ДЫХАТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН ДЛЯ РЕЗЕРВУАРОВ С НЕФТЬЮ И НЕФТЕПРОДУКТАМИ Российский патент 2008 года по МПК F16K17/19 

Изобретение относится к оборудованию резервуаров в нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности и предназначено для установки на резервуарах для сообщения его газового пространства с атмосферой при достижении в нем расчетных значений давления или вакуума, возникающих при производстве технологических операций, колебаниях температуры или барометрического давления окружающего воздуха.

Известны механические дыхательные клапаны (ГОСТ 3691-47), используемые для указанной цели, которые имеют недостатки, такие как малая пропускная способность, возможность примерзания посадочной поверхности тарелей, седел.

Известен дыхательный клапан (а.с. 203541, опубл. 28.09.1967. Бюл. №20), который взят за прототип. Данный клапан содержит корпус с седлом, тарель с мембраной, зажатой между фланцами защитного кожуха и корпуса мембранной камеры, вторая мембрана с дисками зажата между фланцами того же корпуса и крышки. Диски связаны с тарелью гибкой нитью. Мембранная камера соединена с газовым пространством резервуара импульсной трубкой, смонтированной в тарели. Данная конструкция улучшает герметичность затвора, однако имеет следующие недостатки.

В известном клапане площадь подвижной части верхней мембраны вместе с площадью диска (груза) больше площади подвижной части нижней мембраны более чем на 80% (что видно из чертежа). Большой вес груза (сила Р) находится в прямой зависимости от площади мембраны с диском (грузом), как видно из формулы

Р=S·Δp,

где: Р - подъемная сила (груз, диск), кг;

S - сумма площадей подвижных частей мембран, рассчитывается отдельно для верхних и для нижних мембран;

Δp - давление в резервуаре, кг/см².

Верхняя мембрана за счет большей площади создает большое усилие, и, чтобы тарель не поднялась раньше расчетного значения давления в резервуаре, требуется увеличение веса груза (диска) до необходимого для этого значения.

Устойчивая работа клапана и срок службы его деталей зависят от динамических нагрузок, которые создают движущиеся части клапана (груз, тарель). Одной из основных причин динамической неустойчивости в работе клапана является наличие большой площади мембраны с диском, для чего необходим и большой груз.

Динамические нагрузки возникают при повышении давления в резервуаре и в полости клапана до расчетного, когда верхняя мембрана вместе с диском поднимается вверх, а в результате нижняя мембрана вместе с тарелью также поднимается вверх, открывается затвор и газовоздушная смесь выходит в атмосферу. Давление в резервуаре и полости клапана и диск (груз) резко опускается вниз, создавая инерционную силу (чем больше груз, тем больше инерционная сила), которая через корпус клапана передается элементам резервуара, а это может привести к его разрушению. При снижении давления тарель одновременно с грузом также резко опускается на седло, что может привести к разрушению тарели и, воздействуя таким образом на уплотнение седла, разрушает его раньше срока. Все это снижает надежность клапана при эксплуатации.

Условие по уменьшению площади применимо и для нижней мембраны.

При работе клапана на вакуум верхняя мембрана не работает. Расчетный допустимый для резервуара вакуум намного ниже допустимого давления. Например, допустимое давление в резервуаре составляет 200 мм вод. столба (0,02 кг/см²), в то же время допустимый вакуум для резервуара составляет всего 25 мм вод. столба (0,0025 кг/см²).

Приведенные значения давления и вакуума показывают, что опасным для конструкции резервуара является вакуум, при повышении которого жесткость (прочность) резервуара может не выдержать, он может "сложиться" и выйти из строя, чтобы этого не случилось, надо увеличить подъемную силу нижней мембраны для быстрого подъема тарели при работе клапана на вакуум. Это обеспечит надежность клапана при эксплуатации.

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности клапана при эксплуатации за счет обеспечения динамической устойчивости клапана и повышения прочности его подвижных частей.

Поставленная задача решается следующим образом. В дыхательном клапане, содержащем корпус с седлом, тарель, посаженную на седло, две мембраны, нижняя из которых соединена с тарелью, а верхняя - соединена с диском (грузом), импульсную трубку, смонтированную в тарели, соединяющую газовое пространство резервуара с камерой, образованной двумя мембранами, нижняя мембрана зажата между нижним фланцем корпуса мембранной камеры и опорным плоским кольцом, расположенным на стойках, установленных на основании корпуса клапана, одни из которых поворотные, причем опорное кольцо шире фланца более чем в два раза, тарель выполнена с основанием в виде обечайки, установленной на седло, представляющее собой покрытый многослойным пленочным покрытием торец (седло) корпуса клапана, верхняя мембрана зажата между верхним фланцем корпуса мембранной камеры и плоским кольцом с шириной, равной ширине фланца, и прикрепленным к кожуху клапана с помощью стоек, диск (груз) гибкой связью соединен с фланцем нижней мембраны, которым она прикреплена к тарели, кроме того, мембраны выполнены с соблюдением условия, при котором сумма площадей верхней мембраны и диска больше на 10-20% площади нижней мембраны с учетом площади участка зажима ее на тарели и с исключением площади участка мембраны, расположенного на опорном кольце.

Данное соотношение площадей мембран и выполнение опорного кольца шире фланца более чем в 2 раза определено расчетно-экспериментальным путем и проверено производственными испытаниями клапана.

Значительное уменьшение площади верхней мембраны позволяет снизить вес диска (груза), а это исключает сильные толчки при его опускании, что резко уменьшает вибрацию стенок корпуса клапана и резервуара в целом. Участок нижней мембраны, расположенный на широком опорном кольце, при работе клапана на давление не работает, за счет чего происходит уменьшение площади нижней мембраны, задействованной на поднятие тарели при давлении, а это, вместе с снижением веса диска (уменьшается инерционная сила), позволяет снизить силу удара тарели по седлу, при этом уменьшается разрушающее воздействие на уплотнение седла. При работе клапана на вакуум этот участок нижней мембраны включается в работу по поднятию тарели, увеличивая результирующее подъемное усилие.

Соединение диска с тарелью в местах крепления ее к мембране гибкими элементами, расположенными на равном расстоянии друг от друга, создает "куполообразную" конструкцию, которая позволяет поднимать и опускать тарель равномерно без перекосов. Это исключает удары тарели о седло, что снижает риск разрушения уплотнения седла, а также позволяет герметизировать затвор сразу при посадке тарели на седло за счет равномерного распределения ее нагрузки по седлу. Снижение веса диска (груза) повышает динамическую устойчивость клапана. Снабжение тарели основанием в виде обечайки повышает прочность тарели. Все перечисленное выше позволяет повысить надежность клапана при эксплуатации.

Отличительные признаки изобретения являются существенными, так как позволяют решить поставленную перед изобретением задачу.

Предлагаемый дыхательный клапан изображен на чертеже.

Клапан состоит из корпуса 1 с седлом 2, который представляет собой торец корпуса 1, покрытый многослоевым покрытием 3. На седло 2 посажена тарель 4 с мембраной 5 (нижней), которая зажата между нижним фланцем корпуса 6 камеры А и опорным плоским кольцом 7. Мембрана 8 (верхняя) с диском 9 зажата между верхним фланцем корпуса 6 и кольцом с прикрепленными к нему стойками 10, на которых закреплен кожух 11. Тарель 4 соединена с диском 9 в местах крепления ее с мембраной 5 гибкой связью в виде гибких элементов 12, расположенных на равномерном расстоянии друг от друга. На плоском опорном кольце 7 закреплены поворотные стойки 13 и стойка 14. Тарель 4 выполнена с основанием в виде обечайки 15. Нижняя мембрана 5 с тарелью 4 и верхняя мембрана 8 с диском 9 и корпусом 6 образуют камеру А (мембранную), которая соединена с газовым пространством резервуара импульсной трубкой 16, смонтированной в тарели 4.

Опорное плоское кольцо 7 выполнено с шириной более чем в 2 раза шире фланца, кольцо, на котором закреплены стойки 10, выполнено с шириной, равной ширине фланца корпуса 6.

Мембраны выполнены с условием, при котором сумма площадей мембраны 8 (верхняя) и диска 9 больше на 10-20% площади мембраны 5 (нижней) с учетом площади участка зажима ее на тарели 4 и с исключением площади участка мембраны 5, расположенного на опорном кольце 7.

При работе на вакуум в резервуаре клапан работает следующим образом. В камере А создается разряжение, равное разряжению в газовом пространстве резервуара. После достижения расчетного значения вакуума, когда вес узла тарели 4 будет меньше усилия, создаваемого атмосферным давлением на нижнюю поверхность мембраны 5 с учетом площади участка мембраны, расположенного на опорном плоском кольце 7 и на выступающей за седло поверхности тарели 4, последняя приподнимается и сообщает газовое пространство резервуара с атмосферой. При уменьшении величины вакуума ниже расчетной тарель 4 опустится на седло. Клапан закрыт. Верхняя мембрана 8 в работе клапана на вакуум не участвует. Гибкие элементы 12, подвешенные на диске 9 с обеспечением устранения их провисания, не мешают подъему тарели 4. Опорное плоское кольцо 7 при работе клапана на вакуум увеличивает результирующее подъемное усилие, действующее на тарель 4.

При работе клапана на давление в резервуаре в мембранной камере А поддерживается давление, равное давлению в газовом пространстве резервуара. С возрастанием давления в резервуаре оно передается в мембранную камеру А и прижимает тарель 4 с мембраной 5 к седлу 2. В то же время оно действует на верхнюю мембрану 8 и на диск (груз) 9. При некотором давлении, определяемом весом диска (груза) 9, мембрана 8 с диском 9 перемещается вверх, натягивая эластичные элементы 12.

Усилие от воздействия давления на верхнюю мембрану 8 уравновесится суммарным усилием от воздействия давления на нижнюю мембрану 5, весом тарели 4 и весом диска 9. При этом создается герметичное соединение тарели 4 с седлом 2. При достижении расчетного значения давления в газовом пространстве резервуара усилие, действующее на верхнюю мембрану 8, преодолевает усилие прижима тарели 4 к седлу 2, поднимает мембрану 8 и вместе с ней диск 9. Тарель 4 поднимается и открывает затвор, сообщая газовое пространство с атмосферой. При выравнивании давления в резервуаре с атмосферным тарель 4 опустится на седло 2.

Предложенное соотношение площадей мембран и диска позволяет определить такие силы прижима тарели и вес груза, при которых снижается усилие воздействия тарели на седло при закрывании клапана. Уменьшение площади верхней мембраны по сравнению с нижней позволяет снизить вес диска, что повышает динамическую устойчивость клапана в работе.

Изобретение относится к оборудованию резервуаров в нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности и предназначено для установки на резервуарах для сообщения его газового пространства с атмосферой. Дыхательный клапан включает корпус с седлом, тарель, посаженную на седло, две мембраны. Нижняя мембрана соединена с тарелью, верхняя - с диском. Нижняя мембрана зажата между опорным плоским кольцом и нижним фланцем корпуса камеры. Верхняя мембрана зажата между верхним фланцем корпуса камеры и плоским кольцом, расположенным над фланцем. Мембраны выполнены с условием, при котором сумма площадей верхней мембраны и диска больше на 10-20% площади нижней мембраны с учетом площади участка зажима ее на тарели и с исключением площади участка мембраны, расположенного на опорном кольце. Изобретение позволяет повысить надежность клапана при эксплуатации за счет обеспечения динамической устойчивости клапана и повышения прочности его подвижных частей. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Дыхательный клапан для резервуаров с нефтью и нефтепродуктами, содержащий корпус с седлом, тарель, посаженную на седло, две мембраны, нижняя из которых соединена с тарелью, верхняя - с диском, импульсную трубку, смонтированную в тарели и соединяющую газовое пространство резервуара с камерой, образованной двумя мембранами, гибкую связь, отличающийся тем, что нижняя мембрана зажата между опорным плоским кольцом и нижним фланцем корпуса камеры, а верхняя мембрана - между верхним фланцем корпуса камеры и плоским кольцом, расположенным над фланцем, причем мембраны выполнены с условием, при котором сумма площадей верхней мембраны и диска больше на 10-20% площади нижней мембраны с учетом площади участка зажима ее на тарели и с исключением площади участка мембраны, расположенного на опорном кольце.2. Дыхательный клапан по п.1, отличающийся тем, что опорное плоское кольцо для зажима нижней мембраны выполнено шириной более чем в два раза ширины нижнего фланца корпуса камеры.3. Дыхательный клапан по п.1, отличающийся тем, что тарель выполнена с основанием в виде обечайки, установленной на седло, представляющее собой покрытый многослойным пленочным покрытием торец корпуса клапана.4. Дыхательный клапан по п.1, отличающийся тем, что диск гибкой связью соединен с нижней мембраной в местах зажима ее с тарелью.