RU2269455C1

RU2269455C1 - Detachable joint for coupling cryogenic systems

Info

Publication number: RU2269455C1
Application number: RU2004118435/11A
Authority: RU
Inventors: Александр Викторович Вахтин (RU); Александр Викторович Вахтин
Original assignee: Александр Викторович Вахтин
Priority date: 2004-06-18
Filing date: 2004-06-18
Publication date: 2006-02-10

Abstract

FIELD: aeronautical engineering; transfer of cryogenic fluid to reservoirs.

SUBSTANCE: proposed joint has pipe union and tip; each of them has inner and outer bodies; mounted in between bodies of pipe union and tip are heat-insulating bridges, shields and supports. Contact zone of pipe union and tip bodies is provided with sealing members. Inner bodies of pipe union and tip are provided with spring-loaded check valves; one of them is provided with bellows; locking unit is mounted on outer bodies of pipe union and tip. Device is provided with additional collapsible body mounted on outer body of tip in area of contact with pipe union; rests and stopper are mounted in said zone. Device is also provided with detachable adjustable limiter of check valve spring mounted on outer part of valve seat of inner body and tip; it is made in form of nut with locking member.

EFFECT: reduced overall dimensions; enhanced reliability and safety.

5 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к области криогенной техники, а именно к технике со средствами стыковки криогенных систем, перекачки и заправки в емкости криогенной жидкости или сжиженного природного газа (СПГ) и может быть использовано в других отраслях машиностроения.The invention relates to the field of cryogenic technology, and in particular to technology with means for docking cryogenic systems, pumping and refueling in a tank of cryogenic liquid or liquefied natural gas (LNG) and can be used in other engineering industries.

Известны разъемные устройства для заправки криогенных жидкостей, например разъемное устройство для заправки топливных баков самолетов сжиженным природным газом (СПГ), содержащее бортовой штуцер и наконечник заправщика.Known detachable devices for refueling cryogenic liquids, for example, a detachable device for refueling aircraft fuel tanks with liquefied natural gas (LNG), containing an on-board fitting and a refueling tip.

Штуцер и наконечник включают в себя внутренний корпус и внешний корпус, а между внешним и внутренним корпусами как у штуцера, так и у наконечника установлены тепловые мосты, теплозащитные экраны и теплоизолирующие опоры, предохраняющие внешние корпуса штуцера и наконечника от чрезмерного охлаждения и обледенения. В зонах контакта одноименных корпусов штуцера и наконечника смонтированы уплотнительные элементы. Внутренний корпус штуцера и наконечника оборудованы подпружиненными обратными клапанами. При этом клапан наконечника снабжен сильфоном. Штуцер и наконечник снабжены замковым устройством, смонтированным на внешних корпусах. За счет поворота рычажных механизмов замкового устройства обеспечивается поступательное перемещение наконечника относительно штуцера, открытие-закрытие клапанов и внешняя герметизация канала заправки при открытых клапанах (см. заявку №2002108665/06(009144) по классу В 64 D 37/30, В 64 F 1/28 от 05.04.2002 г.).The fitting and the tip include the inner case and the outer case, and between the outer and inner cases of both the nozzle and the tip there are thermal bridges, heat shields and heat insulating supports that protect the outer case of the nozzle and tip from excessive cooling and icing. In the contact zones of the nozzle and nozzle bodies of the same name, sealing elements are mounted. The inner body of the nozzle and tip are equipped with spring-loaded check valves. In this case, the valve of the tip is equipped with a bellows. The fitting and tip are equipped with a locking device mounted on external housings. Due to the rotation of the lever mechanisms of the locking device, the tip is moved forward relative to the fitting, the valves open and close and the filling channel is sealed externally with the valves open (see application No. 2002108665/06 (009144) in class B 64 D 37/30, B 64 F 1 / 28 dated 04/05/2002).

Однако известное устройство имеет ряд существенных недостатков, а именно: устройство имеет сравнительно большие габариты из-за увеличенной длины передней части внешних корпусов штуцера и наконечника, необходимой для закрепления наконечника на штуцере и их соосного соединения, без чего невозможен надежный контакт между собой уплотнительных элементов и обеспечение внешней герметизации канала заправки при открытых обратных клапанах. Устройство также имеет большие габариты из-за увеличенной длины внутреннего корпуса наконечника, что необходимо для смещения (отвода) пружины обратного клапана и обеспечения доступа к местам закрепления сильфона, без чего невозможно выполнение сборки наконечника, разборки и сборки обратного клапана при его ремонте.However, the known device has a number of significant drawbacks, namely: the device has a relatively large size due to the increased length of the front of the outer bodies of the nozzle and the tip, necessary for fixing the tip on the nozzle and their coaxial connection, without which reliable contact between the sealing elements and providing external sealing of the refueling channel with open check valves. The device also has large dimensions due to the increased length of the inner body of the tip, which is necessary to bias the spring of the check valve and provide access to the fixing points of the bellows, without which it is impossible to assemble the tip, disassemble and assemble the check valve during its repair.

При этом устройство относительно дорого и сложно в эксплуатации, так как при сборке и разборке клапана наконечника требуются специальные приспособления, а для замены или регулировки пружины клапана предварительно требуется выполнить демонтаж наружного корпуса и теплозащитных мостов, экранов и опор наконечника, что очень трудоемко, требует высококвалифицированных специалистов по ремонту и связано с выполнением слесарных и сварочных работ в труднодоступной зоне.At the same time, the device is relatively expensive and difficult to operate, because when assembling and disassembling the valve of the tip, special devices are required, and to replace or adjust the valve spring, it is first necessary to dismantle the outer casing and heat-shielding bridges, screens and supports of the tip, which is very laborious and requires highly qualified repair specialists and is associated with the performance of locksmith and welding work in a hard-to-reach zone.

Задачей настоящего изобретения является уменьшение габаритов, увеличение срока работы, повышение надежности и безопасности, а также упрощение конструкции и эксплуатации, обеспечение проведения регулировочных работ.The objective of the present invention is to reduce the dimensions, increase the life, increase reliability and safety, as well as simplify the design and operation, ensure adjustment work.

Решение технической задачи достигается тем, что разъемное устройство для стыковки криогенных систем содержит штуцер и наконечник, каждый из которых включает в себя внешний корпус и внутренний корпус, при этом между упомянутыми корпусами штуцера и наконечника смонтированы теплоизолирующие мосты, экраны и опоры, а в зоне контакта одноименных корпусов штуцера и наконечника установлены уплотнительные элементы, при этом внутренний корпус штуцера и наконечника снабжены подпружиненными обратными клапанами, один из которых снабжен сильфоном, а на внешнем корпусе штуцера и наконечника смонтировано замковое устройство, а также оно снабжено дополнительным сдвижным корпусом, установленным на внешнем корпусе наконечника в зоне контакта со штуцером, упорами, смонтированными в упомянутой зоне и стопором, а также съемным регулируемым ограничителем пружины обратного клапана, установленным на внешней части седла клапана внутреннего корпуса наконечника и выполненным в виде гайки со стопорным элементом. Кроме того, на одном из внешних корпусов устройства смонтирован дополнительный клапан. При этом замковое устройство может содержать подвижный корпус, смонтированный на внешнем корпусе наконечника с возможностью взаимодействия с дополнительным сдвижным корпусом, который снабжен запорными элементами, взаимодействующими с ответными запорными элементами на внешнем корпусе штуцера, при этом на подвижном корпусе смонтирована рукоятка, а подвижный корпус снабжен фиксаторами и винтовыми направляющими, контактирующими с выступающими элементами внешнего корпуса, выполненными в виде роликов.The solution to the technical problem is achieved by the fact that the detachable device for docking cryogenic systems contains a nozzle and a tip, each of which includes an outer casing and an inner case, while heat-insulating bridges, screens and supports are mounted between the mentioned casing of the nozzle and the tip, and in the contact zone sealing bodies of the nozzle and tip bodies of the same name are installed, while the inner case of the nozzle and tip are equipped with spring-loaded check valves, one of which is equipped with a bellows and a lock device is mounted on the external case of the nozzle and the tip, and it is also equipped with an additional sliding case mounted on the external case of the tip in the zone of contact with the nozzle, stops mounted in the said area and the stopper, as well as a removable adjustable check valve spring limiter installed on the outer part of the valve seat of the inner tip body and made in the form of a nut with a locking element. In addition, an additional valve is mounted on one of the external cases of the device. The locking device may include a movable housing mounted on the outer housing of the tip with the possibility of interaction with an additional movable housing, which is equipped with locking elements that interact with the mating locking elements on the external housing of the fitting, while the handle is mounted on the movable housing, and the movable housing is equipped with latches and screw guides in contact with the protruding elements of the outer casing, made in the form of rollers.

На фиг.1 изображено разъемное устройство для стыковки криогенных систем (в разъединенном положении с закрытыми обратными клапанами).Figure 1 shows a detachable device for docking cryogenic systems (in a disconnected position with closed check valves).

На фиг.2 - то же устройство в соединенном положении с открытыми обратными клапанами и с контактирующими между собой уплотнениями герметизации внешних и внутренних корпусов штуцера и наконечника.Figure 2 - the same device in a connected position with open check valves and contacting the sealing seals of the outer and inner bodies of the fitting and tip.

На фиг.3 изображен наконечник с замковым устройством поворотного типа с подвижным корпусом.Figure 3 shows the tip with a locking device of a rotary type with a movable housing.

На фиг.4 - сечение А-А по фиг.1.Figure 4 is a section aa in figure 1.

На фиг.5 - сечение Б-Б по фиг.1.Figure 5 is a section bB in figure 1.

На фиг.6 изображен вид В по фиг.1.Figure 6 shows a view In figure 1.

На фиг.7 - сечение Г-Г по фиг.1.In Fig.7 is a section GG in Fig.1.

На фиг.8 - сечение Д-Д по фиг.2.On Fig - section DD in figure 2.

На фиг.9 изображен вид Е по фиг.1.Figure 9 shows a view of E of figure 1.

Разъемное устройство для стыковки криогенных систем содержит штуцер 1 и наконечник 2, каждый из которых включает в себя корпусы - внутренний корпус 3, 4 и внешний корпус 5, 6. Между упомянутыми корпусами 3, 5 штуцера и корпусами 4, 6 наконечника смонтированы теплоизолирующие мосты 7 и 8, экраны 9, 10 и опоры 11, 12. В зоне контакта внутреннего корпуса 3 штуцера и внутреннего корпуса 4 наконечника установлены уплотнительные элементы 13, 14, которые могут быть выполнены соответственно с контактной поверхностью в виде конуса и шаровой контактной поверхностью. В зоне контакта внешнего корпуса 5 штуцера и внешнего корпуса 6 наконечника установлены уплотнительные элементы 15 (например, поверхность корпуса 5) и 16. Внутренний корпус штуцера и наконечника снабжены обратными клапанами 17 и 18, которые подпружинены пружинами 19, 20. Клапаны оборудованы отверстиями для протока жидкости, клапан 18 снабжен сильфоном 21, а вентиляция полости между сильфоном и корпусом 4 может осуществляться через специальные отверстия в корпусе. Клапаны 17 и 18 содержат соосно расположенные седла 22, 23, которые могут быть выполнены с контактной поверхностью в виде конуса и тарелки 24, 25, которые могут иметь шаровую контактную поверхность. Кроме того, устройство снабжено дополнительным сдвижным корпусом 26, установленным на внешнем корпусе 6 наконечника в зоне контакта со штуцером, снабжено упорами 27, смонтированными в упомянутой зоне, и стопором 28 для закрепления и ориентирования сдвижного корпуса 26 на корпусе 6 наконечника и стопорения наконечника на штуцере. Устройство также оборудовано съемным регулируемым ограничителем 29 пружины 20 обратного клапана, установленным на внешней части седла 23 клапана внутреннего корпуса наконечника и выполненным в виде гайки со стопорным элементом 30. Кроме того, на одном из внешних корпусов устройства может быть смонтирован дополнительный клапан 31. На внешнем корпусе штуцера и наконечника смонтировано замковое устройство, которое может включать в себя симметрично установленные на внешнем корпусе наконечника рычаги 32 (рычаги могут быть установлены на элементах внутреннего корпуса), каждый из которых связан с дополнительным сдвижным корпусом 26, снабженным запорными элементами 33, взаимодействующими с ответными запорными элементами 34 на внешнем корпусе штуцера. При этом на корпусе наконечника может быть смонтирована рукоятка 35. Кроме того, замковое устройство может быть выполнено из подвижного корпуса 36, установленного на внешнем корпусе наконечника и связанного с дополнительным сдвижным корпусом 26, снабженным запорными элементами 33, взаимодействующими с ответными запорными элементами 34 на внешнем корпусе штуцера. При этом на подвижном корпусе 36 смонтирована рукоятка 37, упомянутый корпус снабжен фиксаторами 38, которые, взаимодействуя, например, с защелкой 39, фиксируют корпус 36 на корпусе 6. Кроме того, корпус 36 оборудован винтовыми направляющими 40, контактирующими с выступающими элементами 41 внешнего корпуса 6, выполненными в виде роликов.A detachable device for docking cryogenic systems contains a nozzle 1 and a tip 2, each of which includes a housing - an inner housing 3, 4 and an outer housing 5, 6. Between said housing 3, 5 of the nozzle and housing 4, 6 of the insulated bridges are mounted 7 and 8, screens 9, 10 and supports 11, 12. In the contact zone of the inner case 3 of the nozzle and the inner case 4 of the tip, sealing elements 13, 14 are installed, which can be made respectively with a contact surface in the form of a cone and a ball contact surface . Sealing elements 15 (for example, the surface of the housing 5) and 16 are installed in the contact zone of the external case 5 of the nozzle and the external case 6 of the tip. The internal case of the nozzle and tip are equipped with check valves 17 and 18, which are spring-loaded with springs 19, 20. The valves are equipped with openings for the duct liquid valve 18 is provided with a bellows 21, and the ventilation of the cavity between the bellows and the housing 4 can be carried out through special openings in the housing. The valves 17 and 18 contain coaxially located seats 22, 23, which can be made with a contact surface in the form of a cone and plates 24, 25, which can have a spherical contact surface. In addition, the device is equipped with an additional sliding case 26 mounted on the outer tip body 6 in the contact zone with the nozzle, equipped with stops 27 mounted in the said zone, and a stopper 28 for fixing and orienting the sliding case 26 on the tip body 6 and locking the tip on the nozzle . The device is also equipped with a removable adjustable limiter 29 of the non-return valve spring 20 mounted on the outer part of the valve seat 23 of the inner tip housing and made in the form of a nut with a locking element 30. In addition, an additional valve 31 can be mounted on one of the external cases of the device. On the external a lock device is mounted on the nozzle and tip housing, which may include levers 32 symmetrically mounted on the outer tip housing (levers can be mounted on the ah inner case), each of which is associated with a further sliding body 26 provided with locking elements 33, interacting with mating locking elements 34 at the outer nozzle housing. At the same time, a handle 35 can be mounted on the tip body. In addition, the locking device can be made of a movable body 36 mounted on an external tip body and connected to an additional sliding case 26 provided with locking elements 33 interacting with mating locking elements 34 on the external fitting body. At the same time, a handle 37 is mounted on the movable housing 36, the said housing is equipped with latches 38, which, interacting, for example, with a latch 39, fix the housing 36 on the housing 6. In addition, the housing 36 is equipped with screw guides 40 in contact with the protruding elements 41 of the outer housing 6 made in the form of rollers.

Между корпусами 3 и 5 штуцера выполнена металлизация, например, в виде токопроводящего элемента 42 для исключения образования разности потенциалов между корпусами. Кроме того, наконечник 2 оборудован металлизацией между корпусами 4 и 6, а также токопроводящим элементом 43 в виде троса, обеспечивающим металлизацию между корпусами 4 и 26. На тросе смонтирован токопроводящий соединительный элемент 44.Between the bodies 3 and 5 of the fitting, metallization is performed, for example, in the form of a conductive element 42 to prevent the formation of a potential difference between the bodies. In addition, the tip 2 is equipped with metallization between the housings 4 and 6, as well as a conductive element 43 in the form of a cable, providing metallization between the housings 4 and 26. A conductive connecting element 44 is mounted on the cable.

Разъемное устройство для стыковки криогенных систем работает следующим образом.A detachable device for docking cryogenic systems operates as follows.

Перед соединением с торцевых частей наружных корпусов штуцера и наконечника снимаются технологические заглушки (на чертежах не показаны), защищающие взаимодействующие элементы конструкции устройства от механических повреждений и от попадания на них и в межкорпусной зазор влаги. После этого наконечник 2, удерживаемый за рукоятку 35 и рукоятку на рычагах 32 (в поворотном варианте замкового устройства - за рукоятку 37), подводится к штуцеру 1 так, чтобы прорези на запорных элементах 33 были напротив запорных элементов 34 на корпусе 5. После попадания запорных элементов 34 в прорези элементов 33 обеспечивается соединение наконечника со штуцером путем продольного перемещения наконечника 2 по оси штуцера 1 до упора и последующим поворотом наконечника до упора. Соединительный элемент 44 троса 43 закрепляется на корпусе 5 (или на связанном металлизацией с корпусом 5 корпусе объекта).Before connecting from the end parts of the external bodies of the nozzle and the tip, technological plugs (not shown in the drawings) are removed that protect the interacting structural elements of the device from mechanical damage and from moisture penetrating into them and into the interbody gap. After that, the tip 2, held by the handle 35 and the handle on the levers 32 (in the rotary version of the locking device - by the handle 37), is led to the fitting 1 so that the slots on the locking elements 33 are opposite the locking elements 34 on the housing 5. After the locking elements 34 in the slot element 33 provides a connection of the tip with the fitting by longitudinally moving the tip 2 along the axis of the fitting 1 to the stop and then turning the tip to the stop. The connecting element 44 of the cable 43 is fixed on the housing 5 (or on the body of the object connected to the housing 5).

После этого поворотом рычагов 32 (в поворотном варианте замкового устройства - поворотом рукоятки 37 после снятия фиксации исходного положения подвижного корпуса 36 путем выведения защелки 39 из зацепления с фиксаторами 38) наконечник 2 перемещается вдоль оси штуцера 1. В процессе перемещения наконечника сначала происходит соприкосновение уплотнительного элемента 14 с уплотнительным элементом 13. При дальнейшем поступательном движении наконечника происходит сжатие сильфона 21 и пружины 20, открывается клапан 18 для протока жидкости. В то же время торец тарелки 27 клапана 18, упираясь в торец клапана 17, поднимает его и открывает канал для протока криогенной жидкости через отверстия в корпусе клапана 17. Уплотнительный элемент 16 наконечника взаимодействует с поверхностью 15 корпуса 5 штуцера, за счет чего полость между корпусами изолируется от окружающей среды. Стопор 28, попадая в прорези на запорных элементах 33, обеспечивает стопорение наконечника на штуцере. Рычаги фиксируются (в поворотном варианте фиксируется подвижный корпус 36 при взаимодействии фиксаторов 38 и защелки 39) в крайнем положении. После этого начинается заправка объекта криогенной жидкостью или ее перекачка.After this, by turning the levers 32 (in the rotary version of the locking device - turning the handle 37 after unlocking the initial position of the movable housing 36 by disengaging the latch 39 from the latches 38), the tip 2 moves along the axis of the fitting 1. In the process of moving the tip, the sealing element comes into contact 14 with a sealing element 13. With further progressive movement of the tip, the bellows 21 and the springs 20 are compressed, the valve 18 for the fluid flow opens. At the same time, the end face of the plate 27 of the valve 18, abutting against the end face of the valve 17, raises it and opens a channel for the passage of cryogenic liquid through the holes in the valve body 17. The sealing element 16 of the tip interacts with the surface 15 of the body 5 of the fitting, due to which the cavity between the bodies isolated from the environment. The stop 28, falling into the slots on the locking elements 33, provides locking of the tip on the fitting. The levers are fixed (in the rotary version, the movable housing 36 is fixed when the latches 38 and the latch 39 interact) in the extreme position. After that, refueling of the object with cryogenic liquid or its pumping begins.

Процесс прекращения перекачки или заправки, закрытия обратных клапанов и разъединения производится в обратном порядке. Перед закрытием обратных клапанов 17, 18 и разъединением штуцера и наконечника можно провести контроль состояния среды в полости между корпусами, например с помощью дополнительного клапана 31. При наличии избыточного давления в полости можно произвести его выравнивание с окружающим давлением (атмосферой) для предотвращения воздействия паров жидкости и силового воздействия на обслуживающий персонал. После разъединения на торцевые части внешних корпусов штуцера и наконечника устанавливаются технологические заглушки.The process of stopping pumping or filling, closing the check valves and disconnecting is done in the reverse order. Before closing the check valves 17, 18 and disconnecting the nozzle and the tip, it is possible to monitor the state of the medium in the cavity between the housings, for example using the additional valve 31. If there is excessive pressure in the cavity, it can be aligned with the ambient pressure (atmosphere) to prevent exposure to liquid vapor and force impact on staff. After separation on the end parts of the external bodies of the nozzle and the tip, technological plugs are installed.

Использование изобретения позволит обеспечить требуемую долговечность, надежность, безопасность, быстродействие, уменьшить габариты устройства и упростить его конструкцию, снизить стоимость, объемы и трудоемкость регламентных работ в процессе эксплуатации.Using the invention will ensure the required durability, reliability, safety, speed, reduce the dimensions of the device and simplify its design, reduce the cost, volume and complexity of routine maintenance during operation.

Claims

1. A detachable device for docking cryogenic systems, comprising a fitting and a tip, each of which includes an external housing and an internal housing, while heat-insulating bridges, shields and supports are mounted between the said housing of the fitting and the tip, and in the contact zone of the fitting of the same name sealing elements are installed in the nozzle, the inner case of the nozzle and the tip being equipped with spring-loaded check valves, one of which is equipped with a bellows, and on the outer case of the nozzle and the tip with a locking device is mounted, characterized in that it is provided with an additional sliding case mounted on the outer case of the tip in the contact zone with the fitting, stops mounted in the said area, and a stopper, as well as a removable adjustable check valve spring limiter mounted on the outer part of the non-return valve seat valve of the inner body of the tip.

2. A detachable device for docking cryogenic systems according to claim 1, characterized in that the spring limiter is made in the form of a nut with a locking element.

3. A detachable device for docking cryogenic systems according to claim 1, characterized in that the lock device comprises a movable housing mounted on an external housing of the tip with the possibility of interaction with an additional movable housing, which is equipped with locking elements interacting with mating locking elements on the external housing of the fitting while the handle is mounted on the movable housing, and the movable housing is equipped with clamps and screw guides in contact with the protruding elements of the external housing sa tip.

4. A detachable device for docking cryogenic systems according to claim 3, characterized in that the protruding elements are made in the form of rollers.

5. A detachable device for docking cryogenic systems according to claim 1, characterized in that an additional valve is mounted on one of the external bodies.