Установка для исследования взрывозащитных мембран



Установка для исследования взрывозащитных мембран
Установка для исследования взрывозащитных мембран
Установка для исследования взрывозащитных мембран
Установка для исследования взрывозащитных мембран
Установка для исследования взрывозащитных мембран
Установка для исследования взрывозащитных мембран
Установка для исследования взрывозащитных мембран
Установка для исследования взрывозащитных мембран
Установка для исследования взрывозащитных мембран

 


Владельцы патента RU 2566573:

Кочетов Олег Савельевич (RU)

Изобретение относится к машиностроению. Установка содержит взрывной сосуд, в котором производится взрыв горючей смеси. Узел крепления мембраны установлен в гнезде взрывного сосуда. В торцевой части сосуда, закрытой предохранительным экраном, имеется механический индикатор давления с тумблером включения двигателя индикатора. Взрывная камера расположена соосно и оппозитно торцевой части сосуда, закрытой предохранительным экраном. Камера имеет штуцеры для продувки взрывного сосуда после проведения эксперимента. В торцевой части взрывной камеры расположена свеча зажигания, имеющая кнопку включения зажигания. Штуцер для заливки горючей жидкости с установленной на нем пробкой закреплен в стенке сосуда и расположен над контактами свечи зажигания. Штуцеры для продувки взрывного сосуда оснащены вентильными устройствами, блокирующими прорыв продуктов взрыва горючей смеси. В торцевой части сосуда, закрытой предохранительным экраном, устанавливается датчик давления, выход которого соединен с усилителем сигнала давления. Сигнал с усилителя поступает на компьютер, в котором осуществляется его запись и вывод сигнала давления на монитор компьютера. Достигается повышение эффективности защиты технологического оборудования от взрывов. 6 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для взврывозащиты технологического оборудования, в частности защиты аппаратов от разрушения при взрыве горючей смеси разрывной мембраной.

Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту является мембранное предохранительное устройство по заявке РФ №2008140149 (прототип), содержащее фланцы и мембранный узел, состоящий из мембраны и пары зажимных колец.

Недостатком известного решения является сравнительно невысокая надежность срабатывания разрывной мембраны.

Технический результат - повышение эффективности защиты технологического оборудования от взрывов за счет увеличения быстродействия мембранного узла и надежности его срабатывания.

Это достигается тем, что в установке для исследования взрывозащитных мембран, содержащей взрывной сосуд, в котором производится взрыв горючей смеси, узел крепления мембраны установлен в гнезде взрывного сосуда параллельно его оси, в торцевой части сосуда, закрытой предохранительным экраном, а параллельно оси узла крепления мембраны, в торцевой части сосуда, закрытой предохранительным экраном, имеется механический индикатор давления с тумблером включения двигателя индикатора, при этом взрывная камера расположена соосно и оппозитно торцевой части сосуда, закрытой предохранительным экраном, и имеет штуцеры для продувки взрывного сосуда после проведения эксперимента, а в торцевой части взрывной камеры, соосно ей, расположена свеча зажигания, имеющая кнопку включения зажигания, выведенную из внутренней части взрывной камеры, при этом штуцер для заливки горючей жидкости с установленной на нем пробкой закреплен в стенке сосуда и расположен над контактами свечи зажигания, а штуцеры для продувки взрывного сосуда оснащены вентильными устройствами, блокирующими прорыв продуктов взрыва горючей смеси, причем элементы, участвующие в испытании: индикатор давления, свеча зажигания, штуцер для заливки горючей жидкости, штуцеры для продувки взрывного сосуда, по прочности на «разрыв» превосходят прочность исследуемой мембраны не менее чем в два раза.

На фиг. 1 изображена схема установки для исследования взрывозащитных мембран, на фиг. 2 - схема узла крепления ее на аппарате во фланцах с уплотнительной поверхностью типа «шип-паз», 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.

Установка для исследования взрывозащитных мембран состоит из взрывного сосуда 1, в котором производится взрыв горючей смеси.

Узел крепления мембраны 3 устанавливается в гнездо взрывного сосуда 1 параллельно его оси, в торцевой части сосуда, закрытой предохранительным экраном 2. Параллельно оси узла крепления мембраны 3, в торцевой части сосуда, закрытой предохранительным экраном 2, устанавливается механический индикатор 11 давления с тумблером 12 включения двигателя индикатора.

Возможен вариант, когда в торцевой части сосуда 1, закрытой предохранительным экраном 2, устанавливается датчик давления (на чертеже не показано), например на тензорезисторах, выход которого соединен с усилителем сигнала давления, сигнал с которого поступает на компьютер, в котором осуществляется его запись и вывод сигнала давления на монитор компьютера.

Взрывная камера 5 устройства для осуществления способа расположена соосно и оппозитно торцевой части сосуда 1, закрытой предохранительным экраном 2, и имеет штуцеры 4 и 10 для продувки взрывного сосуда 1 после проведения эксперимента. В торцевой части взрывной камеры 5, соосно ей, расположена свеча зажигания 8, имеющая кнопку 9 включения зажигания, выведенную из внутренней части взрывной камеры 5. Штуцер 7 для заливки горючей жидкости с установленной на нем пробкой 6 закреплен в стенке сосуда 1 и расположен над контактами свечи зажигания 8. Толщина пробки 6 с элементами ее крепления к штуцеру 7 эквивалентна толщине стенок сосуда 1 по прочностным характеристикам на «разрыв». Штуцеры 4 и 10 для продувки взрывного сосуда 1 оснащены вентильными устройствами (на чертеже не показано), блокирующими прорыв продуктов взрыва горючей смеси.

Таким образом, устройство для осуществления способа определения необходимой площади мембраны оснащено элементами, участвующими в испытании (индикатор 11 давления, свеча зажигания 8, штуцер 7 для заливки горючей жидкости, штуцеры 4 и 10 для продувки взрывного сосуда) по прочности на «разрыв», превосходящей прочность исследуемой мембраны не менее чем в два раза, т.е. испытуемая мембрана 3 в этом устройстве является «слабым звеном системы» для реализации поставленной задачи по определению необходимой площади мембраны для защиты аппаратов от разрушения при взрыве.

Установка для исследования взрывозащитных мембран работает следующим образом.

Взрывной сосуд 1 оснащают узлом крепления мембраны 3, который устанавливают в торцевой части сосуда, закрытой предохранительным экраном 2, параллельно с механическим индикатором 11 давления с тумблером 12 включения двигателя индикатора, а взрывную камеру 5 со свечой зажигания 8, имеющей кнопку 9 включения зажигания, располагают оппозитно торцевой части сосуда 1, закрытой предохранительным экраном 2, при этом сосуд 1 комплектуют штуцерами 4 и 10 для продувки взрывного сосуда 1 после проведения эксперимента, причем штуцер 7 для заливки горючей жидкости с установленной на нем пробкой 6 закрепляют в стенке сосуда 1 над контактами свечи зажигания 8.

При этом элементы, участвующие в испытании: индикатор 11 давления, свеча зажигания 8, штуцер 7 для заливки горючей жидкости, штуцеры 4 и 10 для продувки взрывного сосуда, подбирают по прочности на «разрыв», превосходящей прочность исследуемой мембраны не менее чем в два раза.

Воспламеняют горючую смесь от электрической искры, которая образуется подачей высокого напряжения на свечу зажигания 8. Давление взрыва регистрируют механическим индикатором давления 11. Запись давления производят на специальной бумаге в виде зависимости давления Р=f(τ) (время).

После каждого эксперимента производят продувку воздухом внутреннего объема сосуда насосом через штуцер 10 при открытом штуцере 4. Необходимую концентрацию смеси паров с воздухом обеспечивают дозировкой жидкости пипеткой через штуцер 7. После заливки жидкости штуцер 7 закрывают пробкой 6. Привод барабана механического индикатора давления 11 включают тумблером 12, при этом осуществляется запуск электродвигателя, который вращает барабан записывающего устройства индикатора давления 11.

Мембраны (диафрагмы) имеют различные диаметры отверстий для сброса давления, развиваемого при взрыве. Первая диафрагма (заглушка) сплошная, без отверстия, вторая имеет отверстие диаметром d=5 мм, третья - d=10 мм, четвертая - d=15 мм, пятая - d=20 мм. При установке диафрагм №2, 3, 4, 5 продукты сгорания выбрасываются через отверстие этих диафрагм. Защита обслуживающего персонала от ожога раскаленными продуктами сгорания, выбрасываемыми через отверстие диафрагмы, осуществляется предохранительным экраном 2, который перед проведением эксперимента должен быть опущен. Время развития взрыва в сосуде определяют при установленной заглушке №1 (без отверстия).

Перед началом эксперимента сосуд необходимо продуть воздухом с помощью насоса через штуцер 4 при открытом штуцере 10. Продувку производить тридцатью качаниями насоса. После продувки установить заглушку №1 и закрепить втулкой 2. Краны 10 и 4 закрыть. Через штуцер 7 залить в сосуд определенное количество жидкости, соответствующее стехиометрической концентрации.

Мембранное предохранительное устройство (фиг. 2) типа фланцевого соединения содержит мембранный узел, который состоит из мембраны 13 и пары зажимных колец 14 и 15. Мембрана 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 16 и винтами 17. 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.

Предложенная конструкция мембранного узла предназначена для установки во фланцах с уплотнительной поверхностью типа «шип-паз».

Предлагаются конструкции разрывных мембран 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 6, 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.

Разрывные мембраны изготавливают обычно из тонколистового проката пластичных металлов, таких как алюминий, никель, нержавеющая сталь, латунь, медь, титан, монель и др. Известны случаи применения неметаллических мембран из полиэтиленовой и фторопластовой пленок, из бумаги, картона, паронита, асбеста и даже из фанеры. Однако эти материалы характеризуются очень нестабильными механическими свойствами, мембраны из них имеют большой разброс давления срабатывания и для широкого использования не рекомендуются, хотя в некоторых случаях их применение является единственно возможным. Обычно это мембраны больших размеров (диаметром около метра и более), иногда квадратной или прямоугольной формы и с весьма низким давлением срабатывания, т.е. предназначенные для взрывозащиты малопрочного оборудования. Применение асбеста оправдывается высокой температурой внутри оборудования, т.е. в случае взрывозащиты топок, печей и других высокотемпературных реакторов.

Для получения наибольшей эффективности взрывозащиты 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. При нагружении рабочим давлением мембрана 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, т.е. мембраны должны начать вскрываться при давлении Δрвск<Δрдоп. Обычно Δрвск=1,5÷2,5 кПа, Δрдоп=3÷5 кПа. До момента вскрытия давление в исследуемом объеме изменяется так же, как в замкнутом объеме.

Это достижимо, если к моменту образования сплошного проема τсп прирост объема горючего газа за счет горения не будет превосходить объема газа (холодного или горячего), вытекающего из раскрывающихся отверстий, т.е. для эффективной работы мембраны, время образования сплошного отверстия (полное сечение) τсп не должно превосходить время τо горения ГВС, т.е. надежно вскрывается на полное сечение при давлении Δрвск=Δрдоп.

Таким образом, процесс формирования нагрузки при взрывном горении ГВС можно разделить на три этапа:

- горение ГВС в замкнутом объеме;

- горение ГВС с одновременным истечением газа через отверстия, образующиеся при вскрытии мембран;

- истечение газа через полное сечение после окончания горения ГВС.

Пример расчета выполнен как аналог замкнутого объема, например помещения, где ПК - это взрывозащитная мембрана

При разгерметизации технологического блока в здании может распространиться 18 кг газообразного этилена. Определить площадь проемов для ПК и основные характеристики ПК.

Исходные данные:

Характеристика газа: С2Н4; ε=8,11; wн=0,74 м/с; ρ=1,23 кг/м3;

Характеристика помещения: L=12 м, В=9 м, Н=12 м;

Коэффициент свободного объема помещения: kсв=0,8;

Общая площадь оконных и дверных проемов: Fo=30 м2.

Методика Расчета:

1) определяем параметры взрыва при дефлаграционном горении внутри здания

С достаточно высокой точностью, приемлемой для практических расчетов, давление, возникающее при дефлаграционном горении ГВС в зависимости от степени заполнения замкнутого объема, можно определять по формуле:

где Δрmax - максимальное избыточное давление в замкнутом объеме при полной загазованности помещения;

z - коэффициент участия горючего во взрыве, для горючих газов принимается z=0,5;

kн - коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса, kн=3;

ρг - плотность газа в помещении при нормальных условиях, кг/м3;

ρг=4,4×10-2×Мµ; например для С2Н4 ρг=4,4×10-2×28=1,23 кг/м3;

Мµ - молярная масса вещества, кг/моль; например для С2Н4

Мµ=2×12+4×1=28 кг/моль.

m′ - величина, зависящая от соотношения объемов ГВС и помещения, причем не превышающая значения единицы, что означает выполнение условия: VГВС≤VО;

где ma - масса газа, выбрасываемая в помещение при разгерметизации аппарата, кг;

где mk - масса газа, выбрасываемая в помещение из подводящего трубопровода до полного отключения задвижек, кг;

τз - время закрытия задвижек, с;

Ав - кратность воздухообмена аварийной вентиляции, ч-1;

ссх - стехиометрическая концентрация горючего вещества, определяемая по формуле

где β - коэффициент кислорода в реакции горения, который вычисляется по формуле

где nC, nH, nO, nX - число атомов соответственно углерода, водорода, кислорода и галогенов (хлора, брома, йода, фтора и др.).

Для углеводородных ГВС

β=nC+0,25nH

Степень загазованности помещения µ определяется из выражения:

Время окончания горения определяется по формуле

где α - коэффициент интенсификации горения, учитывающий закономерности взаимодействия потока газа с преградами: α=2÷15, причем при отсутствии в помещении преград α=2.

Время окончания горения τо не совпадает со временем спада давления в помещении τк, так как через щели и другие неплотности происходит истечение газов, которое определяет конечное время горения, при этом отношение этих величин лежит в интервале: τок=0,2÷0,4.

Решение:

Дано: ma=28,5 кг; mk=1,8 кг; Ав=8 ч-1; τз=300 с;

Δpmax=pok(εp-1)=100×1,3×(8,11-1)=924 кПа,

где ро=100 кПа; k=1,3; εр=8,11; kн=3.

L=12 м, В=9 м, Н=12 м, kсв=0,8, wн=0,74 м/с, α=2.

Vo=0,8 Vп м3=0,8×12×9×12=1037 м3.

β=nC+0,25nH=2+0,25×4=3

Установка для исследования взрывозащитных мембран, содержащая взрывной сосуд, в котором производится взрыв горючей смеси, узел крепления мембраны установлен в гнезде взрывного сосуда параллельно его оси, в торцевой части сосуда, закрытой предохранительным экраном, а параллельно оси узла крепления мембраны, в торцевой части сосуда, закрытой предохранительным экраном, имеется механический индикатор давления с тумблером включения двигателя индикатора, при этом взрывная камера расположена соосно и оппозитно торцевой части сосуда, закрытой предохранительным экраном, и имеет штуцеры для продувки взрывного сосуда после проведения эксперимента, а в торцевой части взрывной камеры, соосно ей, расположена свеча зажигания, имеющая кнопку включения зажигания, выведенную из внутренней части взрывной камеры, при этом штуцер для заливки горючей жидкости с установленной на нем пробкой закреплен в стенке сосуда и расположен над контактами свечи зажигания, а штуцеры для продувки взрывного сосуда оснащены вентильными устройствами, блокирующими прорыв продуктов взрыва горючей смеси, причем элементы, участвующие в испытании: индикатор давления, свеча зажигания, штуцер для заливки горючей жидкости, штуцеры для продувки взрывного сосуда, по прочности на «разрыв» превосходят прочность исследуемой мембраны не менее чем в два раза, отличающаяся тем, что в торцевой части сосуда, закрытой предохранительным экраном, устанавливается датчик давления, выход которого соединен с усилителем сигнала давления, а сигнал с которого поступает на компьютер, в котором осуществляется его запись и вывод сигнала давления на монитор компьютера.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к оборудованию для испытаний приборов на вибрационные и ударные воздействия. Способ заключается в установке двух одинаковых исследуемых объектов на различных системах их виброизоляции и проведении измерений их амплитудно-частотных характеристик.

Изобретение относится к испытательному оборудованию и может быть использовано для исследования систем виброизоляции. Стенд содержит основание, на котором расположены дополнительные плиты с закрепленными на них виброизолируемыми аппаратами, и регистрирующая аппаратура.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для взрывозащиты технологического оборудования, в частности защиты аппаратов от разрушения при взрыве горючей смеси разрывной мембраной.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к установке для исследования взрывозащитных мембран. Установка для исследования взрывозащитных мембран содержит взрывной сосуд.

Изобретение относится к нагружающим устройствам для создания кратковременных интенсивных импульсов давления и может быть использовано для определения механических свойств материалов в экстремальных условиях нагружения (высокие давления и скорости деформирования).Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное изобретение, является создание электровзрывного устройства, снимающего ограничения по форме испытываемого образца и расширяющего область его использования с возможностью профилирования импульса давления по поверхности нагружения для воспроизведения распределенных по амплитуде импульсных нагрузок.

Изобретение относится к области испытания материалов при ударных нагрузках и может быть использовано для получения информации о механических свойствах материалов при кратковременном интенсивном воздействии.

Изобретение относится к области проведения испытаний и измерений и позволяет исследовать влияние температуры нагрева образца на его физические и механические свойства, изменяющиеся при воздействии плоскими ударными волнами.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для исследования механических свойств материалов при ударных нагрузках. .

Изобретение относится к области динамических (ударных) испытаний узлов изделий, преимущественно узлов ракетных и артиллерийских снарядов. .

Изобретение относится к испытаниям материалов при импульсном, ударном нагружении. .

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для взврывозащиты технологического оборудования в случае возникновения чрезвычайной ситуации. Взрывозащитное устройство с разрывной мембраной содержит корпус клапана, затвор, разрывной элемент.

Группа изобретений относится к арматуростроению и предназначена в качестве разрывного диска для использования в предохранительных устройствах для защиты систем высокого давления.

Группа изобретений относится к предохранительной технике и предназначена в качества средства для сброса избыточного давления для использования в санитарных областях применения.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к установке для исследования взрывозащитных мембран. Установка для исследования взрывозащитных мембран содержит взрывной сосуд.

Предложен индикатор (24) разрыва для использования в сборке (12) разрывного диска. Индикатор (24) разрыва содержит не проводящий электричество материал, имеющий наружную кольцевую часть (66) и внутреннюю секцию (68), присоединенную к наружной части парой перемычек (70, 72).

Группа изобретений относится к арматуростроению и предназначена для использования в предохранительных устройствах для защиты систем высокого давления. Имеются предохранительный разрывной диск обратного действия и способы его образования.

Изобретение относится к устройствам для регулирования расхода среды (воздуха) и может быть использовано в промышленности и энергетике, в частности в системах отвода остаточных тепловыделений АЭС.

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для использования в клапанах, работающих в условиях высоких температур и давлений, при их транспортировке.

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для взврывозащиты технологического оборудования. Взрывозащитный клапан содержит корпус клапана, затвор, теплоизолирующий и разрывной элементы, футерованный грузовой затвор.

Группа изобретений относится к арматуростроению и предназначена для защиты устройств от избыточного давления. Клапан для регулирования потока текучей среды под давлением вдоль пути, ведущего из ограниченного пространства, включает в себя корпус клапана с проточным каналом сквозь него, прогибающийся в обратном направлении разрывной диск в корпусе клапана в обычно блокирующем расположении по отношению к потоку текучей среды через канал и выборочно приводимое в действие устройство, находящееся на корпусе клапана вблизи выпуклой поверхности диска.

Изобретение относится к предохранительной трубопроводной арматуре и предназначено для защиты объектов технологического оборудования, сосудов и трубопроводов от опасных перегрузок избыточным и/или вакуумметрическим давлением. Предохранительное мембранное устройство содержит хлопающую мембрану, закрепленную между двумя зажимными фланцами. Со стороны вогнутой части хлопающей мембраны напротив ее вершины закреплено нерабочими сторонами режущее средство. Это средство содержит четыре плоских ножа и два дополнительных ножа. Ножи равномерно расположены по окружности вокруг центральной оси хлопающей мембраны. Каждый нож выполнен в форме прямоугольного треугольника, больший катет которого имеет режущую кромку пилообразной формы. Другой катет снабжен двумя прямоугольными выступами для крепления в кольцевой проточке нижнего зажимного фланца и в соответствующем пазу стопорного прижимного кольца. В упомянутом прижимном кольце для этого выполнены пазы по числу ножей и крепежные отверстия на одной оси с крепежными отверстиями верхнего и нижнего зажимных фланцев. Изобретение направлено на обеспечение безосколочного срабатывания устройства за счет повышения прочности сцепления разрезанных лепестков хлопающей мембраны по линии зажима кольцевой части. 7 ил.
Наверх