Запорное устройство для трубопроводов
Изобретение относится к запорной арматуре для тоннелей и трубопроводов большого диаметра и предназначено для дистанционного управления подачей потока рабочей среды (жидкости, газообразные смеси, газы) в трубопроводах или тоннелях большого диаметра. Запорное устройство для трубопроводов содержит корпус с фланцами, отверстием и патрубком для отвода рабочей жидкости и регулирующий орган из упругого эластичного материала. В устройство введены вход дистанционного управления с элементами помехо- и грозозащиты, схема дистанционного управления в составе двух электроклапанов, реле разности давлений, электронасоса, элемента запрета и инвертора с мощными выходами, ключевого усилителя, кольцевая обойма, центральный стержень и ребра жесткости. Корпус выполнен из двух раздельно соединенных половин. В месте соединения половин корпуса размещена обойма с регулирующим органом. В центре обоймы размещен центральный стержень. Стержень соединен ребрами жесткости с обоймой. Регулирующий орган выполнен в виде архимедовой спирали с заглушенным внутренним концом и прикрепленным к внутренней поверхности обоймы наружным концом. В обойме и корпусе выполнено отверстие для подачи и сброса рабочей среды в полость регулирующего органа. В корпусе устройства выполнено третье отверстие для сброса рабочей среды из регулирующего органа через элементы дистанционного управления. Изобретение направлено на повышение надежности работы запорного устройства, на улучшение его массогабаритных характеристик при больших проходных сечениях и на обеспечение дистанционного управления с малым энергопотреблением. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к запорной арматуре для тоннелей и трубопроводов большого диаметра /до 5 метров/. Серийные регулирующие устройства для заслонок большого диаметра (см. "Каталог-справочник по трубопроводной арматуре, выпускаемой в СНГ", часть 1., М., 2001 г.), обладают большими энергопотреблением /до 7,5 кВт/ и собственным весом /до 1 тонны/, что не позволяет их применять в местах, удаленных от магистрали энергопитания.
Известно регулирующее устройство (см. Авт. свид. СССР №1137272, М. Кл. F 16 K 7/07. Б.И. №4, 1985 г.), содержащее встроенный в трубопровод корпус с установленным в нем эластичным патрубком и проходным каналом, плавно сужающимся от торцов к горловине, образующим с внутренней поверхностью корпуса полость, сообщающуюся с источником управляющей среды. На корпусе размещены соединительный и проходной патрубки, а устройство оснащено двухходовым краном для подачи и слива управляющей среды. Существенным недостатком этого аналога являются неприемлемо большие габариты и материалоемкость при диаметре перекрываемого трубопровода более метра.
Наиболее близким известным техническим решением является запорное устройство для трубопроводов (см. патент RU №2016319, М. Кл. F 16 K 7/07. Б.И. №13, 1994 г.), содержащее корпус с фланцами, седло с отверстиями, разделенное перегородкой на входную и выходную полости, и расположенный между корпусом и седлом регулирующий орган в виде эластичного патрубка. В стенке корпуса выполнено отверстие, снабженное краном и трубкой доля подачи и сброса рабочей среды в полость между корпусом и эластичным патрубком с целью перекрытия движения рабочей среды в выходную полость.
Недостатками прототипа являются отсутствие возможности дистанционного управления его работой и неприемлемое увеличение энергопотребления, массы и габаритов, а также снижение надежности при диаметре условного прохода более метра.
Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности и улучшение массогабаритных характеристик при большом диаметре условного прохода и при дистанционном управлении работой устройства малой мощностью.
Для достижения цели в устройство введены схема дистанционного управления со входом управления, элементами помехо- и грозозащиты, двумя электроклапанами, реле разности давлений, электронасосом, элементом запрета и инвертором с мощными выводами ключевого усилителя, а также кольцевая обойма, центральный стержень и ребра жесткости, причем корпус выполнен из двух раздельно соединенных половин, в месте соединения которых размещена обойма с регулирующим органом, в центре обоймы размещен центральный стержень, соединенный ребрами жесткости с обоймой, причем регулирующий орган выполнен в виде архимедовой спирали с заглушенным внутренним концом и прикрепленным к внутренней поверхности обоймы наружным концом, кроме того, в обойме и корпусе выполнены отверстия для подачи и сброса рабочей среды в полость регулирующего органа, а в корпусе устройства также выполнено третье отверстие для сброса рабочей среды из регулирующего органа через элементы дистанционного управления. Кроме того, выход элементов помехо- и грозозащиты подключен ко входам элемента запрета, инвертора и ключевого усилителя, выход реле разности давлений подключен ко входу запрета элемента запрета, выход элемента запрета подключен ко входу управления электронасосом, выход инвертора подключен ко входу управления вторым электроклапаном, выход усилителя подключен ко входу управления первым электроклапаном, вход первого электроклапана и первый вход реле разности давлений соединены через первый патрубок с отверстием в корпусе в районе входной полости, второй вход реле разности давлений, вход второго электроклапана и выход электронасоса соединены через введенный в устройство второй патрубок с отверстиями в корпусе и обойме, соединенными с внутренней полостью регулирующего органа, выход первого электроклапана соединен со входом электронасоса, выход второго электроклапана соединен с отверстием в корпусе, соединенным с выходной полостью устройства.
Структура предлагаемого устройства приведена на фиг.1, на фиг.2 изображена временная диаграмма его работы, на фиг.3 показан разрез регулирующего органа в виде архимедовой спирали в ненапряженном /открытом - сверху/ и напряженном /закрытом - снизу/ состоянии. На фиг.4 показан в аксонометрии вариант размещения кольцевой обоймы с архимедовой спиралью, в ненапряженном состоянии, в одной из половин корпуса устройства.
Устройство содержит левую 1 и правую 2 половины корпуса с присоединительными фланцами, соединенные крепежными элементами 5. В месте соединения половин 1 и 2 зажата обойма 6, в которой размещен регулирующий орган 7 из эластичной трубки в виде односторонне заглушенной архимедовой спирали. Незаглушенный, внешний конец архимедовой спирали прикреплен к внутренней поверхности обоймы 6, в центре обоймы 6 размещен центральный стержень 8, соединенный ребрами жесткости 9 с корпусом устройства. Для управления устройством в полукорпусах 1 и 2 выполнены отверстия 10, 11 и 12, через которые обеспечивается наполнение и сброс рабочей среды во внутреннюю полость 13 спирали 7. Схема управления устройства содержит элементы 14, 15 и 16 помехо- и грозозащиты, реле 17 разности давлений, соединительные патрубки 18 и 19, электромагнитные клапаны 20 и 21, электронасос 22, элемент запрета 23 и инвертор 24 с мощными выходами и ключевой усилитель 25. Элементы 14, 15 и 16 помехо- и грозозащиты предотвращают ложное срабатывание и выход из строя элементов системы управления от грозовых разрядов и помех. Импульсные и высокочастотные помехи интегрируются элементами 14 и 15, а мощные наводки от грозовых разрядов ограничиваются по амплитуде элементом 16.
Дистанционное управление устройством осуществляется входным сигналом Uвх. При Uвх=0 клапан 20 закрыт, клапан 21 открыт, насос 22 отключен, орган 7 находится в ненапряженном /открытом/ состоянии /фиг.3 сверху/. Рабочая среда под давлением Р1 свободно проходит на выход устройства. Давление Ра в полости органа 7 близко к давлению Р2 на выходе устройства, сигнал U2=0.
При подаче Uвх=1 /с момента t1/ на выходе элемента 23 формируется сигнал U3=1 - включается насос 22. Одновременно сигналом U1=1 открывается клапан 20, а сигналом U4=0 закрывается клапан 21, давление Pa в полости 13 повышается. При достижении разности давлений Ра и P1 порогового уровня /момент t2/ сигнал U2 переходит в единичное состояние, как следствие сигнал U3=0 - насос 22 отключается. При длительно действующем сигнале Uвх, если разность давлений Ра-Р1 по какой-либо причине понизится, насос 22 снова включится до достижения разности давлений порогового значения срабатывания реле 17.
После перехода Uвх в нулевое состояние /момент t3/, U1=0, клапан 20 закрыт, клапан 21 открыт, давление Ра в полости 13 ниже давления P1 - спираль 7 переходит в ненапряженное состояние /фиг.3 снизу/ до следующей подачи Uвх=1 на управляющий вход устройства.
Выбором производительности насоса 22, условного проходного сечения элементов 18...21 можно обеспечить время переключения устройства из одного состояния в другое в пределах /5...30/ сек, при потребляемой мощности не более 250 Вт в режиме работы насоса 22 и не более 10 Вт в остальное время. Диаметр условного прохода устройства можно обеспечить в пределах /0,5...5/ метров. Надежная работа устройства может быть обеспечена в пределах давлений рабочей среды P1=/0,05 1,6/ МПа. Выбором материала элементов устройства возможно управление подачей через устройство высокоагрессивных, токсичных и взрывоопасных сред. За счет элементов помехо- и грозозащиты в устройстве сигнал управления можно подавать на расстояния в несколько километров по двухпроводной линии любого качества.
Технико-экономический эффект предлагаемого изобретения - обеспечение надежного дистанционного управления подачей рабочей среды в трубопроводах и тоннелях большого диаметра при приемлемых массогабаритных характеристиках устройства и малой потребляемой мощности схемой управления переключением.
1. Запорное устройство для трубопроводов, содержащее корпус с фланцами, отверстием и патрубком для отвода рабочей жидкости, а также регулирующий орган из упругого эластичного материала, отличающееся тем, что в устройство введены вход дистанционного управления с элементами помехо- и грозозащиты, схема дистанционного управления в составе двух электроклапанов, реле разности давлений, электронасоса, элемента запрета и инвертора с мощными выходами, ключевого усилителя, а также кольцевая обойма, центральный стержень и ребра жесткости, причем корпус выполнен из двух раздельно соединенных половин, в месте соединения которых размещена обойма с регулирующим органом, в центре обоймы размещен центральный стержень, соединенный ребрами жесткости с обоймой, причем регулирующий орган выполнен в виде архимедовой спирали с заглушенным внутренним концом и прикрепленным к внутренней поверхности обоймы наружным концом, кроме того в обойме и корпусе выполнены отверстия для подачи и сброса рабочей среды в полость регулирующего органа, а в корпусе устройства также выполнено третье отверстие для сброса рабочей среды из регулирующего органа через элементы дистанционного управления.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выход элементов помехо- и грозозащиты подключен к входам элемента запрета, инвертора и ключевого усилителя, выход реле разности давлений подключен к входу запрета элемента запрета, выход элемента запрета подключен к входу управления электронасосом, выход инвертора подключен к входу управления вторым электроклапаном, выход усилителя подключен к входу управления первым электроклапаном, вход первого электроклапана и первый вход реле разности давлений соединены через первый патрубок с отверстием в корпусе в районе входной полости, второй вход реле разности давлений, вход второго электроклапана и выход электронасоса соединены через введенный в устройство второй патрубок с отверстиями в корпусе и обойме, соединенными с внутренней полостью регулирующего органа, выход первого электроклапана соединен с входом электронасоса, выход второго электроклапана соединен с отверстием в корпусе, соединенным с выходной полостью устройства.
