Способ определения необходимого количества горючей жидкости при испытаниях взрывозащитных мембран



Способ определения необходимого количества горючей жидкости при испытаниях взрывозащитных мембран
Способ определения необходимого количества горючей жидкости при испытаниях взрывозащитных мембран
Способ определения необходимого количества горючей жидкости при испытаниях взрывозащитных мембран
Способ определения необходимого количества горючей жидкости при испытаниях взрывозащитных мембран
Способ определения необходимого количества горючей жидкости при испытаниях взрывозащитных мембран
Способ определения необходимого количества горючей жидкости при испытаниях взрывозащитных мембран

 


Владельцы патента RU 2570912:

Кочетов Олег Савельевич (RU)
Стареева Мария Олеговна (RU)

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для взврывозащиты технологического оборудования, в частности защиты аппаратов от разрушения при взрыве горючей смеси разрывной мембраной. Способ испытания взрывозащитных мембран заключается в том, что осуществляют взрыв паров горючей жидкости, взрывной сосуд оснащают узлом крепления мембраны, который устанавливают в торцевой части сосуда, закрытой предохранительным экраном, параллельно с механическим индикатором давления с тумблером включения двигателя индикатора. Взрывную камеру со свечой зажигания, имеющей кнопку включения зажигания, располагают оппозитно торцевой части сосуда, закрытой предохранительным экраном. При этом сосуд комплектуют штуцерами для продувки взрывного сосуда после проведения эксперимента. Штуцер для заливки горючей жидкости с установленной на нем пробкой закрепляют в стенке сосуда над контактами свечи зажигания. Элементы, участвующие в испытании: индикатор давления, свеча зажигания, штуцер для заливки горючей жидкости, штуцера для продувки взрывного сосуда подбирают по прочности на «разрыв», превосходящей прочность исследуемой мембраны не менее чем в два раза. Давление взрыва регистрируют механическим индикатором давления. После каждого эксперимента производят продувку воздухом внутреннего объема сосуда. Необходимую концентрацию смеси паров с воздухом обеспечивают дозировкой жидкости пипеткой через штуцер, который после заливки жидкости закрывают пробкой. Необходимое количество горючей жидкости (например, ацетона C3H6O) для создания стехиометрической концентрации в сосуде рассчитывается по определенной формуле. Изобретение направлено на повышение эффективности защиты технологического оборудования от взрывов за счет увеличения быстродействия мембранного узла и надежности его срабатывания путем сопоставления данных аналитического расчета и экспериментального определения проходного сечения мембраны для конкретного способа ее установки на аппарате. 1 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.

На предприятиях химической промышленности широко применяются аппараты, автоклавы, реакторы и коммуникации, работающие под давлением. Сосуд, работающий под давлением, - это герметически закрытая емкость, предназначенная для ведения химических и тепловых процессов, а также для хранения и перевозки сжатых, сжиженных и растворенных газов и жидкостей под давлением. Опасность эксплуатации таких аппаратов заключается в том, что при потере механической прочности стенок обечайки (коррозия, локальный перегрев, трещины и т.п.) или повышении давления может произойти разрушение (взрыв) сосуда, в результате которого потенциальная энергия сжатой среды переходит в кинетическую энергию разлетающихся осколков.

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 путем сопоставления данных аналитического расчета и экспериментального определения проходного сечение мембраны.

Это достигается тем, что в способе определения необходимого количества горючей жидкости при испытаниях взрывозащитных мембран, заключающемся в том, что во взрывном сосуде осуществляют взрыв паров горючей жидкости посредством воспламенения горючей смеси от электрической искры свечи зажигания, взрывной сосуд оснащают узлом крепления мембраны, который устанавливают в торцевой части сосуда, закрытой предохранительным экраном, параллельно с механическим индикатором давления с тумблером включения двигателя индикатора, а взрывную камеру со свечой зажигания, имеющей кнопку включения зажигания, располагают оппозитно торцевой части сосуда, закрытой предохранительным экраном, при этом сосуд комплектуют штуцерами для продувки взрывного сосуда после проведения эксперимента, причем штуцер для заливки горючей жидкости с установленной на нем пробкой закрепляют в стенке сосуда над контактами свечи зажигания, при этом элементы, участвующие в испытании: индикатор давления, свеча зажигания, штуцер для заливки горючей жидкости, штуцера для продувки взрывного сосуда подбирают по прочности на «разрыв», превосходящей прочность исследуемой мембраны не менее чем в два раза, при этом давление взрыва регистрируют механическим индикатором давления, причем после каждого эксперимента производят продувку воздухом внутреннего объема сосуда, а необходимую концентрацию смеси паров с воздухом обеспечивают дозировкой жидкости пипеткой через штуцер, который после заливки жидкости закрывают пробкой, а привод барабана механического индикатора давления включают тумблером.

На чертеже изображена схема устройства для реализации способа определения необходимого количества горючей жидкости при испытаниях взрывозащитных мембран.

Устройство для осуществления способа определения необходимого количества горючей жидкости при испытаниях 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.

Взрывная камера 5 устройства для осуществления способа расположена соосно и оппозитно торцевой части сосуда 1, закрытой предохранительным экраном 2, и имеет штуцера 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». Штуцера 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, штуцера 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 «слабом звеном системы» для реализации поставленной задачи по определению необходимой площади мембраны для защиты аппаратов от разрушения при взрыве.

Способ определения необходимого количества горючей жидкости при испытаниях взрывозащитных мембран осуществляют 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, штуцера 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 P=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 1, который перед проведением эксперимента должен быть опущен. Время развития взрыва в сосуде определяют при установленной заглушке №1 (без отверстия).

Причиной повышения в сосуде (аппарате) при взрыве горючей смеси является тепловое расширение продуктов сгорания за счет тепла, выделяемого при реакции окисления горючего.

Уравнение окисления стехиометрической смеси

где n O 2 - количество молей кислорода; m N 2 m C O m H 2 O - количество молей азота, углекислоты и воды ( n N 2 = m N 2 = n O 2 3,37 ); Q - теплота сгорания, ккал/(кг-моль).

Если принять, что вся теплота сгорания реакции окисления идет только на нагрев продуктов сгорания, то температуру взрыва Твзр (адиабатическая температура горения) можно определить из теплового баланса реакции окисления стехиометрической смеси:

где С С O 2 C H 2 O C N 2 - теплоемкости продуктов сгорания при температуре взрыва.

Принимаем при Твзр, равной 2000°C,

С С O 2 =11,83 ккал/(кмоль·°C) [0,182 Дж/(кмоль·K)],

С H 2 O о=10,62 ккал/(кмоль·°C) [0,163 Дж/(кмоль·K)](

С N 2 =7,54 ккал/(кмоль·°C) [0,115 Дж/(кмоль·K)].

Порядок проведения эксперимента.

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.

Расчет необходимого количества горючей жидкости (например, ацетона C2H6O) для создания стехиометрической концентрации в сосуде определяется по формуле

где М - молекулярный вес жидкости; Vk - объем сосуда, л; VB - объем воздуха, необходимый для полного сгорания одной молекулы горючей жидкости, л;

где Рбар - барометрическое давление, мм рт.ст.; V0=22,4 л - объем грамм-молекулы воздуха при 0°C и давлении 760 мм рт.ст.

Заливаемый в сосуд объем (см3) исследуемой жидкости

где ρ - плотность жидкости, г/см3.

Жидкость (ацетон) заполняется пипеткой с особой точностью. После заливки жидкости пробку 6 быстро закрыть, предохранительный экран 1 опустить, произвести выдержку в течение 2 мин (±30 с). После этого включить двигатель индикатора давления 11 и нажатием кнопки включения зажигания 9 поджечь горючую смесь в бомбе.

После взрыва выключить двигатель 11, открыть кран 4 для сброса давления, вывернуть втулку 2 и сменить заглушку №1 на диафрагму №2. Открыть кран 10 и продуть сосуд.

Способ испытания взрывозащитных мембран, заключающийся в том, что осуществляют взрыв паров горючей жидкости, взрывной сосуд оснащают узлом крепления мембраны, который устанавливают в торцевой части сосуда, закрытой предохранительным экраном, параллельно с механическим индикатором давления с тумблером включения двигателя индикатора, а взрывную камеру со свечой зажигания, имеющей кнопку включения зажигания, располагают оппозитно торцевой части сосуда, закрытой предохранительным экраном, при этом сосуд комплектуют штуцерами для продувки взрывного сосуда после проведения эксперимента, причем штуцер для заливки горючей жидкости с установленной на нем пробкой закрепляют в стенке сосуда над контактами свечи зажигания, при этом элементы, участвующие в испытании: индикатор давления, свеча зажигания, штуцер для заливки горючей жидкости, штуцера для продувки взрывного сосуда подбирают по прочности на «разрыв», превосходящей прочность исследуемой мембраны не менее чем в два раза, при этом давление взрыва регистрируют механическим индикатором давления, причем после каждого эксперимента производят продувку воздухом внутреннего объема сосуда, а необходимую концентрацию смеси паров с воздухом обеспечивают дозировкой жидкости пипеткой через штуцер, который после заливки жидкости закрывают пробкой, отличающийся тем, что расчет необходимого количества горючей жидкости (например, ацетона C3H6O) для создания стехиометрической концентрации в сосуде определяется по формуле

где М - молекулярный вес жидкости; VK - объем сосуда, л; VB - объем воздуха, необходимый для полного сгорания одной молекулы горючей жидкости, л;


где Рбар - барометрическое давление, мм рт.ст.; V0=22,4 л - объем грамм-молекулы воздуха при 0°C и давлении 760 мм рт.ст., при этом заливаемый в сосуд объем (см3) исследуемой жидкости

где ρ - плотность жидкости, г/см3.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к материаловедению, а именно к способам исследования образцов металлических материалов путем приложения к ним динамической (ударной) кратковременной нагрузки, и может быть использовано для определения вязкости металлических материалов.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к машинам для испытания железобетонных образцов на совместное действие изгибающего и крутящего моментов, создаваемых воздействием кратковременной динамической нагрузки.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения глубины проникания объекта в грунт. Способ включает сбрасывание объекта с носителя и регистрацию параметров его проникания, по крайней мере, двумя сейсмическими датчиками, расположенными на расстоянии друг от друга в зоне вероятного падения объекта.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для проведения экспериментальных исследований свойств материалов в условиях высокоскоростного нагружения.

Изобретение относится к области определения характеристик материалов при ударном нагружении, в частности к способам определения динамического предела текучести грунта при проникании в образец из исследуемого материала ударника при заданной ему средствами разгона скорости.

Способ проверки затяжки сердечника статора электрической машины, содержащей сердечник (2) статора и ротор (3), образующие воздушный зазор (5) между собой, причем способ включает в себя этапы, на которых вводят контрольно-измерительный прибор (12), который соединен с подвижной опорой (10), в воздушный зазор (11), вводят пластину (21) между стальными листами (5) сердечника статора и приводят пластину (21) во вращение, располагают локально контрольно-измерительный прибор (12) и осуществляют локальную проверку определенных зон сердечника (2) статора генератора.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для проведения ударных испытаний. Имитатор преграды содержит металлический ударник со скошенной под заданным углом к направлению его движения плоскостью и обтюратор из полимерного материала.

Изобретение относится к области испытания материалов и может быть использовано для определения сопротивления протяженному вязкому разрушению высокопрочных трубных сталей класса прочности К65 и выше с ударной вязкостью более 2,5 МДж/м2.

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность образцов материалов и изделий. Стенд содержит основание, шаровой ударник, приспособление для сброса ударника, закрепленную на основании направляющую трубу для перемещения в ней ударника, выполненную с двумя параллельными участками различной высоты, соединенными между собой в нижней части коленом, имеющим окно, и поворотную заслонку, перекрывающую окно.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к установкам для ударных испытаний материалов. .

Изобретение относится к предохранительной трубопроводной арматуре и предназначено для защиты объектов технологического оборудования, сосудов и трубопроводов от опасных перегрузок избыточным и/или вакуумметрическим давлением.

Изобретение относится к машиностроению. Установка содержит взрывной сосуд, в котором производится взрыв горючей смеси.

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 воздухоплаванию. Устройство комбинированного газового клапана дирижабля имеет корпус с отверстием и проточной частью для пропуска воздуха, седло клапана с герметичным посадочным поясом, элементы конструкции, создающие возможность совмещенного прямолинейного и вращательного возвратно-поступательного движения тарелки клапана, поводок управления с возможностью углового перемещения посредством присоединенной к проушине поводка тяги приводного механизма. Устройство снабжено дифференциальным поводком, шарнирно закрепленным на торце центрального отверстия корпуса (1) и состоящим из двух звеньев (5,7), которые сочленены между собой посредством общего шарнира (6) и имеют возможность независимого углового поворота хвостовика (3) тарелки клапана (2). Изобретение направлено на обеспечение автоматического и управляемого режима открытия/закрытия клапана. 5 ил.
Наверх