Патент на изобретение №2272208

(54) МЕХАНИЧЕСКИЙ БЛОК ЗАЩИТЫ ТЕХНИЧЕСКИХ ТРУБОПРОВОДОВ ПО ДАВЛЕНИЮ

(57) Реферат:

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и предназначено для применения в нефтегазодобывающей, химической и других отраслях промышленности, а также для целей водо-, газо-, теплоснабжения. Механический блок защиты технических трубопроводов по давлению содержит чувствительный элемент в виде поршня с уплотнительными кольцами. Поршень размещен в цилиндре. Цилиндр гидравлически сообщен с внутритрубным пространством. Механический блок содержит корпус, открытый снизу и сверху. Внизу цилиндр выполнен с примыкающим к нему фланцем для крепления. Выше цилиндра корпус имеет прямоугольную форму. Центр этой части корпуса смещен относительно центра цилиндра. С правой стороны – прямоугольный съемный люк. Сверху корпус закрыт крышкой. Она скреплена с ним болтами и имеет два отверстия с резьбой. Одно из отверстий – для установки в нем регулировочной гайки. Другое отверстие – для установки датчика линейных перемещений. В цилиндре корпуса с целью изменения его внутреннего диаметра установлена цилиндровая вставка. Последняя имеет форму перевернутого стакана. В дне стакана выполнено отверстие. Вверху цилиндровая вставка прижата к плоскости цилиндра, образованного корпусом. Внизу стенка цилиндровой вставки опирается на зеркало уплотнения. Цилиндровая вставка вместе с корпусом блока фиксируется от смещений крепежными болтами корпуса. Через отверстие в дне цилиндровой вставки с возможностью свободного хода пропущен шток. Шток представляет собой одно целое с тремя дисками посередине. На нижнем конце штока, внутри цилиндровой вставки, закреплен поршень с элементами уплотнения. Последние размещены между поршнем и стенками цилиндровой вставки и между верхней плоскостью поршня и внутренней плоскостью цилиндровой вставки. Верхним концом шток пропущен с возможностью свободного хода через регулировочную гайку и выходит за ее пределы. На штоке нарезана резьба и на нее навернута гайка. На самом верхнем конце штока за пределами корпуса имеется отверстие. В него вставлено кольцо. Между первым и вторым дисками (счет от низа) вставлено окончание внутреннего рычага. Он имеет форму вилки с двумя лучами. На концах лучей свободно вращаются колеса. На половине длины внутреннего рычага лучи соединяются в цельную конструкцию. Эта конструкция заканчивается отверстием с вставленным в него приводным валом. Приводной вал соединен с внутренним рычагом шпонками. Концы приводного вала вставлены в отверстия корпуса с возможностью их радиального вращения. Сам приводной вал одним концом входит в отверстие корпуса и не выступает за пределы корпуса. Другой конец пропущен через сальниковый узел, выходит за пределы корпуса и заканчивается квадратом. На квадрат квадратным отверстием надет наружный рычаг. За пределами корпуса к нему прикреплена скоба. На скобе размещены три клапана: два – для закрытия, один – для открытия. Между вторым и третьим дисками вставлена опорная вилка. На нее опирается и крепится нижний конец штока датчика линейных перемещений. На верхнем конце этого штока закреплен блок магнитов. Этот блок размещен с возможностью свободного хода в немагнитном цилиндре. На поверхности последнего установлены герконы. Все эти элементы защищены кожухом. Кожух ввернут нижним концом в отверстие крышки. Между верхней плоскостью третьего диска и регулировочной гайкой установлена пружина. За пределами корпуса блока защиты расположены составные части схемы управления. Она включает штуцер отбора давления из внутренней полости клапанного затвора, импульсные трубы, обратные клапаны, автоматический переключатель на резервный источник давления, гидробаллон на открытие, гидробаллон на закрытие, гидроцилиндр, клапанный затвор. Изобретение направлено на упрощение управления механическим блоком и повышение надежности его работы за счет обеспечения герметичности при любых перепадах давления на затворе с использованием эффекта самоуплотнения под действием давления среды во внутритрубном пространстве. 5 ил., 1 табл.

Изобретение относится к трубопроводному транспорту, может найти применение в нефтегазодобывающей, химической и других отраслях промышленности, а также для целей водо-, газо-, теплоснабжения.

Наиболее близким к изобретению являются клалан-отсекатель, защищенный патентом на изобретение №2110005, и отсечной кран, защищенный патентом на изобретение №2173808. Оба патента выданы Российским агентством по патентам и товарным знакам. Клалан-отсекатель и отсечной кран в своей конструкции имеют существенный недостаток. Магистральные газопроводы, нефтепроводы эксплуатируются в широких пределах изменения давления. Возникает необходимость применения большого количества пружин различной номенклатуры. Кроме того, кран-отсекатель после срабатывания и устранения неисправности трубопровода необходимо привести в рабочее состояние ручным способом, для этого необходимо присутствие оператора.

В качестве прототипа необходимо принять отсечной кран (патент на изобретение №2173808). Задача изобретения: держать под контролем давление среды в трубопроводах, передавать сведения о происшедших изменениях этого давления, перекрывать запорную арматуру при повышении или понижении давления в трубопроводах выше или ниже предельно допустимых норм, открывать запорную арматуру, после, устранения неисправности и достижения давления в трубопроводе до нормы, без присутствия оператора.

«Механический блок защиты трубопроводов по давлению» может быть применен на магистральных нефтепроводах, газопроводах, на газовых и нефтяных месторождениях.

Задача изобретения решается за счет того, что блок защиты включает корпус, открытый снизу и сверху, внизу цилиндр с примыкающим к нему фланцем для крепления, выше цилиндра корпус имеет прямоугольную форму, центр этой части корпуса смещен относительно центра цилиндра, с правой стороны прямоугольной формы, корпуса, съемный люк, сверху корпус закрыт крышкой, скрепленной с ним болтами, имеющей два отверстия, внутри отверстий резьба, одно отверстие для установки в нем регулировочной гайки, а другое для установки датчика линейных перемещений, в цилиндр, образованный корпусом, с целью изменения его внутреннего диаметра установлены цилиндровые вставки, имеющие форму перевернутого стакана, в дне которого отверстие, вверху цилиндровая вставка прижата к плоскости цилиндра, образованного корпусом, внизу стенки цилиндровых вставок опираются на зеркало уплотнения, так цилиндровая вставка вместе с корпусом блока фиксируется от смещений крепежными болтами корпуса, через отверстие в дне цилиндровой вставки, с возможностью свободного хода, пропущен шток, представляющий собой одно целое с тремя дисками посередине, на нижнем его конце, внутри цилиндровой вставки, закреплен поршень с элементами уплотнения, между поршнем и стенками цилиндровой вставки и между верхней плоскостью поршня и внутренней плоскостью цилиндровой вставки, верхним концом шток пропущен, с возможностью свободного хода, через регулировочную гайку и выходит за ее пределы, здесь на штоке нарезана резьба, а на нее навернута гайка, на самом верхнем конце штока, за пределами корпуса, отверстие, в него вставлено кольцо, между первым и вторым дисками (счет от низа) вставлено окончание внутреннего рычага, имеющего форму вилки с двумя лучами, на концах которых свободно вращающиеся колеса, на половине длины внутреннего рычага лучи соединяются в цельную конструкцию, которая заканчивается отверстием с вставленным в него приводным валом, а приводной вал соединен с внутренним рычагом шпонками, концы приводного вала вставлены в отверстия корпуса с возможностью их радиального вращения, а сам приводной вал одним концом входит в отверстие корпуса, но за пределы его не выступает, а другой конец, пропущенный через сальниковый узел, выходит за пределы корпуса и заканчивается квадратом, на квадрат, квадратным же отверстием, надет наружный рычаг, за пределами корпуса к нему прикреплена скоба, на которой размещены три клапана: два – для закрытия, один – для открытия, между вторым и третьим дисками вставлена опорная вилка, на нее опирается и крепится нижний конец штока датчика линейных перемещений, на верхнем конце этого штока закреплен блок магнитов, размещенный с возможностью свободного хода, в немагнитном цилиндре, на поверхности которого герконы, все это защищено кожухом, ввернутым нижним концом в отверстие крышки блока, между верхней плоскостью третьего диска и регулировочной гайкой установлена пружина, за пределами корпуса блока защиты расположены составные части схемы управления, она включает: штуцер отбора давления из внутренней полости клапанного затвора, импульсные трубы, обратные клапаны, автоматический переключатель на резервный источник давления, гидробаллон на открытие, гидробаллон на закрытие, гидроцилиндр, клапанный затвор.

Изобретение поясняется чертежами, где на фигуре 1 изображен блок защиты технических трубопроводов по давлению, когда поршень и все подвижные детали занимают среднее положение, он включает корпус 1, цилиндр 2, фланец 3, съемный люк 4, крышку 5, отверстия в крышке 6 и 6а, регулировочную гайку 7, датчик линейных перемещений 8, цилиндровую вставку 9, отверстие цилиндровой вставки 10, плоскости цилиндра и вставки 11, зеркало уплотнения 12, крепежный болт 13, шток 14, диски на штоке 15, 15а, 15б, поршень 16, уплотнение между стенкой цилиндровой вставки и поршнем 17, уплотнение между дном вставки и плоскостью поршня 18, гайку аварийного отключения блока 19, кольцо аварийного отключения блока 20, внутренний рычаг 21, колеса 22, квадрат 23, наружный рычаг 24, скобку 25, клапаны для закрытия 26 и 2ба, клапан для открытия 27, опорную вилку 28, шток датчика линейных перемещений 29, блок магнитов 30, немагнитный цилиндр 31, герконы 32, кожух 33, пружину 34.

На фиг.2 изображен блок защиты, имеющий такое же устройство, как и на фиг.1, но отличающийся большим размером цилиндра, для участка трубопровода, имеющего низкое и среднее давления.

На фиг.3 показана конструкция внутреннего рычага 21 с приводным валом 35, лучи вилки 36, цельная конструкция 37 колеса 22, второй диск 15а, отверстие внутреннего рычага 38, шпонки 39, отверстие в корпусе 40, сальниковый узел 41, квадрат 23.

На фиг.4а показана конструкция клапана 26, 26а, 27 она включает корпус из двух половин 42 и 42а, штуцер на входе 50 и на выходе 50а, клапан 51, шток клапана 52, пружина 53, сальниковый узел 54, нажимная втулка 55.

На фиг.4б вид сбоку и сверху опорной вилки 28, где шток блока защиты 14 и второй диск штока 15а.

На фиг.5 схема работы механического блока защиты, она включает следующие составные элементы: штуцер отбора давления 56, импульсные трубы 57, обратные клапаны 58 и 58а, автоматический переключатель на резервный источник давления 59, гидробаллон на открытие 60, гидробаллон на закрытие 61, гидроцилиндр 62, клапанный затвор 63. Блок защиты 64.

Блок защиты технических трубопроводов по давлению работает следующим образом. Он устанавливается на техническом трубопроводе так, чтобы диаметр трубы вместе его установки не изменялся, т.е. детали блока защиты не должны входить вовнутрь подконтрольной трубы или арматуры, на которой он установлен. После установки блока защиты на трубопровод или на люк клапанного затвора его надо настроить. Вращая регулировочную гайку 7 по часовой стрелке, усиливаем действие пружины 34 сверху вниз. А в это время под давлением рабочей среды, внутритрубного пространства поршень 16 совершает движение снизу вверх. При равновесной величине этих сил поршень 16, шток 14, блок магнитов 30 займут среднее положение, а внутренний рычаг 21 и наружный рычаг 24 – горизонтальное, причем наружный рычаг 24 надавит на нажимную втулку 55 клапана 27, откроет его. После открытия клапана 27 давление среды из внутритрубного пространства поступит в гидробаллон 60 на открытие, будет выдавливать из него жидкость по импульсной трубе в полость гидроцилиндра А. Под действием этого давления поршень гидроцилиндра 65, двигаясь вверх, откроет проходное сечение клапанного затвора. Жидкость, выдавленная из полости Б гидроцилиндра 62, по импульсной трубе поступит в гидробаллон 61 на закрытие. В случае падения давления в внутритрубном пространстве шток 14 начнет опускаться под действием давления пружины 34, вместе с штоком 14 под действием дисков 15 и 15а будет опускаться вилка 36 внутреннего рычага 21. Этим движением внутренний рычаг, соединенный с приводным валом 35, шпонками 39, повернет его на определенную величину. При дальнейшем падении давления в внутритрубном пространстве величина поворота увеличится, на такую же величину совершит вращательное движение соединенный с приводным валом квадратом 23 наружный рычаг 24, в результате наружный рычаг отойдет от нажимной втулки 55 клапана 27, а клапан 51 под действием пружины 53 закроется. А в это время внешний конец наружного рычага 24 надавит на нажимную втулку 55 клапана 26, сожмет его пружину 53 и откроет клапан 51. Давление среды из внутреннего пространства по импульсным трубам 57 через обратный клапан 58а поступит в гидробаллон 61 на закрытие, будет выдавливать из него жидкость, которая поступит в полость Б гидроцилиндра 62. Под действием этого давления поршень гидроцилиндра 65, двигаясь вниз, закроет проходное сечение клапанного затвора. Точно также все произойдет, если давление в внутритрубном пространстве поднимется, тогда под действием давления выше нормы, вилка 36 внутреннего рычага 21 поднимется вверх, а внешний конец наружного рычага 24 опустится и нажмет на нажимную втулку 55 клапана 26а. В результате давление среды через открытый клапан 51 по импульсным трубам 57 через обратный клапан 58а поступит в гидробаллон 61 на закрытие, из гидробаллона 61 через импульсные трубы 57 поступит в полость Б гидроцилиндра 62, надавит на поршень 65, двигаясь вниз, поршень 65 закроет проходное сечение клапанного затвора.

При отсутствии давления в внутритрубном пространстве шток блока защиты 14 и шток датчика линейных перемещений опустятся вниз до соприкосновения диска 15 с верхней торцевой плоскостью цилиндровой вставки. При этом датчик линейных перемещений замкнет электрический контур вместе с контуром автоматического переключателя на резервный источник давления. Переключатель откроется, резервное давление через автоматический переключатель 59, обратный клапан 58, импульсные трубы 57 поступит в гидробаллон 61 на закрытие. Резервное давление выдавит жидкость из гидробаллона 61 в полость Б гидроцилиндра 62. Под действием этого давления поршень гидроцилиндра 65 опустится и закроет проходное сечение клапанного затвора. Жидкость из полости гидроцилиндра А перетечет в гидробаллон 60. Нормальное рабочее положение блока защиты считается, когда наружный рычаг 24 в горизонтальном положении давит на нажимную втулку 55 клапана на открытие 27. Из любого другого нерабочего состояния блок защиты сам перейдет в нормальное рабочее, без присутствия оператора. Для этого надо давление внутри трубы довести до нормы, при котором блок защиты сам откроет запорную арматуру (клапанный затвор).

Настройка пределов срабатывания блока защиты производится путем вращения нажимной гайки 7.

Для передачи сигнала на расстояние блок защиты снабжен датчиком линейных перемещений. При изменении давления ниже – выше нормы, шток 14 совершает движения также ниже – выше, а между дисками 15а и 15б вставлена опорная вилка 28, с ней соединен шток датчика 29 с блоком магнитов 30, он повторяет движения штока 14, при этом постоянным магнитным полем пересекает пространство вокруг герконов, которые замыкают или размыкают электрические контуры, в том числе контур сигнала. В усиленном виде электросигнал может быть передан на любое расстояние. Если произойдет разгерметизация элементов уплотнения 17 между вертикальными стенками поршня и цилиндровой вставки, необходимо будет вращать регулировочную гайку 7 против часовой стрелки до полного расслабления пружины 34, после чего с помощью кольца 20 потянуть до упора шток 14 вверх, не отпуская его вниз, вращать гайку 19 по часовой стрелке, когда гайка 19 подойдет вплотную к шестиграннику регулировочной гайки 7, затянуть ее ключом. Подтянутый шток 14 вверх до упора и прижатый в таком положении гайкой 19 плотно соединит между собой верхнюю плоскость поршня и внутреннюю плоскость цилиндровой вставки 9, зажмет между этими плоскостями манжету 18, выход продукции за пределы внутритрубного пространства и блока защиты прекратится. Цилиндровые вставки служат для изменения диаметра цилиндра и поршня. Если давление среды в газопроводе будет падать, через расстояние в семь километров, на 0,5 МПа 5 кг/см², то в блок защиты надо будет установить 15 различных по характеристике пружин. Предлагается изменять диаметр цилиндра, вставляя в него с различным диаметром, цилиндровые вставки. Тогда на расстояние 100 км с условным размещением пятнадцати блоков защиты, через каждые 7 км длины газопровода, будет установлена пружина с одной характеристикой 225 кг. Это подтверждается приложенной к описанию таблицей, отражающей величину падения давления, в зависимости от расстояния. Изменяя диаметр цилиндровой вставки 9 и поршня 16, сила, действующая на пружину 34, изменяется незначительно, можно ее считать величиной постоянной – 225 кг.

Таблица Величин падения давления в зависимости от расстояния от точки контроля на газопроводе и диаметра поршня блока защиты технических трубопроводов по давлению
D см	S км	F см2
1,96	0	3,01	75	=225 кг
2,03	7,14	3,23	70	=226 кг
2,1	14,28	3,46	65	=224,9 кг
2,19	21,42	3,76	60	=225,6 кг
2,28	28,56	4,08	55	=224,4 кг
2,4	35,7	4,52	50	=226,0 кг
2,52	42,84	4,98	45	=224,4 кг
2,68	49,98	5,63	40	=225,2 кг
2,86	57,12	6,42	35	=224,7 кг
3,1	64,28	7,54	30	=226,2 кг
3,4	71,40	9,00	25	=225 кг
3,8	78,54	11,33	20	=226,6 кг
4,38	85,68	15,05	15	=225,75 кг
5,35	92,82	22,46	10	=224,6 кг
7,6	99,96	45,34	5	=226,7 кг

Формула изобретения

Механический блок защиты технических трубопроводов по давлению, чувствительным элементом которого является поршень с уплотнительными кольцами, размещенный в цилиндре, а цилиндр гидравлически сообщен с внутритрубным пространством, отличающийся тем, что он содержит корпус, открытый снизу и сверху, внизу цилиндр с примыкающим к нему фланцем для крепления, выше цилиндра корпус имеет прямоугольную форму, центр этой части корпуса смещен относительно центра цилиндра, с правой стороны – прямоугольный съемный люк, сверху корпус закрыт крышкой, скрепленной с ним болтами, она имеет два отверстия, внутри отверстий – резьба, одно отверстие – для установки в нем регулировочной гайки, а другое – для установки датчика линейных перемещений, в цилиндре, образованном корпусом, с целью изменения его внутреннего диаметра установлена цилиндровая вставка, имеющая форму перевернутого стакана, в дне которого – отверстие, вверху цилиндровая вставка прижата к плоскости цилиндра, образованного корпусом, внизу стенка цилиндровой вставки опирается на зеркало уплотнения, цилиндровая вставка вместе с корпусом блока фиксируются от смещений крепежными болтами корпуса, через отверстие в дне цилиндровой вставки с возможностью свободного хода пропущен шток, представляющий собой одно целое с тремя дисками посередине, на нижнем его конце внутри цилиндровой вставки закреплен поршень с элементами уплотнения между поршнем и стенками цилиндровой вставки и между верхней плоскостью поршня и внутренней плоскостью цилиндровой вставки, верхним концом шток пропущен с возможностью свободного хода через регулировочную гайку и выходит за ее пределы, на штоке нарезана резьба, а на нее навернута гайка, на самом верхнем конце штока за пределами корпуса – отверстие, в него вставлено кольцо, между первым и вторым дисками (счет от низа) вставлено окончание внутреннего рычага, имеющего форму вилки с двумя лучами, на концах которых свободно вращаются колеса, на половине длины внутреннего рычага лучи соединяются в цельную конструкцию, которая заканчивается отверстием с вставленным в него приводным валом, приводной вал соединен с внутренним рычагом шпонками, концы приводного вала вставлены в отверстия корпуса с возможностью их радиального вращения, а сам приводной вал одним концом входит в отверстие корпуса, но за пределы его не выступает, а другой конец, пропущенный через сальниковый узел, выходит за пределы корпуса и заканчивается квадратом, на квадрат квадратным отверстием одет наружный рычаг, за пределами корпуса к нему прикреплена скоба, на которой размещены три клапана: два – для закрытия, один – для открытия, между вторым и третьим дисками вставлена опорная вилка, на нее опирается и крепится нижний конец штока датчика линейных перемещений, на верхнем конце этого штока закреплен блок магнитов, размещенный с возможностью свободного хода в немагнитном цилиндре, на поверхности которого расположены герконы, все это защищено кожухом, ввернутым нижним концом в отверстие крышки блока, между верхней плоскостью третьего диска и регулировочной гайкой установлена пружина, за пределами корпуса блока защиты расположены составные части схемы управления, включающей штуцер отбора давления из внутренней полости клапанного затвора, импульсные трубы, обратные клапаны, автоматический переключатель на резервный источник давления, гидробаллон на открытие, гидробаллон на закрытие, гидроцилиндр, клапанный затвор.

РИСУНКИ