Результат интеллектуальной деятельности: ВЗРЫВОЗАЩИТНЫЙ КЛАПАН КОЧЕТОВА

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

Известен взрывной клапан [Кочетов О.С. Методика расчета требуемой площади сбросного отверстия взрывозащитного устройства. Журнал «Пожаровзрывобезопасность», №6, 2009, стр. 41-47.] (рис. 4 на стр. 45), состоящий из корпуса, футерованного грузового затвора, подвижно соединенного с корпусом клапана посредством не менее трех гибких связей, в виде цепей, и перекрывающего отверстие в корпусе защищаемого объекта.

Недостатком известного устройства является то, что мембрана используется для герметизации клапана, т.е. она является практически полностью разгруженной, и на давление срабатывания клапана существенного влияния не оказывает.

Известен предохранительный клапан [Кочетов О.С. Расчет взрывозащитных устройств. Журнал «Безопасность труда в промышленности», №4, 2010, стр. 43-49] (рис. 2 на стр. 44), состоящий из корпуса, на котором расположен футерованный огнеупорным материалом грузовой затвор, в виде насыпного слоя щебня, гравия или песка, перекрывающий отверстие в корпусе защищаемого объекта, а также герметизирующей мембраны.

Недостаток известного устройства - мембрана является практически полностью разгруженной и не влияет на давление срабатывания клапана.

Известен взрывозащитный клапан для технологического оборудования [Кочетов О.С, Гетия И.Г., Гетия С.И., Леонтьева И.Н., Стареева М.О. Взрывозащитный клапан для технологического оборудования // Патент РФ на изобретение №2442052. Опубликовано 10.02.2012. Бюллетень изобретений №4], состоящий из корпуса, футерованного грузового затвора, подвижно соединенного с корпусом клапана посредством не менее трех гибких связей, в виде цепей, теплоизоляционного элемента и герметизирующей мембраны. К корпусу клапана крепится предохранительное устройство, которое закреплено своей верхней частью на шарнирном рычаге, а нижней - на верхней цилиндрической части корпуса, имеющее разрывной элемент.

Недостатком известного устройства является то, что мембрана используется для герметизации клапана, т.е. она является практически полностью разгруженной.

Известен взрывозащитный клапан для технологического оборудования [Кочетов О.С, Стареева М.О., Стареева М.М. Взрывозащитный клапан для технологического оборудования // Патент РФ на изобретение №2495313. Опубликовано 10.10.2013. Бюллетень изобретений №28], состоящий из корпуса, футерованного грузового затвора, который подвижно соединен с корпусом клапана посредством не менее трех гибких связей, в виде демпфирующих ремней.

Недостатком известного устройства является то, что мембрана используется для герметизации клапана, т.е. она является практически полностью разгруженной, и на давление срабатывания клапана существенного влияния не оказывает, а установка дополнительного предохранительного устройства усложняет конструкцию, делая ее менее надежной.

Известно взрывозащитное устройство по патенту РФ №130657 [Дурнев Р.А., Иванова О.Ю., Кочетов О.С. Взрывозащитное устройство с разрывной мембраной // Патент РФ на полезную модель №130657. Опубликовано 27.07.2013. Бюллетень изобретений №21], F16D 3/04, содержащее корпус клапана, теплоизолирующий и разрывной элементы, 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 узел крепления разрывной мембраны.

Недостатком известного решения является сравнительно невысокая надежность из-за того, что гибкие связи, выполненные в виде цепей, работают рывками, с ударами, т.е. создают дополнительные динамические нагрузки на устройство в целом, что может привести к их поломке.

Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту является взрывозащитный клапан по патенту РФ №131841 [Аюбов Э.Н., Омельченко М.В, Кочетов О.С, Тараканов А.Ю., Скубак Н.Ю., Поляков И.А. Взрывозащитный клапан // Патент РФ на полезную модель №131841. Опубликовано 27.08.2013. Бюллетень изобретений №24], F16D 3/04, (прототип), содержащий корпус клапана, теплоизолирующий и разрывной элементы, футерованный грузовой затвор, подвижно соединенный с корпусом клапана, а подвижное соединение футерованного грузового затвора с основанием корпуса клапана выполнено в виде трех вертикально установленных стержней в отверстиях, выполненных в периферийной части корпуса футерованного грузового затвора, при этом нижней частью стержни закреплены в основании корпуса клапана, а в верхней части имеют демпфирующее устройство, закрепленное на горизонтальных перемычках стержней и обращенное в сторону грузового затвора

Недостатком известного решения является сравнительно невысокая надежность срабатывания демпфирующего устройства из-за отсутствия соосных упругих элементов, установленных с зазором для постепенного гашения ударов от взрывной волны.

Технический результат - повышение эффективности защиты технологического оборудования от взрывов путем увеличения надежности срабатывания демпфирующего устройства.

Это достигается тем, что в взрывозащитном клапане, содержащем корпус клапана, теплоизолирующий и разрывной элементы, футерованный грузовой затвор, подвижно соединенный с корпусом клапана, 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, а разрывной элемент крепится своей верхней частью на рычаге, а нижней - к верхней цилиндрической части корпуса клапана, а подвижное соединение футерованного грузового затвора с основанием корпуса клапана выполнено в виде трех вертикально установленных стержней в отверстиях, выполненных в периферийной части корпуса футерованного грузового затвора, при этом нижней частью стержни закреплены в основании корпуса клапана, а в верхней части имеют демпфирующее устройство, закрепленное на горизонтальных перемычках стержней и обращенное в сторону грузового затвора, согласно изобретению каждое из трех демпфирующих устройств закреплено на горизонтальной перемычке, жестко соединенной со стержнем и выполненной в виде круглого диска, на котором закреплено посредством винтов основание демпфирующего устройства, выполненного из жесткого вибродемпфирующего материала типа «Агат», которое соединено с втулкой, выполненной из твердой металлизированной резины с вкраплениями вибродемпфирующей крошки, например из жесткого вибродемпфирующего материала типа «Агат», в которой, осесимметрично стержню, установлен упругий элемент, например цилиндрическая винтовая пружина, верхний торец которой посредством крепежных элементов соединен с основанием демпфирующего устройства, а нижний торец упругого элемента выступает за торец втулки на величину Z, зависящую от соотношений жесткостей упругого элемента, втулки и основания демпфирующего устройства, при этом жесткость упругого элемента выбирается меньшей по сравнению с суммарной жесткостью втулки и основания, а полость втулки заполнена полиуретаном.

На фиг.1 изображен фронтальный разрез взрывозащитного клапана, на фиг.2 - узел крепления разрывного элемента, на фиг.3 - схема демпфирующего устройства.

Взрывозащитный клапан устанавливается на корпус 19 защищаемого объекта посредством крепежных элементов 20 и содержит футерованный грузовой затвор 2, подвижно соединенный с основанием 1 корпуса 3 клапана.

Подвижное соединение футерованного грузового затвора 2 с основанием 1 корпуса клапана выполнено в виде трех вертикально установленных стержней 10 в отверстиях, выполненных в периферийной части корпуса футерованного грузового затвора 2. При этом нижней частью стержни 10 закреплены в основании 1 корпуса клапана, а в верхней части имеют демпфирующее устройство 11, закрепленное на горизонтальных перемычках 12 стержней 10 и обращенное в сторону грузового затвора 2.

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. 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: а=D/Dy=1,5÷2,0; b=H/L=1,3÷1,8; с=H/Dy 2,5÷3,0.

где Dy - диаметр верхней цилиндрической части корпуса 3 клапана, равный максимальному размеру отверстия корпуса 1 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).

Каждое из трех демпфирующих устройств 11 (фиг.3) закреплено на горизонтальной перемычке 12, жестко соединенной со стержнем 10 и выполненной в виде круглого диска, на котором закреплено посредством винтов 22 основание 21 демпфирующего устройства, выполненного из жесткого вибродемпфирующего материала типа «Агат», которое соединено с втулкой 23, выполненной из твердой металлизированной резины с вкраплениями вибродемпфирующей крошки, например из жесткого вибродемпфирующего материала типа «Агат», в которой, осесимметрично стержню 10, установлен упругий элемент 25, например цилиндрическая винтовая пружина, верхний торец которой посредством крепежных элементов 26 соединен с основанием 21 демпфирующего устройства, а нижний торец упругого элемента 25 выступает за торец втулки 23 из эластомера на величину Z, зависящую от соотношений жесткостей упругого элемента 25, втулки 23 из эластомера и основания 21 демпфирующего устройства, при этом жесткость упругого элемента 25 выбирается меньшей по сравнению с суммарной жесткостью втулки 23 и основания 21, а полость 24 втулки 23 заполнена полиуретаном.

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 стержней 10, при этом частичное поглощение взрывной энергии приходится на демпфирующее устройство 11.

При этом частичное поглощение взрывной энергии приходится на демпфирующие устройства 11, закрепленные на горизонтальных перемычках 12. При этом сначала сжимаются упругие элементы 25, например цилиндрические винтовые пружины, а затем энергию взрыва гасят втулки 23, совместно с упругими элементами 25 и литьевым полиуретаном.

После окончания сброса газов затвор 2 и крышка 7 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.

Для химической и других смежных отраслей промышленности, продукты которых и ценны и исключительно вредны для окружающей среды, условие полной герметичности следует рассматривать как приоритетное, в значительной мере определяющее область возможного их применения.