Предохранительное мембранное устройство



Предохранительное мембранное устройство
Предохранительное мембранное устройство
Предохранительное мембранное устройство
Предохранительное мембранное устройство
Предохранительное мембранное устройство

 


Владельцы патента RU 2575186:

Акционерное общество "Опытное Конструкторское Бюро Машиностроения имени И.И. Африкантова" (АО "ОКБМ Африкантов") (RU)

Изобретение относится к области машиностроения и может быть преимущественно использовано в предохранительных устройствах мембранного типа. В корпусе предохранительного мембранного устройства размещены разрывной элемент и сильфонный привод, включающий в себя шток, сильфон, подпружиненный фиксирующий механизм расцепляющегося типа. Разрывной элемент выполнен в виде мембранного узла, состоящего из соединенных кольцевой фасонной мембраной неподвижной части, герметично соединенной с корпусом, и подвижной части, выполненной в виде стакана, имеющего в бортовой части продольные прорези и цилиндрическую ножевую поверхность в донной части. В противоположном от мембраны конце обе части выполнены взаимодействующими друг с другом посредством конического бурта стакана и внутренней конической поверхности неподвижной части. К нижней плоскости донной части стакана прикреплен ограничитель с осевым зазором по отношению к нижнему торцу нижней резьбовой втулки неподвижной части мембранного узла. Во внутреннюю расточку стакана входит запирающая втулка. Кинематическая связь штока с запирающей втулкой осуществлена за счет установки во втулку штифтов, входящих в паз штока. Осевой зазор между торцами штока и запирающей втулки превышает ход штока, необходимый для срабатывания сильфонного привода. Изобретение направлено на разгрузку мембраны от действия давления среды предохраняемой системы. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано преимущественно в предохранительных устройствах мембранного типа, работающих при высоких параметрах предохраняемой среды и высоких требованиях по надежности, например, в атомных энергетических установках для защиты от превышения давления систем с потенциально опасной средой.

Необходимость применения предохранительных мембранных устройств (далее по тексту - УПМ) в атомных энергетических установках обусловлена жесткими требованиями по герметичности защищаемого контура по отношению к внешней среде, точности срабатывания и надежности в работе.

Известны разрывные мембраны прямого действия, срабатывающие непосредственно от усилия, развиваемого давлением предохраняемой среды мембранного устройства (SU 1213300 F16K 17/16, опубл. 23.02.1986 г., SU 1057733 F16K 17/16, опубл. 30.11.1983 г., SU 1569494 A1 F16K 17/16, опубл. 07.06.90 г., US 4,819,823 F16K 17/40, опубл. 11.04.1989 г., US 4,830,052 F16K 17/40, опубл. 16.05.1989 г.).

Существенными недостатками, ограничивающими применение данных конструкций в рассматриваемой области техники являются: невозможность использования при высоких уровнях давления предохраняемой системы, недостаточная точность срабатывания, невозможность определения фактического давления срабатывания без обрыва мембраны, невозможность блокирования при проведении гидроиспытаний полости предохраняемой среды и невозможность проведения гидроиспытаний замембранной полости.

Известны предохранительные мембранные устройства, в которых применена куполообразная мембрана, имеющая два устойчивых состояния, которая является техническим средством, реагирующим на уровень давления в предохраняемой системе и приводящим в действие внешний силовой привод для разрушения основной мембраны (RU 2219406 С2 F16K 17/14, опубл. 20.12.2003 г., RU 2220348 С2 F16K 17/14, опубл. 27.12.2003 г.). В данной конструкции обеспечивается дискретный характер срабатывания, но недостатки, описанные выше, распространяются и на эти конструкции, кроме того, использование внешнего привода противоречит базовым принципам, действующим в атомной энергетике.

В предохранительном клапане с разрушаемой мембраной по а.с. СССР № SU 1576761 A1 F16K 17/16, опубл. 07.07.1990 г. мембрана выполняет двоякую роль: герметизация предохраняемого объема и роль чувствительного элемента, реагирующего на давление предохраняемой среды и приводящего в действие пружинный привод разрушения мембраны. Данная конструкция позволяет производить прямую настройку на давление срабатывания, обеспечивает требуемую точность срабатывания, однако мембрана в ней не защищена от циклических нагружений мембраны при нормальной работе вследствие колебания величины давления предохраняемой среды, что снижает ее надежность. Кроме того, срезание мембраны осуществляется не усилием, развиваемым предохраняемой средой, а пружиной, что также противоречит поставленным задачам. По этим причинам данное конструктивное решение не может быть принято.

Мембранное предохранительное устройство по патенту РФ №2214543 С1 F16K 17/16, опубл. 20.10.2003 г. освобождает мембрану от циклических нагружений мембраны при нормальной работе вследствие колебания величины давления предохраняемой среды, однако величина давления срабатывания в этой конструкции определяется усилием обрыва контрольного стержня (штифта), которое зависит от фактических механических характеристик металла и допусков на изготовление. Это относится также и к предохранительному устройству для сосуда давления по патенту РФ №2272207 F16K 17/14, опубл. 20.03.2006 г.

Наиболее близким аналогом предлагаемой конструкции, являющимся ее прототипом, является предохранительный клапан по патенту РФ №1356631 F16k 17/14, опубл. 11.03.1986 г., в корпусе которого размещен нагруженный через опору шток, концентрично которому установлен соединенный своими торцами со штоком и корпусом сильфон, передающий давление рабочей среды через шток на разрывной элемент с ослабленным сечением, и на внутренней поверхности корпуса выполнена расточка, опора пружины выполнена в виде стакана, дно которого соединено со штоком, а наружная поверхность его венца снабжена коническим буртом, причем механизм разгрузки пружины выполнен в виде радиально установленных и заключенных в сепаратор цилиндрических или призматических элементов, торцы которых наклонены под углом к образующей и контактируют соответственно с буртом венца стакана и стенкой корпуса, а пружина своим торцом оперта на сепаратор.

Данная конструкция удовлетворяет требованиям по гарантированной герметичности предохраняемого контура до момента срабатывания, по точности срабатывания, по возможности настройки и регулирования давления срабатывания, по обеспечению возможности проверки работоспособности при эксплуатации.

Однако пропускная способность этой конструкции ограничена диаметром отверстия обрываемого стержня, большие величины расходов она не может обеспечить.

Целью изобретения с учетом высокого уровня давления в основных циркуляционных контурах атомных энергетических установок является разгрузка мембраны от действия давления среды предохраняемой системы, позволяющая применять тонкостенные оболочки в качестве материала для полнопроходной мембраны, а также разгрузка от действия давления со стороны полости сброса, позволяющая обеспечить возможность проведения гидроиспытаний замембранной полости в процессе работы установки с целью проверки герметичности мембраны в процессе эксплуатации УПМ.

Поставленная цель достигается тем, что в известном предохранительном мембранном устройстве, в корпусе которого размещены разрывной элемент и взаимодействующий с ним сильфонный привод, включающий в себя шток, сильфон, соединенный с корпусом и штоком, подпружиненный фиксирующий механизм расцепляющегося типа, разрывной элемент выполнен в виде мембранного узла, состоящего из соединенных кольцевой фасонной мембраной неподвижной части, герметично соединенной с корпусом, и подвижной части, выполненной в виде стакана, имеющего в бортовой части продольные прорези и цилиндрическую ножевую поверхность в донной части, в противоположном от мембраны конце обе части выполнены взаимодействующими друг с другом посредством конического бурта стакана и внутренней конической поверхности неподвижной части, а к нижней плоскости донной части стакана прикреплен ограничитель с осевым зазором по отношению к нижнему торцу нижней резьбовой втулки неподвижной части мембранного узла, обеспечиваемым запасом по упругости мембраны в осевом направлении, во внутреннюю расточку стакана входит запирающая втулка, а кинематическая связь штока с запирающей втулкой осуществлена за счет установки во втулку штифтов, входящих в паз штока, а осевой зазор между торцами штока и запирающей втулки превышает ход штока, необходимый для срабатывания сильфонного привода.

Профиль кольцевой фасонной мембраны образован коническим участком, преходящим в плоские участки со скруглениями в переходах.

Неподвижная часть мембранного блока выполнена в виде двух свинченных между собой цилиндрических резьбовых втулок, причем верхняя втулка ввинчена в корпус и заваривается усиковым сварным швом, а нижняя втулка ввинчена в верхнюю втулку до упора в ее торец через плоский участок мембраны.

В верхней части запирающей втулки предусмотрен бурт, нижний торец которого в исходном состоянии устройства оперт на торец резьбовой втулки, ввинченной в крышку.

Верхняя граница паза штока выбрана из условия обеспечения на пружине усилия предварительного затяга, обеспечивающего неподвижность элементов механизма при рабочих режимах работы.

На фиг. 1-5 представлено схематическое изображение УПМ.

УПМ состоит из следующих основных составных частей: корпус 1, сильфонный привод 2, мембранный узел 3, соединительные и крепежные элементы.

Корпус 1 представляет собой цилиндрическое тело с внутренней рабочей полостью для предохраняемой среды. В корпусе 1 имеются верхний входной 4 и нижний выходной 5 патрубки, а также полость 6 в донной части для размещения подвижной части 7 мембранного узла 3 после срабатывания УПМ. Для герметичного соединения корпуса 1 с крышкой 10 предусмотрены необходимые пристыковочные элементы.

Сильфонный привод 2 выполняет функцию чувствительного механизма, реагирующего на давление в предохраняемой системе и вырабатывающего при недопустимом росте давления дискретный силовой рабочий импульс для срабатывания УПМ.

В состав сильфонного привода 2 входят крышка 10, шток 8, сильфон 9, подпружиненный фиксирующий механизм расцепляющегося типа 11, запирающая втулка 17.

Сильфон 9 герметично соединен с нижней частью штока 8 и крышкой 10. Совместно с корпусом 1 и крышкой 10 сильфон 9 замыкает рабочую полость 6 корпуса 1, находящуюся под давлением предохраняемой системы.

Подпружиненный фиксирующий механизм расцепляющегося типа 11 выполнен, например, в виде радиально установленных и заключенных в сепаратор 12 толкателей 13, торцы которых наклонены под углом к образующей и контактируют соответственно с конической поверхностью 14, предусмотренной на упоре 15, установленном на верхнем конце штока 8, и стенкой расточки крышки 10, а пружина 16 одним торцом оперта в сепаратор 12, а другим - в расточку крышки

Запирающая втулка 17 кинематически сочленена телескопическим соединением с нижним концом штока 8 с возможностью относительного осевого перемещения.

Кинематическая связь штока 8 с запирающей втулкой 17 осуществлена за счет установки в запирающую втулку 17 штифтов 18, входящих в паз штока 8, причем осевой зазор В между торцами штока 8 и запирающей втулки 17 превышает ход штока 8, необходимый для срабатывания сильфонного привода 2.

Верхняя граница паза штока выбрана из условия обеспечения на пружине усилия предварительного затяга, обеспечивающего неподвижность элементов механизма при рабочих режимах работы.

В верхней части запирающей втулки 17 предусмотрен бурт 19, нижний торец 20 которого в исходном состоянии УПМ оперт на торец 21 резьбовой втулки 22, ввинченной в крышку 10, что обеспечивает ограничение захода запирающей втулки 17 в расточку мембранного узла 3 и, соответственно, минимизацию хода штока 8.

Мембранный узел 3, выполняющий функцию разрывного элемента, предназначен для обеспечения до момента срабатывания герметичности защищаемого контура.

В состав мембранного узла 3 входят фасонная кольцевая мембрана 23, неподвижная часть 24, подвижная часть 7 и ограничитель 29.

Профиль фасонной кольцевой мембраны 23 образован коническим участком, переходящим в плоские участки со скруглениями в переходах.

По внешнему контуру фасонная кольцевая мембрана 23 соединена сваркой с неподвижной частью 24, а по внутреннему контуру - с подвижной частью 7.

Неподвижная часть 24 мембранного блока выполнена в виде двух свинченных между собой цилиндрических резьбовых втулок, причем верхняя втулка 32 ввинчена в корпус 1 и заваривается усиковым сварным швом, а нижняя втулка 31 ввинчена в верхнюю втулку 32 до упора в ее торец через плоский участок мембраны, остающийся при срабатывании между торцами втулок 31 и 32. В верхней части втулки 32 предусмотрен участок с внутренней конической поверхностью.

Подвижная часть 7 мембранного блока выполнена в виде стакана 26, имеющего внутреннюю расточку, продольные прорези 27 в бортовой части и цилиндрическую ножевую поверхность в донной части. В противоположном от ножевой поверхности конце стакана имеется конический бурт, взаимодействующий с внутренней конической поверхностью верхней резьбовой втулки 32 неподвижной части 24 мембранного блока 3. К нижней донной поверхности стакана прикреплен ограничитель 29 с осевым зазором по отношению к нижнему торцу нижней резьбовой втулки 31 неподвижной части 24 мембранного узла 3, обеспечиваемым запасом по упругости мембраны в осевом направлении.

УПМ работает следующим образом.

При нормальной величине давления в предохраняемой системе сильфонный привод 2 находится в исходном состоянии, шток 8 и соединенная с ним посредством штифтов 18 запирающая втулка 17, упираясь буртом 19 в торец 21 резьбовой втулки 22, ввинченной в крышку 10, под действием пружины 16 находятся в нижнем положении, между торцами штока и запирающей втулки имеется осевой зазор В, необходимый для обеспечения срабатывания сильфонного привода 2 до начала перемещения запирающей втулки 17, запирающая втулка 17 находится внутри расточки стакана 26.

Осевое усилие предварительного затяга пружины 16 через сепаратор 12, толкатели 13, упор 15, шток 8, штифты 18, бурт 19 запирающей втулки 17 и резьбовую втулку 22 передается на крышку 10 и корпус 1, что обеспечивает неподвижность элементов сильфонного привода при рабочих колебаниях давления в предохраняемой системе и, соответственно, отсутствие износа механизма.

Радиальная составляющая усилия на коническом упоре 25 воспринимается цилиндрической поверхностью запирающей втулки 17, входящей в зацепление с мембранным узлом. Этим исключаются деформация ослабленных участков бортовой части стакана 26 в направлении к центру детали и блокирование УПМ от преждевременного срабатывания.

Осевое усилие от действия давления среды предохраняемой системы через упор конусовидной формы 18 замыкается на корпус 1, не нагружая мембрану 23.

При недопустимом росте давления в предохраняемой системе, под действием усилия давления среды на сильфон 9, шток 8 перемещается вверх, происходит срабатывание подпружиненного фиксирующего механизма расцепляющегося типа 11, шток 8, освободившись от противодействия пружины 16, резко перемещается вверх, зазор В между торцами штока 8 и запирающей втулки 17 выбирается, происходит подъем штоком 8 запирающей втулки 17 и выход ее из расточки стакана 26 подвижной части 7 мембранного узла 3, в результате чего рабочий участок стакана 26 под действием радиальной составляющей усилия, действующего на упор конусовидной формы 18, деформируется (ослабленные прорезями участки несущей детали - стакана 26 прогибаются к центру), что влечет за собой освобождение подвижной части 7 мембранного узла 3 от корпуса 1, прекращение разгрузки мембраны 23 от действия давления среды предохраняемой системы и, как следствие, - обрыв мембраны 23 и освобождение прохода.

Разгрузка мембраны 23 от действия давления со стороны полости сброса осуществляется за счет упора ограничителя 29 подвижной части 7 мембранного узла 3 в торец 30 нижней резьбовой втулки 31 неподвижной части 24 мембранного узла 3 в пределах допустимого прогиба мембраны 23, который обеспечивается профилем мембраны.

После срабатывания УПМ в обеспечение повторного использования УПМ необходимы срезка усикового сварного шва, соединяющего неподвижную часть 24 мембранного узла 3, извлечение ее из корпуса и монтаж нового мембранного узла.

1. Предохранительное мембранное устройство, в корпусе которого размещены разрывной элемент и взаимодействующий с ним сильфонный привод, включающий в себя шток, сильфон, соединенный с корпусом и штоком, подпружиненный фиксирующий механизм расцепляющегося типа, отличающееся тем, что разрывной элемент выполнен в виде мембранного узла, состоящего из соединенных кольцевой фасонной мембраной неподвижной части, герметично соединенной с корпусом, и подвижной части, выполненной в виде стакана, имеющего в бортовой части продольные прорези и цилиндрическую ножевую поверхность в донной части, в противоположном от мембраны конце обе части выполнены взаимодействующими друг с другом посредством конического бурта стакана и внутренней конической поверхности неподвижной части, а к нижней плоскости донной части стакана прикреплен ограничитель с осевым зазором по отношению к нижнему торцу нижней резьбовой втулки неподвижной части мембранного узла, обеспечиваемым запасом по упругости мембраны в осевом направлении, во внутреннюю расточку стакана входит запирающая втулка, кинематическая связь штока с запирающей втулкой осуществлена за счет установки во втулку штифтов, входящих в паз штока, а осевой зазор между торцами штока и запирающей втулки превышает ход штока, необходимый для срабатывания сильфонного привода.

2. Предохранительное мембранное устройство по п. 1, отличающееся тем, что профиль кольцевой фасонной мембраны образован коническим участком, преходящим в плоские участки со скруглениями в переходах.

3. Предохранительное мембранное устройство по п. 1, отличающееся тем, что неподвижная часть мембранного блока выполнена в виде двух свинченных между собой цилиндрических резьбовых втулок, причем верхняя втулка ввинчена в корпус и заваривается усиковым сварным швом, а нижняя втулка ввинчена в верхнюю втулку до упора в ее торец через плоский участок мембраны.

4. Предохранительное мембранное устройство по п. 1, отличающееся тем, что в верхней части запирающей втулки предусмотрен бурт, нижний торец которого в исходном состоянии устройства оперт на торец резьбовой втулки, ввинченной в крышку.

5. Предохранительное мембранное устройство по п. 1, отличающееся тем, что верхняя граница паза штока выбрана из условия обеспечения на пружине усилия предварительного затяга, обеспечивающего неподвижность элементов механизма при рабочих режимах работы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к системам безопасности в чрезвычайных ситуациях и может быть использовано для взрывозащиты зданий, сооружений, а также технологического оборудования.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к предохранительным устройствам систем безопасности. Автоматическое предохранительное устройство содержит систему датчиков, электроклапан и защищаемый объект.

Изобретение относится к системам безопасности в химической, машиностроительной и других смежных отраслях промышленности, продукты которых и ценны и исключительно вредны для окружающей среды.

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для взврывозащиты технологического оборудования. Взрывозащитное устройство содержит корпус клапана, теплоизолирующий и разрывной элементы, футерованный грузовой затвор, перекрывающий отверстие в корпусе защищаемого объекта.

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для взрывозащиты технологического оборудования. Взрывозащитный клапан с системой демпфирования грузового затвора содержит корпус клапана, теплоизолирующий и разрывной элементы, футерованный грузовой затвор.

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

Изобретение относится к системам безопасности в чрезвычайных ситуациях. В стенде для испытаний взрывозащитиых конструкций зданий и сооружений взрывная камера оснащена легкосбрасываемым элементом, установленным в торцевой части сосуда, закрытой предохранительным экраном, параллельно с механическим индикатором давления с тумблером включения двигателя индикатора.

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, преимущественно используемой при бурении нефтяных и газовых скважин для предохранения насосов и нагнетательных систем манифольда, в системе запорных элементов манифольда противовыбросового оборудования.

Группа изобретений относится к области измерения давления, а именно к фиксации фактов превышения допустимого давления и регистрации величины максимального давления.

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

Изобретение относится к пусковым клапанам и может быть использовано в энергетическом машиностроении, в частности в гидросистемах летательных аппаратов. Пусковой клапан содержит полый корпус с входным патрубком в форме стакана со срезаемым дном. Выходной патрубок установлен соосно входному. Силовой привод выполнен в виде поршня со штоком, взаимодействующим со срезаемым дном. Приемная камера для срезаемого дна смонтирована на корпусе. При этом между корпусом и приемной камерой установлена шторка в виде упругой лепестковой мембраны. В донной части приемной камеры закреплен демпфер из пластичного материала в форме выпуклой чашеобразной диафрагмы. При этом ход силового привода выполнен равным толщине стенки входного патрубка в зоне среза дна. Технический результат - обеспечение минимального гидравлического сопротивления проточной части клапана и повышение энергомассовых характеристик и надежности летательных аппаратов. 2 ил.

Изобретение относится к взрывозащитным устройствам и предназначено для взврывозащиты технологического оборудования в случае возникновения чрезвычайной ситуации (ЧС). Взрывозащитное устройство с системой оповещения начальной фазы возникновения ЧС содержит корпус клапана, футерованный грузовой затвор, подвижно соединенный с корпусом клапана посредством не менее трех гибких связей, разрывной элемент 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. Выход усилителя сигнала соединен с входом устройства оповещения персонала об аварийной ситуации. На корпусе клапана в месте крепления упомянутого футерованного грузового затвора закреплен дополнительный индикатор безопасности в виде датчика, реагирующего на ударную деформацию при открытии затвора. Выход датчика соединен с усилителем сигнала. Выход усилителя сигнала соединен с входом устройства оповещения персонала об аварийной ситуации. Изобретение направлено на повышение эффективности и надежности защиты технологического оборудования от взрывов в случае возникновения чрезвычайной ситуации путем регистрации момента возникновения начальной фазы ЧС средствами оповещения персонала. 6 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к предохранительным устройствам систем безопасности в чрезвычайных ситуациях. Автоматическое предохранительное устройство содержит систему датчиков и защищаемый объект, который соединен с исполнительным устройством, на срабатывание которого поступает сигнал с устройства управления, выполненного в виде электроклапана, корпус которого расположен вертикально. Внутри корпуса электроклапана, соосно ему, установлен поршень, фиксируемый в дежурном состоянии фиксатором в виде отожженной проволоки. При срабатывании электроклапана поршень выполняет функцию фрезы для упомянутого фиксатора. Электроклапан связан с системой зондирования опасной зоны, включающей в себя датчики, настроенные на превышение предельно допустимых концентраций химически опасных веществ, присутствующих в этой зоне, и зонд, настроенный на превышение предельно допустимых уровней радиоактивных веществ, сигналы с которых поступают на общий микропроцессор, обрабатывающий эти сигналы и выдающий управляющий сигнал на включение электроклапана. В качестве исполнительного органа используется химический воздушно-пенный огнетушитель. Огнетушитель заполнен водно-щелочным раствором и содержит расположенную внутри корпуса полиэтиленовую емкость с кислотной смесью и смонтированное на крышке запорно-пусковое устройство. Огнетушитель снабжен пеногенератором. Огнетушитель размещен на платформе, снабженной механизмами вращения вокруг оси огнетушителя и его перемещения по вертикали. Работа этих механизмов синхронизирована с датчиком инфракрасного излучения. Пеногенератор содержит корпус, распределительное и направляющее устройство. Последнее состоит из внутренней и внешней генерирующих сеток. Сетки выполнены в виде соосных усеченных конических поверхностей, имеющих одно общее основание в виде первого жесткого кольца круглого профиля, соединенного посредством, по крайней мере, трех спиц, расположенных по образующим внешней усеченной конической поверхности, с одним из оснований цилиндрической обечайки, соединенной с диффузором распределительного устройства. Распределительное устройство содержит корпус и закрепленный на корпусе диффузор с отверстиями для подсоса воздуха. Внутри диффузора, на его конце, расположенном напротив входного штуцера корпуса, расположена распылительная розетка. Розетка закреплена на диффузоре посредством, по крайней мере, трех радиальных и наклонных по отношению к оси диффузора удерживающих спиц. Распылительная розетка снабжена вогнутыми лепестками. Изобретение направлено на повышение эффективности защиты технологического оборудования от аварийных ситуаций путем увеличения быстродействия и надежности срабатывания системы. 4 ил.
Наверх