автоматическое устройство аварийного закрытия крана

Формула изобретения

Автоматическое устройство аварийного закрытия крана, содержащее герметичную камеру, соединенную с трубопроводом и пневмоцилиндром с поршнем и штоком, отличающееся тем, что оно снабжено дросселем с калиброванным отверстием и компенсирующим пневмоцилиндром, при этом в компенсирующий пневмоцилиндр, свободно сообщающийся с трубопроводом, помещен второй конец штока, а герметичная камера сообщается с трубопроводом через дроссель с калибровочным отверстием.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гидравлическому и пневматическому оборудованию нефтегазовой промышленности и может быть использовано в качестве приставки к линейным кранам, расположенных на магистральных трубопроводах, по которым транспортируется газ или жидкость, для их оперативного закрытия при нарушении герметичности трубопровода.

Известны устройства перекрытия трубопроводов (Трубопроводная арматура. Каталог, часть 1, Подольск, 1998), которые снабжены электропневматическим узлом управления (ЭПУУ) с рычагом, приводящим в действие электромагнитом или механическим нажатием на рычаг закрытия. Такое устройство самостоятельно не может принять решение о перекрытии трубопровода, и для работы в автоматическом режиме оно должно быть снабжено дополнительным устройством, которое распознает разгерметизацию трубопровода и оказывает механическое воздействие на рычаг ЭПУУ.

Известно устройство для аварийного перекрытия трубопровода (Авторское свидетельство СССР №1048219, A F 16 К 17/04. Опубликовано в БИ №38 15.10.83), в корпусе которого с зазором относительно стенок размещен цилиндр с установленным в нем подпружиненным поршнем, снабженным штоком с коническим запорным органом и делящим полость цилиндра на две части, одна из которых сообщена каналом, с входом, причем указанный канал выполнен в штоке, а в поршне выполнен дроссельный канал, соединяющий вход и выход устройства. Такое устройство имеет небольшую пропускную способность (так как весь механизм устанавливается внутри трубопровода), сложно в изготовлении и чувствительно к направлению движения потока.

Известен также нормально-открытый клапан (авторское свидетельство СССР №434217, F 16 К 17/02. Опубликовано в БИ №24 30.06.74 г.), предназначенный для защиты пневматических или гидравлических цепей питания от режима короткого замыкания (превышение расхода допустимых пределов), принцип работы которого основан на уменьшении давления в пространстве между поверхностью заслонки и верхней плоскостью седла при увеличении потока. В исходном состоянии заслонка удерживается магнитом. Описанный клапан также чувствителен к направлению движения потока, кроме этого, намагниченность удерживающего магнита имеет тенденцию к уменьшению со временем, зависит от температуры среды, в которой он находится, что делает его работу ненадежной.

Наиболее близким (прототип) к предлагаемому изобретению является «Устройство для перекрытия трубопровода» (Авторское свидетельство СССР №1712718, F 16 К 1/22, 17/02. Опубликовано 15.02.92 г. в БИ №6). Устройство для перекрытия трубопровода состоит из герметичной камеры, сообщенной со штоковой полостью пневмоцилиндра и с полостью низкого давления трубопровода через обратный клапан, а подпоршневая полость пневмоцилиндра сообщена с полостью высокого давления. В стационарном состоянии давление в трубопроводе, герметичной камере и в обоих полостях пневмоцилиндра примерно одинаково. При нарушении герметичности происходит уменьшение давления в трубопроводе, а следовательно, и в полости пневмоцилиндра, непосредственно соединенной с трубопроводом. В полости пневмоцилиндра, соединенной с герметичной камерой, давление изменится незначительно (так как увеличивается объем полости пневмоцилиндра, соединенной с герметичной камерой), поскольку герметичная камера соединяется с трубопроводом через обратный клапан. Разница давлений в полостях приводит к перемещению поршня пневмоцилиндра, и это перемещение используется для перекрытия трубопровода. Описанное устройство имеет два существенных недостатка: первое: оно сработает (несанкционированное перекрытие трубопровода) и при плановом уменьшении давления (а это обычное явление при транспортировке среды) в трубопроводе без нарушения герметичности, так как давление в подпоршневой полости пневмоцилиндра изменится, а в штоковой полости не изменится, что приведет к перемещению поршня и несанкционированному перекрытию трубопровода; и второе: при стационарном давлении на поверхность поршня со стороны среды, находящейся в полости пневмоцилиндра, соединенной непосредственно с трубопроводом, действует больше силы, чем на противоположную поверхность, которая обусловлена как различием площадей этих поверхностей (шток только с одной стороны), так и существованием отличного от нуля давления открытия обратного клапана. Следовательно, при стационарном давлении на поршень постоянно действует сила в одном направлении, которую надо преодолеть, чтобы двигаться в обратном направлении, для перекрытия трубопровода, при его разгерметизации. Все это приведет к ненадежной работе устройства перекрытия трубопроводов.

Техническим результатом применения предлагаемого изобретения является устранение недостатков прототипа, а именно в стационарном состоянии силы, действующие на поршень, скомпенсированы (силы, действующие на поршень с обоих сторон, равны), и не произойдет несанкционированное перекрытие трубопровода при планомерном уменьшении давления в трубопроводе, по которой транспортируется среда, что в итоге повышает надежность работы устройства.

Сущность изобретения заключается в том, что оно снабжено дросселем 2 с калиброванным отверстием и компенсирующим пневмоцилиндром 5, при этом в компенсирующий пневмоцилиндр 5, свободно сообщающийся с трубопроводом 9, помещен второй конец штока, а герметичная камера 3 сообщается с трубопроводом через дроссель 2 с калибровочным отверстием.

На чертеже изображено автоматическое устройство аварийного закрытия крана. Автоматическое устройство аварийного закрытия крана содержит герметичную камеру 3, соединенную с трубопроводом 9 посредством фильтра 1 для очистки газа от механических примесей и влаги, и дросселя 2 с калиброванным отверстием, компенсирующий пневмоцилиндр 5 и пневмоцилиндр с поршнем 4. К поршню прикреплен шток, второй конец которого находится в компенсирующем цилиндре 5. Компенсирующий пневмоцилиндр 5 и штоковая полость пневмоцилиндра 4 с поршнем соединены с трубопроводом трубками 10. Другая полость пневмоцилиндра с поршнем 4 соединяется с герметичной камерой 3. К наружной поверхности штока прикреплен рычаг-стопор 6, при помощи которого передается усилие от штока поршня к рычагу 7 ЭПУУ 8.

Устройство работает следующим образом. При стационарном состоянии давление во всех полостях пневмоцилиндров и герметичной камере 3 одинаково. При увеличении давления в трубопроводе 9 в полостях пневмоцилиндров 4 и 5, свободно сообщающихся с трубопроводом, давление растет синхронно с давлением в трубопроводе, а рост давления в герметичной камере 3, следовательно, и в полости пневмоцилиндра с поршнем 4, свободно сообщающейся с герметичной камерой, запаздывает из за того, что количество среды, поступающей в герметичную камеру 3 через калиброванное отверстие маленького диаметра, ограниченно. Вследствие этого на поршень действует сила, стремящаяся его переместить, а рычаг-стопор 6 препятствует этому перемещению, и поэтому шток остается неподвижным. Со временем давление во всех емкостях станет одинаковым, и эта сила перестанет действовать. При медленном падении давления в трубопроводе давление во всех емкостях падает синхронно, и шток находится в неподвижном состоянии. При быстром падении давления в трубопроводе, что характерно при нарушении герметичности, давление в полостях пневмоцилиндров 4 и 5, свободно сообщающихся с трубопроводом, также падает синхронно с давлением в трубопроводе 9, а падение давления в герметичной камере 3 запаздывает, вследствие чего на поршень действует сила в обратном направлении, и рычаг-стопор 6 на штоке приводит в действие рычаг 7 ЭПУУ 8, что приводит к перекрытию трубопровода краном 11. Изменением диаметра калибровочного отверстия можно реагировать на различные скорости падения давления в трубопроводе, которые выбираются из опыта эксплуатации данного трубопровода или же расчетным путем.