CN105156817B - Cng船用快接卸、充气系统及cng快装接头安全操控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CNG船用快装卸、充气系统，属于天然气运输技术领域，系统中包括固定在船甲板上方的阀座、移动阀头两部分及定位对接两部分的锁紧装置，阀座与移动阀头分别借助独立配套的截止阀与压力储气设备连通，关键在于锁紧装置中的执行机构由铰接限定在阀座密封套周边的卡爪构成，卡爪借助直线驱动机构完成卡爪的屈伸、实现气流通道中的密封锥面的结合与松开以及内高压阀口通断的切换。另外本发明还提供了一种CNG快装接头安全操控方法。本发明的有益效果是：在阀座上端固定阀座密封套，卡爪限定在阀座密封套上，通过配套的直线驱动机构，在阀座与移动阀头对准后快速锁紧，锁紧效果稳定可靠。

Description

CNG船用快接卸、充气系统及CNG快装接头安全操控方法

技术领域

本发明属于天然气运输技术领域，具体为一种天然气运输船舶上的充放气系统与岸上的充放气系统对接用的CNG船用快接卸、充气系统及CNG快装接头安全操控方法。

背景技术

产自海上水下天然气井或陆地上的天然气可以用船运输，或也可以用水下或陆上管道输送。天然气以CNG形态运输时，则是将天然气直接压缩到几百巴的高压，装在适当的诸如钢质或复合材料压力容器里在船上运输。然后，在交付点与岸上的储气系统对接交付天然气。

天然气以清洁能源越来越多的应用作船的动力燃料，以天然气作为燃料动力的船舶需要与岸上的储气系统连接以对船舶补充燃料。

天然气无论是以CNG形态运输还是以天然气为动力的船舶，均需要将船上的充放气系统与岸上的充放气系统对接或者与天然气源头的充气系统对接，使得船上的天然气通过管道输送到岸上或者将天然气充入货运船中。因此有必要设计一种卸、充气系统与岸上的储气系统快速对接并锁紧。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种天然气船用装卸气系统，设计了卡爪及配套的直线驱动机构形成的锁紧装置，能够快速将阀座与移动阀头快速对接并锁紧，方便安全的将天然气充入以天然气为燃料的船船上或将天然气原料输送至岸上。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：CNG船用快装卸、充气系统，系统中包括固定在船甲板上方的阀座、移动阀头两部分及定位对接两部分的锁紧装置，阀座与移动阀头分别借助独立配套的截止阀与压力储气设备连通，其关键在于：锁紧装置中的执行机构由铰接限定在阀座密封套周边的卡爪构成，卡爪借助直线驱动机构完成卡爪的屈伸、实现气流通道中的密封锥面的结合与松开以及内高压阀口通断的切换。

进一步的，所述阀座密封套固定在阀座的柱状阀体上端、定位后的上端面经加工形成本系统高压通道的密封下锥面。

进一步的，在阀座的柱状阀体下端设置有定位法兰，借助于定位法兰柱状阀体定位在船甲板上并实现与储气瓶管路的连通。

进一步的，卡爪由转动连杆和平动连杆铰链在一起形成的复合二连杆结构，转动连杆前端加工成为与移动阀头相匹配的卡槽状、并铰接定位在阀座密封套的耳环，平动连杆末端铰接定位在柱状阀体上的滑动活套上。

进一步的，所述直线驱动机构中的传动部件中至少包括两根同步进退的驱动杆，以上驱动杆限位于定位法兰、并与柱状阀体上的滑动活套固定连接，滑动活套与卡爪中的平动连杆末端铰接定位实现直线驱动转换为卡爪屈伸的转换。

进一步的，在滑动活套和定位法兰之间设置风琴管，滑动活套与柱状阀体之间的滑动配合位置设置弹性密封装置，装置中包括密封环和填充有润滑脂的凹槽。

进一步的，所述柱状阀体内腔的气体通道中设置一个截断阀总成，以上总成的结构中包括一个下纺锤形阀芯和设置在柱状阀体内壁上的锥台形的密封阀口；借助于定位在柱状阀体内壁上的定位架、定位于定位架中心的滑套和套装在下纺锤形阀芯的推杆上的复位簧、下纺锤形阀芯被复位簧压紧在密封阀口上、并具有沿柱状阀体的中心线向下滑动的自由度。

进一步的，移动阀头具有上端面带法兰盘结构和柱状外观，结构中包括设在管形下端部位的导引密封柱面和中部的气路密封锥面，管内壁加工出的上密封阀口，设置在移动阀头的气路通道内的上纺锤形阀芯借助于上定位架、设置在上定位架上的上定位滑套和上压紧复位簧压紧在上密封阀口、形成移动阀头内的截断阀结构。

进一步的，柱状阀体的内壁上端是导引密封面，圆柱形的密封面上设置有至少两道O型圈密封槽。

本发明还提供了一种CNG快装接头安全操控方法，基于上述的CNG船用快接卸、充气系统，系统中的快接接头的操作包括以下步骤：

（1）移动阀头与船上的阀座的中心对准，推动移动阀头并导引密封柱面使移动阀头进入阀座上端口、接头处气密部件对接、延时打开结构中的上纺锤形阀芯和下纺锤形阀芯；

（2）移动阀头到位后，启动直线驱动装置带动卡爪、保证卡爪锁紧密封面；

（3）开通本系统中配套的截止阀，实施充、卸气作业；

（4）充、卸气操作完成后，先关闭上述截止阀，然后启动直线驱动机构松开卡爪、解除阀座、移动阀头之间的锁紧状态，

（5）疏导阀座、移动阀头及其连通管路中的正压、易燃残气后拔出移动阀头。

本发明的有益效果是：（1）在阀座上端固定阀座密封套，卡爪铰接在阀座密封套上，通过配套的直线驱动机构，在阀座与移动阀头对准后快速锁紧，锁紧效果稳定可靠；（2）卡爪采用复合二连杆结构，结构简单实用，在锁紧时具有自锁功能；（3）平动连杆两端分别与滑动活套和转动连杆铰接，通过气缸、推动座、驱动杆驱动滑动活套在阀座外表面可沿其轴向滑动，达到了一个气缸驱动多组卡爪的目的；（4）在滑动活套与阀座的定位法兰间设有防护结构，以防止驱动杆和柱状阀体被海水或海风所腐蚀；（5）阀座和移动阀头的结构中均设置纺锤形阀芯形成单向阀结构，移动阀头与船上的阀座对接过程中先密封、后天然气通道打开，分离时天然气通道先关闭，提升了整个系统的安全性。

下面结合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1是本发明CNG船用快装卸、充气系统阀座与移动阀头锁紧状态时的结构示意图；

图2是本发明CNG船用快装卸、充气系统锁紧装置松开状态时的结构示意图；

图3是本发明CNG船用快装卸、充气系统中阀座的结构示意图；

图4是本发明CNG船用快装卸、充气系统中移动阀头的结构示意图。

在附图中：1是阀座密封套，1-1是密封下锥面，1-2是耳环，2是转动连杆，3是平动连杆，4是气缸，5是推动座，6是驱动杆，7是滑动活套，7-1是凹槽，8是橡胶制的风琴管，9是密封环，10是柱状阀体，10-1是锥台形定位面，10-2是导引密封面，10-3是定位法兰，10-4是O型圈密封槽，10-5是密封阀口，11是下纺锤形阀芯，12是压紧套，13是定位架，14是滑套，15是复位簧，16是气缸法兰，17是支撑弹簧，18是压紧螺套，19是移动阀头，19-1是气路密封锥面，19-2是导引密封柱面，19-3是上密封阀口，20是滑套，21是高压软管，22是船甲板，23是上纺锤形阀芯，24是上定位滑套，25是上压紧复位簧，26是上定位架。

具体实施方式

参看附图1和2，本发明提供了一种CNG船用快装卸、充气系统，系统中包括固定在船甲板22上方的阀座、移动阀头19两部分及定位对接两部分的锁紧装置，阀座与移动阀头19分别借助独立配套的截止阀与压力储气设备连通，其关键在于：锁紧装置中的执行机构由铰接限定在阀座密封套1周边的卡爪构成，卡爪借助直线驱动机构完成卡爪的屈伸、实现气流通道中的密封锥面的结合与松开以及内高压阀口通断的切换。卡爪沿阀座密封套1的周向至少设置3组以保证对阀座与移动阀头19稳定锁紧。在具体实施时还可以根据不同的情况设置卡爪的数量以达到对阀座与移动阀头19更充分的锁紧。需要说明的是，此处的移动阀头19是指天然气源头处岸上向天然气货运船或以天然气作动力的船舶中充入天然气的阀头，也是指船舶到达目的地后设置在岸上的用于向岸上的储气设备中充入船舶中所载天然气的阀头。在阀座与移动阀头19中均设有高压单向阀结构，两者锁紧和脱开形成内高压阀口通断的切换。

阀座密封套1固定在阀座的柱状阀体10上端、定位后的上端面经加工形成本系统高压通道的密封下锥面1-1。柱状阀体10的端面为与密封下锥面1-1平滑过渡的锥台形定位面10-1。密封下锥面1-1和锥台形定位面10-1配合组成与气路密封锥面19-1形成密封结构的锥面。在阀座的柱状阀体10下端设置有定位法兰10-3，借助于定位法兰10-3柱状阀体10定位在船甲板22上并实现与储气瓶管路的连通。阀座密封套1固定在阀座的上端，具体实施时阀座密封套1与阀座可以采用螺纹连接。阀座密封套1还可以单独设置以固定卡爪，例如固定在船甲板22上。柱状阀体10的内壁上端是导引密封面10-2，圆柱形的密封面上设置有至少两道O型圈密封槽10-4。

卡爪由转动连杆2和平动连杆3铰链在一起形成的复合二连杆结构，转动连杆2前端加工成为与移动阀头19相匹配的卡槽状、并铰接定位在阀座密封套1的耳环1-2，平动连杆3末端铰接定位在柱状阀体10上的滑动活套7上。直线驱动机构中的传动部件中至少包括两根同步进退的驱动杆6，以上驱动杆6限位于定位法兰10-3、并与柱状阀体10上的滑动活套7固定连接，滑动活套7与卡爪中的平动连杆3末端铰接定位实现直线驱动转换为卡爪屈伸的转换。具体实施时，驱动杆6的另一端与直线驱动装置相连。直线驱动装置可以是油缸、气缸等，配套的直线驱动装置的动力源是液压栈、压缩气站、直线电机等装置。

为了防止驱动杆6和柱状阀体10的受海风及海水腐蚀，在滑动活套7和定位法兰10-3之间设置风琴管8，滑动活套7与柱状阀体10之间的滑动配合位置设置弹性密封装置，装置中包括密封环9和填充有润滑脂的凹槽7-1。密封环9借助密封压环及螺钉固定在滑动活套7上，在滑动活套7与状阀体10的接触面的中部设有凹槽7-1，凹槽7-1内填充有润滑脂以达到润滑效果。

参看附图3，阀座的柱状阀体10内腔的气体通道中设置一个截断阀总成，以上总成的结构中包括一个下纺锤形阀芯11和设置在柱状阀体10内壁上的锥台形的密封阀口10-5；借助于定位在柱状阀体10内壁上的定位架13、定位于定位架13中心的滑套14和套装在下纺锤形阀芯11的推杆11-1上的复位簧15、下纺锤形阀芯11被复位簧15压紧在密封阀口10-5上、并具有沿柱状阀体10的中心线向下滑动的自由度。下纺锤形阀芯11与柱状阀体10中空腔中的密封阀口10-5配合形成单向阀结构，以保证阀座与移动阀头19脱开时天然气的进出气通道处于关闭状态。在定位架13上开有通气孔以供天然气流通。在阀座中，定位架13的一端限位在柱状阀体10的中空腔中的凸台另一端借助压紧套12定位，而压紧套12则是被与柱状阀体10的中空腔底部的螺纹配合的压紧螺套18固定压紧。阀座的下端连接有高压软管21。

参看附图4，移动阀头19具有上端面带法兰盘结构和柱状外观，结构中包括设在管形下端部位的导引密封柱面19-2和中部的气路密封锥面19-1，管内壁加工出的上密封阀口19-3，设置在移动阀头19的气路通道内的上纺锤形阀芯23借助于上定位架26、设置在上定位架26上的上定位滑套24和上压紧复位簧25压紧在上密封阀口19-3、形成移动阀头19内的截断阀结构。上纺锤形阀芯23与密封阀口19-3配合形成单向阀结构，以保证阀座与移动阀头19脱开时天然气的进出气通道处于关闭状态。在上定位架26上设有供天然气流通的通气孔。

本发明在具体实施时，参看附图1-4，气缸4借助气缸法兰16固定在船甲板22下方，气缸4伸缩端连接有推动座5，在推动座5上固定有两个以上的驱动杆6，驱动杆6穿过柱状阀体10的定位法兰10-3与套装在柱状阀体10外表面并可沿其轴向滑动的滑动活套7连接，所有的平动连杆3均铰接在滑动活套7上。这样的设计可以达到一个气缸4驱动所有卡爪的目的。在气缸4的驱动下，滑动活套7到达上止点位置时，阀座与移动阀头19处于锁紧状态，平动连杆3的两端铰接点的连线与柱状阀体10轴线方向上的夹角大于85°，此时卡爪处于自锁状态，卡爪不会因气缸4压力变小而松动。在气缸法兰16与推动座5间还设有支撑弹簧17，以保证当气源突然失去压力或者压力减小时，由于推动座5、驱动杆6、滑动活套7的自重，导致卡爪松开，进而导致阀座与移动阀头19脱开。支撑弹簧17可以一直给推动座5一个向上的支撑力，与推动座5、驱动杆6和滑动活套7等的重力相抵，防止卡爪松开导致阀座与移动阀头19脱开。支撑弹簧17是压簧。进一步的，还可以设置支撑管，支撑弹簧17套装在支撑管上，在支撑弹簧17的外部设置弹簧套筒套在支撑弹簧17上以保护支撑弹簧17，同时防止支撑弹簧17的左右移动。以上结构中，在驱动杆6与定位法兰10-3接触面间还可以设置滑套20以减少驱动杆6与定位法兰10-3的摩擦。

滑动活套7在气缸4驱动下位于上止点时，柱状阀体10的锥台形定位面10-1与气路密封锥面19-1的面之间有0.05～0.15mm间隙，并在固定密封环9的密封压环的端面处固定环形的缓冲橡胶，以防止气缸4的行程过大时卡爪对固定在阀座密封套1的耳环1-2的铰接点产生应力及滑动活套7对阀座密封套1的下端面形成硬接触。

本发明还提供了一种CNG快装接头安全操控方法，基于上述的CNG船用快接卸、充气系统，系统中的快接接头的操作包括以下步骤：

（1）移动阀头19与船上的阀座的中心对准，推动移动阀头19并导引密封柱面19-2使移动阀头19进入阀座上端口、接头处气密部件对接、延时打开结构中的上纺锤形阀芯23和下纺锤形阀芯11；

（2）移动阀头19到位后，启动直线驱动装置带动卡爪、保证卡爪锁紧密封面；

（3）开通本系统中配套的截止阀，实施充、卸气作业；

（4）充、卸气操作完成后，先关闭上述截止阀，然后启动直线驱动机构松开卡爪、解除阀座、移动阀头19之间的锁紧状态，

（5）疏导阀座、移动阀头19及其连通管路中的正压、易燃残气后拔出移动阀头19。

Claims (9)

1.一种CNG船用快接卸、充气系统，系统中包括固定在船甲板(22)上方的阀座、移动阀头(19)两部分及定位对接两部分的锁紧装置，阀座与移动阀头(19)内分别具有截止阀并借助独立配套的截止阀与压力储气设备连通，其特征在于：阀座密封套(1)固定在阀座的柱状阀体(10)上端，定位后的上端面经加工形成本系统高压通道的密封下锥面(1-1)，柱状阀体(10)的端面为与密封下锥面(1-1)平滑过渡的锥台形定位面(10-1)，密封下锥面(1-1)和锥台形定位面(10-1)配合组成与移动阀头(19)的气路密封锥面(19-1)形成密封结构的锥面；锁紧装置中的执行机构由铰接限定在阀座密封套(1)周边的卡爪构成，卡爪借助直线驱动机构完成卡爪的屈伸、实现气流通道中的密封锥面的结合与松开以及内高压阀口通断的切换。

2.根据权利要求1所述的CNG船用快接卸、充气系统，其特征在于：在阀座的柱状阀体(10)下端设置有定位法兰(10-3)，借助于定位法兰(10-3)柱状阀体(10)定位在船甲板(22)上并实现与储气瓶管路的连通。

3.根据权利要求1或2所述的CNG船用快接卸、充气系统，其特征在于：卡爪由转动连杆(2)和平动连杆(3)铰链在一起形成的复合二连杆结构，转动连杆(2)前端加工成为与移动阀头(19)相匹配的卡槽状、并铰接定位在阀座密封套(1)的耳环(1-2)，平动连杆(3)末端铰接定位在柱状阀体(10)上的滑动活套(7)上。

4.根据权利要求3所述的CNG船用快接卸、充气系统，其特征在于：所述直线驱动机构中的传动部件中至少包括两根同步进退的驱动杆(6)，以上驱动杆(6)限位于定位法兰(10-3)、并与柱状阀体(10)上的滑动活套(7)固定连接，滑动活套(7)与卡爪中的平动连杆(3)末端铰接定位实现直线驱动转换为卡爪屈伸的转换。

5.根据权利要求3所述的CNG船用快接卸、充气系统，其特征在于：在滑动活套(7)和定位法兰(10-3)之间设置风琴管(8)，滑动活套(7)与柱状阀体(10)之间的滑动配合位置设置弹性密封装置，装置中包括密封环(9)和填充有润滑脂的凹槽(7-1)。

6.根据权利要求3所述的CNG船用快接卸、充气系统，其特征在于：所述柱状阀体(10)内腔的气体通道中设置一个截止阀总成，以上总成的结构中包括一个下纺锤形阀芯(11)和设置在柱状阀体(10)内壁上的锥台形的密封阀口(10-5)；借助于定位在柱状阀体(10)内壁上的定位架(13)、定位于定位架(13)中心的滑套(14)和套装在下纺锤形阀芯(11)的推杆(11-1)上的复位簧(15)、下纺锤形阀芯(11)被复位簧(15)压紧在密封阀口(10-5)上、并具有沿柱状阀体(10)的中心线向下滑动的自由度。

7.根据权利要求1所述的CNG船用快接卸、充气系统，其特征在于：移动阀头(19)具有上端面带法兰盘结构和柱状外观，结构中包括设在管形下端部位的导引密封柱面(19-2)和中部的气路密封锥面(19-1)，管内壁加工出的上密封阀口(19-3)，设置在移动阀头(19)的气路通道内的上纺锤形阀芯(23)借助于上定位架(26)、设置在上定位架(26)上的上定位滑套(24)和上压紧复位簧(25)压紧在上密封阀口(19-3)、形成移动阀头(19)内的截止阀结构。

8.根据权利要求3所述的CNG船用快接卸、充气系统，其特征在于：柱状阀体(10)的内壁上端是导引密封面(10-2)，圆柱形的密封面上设置有至少两道O型圈密封槽(10-4)。

9.一种CNG快装接头安全操控方法，基于权利要求1-8任一项所述的CNG船用快接卸、充气系统，其特征在于系统中的快接接头的操作包括以下步骤：

(1)移动阀头(19)与船上的阀座的中心对准，推动移动阀头(19)并导引密封柱面(19-2)使移动阀头(19)进入阀座上端口、接头处气密部件对接、延时打开结构中的上纺锤形阀芯(23)和下纺锤形阀芯(11)；

(2)移动阀头(19)到位后，启动直线驱动装置带动卡爪、保证卡爪锁紧密封面；

(3)开通本系统中配套的截止阀，实施充、卸气作业；

(4)充、卸气操作完成后，先关闭上述截止阀，然后启动直线驱动机构松开卡爪、解除阀座、移动阀头(19)之间的锁紧状态，

(5)疏导阀座、移动阀头(19)及其连通管路中的正压、易燃残气后拔出移动阀头(19)。