RU2634650C1

RU2634650C1 - Locking mechanism of connection-disconnection unit of product line

Info

Publication number: RU2634650C1
Application number: RU2016149253A
Authority: RU
Inventors: Александр Антонович Пийп; Михаил Этибарович Кукса; Равиль Исмаилович Кильдеев; Эдуард Галитович Кагиров
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр"
Priority date: 2016-12-14
Filing date: 2016-12-14
Publication date: 2017-11-02

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: drive member includes a rotary shaft with swinging rockers installed thereon which have hinged shafts at their ends, the upper pair of levers of the drive member is connected with a shackle of the upper rod, and the lower pair is correspondingly connected to the shackle of the spring-loaded lower rod inserted into the locking mechanism, inclined shoulders are formed on swinging rockers in area of levers attachment thereto, and on levers-in the area of their attachment to shackles of rods, at that the flange is equipped with radially located locking pins and spring-loaded limiters of pins movement.

EFFECT: reliable operation of connection-disconnection unit of product line, including in emergency operating conditions.

2 dwg

Description

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и применяется в качестве ее запорного элемента. Оно предназначено для использования преимущественно в конструкции погружного буя, применяемого при перегрузке углеводородов в море. Также может быть использовано в любых других устройствах, где требуется быстродействие запорного механизма, повышенная герметичность и где возможно давление на клапан с двух противоположных сторон.The invention relates to pipe fittings and is used as its locking element. It is intended for use mainly in the construction of a submersible buoy used in the transfer of hydrocarbons into the sea. It can also be used in any other devices where the speed of the locking mechanism is required, increased tightness and where pressure on the valve from two opposite sides is possible.

Известен узел стыковки продуктопроводов [патент на полезную модель RU 161683], содержащий направляющее устройство, состоящее из трубы и заостренного вала, соединительный наконечник, размещенный на мобильном деформируемом трубопроводе, приемное устройство, размещенное на неподвижном трубопроводе, лебедку для наматывания каната, причем приемное устройство снабжено вертлюгом, обеспечивающим свободное вращение соединительного наконечника, приемное устройство и соединительный наконечник снабжены запорными клапанами, размещенными в месте их стыковки, запорные клапаны снабжены тарелками, выполненными с возможностью соприкосновения друг с другом.Known docking product pipelines [utility model patent RU 161683], comprising a guiding device consisting of a pipe and a pointed shaft, a connecting tip placed on a mobile deformable pipeline, a receiving device located on a fixed pipeline, a winch for winding the rope, and the receiving device is equipped with the swivel, providing free rotation of the connecting tip, the receiving device and the connecting tip are equipped with shut-off valves placed in place and x docking, shut-off valves are equipped with plates made with the possibility of contact with each other.

Известен также двухседельный клапан преимущественно контейнера для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива [патент на изобретение RU 2095671], который содержит корпус с двумя седлами, две тарелки, соединенные между собой штоком, на одной из тарелок выполнен хвостовик для соединения с приводным элементом. Тарелки обращены уплотнительными поверхностями друг к другу, а соединяющий их шток выполнен из двух частей, связанных резьбовым соединением, тарелка с хвостовиком установлена с возможностью вращательного перемещения совместно с приводным элементом и осевого перемещения относительно седла и приводного элемента, а другая тарелка зафиксирована от поворота, причем осевые перемещения тарелок при открывании клапана ограничены. В корпусе соосно штоку размещено запорное устройство, взаимодействующее в открытом положении клапана с тарелкой, зафиксированной от поворота.Also known is a two-seat valve, mainly a container for transporting and / or storing spent nuclear fuel [patent for invention RU 2095671], which comprises a housing with two seats, two plates connected by a rod, a shank for connecting to the drive element is made on one of the plates. The plates face the sealing surfaces to each other, and the rod connecting them is made of two parts connected by a threaded connection, the plate with the shank is mounted for rotational movement together with the drive element and axial movement relative to the seat and the drive element, and the other plate is fixed against rotation, axial movements of the plates when opening the valve are limited. In the housing coaxially to the rod there is a locking device interacting in the open position of the valve with a plate fixed against rotation.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является клапан с двумя тарелками [Патент на полезную модель RU 161659], содержащий корпус с двумя седлами, две тарелки, обращенные уплотнительными поверхностями друг к другу, шток, соединенный с первой тарелкой, хвостовик, приводной элемент, причем корпус выполнен сборным. Шток снабжен пружиной, служащей для автоматического закрытия первой тарелки, и соединен с хвостовиком, который соединен с приводным элементом, состоящим из системы рычагов и оси типа «пантограф», и служащих для открытия второй тарелки, выполненной в виде полого стакана, вставленного в гильзу, и снабженной пружиной, служащей для ее автоматического закрытия. Быстрое открытие клапана выполняется за счет приложения осевого усилия к первой тарелке и ее совместного со штоком и хвостовиком поступательного перемещения, вызывающих с помощью приводного элемента типа «пантограф» осевое усилие противоположного направления на второй тарелке и поступательное перемещение второй тарелки. При быстром (аварийном) снятии осевого усилия с первой тарелки, пружина первой тарелки, быстро автоматически закроет первую тарелку, а вторая тарелка, жестко несвязанная с первой тарелкой, будет быстро автоматически закрыта пружиной, размещенной в объеме, ограниченном гильзой и стаканом.Closest to the proposed technical solution is a valve with two plates [Patent for utility model RU 161659], comprising a housing with two seats, two plates facing the sealing surfaces to each other, a stem connected to the first plate, a shank, a drive element, and the housing made by the national team. The rod is equipped with a spring, which serves to automatically close the first plate, and is connected to the shank, which is connected to the drive element, consisting of a system of levers and an axis of the "pantograph" type, and used to open the second plate, made in the form of a hollow glass inserted into the sleeve, and equipped with a spring serving for its automatic closure. The valve opens quickly by applying axial force to the first plate and its translational movement together with the stem and shank, which causes the axial force of the opposite direction on the second plate and translational movement of the second plate with the help of the pantograph type element. With a quick (emergency) removal of axial force from the first plate, the spring of the first plate will quickly automatically close the first plate, and the second plate, rigidly disconnected from the first plate, will be quickly automatically closed by a spring placed in the volume limited by the sleeve and the glass.

Недостатками известного устройства являются возможность заклинивания или раннего открытия нижней тарелки, заклинивания втулок «пантографа» при их перемещении по неподвижной оси в механизме «пантографа». Кроме того, для клапана характерна низкая пропускная способность из-за широкого расположения рычагов «пантографа» и их плохого обтекания рабочей средой, а также возможность случайного открытия его обеих тарелок до запланированного открытия клапана.The disadvantages of the known device are the possibility of jamming or early opening of the lower plate, jamming of the sleeve "pantograph" when moving along a fixed axis in the mechanism of the "pantograph". In addition, the valve is characterized by low throughput due to the wide arrangement of the levers of the pantograph and their poor flow around the medium, as well as the possibility of accidentally opening both plates before the planned opening of the valve.

Задачей предлагаемого изобретения является создание запорного механизма, обеспечивающего надежную работу узла стыковки-расстыковки продуктопровода, в том числе и в аварийных режимах эксплуатации.The objective of the invention is the creation of a locking mechanism that ensures reliable operation of the docking-undocking unit of the product pipeline, including in emergency operating conditions.

Это достигается тем, что в запорном механизме узла стыковки-расстыковки продуктопровода, содержащем сборный корпус, фланец с седлом, нижнее седло, верхнюю и нижнюю тарелки, обращенные уплотнительными поверхностями друг к другу, размещенный в направляющей подпружиненный верхний шток с серьгой, соединенный с верхней тарелкой, имеющей хвостовик, приводной элемент, выполненный в виде механизма типа «пантограф», и систему рычагов, состоящую из верхней и нижней пары, по изобретению приводной элемент включает поворотный вал с установленными на нем качающимися коромыслами, имеющими на своих концах шарнирные валы, на которых закреплено по одному рычагу с возможностью поворота, причем верхняя пара рычагов приводного элемента соединена с серьгой верхнего штока, а нижняя пара - соответственно с серьгой введенного в состав запорного механизма подпружиненного нижнего штока, при этом на качающихся коромыслах образованы косые уступы в области крепления к ним рычагов, а на рычагах - в области их крепления к серьгам штоков, при этом фланец оснащен радиально расположенными запорными пальцами и подпружиненными ограничителями перемещения пальцев.This is achieved by the fact that in the locking mechanism of the docking-undocking unit of the product pipeline, comprising a prefabricated housing, a flange with a saddle, a lower saddle, upper and lower plates facing the sealing surfaces to each other, a spring-loaded upper rod with an earring connected to the upper plate placed in the guide having a shank, a drive element made in the form of a pantograph-type mechanism, and a lever system consisting of an upper and lower pair, according to the invention, the drive element includes a rotary shaft with mounted swinging rocker arms having hinged shafts at their ends, on which one lever is mounted rotatably, the upper pair of arms of the drive element being connected to the upper rod earring, and the lower pair correspondingly to the earring of the spring loaded lower rod inserted into the locking mechanism, this on the rocking arms formed oblique ledges in the area of attachment of the levers to them, and on the levers - in the area of their attachment to the earrings of the rods, while the flange is equipped with radially located locking palms Tsami and spring-loaded stops movement of the fingers.

Выполнение приводного элемента с использованием системы рычагов и коромысел, соединенных между собой шарнирными валами, обеспечивает надежную передачу усилия от верхнего штока, при открытии верхней тарелки, к нижнему штоку и, соответственно, нижней тарелки, также открывая ее. Это достигается путем замены в приводном элементе запорного механизма прототипа втулок, перемещающихся в процессе открытия-закрытия узла стыковки-расстыковки продуктопровода по неподвижному валу, что может привести к их заклиниванию, на шарнирно-поворотную систему, состоящую из рычагов и коромысел. В результате исключается возможность возникновения указанного эффекта заклинивания.The implementation of the drive element using a system of levers and rockers, interconnected by articulated shafts, provides reliable transmission of force from the upper rod, when opening the upper plate, to the lower rod and, accordingly, the lower plate, also opening it. This is achieved by replacing the prototype bushings in the drive element of the locking mechanism that move during the opening-closing of the docking-undocking assembly of the product pipeline along the fixed shaft, which can lead to their jamming, by an articulated-rotary system consisting of levers and rocker arms. As a result, the occurrence of this jamming effect is excluded.

Наличие косых уступов на коромыслах и на рычагах обеспечивает их более компактное размещение в проточной части корпуса узла стыковки-расстыковки продуктопровода с обеспечением необходимой амплитуды перемещений для передачи усилия от верхнего штока, при открытии верхней тарелки, к нижнему штоку и, соответственно, к нижней тарелке, с сохранением необходимых прочностных характеристик коромысел и рычагов. В результате это позволяет увеличить общую пропускную способность узла стыковки-расстыковки продуктопровода, а также обеспечить его надежную работу.The presence of oblique ledges on the rocker arms and on the levers ensures their more compact placement in the flowing part of the body of the docking-undocking assembly of the product pipeline with the necessary amplitude of displacements for transferring force from the upper rod, when opening the upper plate, to the lower rod and, accordingly, to the lower plate, while maintaining the necessary strength characteristics of the rocker arms and levers. As a result, this allows to increase the overall throughput of the docking-undocking unit of the product pipeline, as well as to ensure its reliable operation.

Оснащение фланца радиально расположенными запорными пальцами и подпружиненными ограничителями перемещения пальцев исключает возможность открытия узла стыковки-расстыковки продуктопровода до его надежного закрепления в приемном устройстве транспортного судна.Equipping the flange with radially located locking fingers and spring-loaded limiters for moving fingers eliminates the possibility of opening the docking-undocking unit of the product pipeline until it is securely fixed in the receiving device of the transport vessel.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид запорного механизма узла стыковки-расстыковки продуктопровода, на фиг. 2 - приводной элемент запорного механизма.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a General view of the locking mechanism of the docking-undocking unit of the product pipeline, in FIG. 2 - drive element of the locking mechanism.

Предлагаемый запорный механизм узла стыковки-расстыковки продуктопровода содержит сборный корпус 1, на верхнем торце которого расположен фланец 2. Внутри корпуса 1 находится приводной элемент, выполненный в виде механизма типа «пантограф», имеющего качающиеся коромысла 3, установленные на горизонтально расположенном по оси приводного элемента поворотном валу 4, верхнюю 5 и нижнюю 6 пару рычагов. На концах коромысел 3 имеются шарнирные валы 7, на которых установлено по одному рычагу 5, 6 с возможностью поворота (фиг. 1, 2). Внутри корпуса 1 также размещены подпружиненные верхний шток 8, размещенный в направляющей 9, и нижний шток 10, размещенный в направляющей 11, имеющие соответственно серьги 12 и 13 для связи с рычагами 5, 6, и расположенные на верхнем штоке 8 верхняя тарелка 14 с прикрепленным к ней хвостовиком 15 и на нижнем штоке 10 - нижняя тарелка 16, обращенные своими уплотнительными поверхностями 17, 18 друг к другу. Верхняя тарелка 14 контактирует с посадочным отверстием фланца 2 (на рисунке не отмечено). В нижней части корпуса 1 запорного механизма расположено седло 19, с посадочным отверстием которого (на рисунке не отмечено) контактирует нижняя тарелка 16. На качающихся коромыслах 3 образованы косые уступы 20 в области крепления к ним рычагов 5, 6 (фиг. 2), а на самих рычагах также образованы косые уступы 21 в области их крепления к серьгам 12, 13 верхнего 8 и соответственно нижнего 10 штоков (фиг. 1, 2). Фланец 2 оснащен радиально расположенными запорными пальцами 22 и подпружиненными ограничителями перемещения 23 пальцев 22.The proposed locking mechanism of the docking-undocking unit of the product pipeline contains a prefabricated housing 1, on the upper end of which a flange 2 is located. Inside the housing 1 there is a drive element made in the form of a "pantograph" type having rocker arms 3 mounted on a drive element horizontally located along the axis rotary shaft 4, upper 5 and lower 6 pair of levers. At the ends of the rocker arm 3 there are hinge shafts 7, on which one lever 5, 6 is mounted with the possibility of rotation (Fig. 1, 2). Inside the housing 1, a spring-loaded upper rod 8, placed in the guide 9, and a lower rod 10, placed in the guide 11, respectively having earrings 12 and 13 for communication with levers 5, 6, and the upper plate 14 located on the upper rod 8 with attached to it with a shank 15 and on the lower rod 10 - the lower plate 16, facing their sealing surfaces 17, 18 to each other. The upper plate 14 is in contact with the landing hole of the flange 2 (not marked in the figure). A saddle 19 is located in the lower part of the housing 1 of the locking mechanism, the lower plate 16 is in contact with the landing hole of which (not shown in the figure). Oblique ledges 20 are formed on the rocking arms 3 in the area of the levers 5, 6 attached to them (Fig. 2), and oblique ledges 21 are also formed on the levers themselves in the area of their attachment to the earrings 12, 13 of the upper 8 and lower 10 rods, respectively (Figs. 1, 2). The flange 2 is equipped with radially arranged locking fingers 22 and spring-loaded movement stops 23 of the fingers 22.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

После подсоединения узла стыковки-расстыковки запорного механизма к приемному устройству транспортного судна (на рисунке не показано) фланцем 2 и надежного закрепления их друг с другом, ограничители 23 перемещения пальцев 22, вдавливаясь в тело фланца 2, обеспечивают возможность верхней тарелке 14 освободиться от застопоренного состояния и которая под действием осевого усилия со стороны троса (на рисунке не показано) транспортного судна (на чертеже не показано), действующего на хвостовик 15, переместится при этом по направлению оси штока 8 вместе с хвостовиком 15, сжимая пружину 24 верхнего штока 8. В результате чего образуется зазор (на рисунке не показан) между верхней тарелкой 14 и фланцем 2, обеспечивающий протекание перекачиваемого продукта без эффекта дросселирования, приводящего к повышенному сопротивлению перетекания жидкости. При этом осевое усилие от хвостовика 15 передается через верхний шток 8 и верхнюю пару рычагов 5 коромысел 3 к нижней паре рычагов 6, заставляя их сходиться и принять по существу вертикальное положение, обеспечивая сжатие пружины 25 и перемещение вниз нижнего штока 10 вместе с нижней тарелкой 16 с образованием просвета между нижней тарелкой 16 и седлом 19, приводящих к полному открытию запорного механизма. Коромысла 3 и пары рычагов 5 и 6 должны иметь соответствующие геометрические параметры для обеспечения запорным механизмом беспрепятственного протекания перекачиваемого продукта при максимальном поднятии верхней тарелки 14 и соответствующем максимальном опускании нижней тарелки 16.After connecting the docking-undocking unit of the locking mechanism to the receiving device of the transport vessel (not shown in the figure) by the flange 2 and securely fastening them to each other, the limiters 23 of the movement of the fingers 22, pressing into the body of the flange 2, allow the upper plate 14 to be released from the locked state and which, under the action of axial force from the side of the cable (not shown in the figure) of a transport vessel (not shown), acting on the liner 15, will move in the direction of the rod axis 8 vm ste shank 15, compressing the spring 24, the upper shaft 8. As a result, a gap (not shown) between the upper plate 14 and the flange 2, which provides the flow of pumped product without throttling effect, leading to increased resistance to liquid slugging. In this case, the axial force from the shank 15 is transmitted through the upper rod 8 and the upper pair of levers 5 of the rocker arm 3 to the lower pair of levers 6, forcing them to converge and take a substantially vertical position, compressing the spring 25 and moving down the lower rod 10 together with the lower plate 16 with the formation of a gap between the lower plate 16 and the saddle 19, leading to the complete opening of the locking mechanism. The rocker arms 3 and the pairs of levers 5 and 6 must have the appropriate geometric parameters to provide a locking mechanism for the unimpeded flow of the pumped product with the maximum raising of the upper plate 14 and the corresponding maximum lowering of the lower plate 16.

По завершении процесса перекачки, снижают усилие в тросе транспортного судна, подсоединенном к хвостовику 15, под действием лебедки транспортного судна (на рисунке не показано), верхняя тарелка 14 под действием разжимающейся пружины 24 прижимается соответственно к фланцу 2. При этом рычаги 5 и 6 под действием пружин 24, 25 попарно расходятся, поднимая нижний шток 10 вместе с нижней тарелкой 16, которая прижимается к седлу 19, благодаря чему обеспечивается синхронное закрытие нижней тарелки 16 и верхней 14 (фиг. 1). После закрытия запорного механизма, он отстыковывается от приемного устройства транспортного судна.Upon completion of the pumping process, the force in the cable of the transport vessel connected to the shank 15 is reduced under the action of the winch of the transport vessel (not shown in the figure), the upper plate 14 is pressed against the flange 2, respectively, under the action of the expanding spring 24, while the levers 5 and 6 under the action of the springs 24, 25 diverge in pairs, raising the lower rod 10 together with the lower plate 16, which is pressed against the seat 19, which ensures synchronous closing of the lower plate 16 and the upper 14 (Fig. 1). After closing the locking mechanism, it undocks from the receiving device of the transport vessel.

Таким образом, за счет того что в запорном механизме узла стыковки-расстыковки продуктопровода, содержащем сборный корпус, фланец с седлом, нижнее седло, верхнюю и нижнюю тарелки, обращенные уплотнительными поверхностями друг к другу, размещенный в направляющей подпружиненный верхний шток с серьгой, соединенный с верхней тарелкой, имеющей хвостовик, приводной элемент, выполненный в виде механизма типа «пантограф», и систему рычагов, состоящую из верхней и нижней пары, по изобретению приводной элемент включает поворотный вал с установленными на нем качающимися коромыслами, имеющими на своих концах шарнирные валы, на которых закреплено по одному рычагу с возможностью поворота, причем верхняя пара рычагов приводного элемента соединена с серьгой верхнего штока, а нижняя пара - соответственно с серьгой введенного в состав запорного механизма подпружиненного нижнего штока, при этом на качающихся коромыслах образованы косые уступы в области крепления к ним рычагов, а на рычагах - в области их крепления к серьгам штоков, при этом фланец оснащен радиально расположенными запорными пальцами и подпружиненными ограничителями перемещения пальцев, достигается повышение надежности работы запорного механизма, приводящей к уменьшению помех протекания перекачиваемой жидкости и вероятности утечки перекачиваемой жидкости, и, как следствие, к повышению безопасности его работы.Thus, due to the fact that in the locking mechanism of the docking / undocking unit of the product pipeline, comprising a prefabricated housing, a flange with a saddle, a lower saddle, upper and lower plates facing the sealing surfaces to each other, a spring-loaded upper rod with an earring connected to the guide is connected to the guide an upper plate having a shank, a drive element made in the form of a pantograph-type mechanism, and a lever system consisting of an upper and lower pair, according to the invention, the drive element includes a rotary shaft with swinging rockers on it, having hinged shafts at their ends, on which one lever is mounted rotatably, the upper pair of levers of the drive element being connected to the upper rod earring, and the lower pair correspondingly to the earring of the spring loaded lower rod introduced into the locking mechanism at the same time, oblique ledges are formed on the rocking arms in the area of attachment of the levers to them, and on the levers - in the area of their attachment to the rod earrings, while the flange is equipped with radially located locking fingers and spring-loaded limiters of movement of the fingers, an increase in the reliability of the locking mechanism is achieved, which leads to a decrease in interference with the flow of the pumped liquid and the likelihood of leakage of the pumped liquid, and, as a consequence, to an increase in the safety of its operation.

Claims

The locking mechanism of the docking-undocking unit of the product pipeline, comprising a prefabricated housing, a flange with a saddle, a lower saddle, upper and lower plates facing the sealing surfaces to each other, a spring-loaded upper rod with an earring connected to the upper plate having a shank, a drive element in the guide made in the form of a mechanism of the type "pantograph", and a system of levers consisting of an upper and lower pair, characterized in that the drive element includes a rotary shaft with swinging gear mounted on it sockets with articulated shafts at their ends, on which one lever is rotatably mounted, the upper pair of levers of the drive element being connected to the upper rod earring, and the lower pair, respectively, to the spring-loaded lower rod inserted into the locking mechanism, which is included in the locking mechanism at the same time, oblique ledges are formed on the rocking arms in the area of attachment of the levers to them, and on the levers - in the area of their attachment to the rod earrings, while the flange is equipped with a radially arranged lock fingers and spring-loaded finger restraints.