Запорно-сливное устройство, преимущественно, для железнодорожной цистерны

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к устройствам для выгрузки жидких и вязких продуктов из железнодорожных цистерн. Заявляемое изобретение решает техническую задачу повышения эксплуатационной надежности и безопасности запорно-сливного устройства. Заявленный технический результат достигается в запорно-сливном устройстве, преимущественно, для железнодорожной цистерны 1, включающем сливную горловину и последовательно установленные в ней автономно управляемые затворы, например основной поворотный затвор 3 с приводом из наливной горловины 14, дублирующий поворотный дисковый затвор 4 с нижней приводной рукояткой 27 и концевую заглушку 5 с откидной скобой 31 и прижимным винтом 32. Устройство выполнено самоуплотняющимся при возрастании температуры окружающей среды. Основной поворотный затвор 3 выполнен дисковым. Уплотнительные поверхности поворотных дисковых затворов 3 и 4 выполнены металлическими с наплавками 33 и 34 из материала, коэффициент линейного расширения которого превышает коэффициент линейного расширения основного металла, например из бронзы. Сливная горловина цистерны образована фланцевыми корпусами 6 и 20 затворов. Котел 2 цистерны 1 снабжен фланцем 8 для присоединения к нему изнутри и снаружи фланцевых корпусов 6 и 20 затворов; на боковой поверхности фланца 8 котла 2 выполнена выточка 41. В корпусе 6 закрепленного внутри котла основного затвора 3 выполнены прорези 18 для фильтрации и полного слива содержимого цистерны. Фланцы котла 2 и корпусов 6, 20 стянуты общими крепежными элементами 35 в единое фланцевое соединение. Часть сквозных крепежных отверстий 38 во фланце наружного корпуса 20 снабжена втулками 39, высота которых превышает толщину фланца. Фланцевое соединение снабжено шайбами 40 из материала, коэффициент линейного расширения которого превышает коэффициент линейного расширения основного материала соединения, например из бронзы. На приводной рукоятке 27 дублирующего затвора 4 выполнены поверхности для взаимодействия и блокировки в закрытом положении дублирующего затвора с откидной скобой концевой заглушки 5, например, в виде консольного выступа 43 с направляющим пазом 44 и буртом-ограничителем 45 перемещения откидной скобы 31. На откидной скобе 31 в месте контакта с приводной рукояткой 27 дублирующего затвора 4 выполнена наплавка 46 из материала, коэффициент линейного расширения которого превышает коэффициент линейного расширения основного материала рукоятки, например из бронзы. Прижимной винт 32 концевой заглушки 5 выполнен из материала, коэффициент линейного расширения которого превышает коэффициент линейного расширения материала откидной скобы 31, например из бронзы.

Для фиксации откидной скобы 31 в открытом положении на корпусе 20 предусмотрен шариковый фиксатор 47. На корпусе основного затвора установлен и соединен с приводом основного затвора поворотный экран-заслонка 19. Запорно-сливное устройство содержит паровой кожух 48 для обогрева сливной горловины. Штуцер 49 служит для присоединения к паровому кожуху 48 пароподводящего патрубка (на чертеже не указан). Пар отводится из парового кожуха 48 через патрубок 50.

Полезная модель относится к транспортному машиностроению, в частности к устройствам для выгрузки жидких и вязких продуктов из железнодорожных цистерн.

В соответствии с отечественными и международными правилами перевозки опасных грузов железнодорожным транспортом условия хранения и транспортировки цистерн строго регламентированы требованиями к надежности и взрывобезопасности. Эти требования обеспечиваются, в том числе, герметичностью и надежностью запорной арматуры, используемой для слива из цистерн транспортируемой среды.

Существующими правилами изготовления цистерн для взрывоопасных грузов / рекомендуется оборудовать цистерну запорно-сливными устройствами, представляющими собой систему из трех последовательно установленных клапанов: основного внутреннего запорного клапана, управляемого сверху; дублирующего запорного клапана, управляемого снизу, и дополнительного запорного клапана, например в виде концевой заглушки.

Известны запорно-сливные устройства для железнодорожных цистерн, содержащие два, три дублирующих друг друга запорных клапана, обеспечивающих тем самым большую герметичность и надежность устройства.

Известно запорное устройство для цистерны, защищенное патентом RU2154217, МПК ⁷ F 16 K 27/07, дата публикации - 10.08.2000. Устройство предназначено для слива-налива находящихся под давлением агрессивных жидкостей, газов и других веществ, размещенных в цистернах при их хранении и транспортировке. Устройство содержит три последовательно установленных запорных клапана с независимыми друг от друга органами управления: внутренний запорный клапан, наружный запорный клапан и дополнительный запорный клапан. Внутренний запорный клапан содержит запорный орган в виде двух тарелей, основной и предварительной. Предварительная тарель соединена с установленным во втулке подпружиненным штоком. Шток приводится в движение рукояткой через шпиндель и кулачок. Наружный запорный клапан выполнен в виде шарового крана. Дополнительный запорный клапан выполнен в виде концевой заглушки. Внутренний и наружный запорные клапаны установлены в монолитном корпусе.

При перемещении подпружиненного штока открывается проход под предварительной тарелью основного клапана и происходит заполнение сливного патрубка содержимым

цистерны, в результате чего открывается проход большего условного диаметра под основной тарелью. Время, необходимое для предварительного заполнения сливного патрубка, достаточно велико и срабатывание сливного устройства-аналога происходит с задержкой. При этом основная тарель воспринимает воздействие потока сливаемого продукта, стремящегося прижать ее к седлу. В результате вероятно возникновение нежелательной пульсации потока при сливе. Полнота слива содержимого цистерны конструкцией устройства-аналога также не обеспечивается. В то же время, в соответствии с нормативными требованиями, в том числе по международным стандартам, управляющее устройство основного клапана должно размещаться не снизу от цистерны, а сверху.

Известно запорно-сливное устройство железнодорожной цистерны, защищенное патентом RU2182091, МПК⁷ В 6 Ю 5/00, дата публикации -10.05.2002.

Запорно-сливное устройство размещено в донной части железнодорожной цистерны и содержит последовательно расположенные в корпусе и независимо управляемые затворы, основной из которых установлен во внутреннем объеме котла цистерны в зоне выходного окна, выполнен в виде трехходового шарового крана и кинематически связан с управляющей штангой, продольно ориентированной к наливной горловине цистерны. На конце наружной части корпуса запорно-сливного устройства установлена заглушка с откидной скобой и прижимным винтом. Над концевой заглушкой в корпусе запорно-сливного устройства расположен дублирующий затвор в виде поворотной заслонки, взаимодействующей с неметаллическим уплотнительным седлом.

Применение в запорно-сливном устройстве-прототипе шарового крана утяжеляет устройство, усложняет его конструкцию и затрудняет обслуживание из-за недоступности уплотнительных поверхностей шарового крана для осмотра без разборки устройства. Регулирование уплотнительного усилия в затворе шарового крана невозможно без слива продукта из цистерны. Фторопластовые уплотнения шарового крана не обеспечивают их длительной герметичности, если в содержимом цистерны присутствуют механические примеси (песок и т.п.).

Прототипом заявляемого устройства является запорно-сливное устройство, преимущественно, для железнодорожной цистерны по заявке per. №2004115134(016329) авторов В.А.Айриева и О.Г Крыжановского от 20.05.2004.

Запорно-сливное устройство включает сливную горловину, сформированную на фланце котла из присоединенных к нему изнутри и снаружи фланцевых корпусов основного и дублирующего поворотных дисковых затворов, с концевой заглушкой, дистанционный штанговый привод поворотного вала и рабочего диска основного затвора из наливной горловины цистерны, рукоятку для поворота вала и рабочего диска дублирующего затвора, откидную скобу заглушки с прижимным винтом.

Степень безопасности устройства-прототипа не является достаточной из-за того,

что в его конструкции не предусмотрены специальные элементы противоаварийной и противопожарной защиты.

Заявляемое изобретение решает техническую задачу повышения эксплуатационной надежности и безопасности запорно-сливного устройства.

Заявленный технический результат достигается в запорно-сливном устройстве, преимущественно, для железнодорожной цистерны, которое включает сливную горловину, сформированную на фланце котла из присоединенных к нему изнутри и снаружи фланцевых корпусов основного и дублирующего поворотных дисковых затворов, и концевую заглушку сливной горловины. Запорно-сливное устройство включает также дистанционный штанговый привод вала основного поворотного дискового затвора из наливной горловины цистерны, рукоятку для привода вала дублирующего поворотного дискового затвора, откидную скобу заглушки с прижимным винтом.

Уплотнительные поверхности основного и дублирующего поворотных дисковых затворов выполнены металлическими, а запорно-сливное устройство выполнено самоуплотняющимся при возрастании температуры окружающей среды. На металлических уплотнительных поверхностях поворотных дисковых затворов выполнены наплавки из материала, коэффициент линейного расширения которого превышает коэффициент линейного расширения основного металла, например из бронзы.

Приводная рукоятка дублирующего поворотного дискового затвора соединена с валом дублирующего затвора через конический зубчатый редуктор, при этом коническое зубчатое звено меньшего диаметра установлено на валу приводной рукоятки. На приводной рукоятке дублирующего поворотного дискового затвора выполнены поверхности для взаимодействия и блокировки в закрытом положении дублирующего затвора с откидной скобой концевой заглушки, например в виде консольного выступа с направляющим пазом и буртом-ограничителем перемещения откидной снобы. На откидной снобе концевой заглушки в месте контакта с приводной рукояткой дублирующего поворотного дискового затвора выполнена наплавка из материала, коэффициент линейного расширения которого превышает коэффициент линейного расширения основного материала рукоятки, например из бронзы. Прижимной винт концевой заглушки выполнен из материала, коэффициент линейного расширения которого превышает коэффициент линейного расширения материала откидной скобы, например из бронзы.

Фланцы котла и корпусов основного и дублирующего поворотных дисковых затворов стянуты общими крепежными элементами в единое фланцевое соединение, при этом часть сквозных крепежных отверстий во фланце корпуса дублирующего затвора снабжена втулками, высота которых превышает толщину фланца. В разъеме фланцевого соединения котла и корпуса основного поворотного дискового затвора уплотнительный бурт и уплотнительная выточка выполнены по наружной периферии фланцев. На боковой поверхности фланца котла выполнена выточка. Фланцевое соединение котла и

корпусов основного и дублирующего поворотных дисковых затворов снабжено шайбами из материала, коэффициент линейного расширения которого превышает коэффициент линейного расширения основного материала соединения, например из бронзы.

На корпусе основного поворотного дискового затвора установлен и соединен с приводом затвора поворотный экран-заслонка, а в корпусе основного поворотного дискового затвора выполнены прорези для фильтрации и полного слива содержимого цистерны.

Существо изобретения поясняется чертежом:

фиг.1 - общий вид цистерны с запорно-сливным устройством;

фиг.2 - сечение А-А цистерны и общая компоновка запорно-сливного устройства;

фиг.3 - запорно-сливное устройство в разрезе;

фиг.4 - сечение Б-Б запорно-сливного устройства, вид на фланцевое соединение;

фиг.5 - вид В на запорно-сливное устройство;

фиг.6 - сечение Г-Г узла фиксации откидной скобы на корпусе дублирующего затвора запорно-сливного устройства;

фиг.7 - вид Д на запорно-сливное устройство.

Заявляемое запорно-сливное устройство, преимущественно, для железнодорожной цистерны 1 размещено в донной части ее котла 2 и содержит последовательно установленные и независимо управляемые основной 3, дублирующий 4 поворотные дисковые затворы и концевую заглушку 5. Корпус 6 основного затвора 3 установлен во внутреннем объеме котла 2, в зоне выходного окна 7, и присоединен к фланцу 8 котла 2. Основной затвор 3 содержит седло 9 и установленный в корпусе 6 на поворотном валу 10 и поворотной оси 11 рабочий диск 12, кинематически связанный с управляющей поворотной штангой 13, продольно ориентированной к наливной горловине 14 цистерны 1. Управляющая поворотная штанга 13 снабжена выдвижным поворотным механизмом 15, закрепленным на кронштейне 16 в наливной горловине 14 и включающим рукоятки управления 17. В корпусе 6 основного затвора выполнены прорези 18 для фильтрации и полного слива содержимого цистерны. Для предотвращения попадания во входной патрубок основного затвора посторонних примесей (песка и проч.) при заполнении могла на корпусе 6 установлен и соединен с управляющей поворотной штангой 13 поворотный экран-заслонка 19.

Дублирующий поворотный дисковый затвор 4 размещен в корпусе 20, присоединенном к фланцу 8 котла 2 цистерны снаружи. Дублирующий затвор содержит седло 21 и размещенный в корпусе 20 на поворотном валу 22 и поворотной оси 23 рабочий диск 24, соединенный через зубчатые звенья 25, 26 конического зубчатого редуктора с нижней приводной рукояткой 27. При этом коническое зубчатое звено 26 меньшего диаметра соединено с приводной рукояткой 27. Для фиксации диска 24 в рабочем положении

предусмотрен храповой механизм, состоящий из храпового колеса 28 и подпружиненного рычага 29.

Уплотнительные поверхности седел 9 и 21 основного 3 и дублирующего 4 поворотных дисковых затворов выполнены металлическими с наплавками 33 и 34, например из бронзы.

Фланцевые корпуса 6 и 20 основного и дублирующего поворотных дисковых затворов образуют сливную горловину цистерны. В нижней части сливной горловины размещена концевая заглушка 5 с прокладкой 30, откидной скобой 31 и прижимным винтом 32.

Фланцевые корпуса 6 и 20 основного 3 и дублирующего 4 поворотных дисковых затворов присоединены к фланцу 8 котла 2 крепежными деталями 35. По наружной периферии фланца 8 котла выполнен уплотнительный бурт, а по наружной периферии фланца корпуса 6 основного поворотного дискового затвора 4 выполнена ответная выточка под прокладку 36. Стык корпусов б и 20 уплотнен прокладкой 37. В части (например, в половине) сквозных крепежных отверстий 38 фланца наружного корпуса 20 установлены втулки 39, высота которых превышает толщину фланца. Фланцевое соединение снабжено шайбами 40 из материала с коэффициентом линейного расширения, превышающим коэффициент линейного расширения основного материала фланцевого соединения, например из бронзы. Во фланце 8 выполнена выточка 41 для полного слива содержимого цистерны, на боковой поверхности фланца 8 выполнена выточка 42 для уменьшения влияния сварного шва на деформацию торцевой поверхности. На приводной рукоятке 27 дублирующего затвора 4 выполнен консольный выступ 43 с направляющим пазом 44 и буртом-ограничителем 45 перемещения откидной скобы 31 концевой заглушки 5. Поворот откидной скобы 31 возможен только при крайнем положении приводной рукоятки 27, соответствующем закрытому положению дублирующего затвора 4. На откидной скобе 31 в месте контакта с приводной рукояткой 27 дублирующего затвора 4 выполнена наплавка 46 из материала, коэффициент линейного расширения которого превышает коэффициент линейного расширения основного материала рукоятки, например из бронзы. Прижимной винт 32 концевой заглушки 5 выполнен из материала, коэффициент линейного расширения которого превышает коэффициент линейного расширения материала откидной скобы 31, например из бронзы. Для фиксации откидной скобы 31 в открытом положении на корпусе 20 предусмотрен шариковый фиксатор 47.

Запорно-сливное устройство содержит паровой кожух 48 для обогрева сливной горловины. Штуцер 49 служит для присоединения к паровому кожуху 48 пароподводящего патрубка (на чертеже не указан). Пар отводится из парового кожуха 48 через патрубок 50.

На корпусе 20 выполнены канавки-концентраторы напряжений 51 для направленного разрыва горловины в случае возникновения аварийной ситуации и значительного смещения котла 2 относительно хребтовой балки 52 цистерны 1.

Заявляемое запорно-спивное устройство работает следующим образом.

Отворачивают прижимной винт 32, опускают концевую заглушку 5, поворачивают и отводят в сторону до упора откидную скобу 31 вместе с концевой заглушкой 5 и прижимным винтом 32, фиксируя их в таком положении на корпусе 20 шариковым фиксатором 47. При этом откидная скоба 31 выходит из направляющего паза 44 приводной рукоятки 27 дублирующего поворотного затвора 4, высвобождая приводную рукоятку 27 для поворота. Затем подсоединяют сливной шланг (на чертеже не показан) к нижнему торцу запорно-сливного устройства.

Для открытия основного дискового затвора 3 снимают крышку наливной горловины 14 и с помощью рукояток 17 выдвижного механизма 15 через управляющую штангу 13 поворачивают рабочий диск 12. При необходимости диск 12 может быть зафиксирован в промежуточном положении при помощи храпового колеса и входящего с ним в зацепление подпружиненного рычага (на чертеже не показаны).

Вращением приводной рукоятки 27 через зубчатые звенья 26 и 25 конического зубчатого редуктора открывают дублирующий дисковый затвор 4. Рабочий диск 24 может быть зафиксирован в промежуточном положении при помощи храпового колеса 28 и входящего с ним в зацепление подпружиненного рычага 29. После открытия дублирующего затвора 4 запорно-сливное устройство работает на слив содержимого котла 2 цистерны 1.

В открытом положении рабочий диск 12 основного затвора обращен к прорезям 18 в корпусе 6 тыльной стороной для предохранения уплотнительных поверхностей диска от воздействия механических примесей, концентрация которых в продукте увеличивается по мере его слива. В период, когда уровень содержимого цистерны опускается ниже верхнего торца корпуса 6 основного затвора 3, жидкий груз из донной части котла проходит перед сливом фильтрацию в прорезях 18 корпуса 6. При этом остаток жидкости с примесями (осадком) подходит к прорезям 18 сбоку, через выточку 41 во фланце 8, а основная часть механических примесей не доходит до прорезей.

Закрытие запорно-сливного устройства осуществляется в обратном порядке.

При замерзании или охлаждении содержимого цистерны вязкость продукта значительного повышается. В таких случаях перед открытием запорно-сливного устройства для обогрева горловины на участке между затворами 3 и 4 в паровой кожух 48 через штуцер 49 подают обогревающий пар. Отводят пар из парового кожуха через патрубок 50.

В том случае, если вокруг цистерны начался пожар, окружающая температура и давление в котле 2 повышаются, а вязкость содержимого продукта понижается, бронзовые

наплавки 33 и 34 на уплотнительных поверхностях основного 3 и дублирующего 4 поворотных дисковых затворов увеличиваются в объеме в большей степени, чем металл, из которого выполнены рабочие диски 12 и 24, седла 9 и 21. По мере возрастания температуры окружающей среды из-за превышения коэффициента линейного расширения бронзы над коэффициентом линейного расширения основного металла уплотнительных поверхностей затворов 3 и 4 эффект самоуплотнения затворов возрастает.

Аналогичным образом происходит самоуплотнение и других разъемов заявляемого запорно-сливного устройства: в соединении фланца 8 котла 2 с фланцами корпусов 6 и 20 основного 3 и дублирующего 4 поворотных дисковых затворов бронзовые шайбы 40, увеличиваясь в размерах в большей степени, чем остальные детали фланцевого соединения, увеличивают усилие обжатия фланцевого соединения; бронзовая наплавка 46 на откидной скобе 31 концевой заглушки 5 выбирает образующийся между откидной скобой 31 и приводной рукояткой 27 зазор, предотвращая ослабление прижатия диска 24 к седлу 21 дублирующего затвора; прижимной винт 32 концевой заглушки 5 при возрастании температуры удлиняется в большей степени, чем скоба 31, предотвращая разуплотнение разъема «заглушка 5 - корпус 20» за счет увеличения усилия обжатия прокладки 30.

Закрепление основного 3 и дублирующего 4 затворов на фланце 8 котла 2 обеспечивает возможность осмотра снаружи и изнутри котла внутренних, в том числе уплотнительных, поверхностей сливного устройства, раздельного (независимого) ремонта частей запорно-сливного устройства.

Выполнение на металлических уплотнительных поверхностях поворотных дисковых затворов 3 и 4 наплавок 33 и 34 из бронзы как из материала с низким коэффициентом трения исключает также вероятность заклинивания рабочих дисков 12 и 24 и предотвращает искрообра-зование на уплотнительных поверхностях затворов.

Закрепление фланцевых корпусов б и 20 затворов 3 и 4 по обе стороны от фланца 8 котла 2 позволяет производить подтяжку уплотнительных прокладок 36 и 37 одним и тем же крепежом. Этому же способствует наличие в половине фланцевых отверстий 38 втулок 39, выступающих под гайками над поверхностью фланца.

Выполнение уплотнительного бурта и ответной выточки под уппотнительную прокладку 36 по наружной периферии, соответственно, фланца 8 котла 2 и фланца корпуса 6 основного поворотного дискового затвора 3 позволяет обеспечить максимальное усилие прижатия прокладки 36 за счет напора столба жидкого продукта в котле.

Как следует из приведенного описания, заявляемое запорно-сливное устройство обладает высокой надежностью, пожаростойкостью и безопасностью для окружающей среды.

1. Запорно-сливное устройство, преимущественно, для железнодорожной цистерны, включающее сливную горловину, сформированную на фланце котла из присоединенных к нему изнутри и снаружи фланцевых корпусов основного и дублирующего поворотных дисковых затворов, концевую заглушку сливной горловины, дистанционный штанговый привод вала основного поворотного дискового затвора из наливной горловины цистерны, рукоятку для привода вала дублирующего поворотного дискового затвора, откидную скобу заглушки с прижимным винтом, отличающееся тем, что уплотнительные поверхности поворотных дисковых затворов выполнены металлическими, а запорно-сливное устройство выполнено самоуплотняющимся при возрастании температуры окружающей среды.

2. Запорно-сливное устройство по п.1, отличающееся тем, что на уплотнительных поверхностях поворотных дисковых затворов выполнены наплавки из материала, коэффициент линейного расширения которого превышает коэффициент линейного расширения основного металла уплотнительных поверхностей, например из бронзы.

3. Запорно-сливное устройство по п.1, отличающееся тем, что фланцы котла и корпусов стянуты общими крепежными элементами в единое фланцевое соединение.

4. Запорно-сливное устройство по п.3, отличающееся тем, что часть сквозных крепежных отверстий во фланце корпуса дублирующего поворотного дискового затвора снабжена втулками, высота которых превышает толщину фланца.

5. Запорно-сливное устройство по п.3, отличающееся тем, что фланцевое соединение снабжено шайбами из материала, коэффициент линейного расширения которого превышает коэффициент линейного расширения основного материала соединения, например из бронзы.

6. Запорно-сливное устройство по п.3, отличающееся тем, что в разъеме фланцевого соединения котла и корпуса основного поворотного дискового затвора уплотнительный бурт и уплотнительная выточка выполнены по наружной периферии фланцев.

7. Запорно-сливное устройство по п.1, отличающееся тем, что на боковой поверхности фланца котла выполнена выточка.

8. Запорно-сливное устройство по п.1, отличающееся тем, что приводная рукоятка дублирующего поворотного дискового затвора соединена с валом дублирующего затвора через редуктор.

9. Запорно-сливное устройство по п.8, отличающееся тем, что редуктор выполнен зубчатым.

10. Запорно-сливное устройство по п.9, отличающееся тем, что зубчатый редуктор выполнен коническим.

11. Запорно-сливное устройство по п.10, отличающееся тем, что коническое зубчатое звено меньшего диаметра соединено с приводной рукояткой.

12. Запорно-сливное устройство по п.1, отличающееся тем, что на приводной рукоятке дублирующего поворотного дискового затвора выполнены поверхности для взаимодействия и блокировки в закрытом положении дублирующего затвора с откидной скобой концевой заглушки.

13. Запорно-сливное устройство по п.12, отличающееся тем, что на приводной рукоятке дублирующего затвора выполнены консольный выступ с направляющим пазом и буртом-ограничителем перемещения откидной скобы.

14. Запорно-сливное устройство по п.11 или 12, отличающееся тем, что на откидной скобе концевой заглушки в месте контакта с приводной рукояткой дублирующего поворотного дискового затвора выполнена наплавка из материала, коэффициент линейного расширения которого превышает коэффициент линейного расширения основного материала рукоятки, например из бронзы.

15. Запорно-сливное устройство по п.1, отличающееся тем, что прижимной винт концевой заглушки выполнен из материала, коэффициент линейного расширения которого превышает коэффициент линейного расширения материала откидной скобы, например из бронзы.

16. Запорно-сливное устройство по п.1, отличающееся тем, что на корпусе основного поворотного дискового затвора установлен и соединен с приводом затвора поворотный экран-заслонка.

17. Запорно-сливное устройство по п.1, отличающееся тем, что в корпусе основного поворотного дискового затвора выполнены прорези для фильтрации и полного слива содержимого цистерны.