаций: предотвращение утечки топлива при обрыве шланга трубопровода ТРК, минимизация повреждений колонки при отъезде автомобиля со вставленным в горловину бака заправочным пистолетом.
о
Из уровня техники известно существенное количество конструкций устройств-аналогов. Бльшая их часть относится исключительно к категории защитных механизмов/разрывных поворотных муфт. Приведем несколько примеров известных устройств-аналогов:
1. Известна муфта, содержащая корпус с входным и выходным патрубками и размещенным в нем запорным клапаном (SU 662485 A, B67D 5/00, опубл. 15.05.1979). Недостатком данной муфты является то, что запорный клапан не обеспечивает предотвращения утечки топлива при обрыве шланга.
2. Одной из разновидностей муфт является муфта для крана-пистолета, содержащая корпус с входным и выходным патрубками (RU 2147549 C1, B67D 5/06, B60S 5/02, F16L 27/00, опубл. 20.04.2000, бюл. №11). Недостаток указанной муфты заключается в невозможности предотвращения повреждения колонки и травм обслуживающего персонала при отъезде автомобиля со вставленным в горловину бака заправочным пистолетом.
3. Известна муфта индикаторная поворотно-разрывная для крана-пистолета, содержащая корпус с входным и выходным патрубками (RU 2405737 C1, B67D 7/34, опубл. 10.12.2010, бюл. №34). Однако недостатком муфты является сложность конструкции и низкая ремонтопригодность, а также необходимость снятия патрубков со шланга и пистолета и слив оставшегося топлива со стороны заправочного пистолета в случае разрыва муфты при отъезде автомобиля со вставленным в горловину бака заправочным пистолетом (раздаточным краном).
Общий анализ уровня техники среди аналогичных конструкций указывает на отсутствие универсальных устройств, объединяющих в себе функции соединительных и защитных механизмов для пневмо- и гидросистем, обеспечивающим срабатывание разрывных поворотных муфт при широком диапазоне угла раскрытия.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является выбранное в качестве прототипа устройство: «Device for connecting a fuel nozzle to a filling hose» - англ. - Устройство для присоединения заправочного пистолета/крана к заправочному шлангу (US-Patent 5 346 250/ Deutsches Patent Nr. P 42 02 956/ Europa-Patent 0 555 558/ Japan-Patent 2 647 324, коммерческое наименование устройства - Elaflex SSB 16 (Safety Swivel Break - англ. - безопасный осевой (поворотный) разрыв) 16) (рис. 1).
Существенными недостатками найденного прототипа являются:
ограниченная заявленная область применения и функционала - только лишь в качестве защитного механизма при опасной ситуации оставления заправочного пистолета/крана в заливной горловине топливного бака транспортного средства;
наличие в конструкции устройства деталей, изготовленных из полимерных материалов (“plastic parts”), что отрицательно сказывается на надежности как самого устройства, так и системы трубопровода пневмо- или гидросистемы, частью которой является техническое решение, реализуемое в прототипе;
ограничение угла срабатывания (раскрытия) разрывной муфты величиной в 45°;
отсутствие возможности оперативно привести (вернуть) устройство в исходное рабочее положение («взвести»/ «перезарядить» поворотную разрывную муфту), в виду чего повышается общая инерционность устройства или составного раздающего узла пневмо- или гидросистемы;
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в повышении эффективности и надежности обеспечения бесперебойного безопасного функционирования соединений трубопроводов пневмо- и гидросистем, эксплуатируемых в отраслях нефтедобычи, транспортировки, распределения и реализации нефтепродуктов.
Заявляемая полезная модель, в отличие от прототипа,  где соединительные элементы  представляют собой разные узлы, обладает неоспоримым преимуществом  в виду того, что в патентуемом техническом решении соединительные элементы связаны посредством «магистрального» узла, в качестве которого использована разрывная поворотная пружинная муфта, которая  за счет уникальной конструкции механизма раскрытия обеспечивает срабатывание устройства при углах раскрытия в диапазоне 0-100°.
Проведенные патентные исследования показали, что заявляемая полезная модель удовлетворяет как критерию «новизна», так и критерию «промышленная применимость», так как совокупность ее существенных признаков не известна из уровня техники, а  узлы, детали и компоненты могут быть изготовлены серийным способом с использованием стандартного промышленного оборудования либо представляют собой готовые изделия и узлы. Все узлы были смоделированы  и испытаны также в виртуальной среде, что также подтверждает соответствие патентуемой полезной модели критерию «промышленная применимость».
Полезная модель и алгоритм ее функционирования иллюстрируются двумя чертежами:
фиг. 1 - Общая принципиальная схема универсального предохранительного соединительно-разъединительного механизма для соединений трубопроводов пневмо- и гидросистем;
фиг. 2 - Принципиальная схема срабатывания разрывной поворотной пружинной муфты универсального соединительно-разъединительного и предохранительного механизма для соединений трубопроводов пневмо- и гидросистем.
Технический результат достигается за счет того, что универсальный соединительно-разъединительный и предохранительный механизм для соединений трубопроводов пневмо- и гидросистем (по фиг. 1) включает в себя: соединительный элемент, связанный с зафиксированным неподвижно корпусом 1 питающей части (рукава) трубопровода (топливного насоса, топливораздаточной колонки и т.п.), а также - второй соединительный элемент, который связан с корпусом 9 раздаточного механизма (пистолета, заправочного сопла и т.п.); устройство включает в себя уплотнительные элементы узлов (например, поз.11, 12, 13), неподвижно установленные и статично фиксирующие муфту стопорные кольца 2 и 10, непосредственно связующим звеном и одновременно предохранительным элементом между соединительными элементами трубопровода служит состоящая из двух полусферических частей разрывная поворотная муфта 3, связывающая между собой корпус 1 питающей части трубопровода (топливного насоса, топливораздаточной колонки и т.п.) и корпус 9 раздаточного механизма, при этом разрывная поворотная пружинная муфта 3 оснащена механизмом раскрытия, выполненным в виде сферического замкового механизма 6 с шариками и скользящим затвором 5; пружина 13 запорного клапана 11 муфты 3 выполнена съемной, причем неподвижно установленные стопорные кольца 2 и 10 расположены как на корпусе 1 питающей части (рукава) трубопровода, так и на корпусе 9 раздаточного механизма (пистолета, сопла и т.п.).
Совокупность признаков полезной модели осуществляется и функционирует следующим образом: алгоритм работы устройства включает в себя 3 основные фазы:
1. нормальный режим работы (по фиг. 1): соединительный элемент, связанный с зафиксированным неподвижно корпусом 1 питающей части (рукава) трубопровода (топливного насоса, топливораздаточной колонки и т.п.) постоянно соединен посредством состоящей из двух полусферических частей разрывной поворотной пружинной муфты 3 с корпусом 9 раздаточного механизма. В этом случае по трубопроводу пневмо- или гидросистемы транспортируется заданный объем продукта (топливо, масло, газовоздушная смесь и др.);
1
2. аварийный (внештатный) режим работы (по фиг. 1, 2): соединительный элемент, связанный с зафиксированным неподвижно корпусом 1 питающей части (рукава) трубопровода (топливного насоса, топливораздаточной колонки и т.п.) постоянно соединен посредством состоящей из двух полусферических частей разрывной поворотной пружинной муфты 3 с корпусом 9 раздаточного механизма. В этом случае по трубопроводу пневмо- или гидросистемы транспортируется заданный объем продукта (топливо, масло, газовоздушные смеси и др.); однако в случае возникновения внештатной ситуации (утечка газа или жидкости при разрыве трубопроводов), в работу включается механизм раскрытия разрывной поворотной пружинной муфты 3 и происходит разрыв в осевом направлении питающей части трубопровода и раздаточного механизма  под углами от 0° до 100°. На фиг. 2 наглядно показан пример воздействия приложенной силы на разрыв под углом. Предположим ситуацию (нумерация позиций согласно фиг. 1), что корпус 1 закреплен стационарно на каком-либо узле (насос, шланг, колонка и т.п.), а на корпус 9 прикладывается усилие сверху (вертикально направленная стрелка вниз (сила F). Ввиду своей конструкции большая часть усилия начнет передаваться в точку соприкосновения в нижней части обода корпуса левого и корпуса правого, за счет чего возникнет момент силы, воздействующий на один или несколько шариков сверху, которые, в свою очередь, будут скользить по направляющему отверстию и передавать этот момент на затвор, тот же начнет скользить вправо и воздействовать на пружину. Муфта 3 раскроется. Полусферические части в обоих корпусах обозначенные на фиг. 2-б) как «R» и точка соприкосновения корпусов в начале размеров «D, Н и Х» при разрыве обеспечивают отсутствие заклинивания корпусов между собой. А угол затвора в 30° на сторону от оси преобразует и передаст за счет более большего расстояния движения вправо, относительно меньшего расстояния движения шарика вверх, усилие на пружину запорного клапана. Аналогичным образом патентуемая полезная модель функционирует при эксплуатации на топливораздаточных рукавах ТРК (ТЗК). В данной ситуации главной функцией устройства становится защита колонки АЗС от серьезных повреждений при отрыве раздаточного шланга, если автомобиль тронулся с места со вставленным в топливозаправочный бак заправочным пистолетом/ краном. При осевом разрыве 0° вся сила воздействия в механизме распределится равномерно на все шарики и процесс срабатывания останется таким же;
3. возврат устройства в исходное положение (по фиг. 1, 2-а, б). По схожему принципу производится и взведение (возврат) разрывной поворотной пружинной муфты в исходное рабочее состояние, большее расстояние и радиус «R» относительно канавки с малым радиусом «S» позволит со значительно меньшими усилиями выровнять корпуса в осевом направлении.