СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ВЗРЫВОЗАЩИТНЫХ МЕМБРАН Российский патент 2014 года по МПК G01N3/313 G12B17/08 

Описание патента на изобретение RU2526601C1

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для взрывозащиты 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.) пли 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 сечения мембраны.

Это достигается тем, что в стенде для испытаний взрывозащитных мембран, содержащем взрывной сосуд, в котором осуществляют взрыв паров горючей жидкости посредством воспламенения горючей смеси от электрической искры свечи зажигания, взрывной сосуд оснащен узлом крепления мембраны, который устанавливают в торцевой части сосуда, в 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 па 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 стенда для испытаний взрывозащитных мембран.

Стенд для испытаний 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, стенд для испытаний взрывозащитных мембран оснащен 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 «слабым звеном системы» для реализации поставленной задачи по определению необходимой площади мембраны для защиты аппаратов от разрушения при взрыве.

Стенд для испытаний 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, 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 отверстия этих диафрагм.

Защита обслуживающею 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

М о л ь Г ( г о р ю ч е е ) + n O 2 O 2 + n N 2 N 2 = m C O 2 C O 2 + m H 2 O H 2 O + m N 2 N 2 + Q

где n O 2 - количество молей кислорода; m N 2 , m C O 2 , 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 Tвзр (адиабатическая температура горения) можно определить из тепловою баланса реакции окисления стехиометрической смеси:

Q = ( m C O 2 C C O 2 + m H 2 O C H 2 O + m N 2 C N 2 ) T в з р

T в з р = Q m C O 2 C C O 2 + m H 2 O C H 2 O + m N 2 C N 2

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

Принимаем при T в з р , равной 2000°C,

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

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

C 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 количество горючей жидкости (например, ацетона C3H6O) для создания стехиометрической концентрации в сосуде определяется по формуле

g = M V к V в                                  (1)

где M - молекулярный вес жидкости; V к - объем сосуда, л; V в - объем воздуха, необходимый для полного сгорания одной молекулы горючей жидкости, л.

V в = ( n O 2 + n N 2 ) V t                             (2)

V t = V 0 760 ( t + 273 ) 273 P б а р                           (3)

где P б а р - барометрическое давление, мм рт.ст.; V 0 =22,4 л - объем грамм-молекулы воздуха при 0°C и давлении 760 мм рт.ст.;

заливаемый в сосуд объем (см) исследуемой жидкости

V = g / ρ                          (4)

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.

Похожие патенты RU2526601C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕОБХОДИМОГО КОЛИЧЕСТВА ГОРЮЧЕЙ ЖИДКОСТИ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ ВЗРЫВОЗАЩИТНЫХ МЕМБРАН 2011
  • Кочетов Олег Савельевич
  • Стареева Мария Олеговна
RU2570912C2
УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗРЫВОЗАЩИТНЫХ МЕМБРАН 2013
  • Кочетов Олег Савельевич
  • Стареева Мария Олеговна
  • Стареева Мария Михайловна
RU2519619C1
СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ВЗРЫВОЗАЩИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ 2013
  • Кочетов Олег Савельевич
  • Стареева Мария Олеговна
  • Стареева Мария Михайловна
RU2515013C1
СПОСОБ ПОДБОРА РАЗМЕРА ОТВЕРСТИЯ ДЛЯ ЛЕГКОСБРАСЫВАЕМОГО ЭЛЕМЕНТА КОНСТРУКЦИИ И ЕГО МАССЫ, ПРЕДНАЗНАЧЕННОГО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ ОТ ВЗРЫВОВ 2011
  • Кочетов Олег Савельевич
  • Стареева Мария Олеговна
RU2459050C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ С ПОМОЩЬЮ РАЗРУШАЮЩИХСЯ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ 2013
  • Кочетов Олег Савельевич
  • Стареева Мария Олеговна
  • Стареева Мария Михайловна
RU2517331C1
УСТРОЙСТВО ПОДБОРА РАЗМЕРА ОТВЕРСТИЯ ДЛЯ ЛЕГКОСБРАСЫВАЕМОГО ЭЛЕМЕНТА КОНСТРУКЦИИ И ЕГО МАССЫ, ПРЕДНАЗНАЧЕННОГО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ ОТ ВЗРЫВОВ 2013
  • Кочетов Олег Савельевич
  • Стареева Мария Олеговна
  • Стареева Мария Михайловна
RU2520670C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ С ПОМОЩЬЮ РАЗРУШАЮЩИХСЯ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ 2011
  • Сошенко Марина Владимировна
  • Шмырев Виктор Иванович
  • Стареева Мария Олеговна
  • Кочетов Олег Савельевич
RU2458213C1
УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗРЫВОЗАЩИТНЫХ МЕМБРАН 2014
  • Кочетов Олег Савельевич
RU2566573C1
УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗРЫВОЗАЩИТНЫХ МЕМБРАН 2014
  • Кочетов Олег Савельевич
RU2597415C2
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ЗАЩИТЫ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ ОТ ВЗРЫВОВ 2014
  • Кочетов Олег Савельевич
RU2571773C2

Реферат патента 2014 года СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ВЗРЫВОЗАЩИТНЫХ МЕМБРАН

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для взрывозащиты технологического оборудования, в частности защиты аппаратов от разрушения при взрыве горючей смеси разрывной мембраной. Стенд содержит взрывной сосуд, оснащенный узлом крепления мембраны, который установлен в торцевой части сосуда, закрытой предохранительным экраном, параллельно с механическим индикатором давления с тумблером включения двигателя индикатора. Взрывная камера со свечой зажигания, имеющей кнопку включения зажигания, расположена оппозитно торцевой части сосуда, закрытой предохранительным экраном. Сосуд укомплектован штуцерами для продувки взрывного сосуда. Штуцер для заливки горючей жидкости с установленной на нем пробкой, закреплен 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 подбираются по прочности на «разрыв», превосходящей прочность исследуемой мембраны не менее, чем в два раза. Давление взрыва регистрируется механическим индикатором давления. Необходимая концентрация смеси паров с воздухом обеспечивается дозировкой жидкости пипеткой через штуцер, который после заливки жидкости закрывается пробкой. 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 сечения мембраны. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 526 601 C1

Стенд для испытаний взрывозащитных мембран, содержащий взрывной сосуд, в котором осуществляют взрыв паров горючей жидкости посредством воспламенения горючей смеси от электрической искры свечи зажигания, отличающийся тем, что взрывной сосуд оснащен узлом крепления мембраны, который установлен в торцевой части сосуда, закрытой предохранительным экраном, параллельно с механическим индикатором давления с тумблером включения двигателя индикатора, а взрывная камера со свечой зажигания, имеющей кнопку включения зажигания, расположена оппозитно торцевой части сосуда, закрытой предохранительным экраном, при этом сосуд укомплектован штуцерами для продувки взрывного сосуда после проведения эксперимента, причем штуцер для заливки горючей жидкости с установленной на нем пробкой закреплен 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, подбираются по прочности на «разрыв», превосходящей прочность исследуемой мембраны не менее чем в два раза, при этом давление взрыва регистрируется механическим индикатором давления, причем после каждого эксперимента производится продувка воздухом внутреннего объема сосуда, а необходимая концентрация смеси паров с воздухом обеспечивается дозировкой жидкости пипеткой через штуцер, который после заливки жидкости закрывается пробкой, расчет необходимого количество горючей жидкости для создания стехиометрической концентрации в сосуде определяется по формуле
g = M V к V в                                  (1)
где М - молекулярный вес жидкости; VK - объем сосуда, л; VB - объем воздуха, необходимый для полного сгорания одной молекулы горючей жидкости, л.
V в = ( n O 2 + n N 2 ) V t                             (2)
V t = V 0 760 ( t + 273 ) 273 P б а р                           (3)
где Рбар - барометрическое давление, мм рт.ст.; V0 = 22,4 л - объем грамм-молекулы воздуха при 0°С и давлении 760 мм рт.ст., t - температура, °С,
Заливаемый в сосуд объем (см3) исследуемой жидкости
V = g / ρ                          (4)
где ρ - плотность жидкости, г/см3.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2014 года RU2526601C1

RU 2009119897 A 10.12.2010
RU 2009119899 A 10.12.2010
Автомат для сборки платяных кнопок на карты 1959
  • Альтметс А.О.
SU123104A1
KR 1115342 B1 06.03.2012

RU 2 526 601 C1

Авторы

Кочетов Олег Савельевич

Стареева Мария Олеговна

Стареева Мария Михайловна

Даты

2014-08-27Публикация

2013-04-02Подача