УСТРОЙСТВО ВЗРЫВОЗАЩИТЫ С ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫМ КЛАПАНОМ

Изобретение относится к взрывозащитным устройствам и может быть использовано для взрывозащиты технологического оборудования в случае возникновения чрезвычайной ситуации (ЧС).

Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту является взрывозащитное устройство по патенту РФ №130657, F16D 3/04, (прототип), 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, а также то, что не фиксируется средствами оповещения персонала момент возникновения начальной фазы ЧС.

Технический результат - повышение эффективности и надежности защиты технологического оборудования от взрывов в случае возникновения чрезвычайной ситуации путем регистрации момента возникновения начальной фазы ЧС средствами оповещения персонала.

Это достигается тем, что в устройстве взрывозащиты с предохранительным клапаном, содержащем корпус клапана, футерованный грузовой затвор, подвижно соединенный с корпусом клапана посредством не менее трех гибких связей, разрывной элемент, выполненный в виде мембранного предохранительного устройства, на одной из диаметрально расположенных планок мембранного узла мембранного предохранительного устройства закреплен индикатор безопасности в виде датчика, реагирующего на деформацию, выход которого соединен с усилителем сигнала, а выход усилителя сигнала соединен со входом устройства оповещения персонала об аварийной ситуации, в корпусе клапана, в его цилиндрической части, граничащей с конической частью клапана, устанавливают круглую диафрагму с центральным отверстием, и с, по крайней мере, тремя отверстиями, расположенными в ее периферийной части, при этом в верхней части, покрытой бронированным слоем, футерованного грузового затвора, осесимметрично корпусу клапана, закрепляют, своей нижней частью, стержень, верхнюю часть которого располагают в центральном отверстии диафрагмы, а между нижней частью круглой диафрагмы и верхней частью футерованного грузового затвора, на опорном стержне, коаксиально ему устанавливают втулку из быстроразрушающегося материала в виде стекла типа «триплекс», прочность которой рассчитывают на определенное избыточное давление в клапане, причем на боковой поверхности быстроразрушающейся втулки закрепляют дополнительный индикатор безопасности в виде тензорезистора, сигнал с которого по линии связи направляют на тензоусилитель, а с него в блок системы оповещения об аварийном режиме.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства взрывозащиты с предохранительным клапаном, на фиг. 2 - узел крепления мембранного предохранительного устройства, на фиг. 3 - вариант выполнения разрывной мембраны с радиальными рисками, на фиг. 4 - вариант выполнения разрывной мембраны с круговой риской, на фиг. 5 - вариант выполнения разрывной мембраны с прорезями, на фиг. 6 - вариант выполнения разрывной мембраны с отверстиями.

Устройство взрывозащиты с предохранительным клапаном (фиг. 1) содержит разрывную мембрану 7, которая 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 9, один конец которых шарнирно соединен с корпусом 3 клапана, а другой - шарнирно соединен с грузовым затвором 2 клапана. Корпус клапана выполнен в виде нижней цилиндрической части 3, средней конической части 4 и верхней цилиндрической части 5, причем в нижней цилиндрической части размещен футерованный грузовой затвор 2, перекрывающий отверстие диаметром Dy в корпусе 1 защищаемого объекта. К верхней цилиндрической части 5 корпуса клапана крепится узел 6 разрывной мембраны 7 посредством крепежных элементов 8. Затвор 2 не обеспечивает герметичного перекрытия сбросного отверстия защищаемого аппарата 1, он свободно лежит на нем, а слегка прослабленные цепи 9 служат лишь для центровки затвора 2, т.е. для предотвращения его больших смещений относительно сбросного отверстия, причем футерованный грузовой затвор 2 защищает корпус клапана от прогорания в случае высокой температуры в защищаемом аппарате. 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; где Dy - диаметр верхней цилиндрической части 5 корпуса клапана, равный максимальному размеру отверстия корпуса 1 защищаемого объекта; D - диаметр нижней цилиндрической части 3 корпуса клапана.

Устройство взрывозащиты с предохранительным клапаном оснащено мембранным предохранительным устройством 6 типа фланцевого соединения, которое содержит мембранный узел (фиг. 2), который состоит из разрывной мембраны 7 и пары зажимных колец 10 и 11. Мембрана 7 между кольцами зажимается без применения каких-либо прокладок, что обусловливает весьма жесткие требования к качеству уплотнительных поверхностей колец, такие как правильность геометрической формы и высокая чистота обработки. Для удобства сборки мембранного узла во фланцевом соединении кольца скрепляют одно с другим двумя диаметрально расположенными планками 12 и винтами 13. Одно из отверстий под винты в планке имеет продолговатую форму для того, чтобы наличие планок не препятствовало равномерному и герметичному защемлению мембраны между зажимными кольцами при затяжке фланцевого соединения. При этом формы поверхностей колец, контактирующих с фланцами, должны полностью соответствовать форме уплотнительных поверхностей фланцев; конструкция мембранного узла предназначена для установки во фланцах с уплотнительной поверхностью типа «шип - паз». На одной из диаметрально расположенных планок 12 мембранного узла закреплен индикатор безопасности 14 в виде датчика, реагирующего на деформацию, например тензорезистора (тензодатчика), выход которого соединен с усилителем сигнала, например тензоусилителем 15, а выход тензоусилителя 15 соединен со входом устройства 16 оповещения персонала об аварийной ситуации.

В корпусе 1 клапана, в его цилиндрической части 3, граничащей с конической частью 4 клапана, установлена круглая диафрагма 20 с центральным отверстием 26, и с, по крайней мере, тремя отверстиями 21, расположенными в ее периферийной части. В верхней части, покрытой бронированным слоем 17, футерованного грузового затвора 2, осесимметрично корпусу 1 клапана, закреплен, своей нижней частью, стержень 23, верхняя часть которого расположена в центральном отверстии 26 диафрагмы 20.

Между нижней частью круглой диафрагмы 20 и верхней частью футерованного грузового затвора 2, на опорном стержне 23, коаксиально ему установлена втулка 22 из быстроразрушающегося материала, например стекла типа «триплекс», прочность которой рассчитана на определенное избыточное давление в клапане. На боковой поверхности быстроразрушающейся втулки 22 закреплен индикатор безопасности 24 в виде тензорезистора, сигнал с которого по линии связи 25 поступает на тензоусилитель 18, а с него в блок 19 системы оповещения об аварийном режиме, которая позволяет принять соответствующие меры для предотвращения начальной фазы возникновения чрезвычайной ситуации.

Для получения наибольшей эффективности взврывозащиты производственного оборудования мембранный узел имеет параметры, которые находятся в следующих оптимальных интервалах величин: а=D₁/D=1,1÷2,0; b=D₂/D=1,11÷2,4; с=D₂/D₁=1,01÷1,3;

где D - диаметр проходного сечения мембранного узла, равный внутреннему диаметру колец, контактирующих соответственно с фланцами и мембраной, D₁ - наружный диаметр разрывной мембраны, D₂ - внешний диаметр колец, контактирующих с фланцами.

Конструкции разрывных мембран 7 могут быть выполнены с радиальными (фиг. 3), круговыми (фиг. 4) рисками. Радиальные риски более просты в изготовлении, однако такая мембрана часто при срабатывании разрывается по одной-двум рискам и не обеспечивает полного раскрытия проходного сечения. Мембрана с окружной риской (фиг. 4), как правило, раскрывается полностью. Для предотвращения отрыва риску наносят по незамкнутому круговому контуру, при этом со стороны, противоположной источнику давления, у концов риски устанавливают сегментный упор 7, хорда которого стягивает большую дугу окружности чем хорда, соединяющая концы риски, как показано на фиг. 4. Эффективны также мембраны с прорезями (фиг. 5) и отверстиями (фиг. 6). Они всегда двухслойны, так как содержат дополнительно герметизирующую подложку из коррозионностойкого и малопрочного материала.

Устройство взрывозащиты с предохранительным клапаном работает следующим образом.

Давление в защищаемом аппарате воздействует на затвор 2, который перекрывает входное отверстие негерметично и при быстром повышении давления он может приподниматься вверх, насколько позволяет длина удерживающих его цепей 9. При нагружении рабочим давлением мембрана 7 испытывает большие пластические деформации и приобретает ярко выраженный купол, по форме очень близкий к сферическому сегменту. Чаще всего куполообразную форму мембране придают заранее при изготовлении, подвергая ее нагружению давлением, составляющим около 90% от разрывного. При этом фактически исчерпывается почти весь запас пластических деформаций материала, поэтому еще больше увеличивается быстродействие мембраны. При взрывном давлении мембрана испытывает разрывные деформации и разрывается, тем самым обеспечивает полное раскрытие проходного сечения предохранительного устройства для выхода ударной волны и сохранения целостности оборудования.

При срабатывании мембранного предохранительного устройства 6, т.е. при разрыве мембраны 7 и планок 12, срабатывает индикатор безопасности 14 в виде датчика, реагирующего на деформацию разрыва, например тензорезистора, сигнал с которого поступает на усилитель 15 сигнала, а затем на устройство 16 оповещения персонала об аварийной ситуации.

При превышении избыточного давления в клапане, втулка 22 теряет устойчивость, распадаясь на отдельные части, и стержень 23 упирается, через центральное отверстие 26 в диафрагме 20, в индикатор безопасности 24, сигнал с которого по линии связи 25 поступает в тензоусилитель 18, а из него в систему 19 оповещения аварийной ситуации, которая позволяет принять соответствующие меры для предотвращения начальной фазы возникновения чрезвычайной ситуации.

Разрывные мембраны 7 изготавливают обычно из тонколистового проката пластичных металлов, таких как алюминий, никель, нержавеющая сталь, латунь, медь, титан.

Возможен вариант, когда футерованный грузовой затвор 2, подвижно соединяют с корпусом 1 защищаемого объекта посредством кинематической пары 27, например «ходовой винт-гайка», которую снабжают блоком управления 28 кинематической парой 27, сигнал на который поступает от центрального диспетчерского поста 29, соединенного с системой 19 оповещения об аварийной ситуации, при этом диспетчерский пост 29 вырабатывает команду на включение блоком управления 28 кинематической пары 27 на подъем футерованного грузового затвора 2, и через образовавшийся зазор между грузовым затвором 2 и корпусом 1 защищаемого объекта, избыточное давление через отверстие Dy сбрасывается через предохранительный клапан 30, который настраивают таким образом, что это не приводит к включению (срабатыванию) мембранного предохранительного устройства 6, а лишь является дополнительным мероприятием, реагирующим на сравнительно небольшое повышение давления в защищаемом объекте, т.е. является предохранительной защитой, которая не приводит к разрыву мембраны 7 предохранительного устройства 6.