ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНАЯ МЕМБРАНА Российский патент 2001 года по МПК F16K17/40 F16K17/16 

Изобретение относится к предохранительным устройствам, предназначенным для защиты от разрушения сосудов высокого давления, в частности сосудов, в которых давление повышается импульсно при аварийном выделении энергии.

Известно предохранительное устройство с разрушаемой мембраной (авт. свид. СССР N 1213300, кл. F 16 K 17/16, 1984 г., Б.И. N 7, 1986 г.), представляющее собой разрушаемую мембрану, имеющую на наружной поверхности ослабляющие пазы, которые заполнены твердым материалом, при этом мембрана расположена между фланцами.

Наиболее близким к предлагаемому является разрушаемая мембрана (патент РФ N 2018757, кл. F 16 K 17/40, 1990 г., Б.И. N 16, 1994 г.), выполненная в форме диска с цилиндрическим выступом (утолщением) в центральной части на поверхности низкого давления с локальным утонением стенки. Локальное утонение стенки обеспечено с помощью канавки. Мембрана закреплена в обойме и снабжена локализующей накладкой в виде опорного кольца.

Недостатком этих устройств является то, что пластические деформации мембраны проходят медленно, что увеличивают время ее разрушения. Это при импульсном нарастании давления приводит к неопределенности величины давления, при котором мембрана разрушается, и рост давления в сосуде прекращается.

Задачей изобретения является увеличение быстродействия срабатывания мембраны и повышение стабильности величины разрушающего ее давления при импульсном повышении давления, а также простота технологии изготовления мембраны. Технический результат достигается при использовании настоящего изобретения.

Указанный выше технический результат достигается тем, что в предохранительной мембране, выполненной в форме диска с локальным утонением стенки по замкнутому контуру, на поверхности низкого давления мембраны выполнен цилиндрический выступ, а на поверхности высокого давления - цилиндрическая полость, проходящая в тело цилиндрического выступа. При этом глубина прохождения полости в цилиндрический выступ выбрана в соответствии с соотношением
h < (d₂-d₁)/3,
где h - глубина прохождения полости в тело выступа,
d₁ - диаметр полости,
d₂ - диаметр выступа.

На основном цилиндрическом выступе целесообразно выполнить осесимметричный цилиндрический выступ меньшего диаметра, чем диаметр основного выступа.

Быстрота разрушения мембраны обеспечивается тем, что глубина прохождения полости в цилиндрический выступ выбрана в соответствии с вышеприведенным соотношением. При этом длина утоненного участка мембраны, равная глубине прохождения полости в цилиндрический выступ h, меньше, чем толщина стенки этого участка, равной (d₁-d₁)/3. Поэтому абсолютное удлинение стенки до ее разрушения мало (не более ее толщины), и разрушение утоненного участка после достижения критического давления происходит быстро.

Выполнение мембраны с выступом с одной стороны и полостью с другой, обеспечивает то, что остальные участки мембраны имеют большую толщину, и мембрана из-за того, что утоненный участок короткий, достаточно устойчива по отношению к случайным нагрузкам.

То, что на основном выступе выполнен цилиндрический выступ меньшего диаметра, обеспечивает возможность проточки полости и цилиндрического выступа без смены установки мембраны на токарном станке, деталь при этом зажата в патроне станка за дополнительный выступ. При этом разностенность стенки утоненного участка мало, она не превышает биения станка. Это обеспечивает повышение стабильности величины разрушающего давления для такой мембраны.

На чертеже показана предохранительная мембрана, разрез.

Предохранительная мембрана 1 выполнена в форме диска, при этом на поверхности низкого давления мембраны выполнен цилиндрический выступ d₂, а на поверхности высокого давления со стороны сосуда 2 - цилиндрическая полость d₁, проходящая в тело цилиндрического выступа d₂ на величину h. Для упрощения технологии изготовления мембраны на цилиндрическом выступе d₂ выполнен осесимметричный цилиндрический выступ d₃.

Предохранительная мембрана работает следующим образом.

При импульсном нарастании давления в сосуде 2 разрушающие напряжения сконцентрированы на узком участке зоны перекрытия h цилиндрической полости d₁ и цилиндрического выступа d₂. Малая длина перекрытия h обеспечивает то, что до разрушения абсолютное удлинение также мало. Это обеспечивает то, что после достижения критической величины давления время разрушения зоны h мембраны также мало. В течение времени разрушения мембраны нарастающее давление в сосуде изменяется незначительно. При этом величина давления, при котором происходит разрушение мембраны стабильно. Это повышает безопасность работы с сосудами при быстром импульсном повышении давления.

Например, данное изобретение можно использовать при работе с высоковольтными выключателями промышленных электросетей. При коротком замыкании ток в линиях резко возрастает, при этом для сохранности аппаратуры электросети выключатель должен отключать большой ток короткого замыкания. В аварийных нештатных режимах работы выключателя с недостаточно быстрым отключением тока в электрической дуге, возникающей между разводимыми контактами, выделяется большое количество энергии, что приводит к резкому повышению давления в корпусе выключателя.

Использование предлагаемой мембраны с малым временем ее разрушения обеспечивает быстрое и надежное раскрытие корпуса выключателя при строго планируемой величине давления независимо от скорости повышения давления, что при импульсном подъеме давления надежно предохраняет от разрушения более сложные и дорогостоящие узлы и детали выключателя.

Предохранительная мембрана предназначена для защиты от разрушения сосудов высокого давления, в частности сосудов, в которых давление повышается импульсно при аварийном выделении энергии. Предохранительная мембрана выполнена в форме диска с локальным утонением стенки по замкнутому контуру. На поверхности низкого давления мембраны выполнен цилиндрический выступ. На поверхности высокого давления - цилиндрическая полость, проходящая в тело цилиндрического выступа. При этом глубина h прохождения полости в тело цилиндрического выступа меньше трети разности диаметров выступа и полости. Изобретение позволяет увеличить быстродействие срабатывания мембраны и повысить стабильность величины разрушающего ее давления при импульсном повышении давления, а также упростить технологию изготовления мембраны. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Предохранительная мембрана, выполненная в форме диска с цилиндрическим выступом в центральной части на поверхности низкого давления, с локальным утонением стенки, отличающаяся тем, что на поверхности высокого давления мембраны выполнена цилиндрическая полость, проходящая в тело цилиндрического выступа, причем глубина прохождения полости в цилиндрический выступ выбрана в соответствии с соотношением
h < (d₂ - d₁) / 3,
где h - глубина прохождения полости в тело выступа;
d₁ - диаметр полости;
d₂ - диаметр выступа. 2. Предохранительная мембрана по п.1, отличающаяся тем, что на основном выступе выполнен осесимметричный цилиндрический выступ меньшего диаметра, чем диаметр основного выступа.