МЕМБРАННОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к предохранительным устройствам и может быть применено в пневматических и гидравлических системах при аварийном повышении давления.

Известны предохранительные мембранные устройства, защищающие пневмосистемы от повышенных давлений и, одновременно, исключающие образование осколков при разрушении мембраны. При рассмотрении патентных материалов были выявлены наиболее близкие аналоги изобретения:

1. Разрушаемая мембрана. Патент РФ №2018757, МПК⁶ F 16 K 17/40, публикация 30.08.94, Б.И.№16.

Мембрана выполнена в форме диска с утолщением в центре и утонением по периметру утолщения в виде незамкнутого кольца с прямолинейными концевыми участками, образующими радиальную перемычку в периферийной части диска. При разрушении мембрана прорывается по кольцевому утонению и зависает на радиальной перемычке, не образуя осколков.

2. Разрушаемая мембрана. Авторское свидетельство СССР №496415, МПК⁶ F 16 K 17/16, публикация 25.12.75, Б.И.№47.

Разрушаемая мембрана выполнена в виде сплошного диска, снабженного локализирующей накладкой с внутренним вырезом в виде лепесткового контура, что обеспечивает локальное разрушение мембраны без образования осколков.

Общими недостатками аналогов является ненадежность конструкций, обусловленная сложными конструкциями мембран (разнотолщинностью, наличием локализирующей накладки). Вследствие этого конструкции не обеспечивают стабильного давления разрушения мембраны и постоянного проходного сечения после разрушения мембраны, что может быть очень существенным при выпуске сложной рабочей среды, например, суспензий, консистентных смазок или газовзвесей.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является предохранительный клапан по авторскому свидетельству СССР №289245, МПК⁶ F 16 K 17/40, публикация 08.12.70, Б.И.№1,1971 г. Клапан содержит закрепленную в корпусе металлическую мембрану в виде диска, исполнительное устройство для ее разрушения, выполненное в виде поршня, снабженного герметизирующим и теплозащитным элементами, полость для вывода рабочей среды в манжетной гайке, в которой соосно установлен отбойник и выполнены выводные каналы. Конструкция устройства обеспечивает улавливание срезаемой мембраны и поршня, гашение ударов поршня и вывод газа.

К недостаткам конструкции устройства следует отнести ее ненадежность и сложность из-за наличия подвижного уплотняемого поршня, который, к тому же, при случайных ударах вдоль оси устройства, может самопроизвольно срезать мембрану. Кроме того, устройство не обеспечивает стабильного давления разрушения вследствие возможного проскока рабочей среды за поршень.

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности срабатывания и упрощение конструкции мембранного устройства.

При использовании предлагаемого изобретения достигается следующий технический результат:

1) надежность срабатывания и безосколочного разрушения мембраны в широком диапазоне изменения ее толщины и диаметра, а также эксплуатационных факторов (давлений, механических и климатических нагрузок);

2) надежность герметизации мембраны;

3) надежность улавливания случайных осколков мембраны;

4) простота и компактность конструкции.

Решение поставленной задачи и указанный технический результат достигаются тем, что в известном мембранном устройстве, содержащем корпус с закрепленной в нем мембраной и полостью для вывода рабочей среды, в которой соосно установлен отбойник и выполнены выводные каналы, согласно предлагаемому изобретению:

1) между мембраной и полостью для вывода рабочей среды расположена полость для прорыва мембраны;

2) полость для прорыва мембраны выполнена в виде усеченного конуса, большее основание которого примыкает к мембране, а высота составляет не менее 0,2 и не более 0,4 диаметра большего основания;

3) полость для вывода рабочей среды расположена коаксиально отбойнику;

4) выводные каналы расположены у основания отбойника;

5) напротив выводных каналов, по периферии полости для вывода рабочей среды, сформированы глухие зоны для удержания случайных осколков мембраны.

Кроме того, закрепляющий мембрану элемент может быть выполнен составным с возможностью перемещения его составных частей относительно друг друга по сопрягаемым сферическим поверхностям, при этом составные части скреплены между собой с помощью неразборного цангового соединения.

Выполнение между мембраной и полостью для вывода рабочей среды полости для прорыва мембраны в виде усеченного конуса, с выбранной высотой конуса (не менее 0,2 и не более 0,4 диаметра большего основания конуса), обеспечивает необходимую и достаточную вытяжку и формирование мембраны перед разрушением и ее раскрытие после разрушения в виде лепесткового контура с высокой надежностью против образования осколков. После раскрытия мембрана остается на конусной поверхности.

Отсутствие в устройстве каких-либо специальных элементов для прорыва мембраны (поршня, локализирующей накладки, утонения, прокалывающего элемента и т.п.) повышает надежность срабатывания устройства и стабилизирует давление разрушения мембраны вследствие уменьшения влияния конструктивных факторов.

Расположение полости для вывода рабочей среды коаксиально отбойнику с выполнением выводных каналов у основания отбойника позволяет значительно уменьшить габариты устройства. При прорыве мембраны поток рабочей среды направляется на отбойник, в результате чего происходит изменение направления потока, при обтекании отбойника возникают центробежные силы, под действием которых возможные осколки мембраны выносятся на периферию полости, где надежно удерживаются, а рабочая среда выводится из полости через выводные каналы у основания отбойника.

Выполнение закрепляющего мембрану элемента составным с возможностью перемещения составных частей относительно друг друга по сферическим сопрягаемым поверхностям обеспечивает надежное поджатие и герметизацию мембраны в устройстве с возможностью компенсации технологических неточностей его изготовления.

Скрепление составных частей с помощью цангового соединения обеспечивает надежность срабатывания устройства, а также уменьшение его габаритов, упрощение конструкции и технологии его изготовления и сборки.

На чертеже 1 представлена схема заявляемого устройства, где мембрана 1 закреплена в корпусе 2 с помощью манжетной гайки 3 с поджимающим кольцом 4. За мембраной 1 размещена полость для прорыва мембраны 5 в виде усеченного конуса. В манжетной гайке 3 размещена полость 8 для вывода рабочей среды, в которой коаксиально установлен отбойник 6. У основания отбойника 6 выполнены выводные каналы 7, а по периферии полости 8 расположены зоны 9 для улавливания возможных осколков мембраны.

Составные части манжетной гайки 3 скреплены с помощью цангового соединения 10 с возможностью их относительного перемещения по сферическим сопрягаемым поверхностям 11.

Мембранное устройство работает следующим образом. При повышении давления перед мембраной 1 происходит ее вытяжка в полость прорыва 5 и ее формирование на усеченной конусной поверхности. При достижении предельного давления мембрана 1 прорывается с раскрытием в форме лепесткового контура. В случае образования осколков мембраны рабочей средой они выносятся в полость вывода 8, обтекают с рабочей средой отбойник 6 и центробежными силами выносятся на периферию полости 8, где удерживаются в специальных зонах 9, при этом рабочая среда выходит через выводные каналы 7, расположенные у основания отбойника 6. После замены мембраны 1 устройство готово к повторному использованию.

При отработке данное мембранное устройство подтвердило свою высокую эффективность и надежность в условиях перепада температур до 100°С, при этом при многократных разрушениях мембран, выполненных из пластичных материалов, в том числе из алюминия А5, АМц, под давлением газовой среды или газовзвесей (с размерами частиц до 150 мкм):

а) практически не замечено образование осколков;

б) давление разрушения мембран стабильно, его стабильность не зависит от характеристик мембран в широком диапазоне изменения их толщин, диаметров, марки пластичного материала и его состояния (с термообработкой или без термообработки).