Результат интеллектуальной деятельности: ВЗРЫВОЗАЩИТНЫЙ КЛАПАН ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для взврывозащиты технологического оборудования.

Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту является взрывозащитное устройство по патенту РФ №2442052, F16D 3/04, 2011 г. (прототип), содержащее корпус клапана, затвор, теплоизолирующий и разрывной элементы.

Недостатком известного решения является сравнительно невысокая надежность срабатывания разрывной мембраны.

Технический результат - повышение эффективности защиты технологического оборудования от взрывов путем увеличения быстродействия и надежности срабатывания.

Это достигается тем, что в взрывозащитном клапане, содержащим корпус клапана, затвор, теплоизолирующий и разрывной элементы, дополнительно содержится футерованный грузовой затвор, подвижно соединенный с корпусом клапана посредством не менее трех гибких связей, например в виде цепей, один конец которых шарнирно соединен с корпусом клапана, а другой - шарнирно соединен с грузовым затвором, при этом корпус клапана выполнен в виде нижней цилиндрической, средней конической и верхней цилиндрической частей, причем в нижней цилиндрической части размещен футерованный грузовой затвор, перекрывающий отверстие в корпусе защищаемого объекта, а в верхней цилиндрической части корпуса клапана размещен теплоизоляционный элемент и герметизирующая мембрана, прижимаемая к корпусу клапана посредством крышки, шарнирно соединенной с рычагом, взаимодействующим с отбойником, а узел крепления разрывного элемента крепится своей верхней частью на рычаге, а нижней - к верхней цилиндрической части корпуса клапана, а разрывной элемент состоит из проволоки, стопорного болта, вилки, рычага крышки клапана, гайки, двух барабанов, расположенных соответственно в вилке рычага крышки клапана, и в вилке верхней цилиндрической части корпуса клапана, при этом концы проволоки вставляются в отверстия барабанов и затем наматываются на них.

На фиг.1 изображен фронтальный разрез взрывозащитного клапана, на фиг.2 - узел крепления разрывного элемента.

Взрывозащитный клапан устанавливается на корпус 1 защищаемого объекта и содержит футерованный грузовой затвор 2, подвижно соединенный с корпусом 3 клапана посредством не менее трех гибких связей, например в виде цепей 10, один конец которых шарнирно соединен с корпусом 3 клапана, а другой - шарнирно соединен с грузовым затвором 2 клапана. Корпус клапана 3 выполнен в виде нижней цилиндрической, средней конической и верхней цилиндрической частей, причем в нижней цилиндрической части размещен футерованный грузовой затвор 2, перекрывающий отверстие диаметром Dy в корпусе 1 защищаемого объекта. В верхней цилиндрической части корпус 3 клапана размещен теплоизоляционный элемент 4 и герметизирующая мембрана 5, прижимаемая к корпусу клапана посредством крышки 6, шарнирно соединенной с рычагом 8, взаимодействующим с отбойником 7. Узел 9 крепления разрывного элемента (проволоки) крепится своей верхней частью на рычаге 8, а нижней - к верхней цилиндрической части корпуса 3 клапана. Узел крепления разрывного элемента состоит из проволоки 16, стопорного болта 11, вилки 12, рычага 13 крышки клапана, гайки 14, и двух барабанов 15, расположенных соответственно в вилке 12 рычага 13 крышки клапана, и в вилке верхней цилиндрической части корпуса 3 клапана. Концы проволоки 16 вставляются в отверстия барабанов 15 и затем наматываются на них при их вращении обычным гаечным ключом. После достаточного натяжения проволоки барабаны 15 фиксируются стопорными болтами 11. Важно заметить, что давление срабатывания клапана зависит только от прочности проволоки 16 и не зависит от силы ее натяжения. Чтобы срабатыванию клапана не предшествовали большие пластические деформации проволоки, ее длина, а следовательно, и зазор h должны быть минимальными. Зазор h должен быть порядка (1,5÷3)d, где d - диаметр проволоки. Чтобы крепление концов проволоки было надежным и не допускало их вытягивания из отверстий в барабане, на него должно быть намотано не менее трех витков. Откидная крышка 6 через рычаг 8 удерживается в закрытом положении при разрывном элементе 9, роль которого выполняет проволока калиброванного сечения. Для полной герметизации клапана используется мембрана 5 из алюминиевой фольги или из полимерного материала. Под действием давления в защищаемом аппарате мембрана прижимается к крышке и таким образом через рычаг 8 все усилие от давления передается на шарнир рычага и разрывную проволоку 9. Сама же мембрана при этом оказывается практически полностью разгруженной и на давление срабатывания клапана (разрыв проволоки 9) существенного влияния не оказывает. В этом смысле мембрана не является расчетным элементом: конструкции взрывного клапана.

Если в защищаемом аппарате 1 происходят технологические процессы при высоких температурах, то для тепловой защиты мембраны 5 и других деталей клапана предусмотрены два уровня теплоизоляции. Первый из них представляет собой грузовой затвор 2, футерованный огнеупорным материалом, а второй - минеральную вату, асбестовую крошку или другой термостойкий пористый материал 4, уложенный в корзину из металлических прутьев или полос в виде, по крайней мере, трех термостойких оболочек, наполненных термостойким пористым материалом, и связанных с корзиной упругими связями (на чертеже не показано), длина которых превышает высоту всего взрывозащитного клапана. Это позволит быстрее восстановить клапан в рабочее состояние, так как оболочки с термостойким пористым материалом, после срабатывания будут находиться вблизи от корпуса клапана, и их можно будет легко уложить снова в корзину, перекрыв проходное сечение корзины.

Затвор 2 не обеспечивает герметичного перекрытия сбросного отверстия защищаемого аппарата 1, он свободно лежит на нем, а слегка прослабленные цепи 10 служат лишь для центровки затвора 2, т.е. для предотвращения его больших смещений относительно сбросного отверстия. Футерованный грузовой затвор 2 защищает корпус 3 клапана от прогорания в случае высокой температуры в защищаемом аппарате, а засыпка 4 еще больше снижает температуру в зоне расположения мембраны 5.

Для получения наибольшей эффективности взврывозащиты производственного оборудования взрывозащитный клапан имеет параметры, которые находятся в следующих оптимальных интервалах величин: a=D/Dy=1,5÷2,0; b=H/L=1,3÷1,8; c=H/Dy=2,5÷3,0,

где Dy - диаметр верхней цилиндрической части корпуса 3 клапана, равный максимальному размеру отверстия корпуса I защищаемого объекта; D - диаметр нижней цилиндрической части корпуса 3 клапана; Н - высота клапана в сборе; L - максимальный габаритный размер клапана в плане (на виде сверху).

Упругие гибкие связи, например в виде упругих ремней, один конец которых шарнирно соединен с корпусом клапана, а другой - шарнирно соединен с грузовым затвором, выполнены слоистыми с чередованием упругих и демпфирующих слоев, при этом в качестве демпфирующих слоев применена вибродемпфирующая мастика, например типа ВД-17, а в качестве упругих слоев - эластомер, например полиуретан (на чертеже не показано).

Взрывозащитный клапан работает следующим образом.

Давление в защищаемом аппарате воздействует на крышку 6, так как затвор 2 перекрывает входное отверстие негерметично и при быстром повышении давления он может приподниматься, а теплоизоляционный слой 4 порист. При срабатывании клапана крышка 6 отбрасывается до упора в отбойники 7, засыпка 4 потоком газа выбрасывается из полости клапана, а затвор 2 приподнимается вверх, насколько позволяет длина удерживающих его цепей.

После окончания сброса газов затвор и крышка, опускаются вниз и закрывают сбросное отверстие клапана. При этом герметичность клапана полностью не восстанавливается, однако интенсивный подсос воздуха из атмосферы в полость защищаемого аппарата, который может вызвать вторичный взрыв в оборудовании, исключается. После срабатывания клапана и устранения причин, вызвавших взрыв в оборудовании, клапан должен быть восстановлен, т.е. необходимо в корзину уложить теплоизоляционный слой.