ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КРИОГЕННЫХ РЕЗЕРВУАРОВ Российский патент 2023 года по МПК F16K17/10 F17C13/04 

Изобретение относится к арматуростроению и может быть использовано для защиты криогенных емкостей и резервуаров.

Известна конструкция предохранительного клапана, применяемая для защиты криогенных емкостей и резервуаров от превышения давления, (см. Романенко Н.Т. и Куликов Ю.Ф» Криогенная арматура») М. Машиностроение,1978 г, стр33-35, рис 27)

Основной недостаток указанной арматуры заключается в том, что при закрытом клапане величина располагаемого давления не обеспечивает достаточно надежную герметичность в затворе клапана. Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является предохранительное устройство для криогенных резервуаров, содержащее предохранительный клапан, соединенный с газовой подушкой резервуара и снабженный пневмоприводом, и импульсный клапан, выполненный в виде мебранного узла, подключенного к газовой подушке резервуара, и запорного клапана с пружиной (см. патент RU 2749082 С1)

Несмотря на то, что в данном предохранительном устройстве удается достичь высокой надежности герметичности в затворе предохранительного клапана, указанная конструкция обладает следующими недостатками:

- для работы предохранительного устройства постоянно требуется посторонний источник высокого давления управляющей среды;

- большой расход управляющей среды при срабатывании предохранительного устройства;

- сложность настройки предохранительного устройства из-за отсутствия регулировки пружины в мембранном узле;

- необходимость установки сильфонного узла в полости пневмоклапана.

Задача изобретения - упрощение конструкции предохранительного устройства для криогенных резервуаров за счет исключения источника высокого давления с управляющей средой.

Поставленная цель достигается тем, что в предохранительном устройстве для криогенных резервуаров, содержащем предохранительный клапан, соединенный с газовой подушкой резервуара и снабженный пневмоприводом, и импульсный клапан, выполненный в виде мебранного узла, подключенного к газовой подушке резервуара, и запорного клапана с пружиной, пневмопривод содержит седло и поршень с уплотнительным элементом, а в импульсном клапане, надклапанная полость запорного клапана соединена трубопроводом с газовой подушкой резервуара, а полость под запорным клапаном соединена трубопроводом с управляющей полостью пневмопривода, которая через дюзу сообщена с атмосферой.

Предлагаемое предохранительное устройство для криогенного резервуара 1 (см. чертеж) содержит предохранительный клапан, выполненный в виде нормально закрытого пневмоклапана 2, и импульсного клапана, выполненного в виде корпуса 3, в котором установлен запорный клапан 4 с пружиной 5, надклапанная полость 6 которого трубопроводом 7 подсоединена к газовой подушке 8 резервуара 1, а полость 9 под запорным клапаном 4 -трубопроводом 10 к полости 11 пневмоклапана 2. В корпусе 3 импульсного клапана размещены также чувствительный элемент в виде двух мембран 12, закрепленных в корпусе 3 и стакане 13, шток 14 и уплотнитель 15 штока 14, при этом полость 16 между нижней мембраной 12 и корпусом 3 подсоединена трубопроводом 17 к газовой подушке 8 криогенного резервуара 1, а полость 18 над верней мембраной 12 соединена с атмосферой отверстиями 19. Входная полость 20 под клапаном 21 пневмоклапана 2 соединена трубопроводом 22 с газовой подушкой 8 криогенного резервуара 1, а выходная полость 23 - с атмосферой трубопроводом 24. Клапан 21 под действием усилия пружины 25 находится в закрытом положении, при этом усилие пружины 25 обеспечивает герметичность затвора клапана 21 как в теплом, так и холодном состоянии. При подаче давления управляющей среды в полость 11 клапан 21 под действием усилия, создаваемого давлением управляющей среды на эффективную площадь поршня 26, откроется, при этом поршень 26 садиться уплотнением 27 на седло 28, обеспечивая тем самым герметичность полости 11 относительно полости 23. В тоже время не большая часть управляющей среды будет из полости 11 сбрасываться в атмосферу через дюзу 29, поэтому, если отсечь поступление управляющей среды в полость 11, то давление в ней упадет до атмосферного и клапан 21 в определенный момент закроется под действием усилия от пружины 25. Для того, чтобы во время поступления управляющей среды из газовой подушки 8 криогенного резервуара 1 через открытый запорный клапан 4 его температура оставалась стабильной, управляющая среда подогревается в регенераторе 30. В импульсном клапане полость 31 между мембранами 12 оснащена устройством для контроля их герметичности, которое может быть выполнено, например, в виде визуального датчика, либо сигнализатора давления 32. Кроме того, в импульсном клапане установлено устройство для регулирования усилия пружины 5 запорного клапана 4, выполненное в виде штока 33 с резиновым кольцом 33 и нажимной шайбы 35, что позволяет легко настраивать предохранительное устройство для криогенных резервуаров на расчетное давление срабатывания.

Работу предохранительного устройства рассмотрим на примере защиты от превышения давления в азотном криогенном резервуаре 1. Работа предохранительного устройства для криогенных резервуаров происходит в этом случае следующим образом.

В положении, отраженном на чертеже, предохранительное устройство находится в закрытом положении, так как давление азота в газовой подушке 8 криогенного резервуара 1 соответствует рабочему значению. Повышение давления в газовой подушке 8 одновременно будет сопровождаться ростом давления в полости 16 между нижней мембраной 12 и корпусом 3 импульсного клапана, которая трубопроводом 17 соединена с газовой подушкой 8 криогенного резервуара 1, и при достижении в газовой подушке 8, а следовательно и в полости 16, давления, равного по величине давлению срабатывания предохранительного устройства, шток 14 отожмет запорный клапан 4 от седла за счет усилия от нижней мембраны 12, соединяя полость 6 над запорным клапаном 4 с полостью 9 под ним. Через образовавшееся проходное сечение из газовой подушки 8 криогенного резервуара 1 по трубопроводам 7 и 10 в полость 11 азот с давлением равным давлению в газовой подушке 8 криогенного резервуара 1 заполнит полость 11 пневмоклапана 2. В результате на поршне 26 создается усилие, которое будет превосходить усилие от пружины 25 и усилия от давления азота на клапан 21 в полости 20, соединенной трубопроводом 22 с газовой подушкой 8 криогенного резервуара 1. Это приведет к открытию клапана 21, при этом поршень 26 садиться уплотнением 27 на седло 28, обеспечивая тем самым герметичность полости 11 относительно полости 23. Открытие клапана 21 будет сопровождаться сбросом части газообразного азота из газовой подушки 8 криогенного резервуара 1 из полости 23 по трубопроводу 24 в атмосферу и, как следствие, к снижению давления как в газовой подушке 8 криогенного резервуара 1, так и в полости 16 импульсного клапана. При достижении давления азота в полости 16 импульсного клапан, равного расчетному давлению закрытия запорного клапана 4, запорный клапан 4 закроется под действием пружины 5. Это приведет к разобщению полости 11 пневмоклапана 2 от газовой подушки 8 криогенного резервуара 1 и падению давления в полости 11 пневмоклапана 2 за счет утечки азота в атмосферу через дюзу 29. В результате давление над поршнем 26 начнет уменьшаться и клапан 21 под действием пружины 25 закроется. Необходимо отметить, что при нахождении запорного клапана 4 в открытом положение давление в полости 18 над верхней мембраной 12 будет равно атмосферному, что достигается за счет уплотнителя 15 на штоке 14 и отверстиям 19, выполненным на корпусе 3 импульсного клапана, а герметичность полости 6 относительно атмосферы обеспечивается за счет резинового кольца 34, установленного на штоке 33. Для повышения надежности работы предохранительного устройства в мембранном узле импульсного клапана установлены две мембраны 12, что сохраняет работоспособность предохранительного устройства даже в случае разрушения нижней мембраны 11, при этом это будет зафиксировано с помощью, например, сигнализатора давления 32, размещенного в полости 31 между мембранами 12, и кроме того для того, чтобы во время поступления азота из газовой подушки 8 криогенного резервуара 1 через открытый запорный клапан 4 его температура оставалась стабильной, азот подогревается в за счет теплоемкости металла регенератора 30. Настраивание предохранительного устройства на расчетное давление срабатывания или его подстройку в процессе эксплуатации достигается путем регулирования усилия пружины 5 запорного клапана 4, которое осуществляется штоком 33 через нажимную шайбу 35.

Таким образом, предложенное техническое решение за счет исключения источника высокого давления с управляющей средой позволяет упростить конструкцию предохранительного устройства для криогенных резервуаров.

Изобретение относится к арматуростроению и может быть использовано для защиты криогенных емкостей и резервуаров. Предохранительное устройство для криогенных резервуаров содержит предохранительный клапан, соединенный с газовой подушкой резервуара и снабженный пневмоприводом, и импульсный клапан, выполненный в виде мебранного узла, подключенного к газовой подушке резервуара, и запорного клапана с пружиной. Пневмопривод содержит седло и поршень с уплотнительным элементом. В импульсном клапане надклапанная полость запорного клапана соединена трубопроводом с газовой подушкой резервуара. Полость под запорным клапаном соединена трубопроводом с управляющей полостью пневмопривода, которая через дюзу сообщена с атмосферой. Технический результат изобретения - упрощение конструкции предохранительного устройства для криогенных резервуаров за счет исключения источника высокого давления с управляющей средой. 1 ил.

Предохранительное устройство для криогенных резервуаров, содержащее предохранительный клапан, соединенный с газовой подушкой резервуара и снабженный пневмоприводом, и импульсный клапан, выполненный в виде мебранного узла, подключенного к газовой подушке резервуара, и запорного клапана с пружиной, отличающееся тем, что пневмопривод содержит седло и поршень с уплотнительным элементом, а в импульсном клапане надклапанная полость запорного клапана соединена трубопроводом с газовой подушкой резервуара, а полость под запорным клапаном соединена трубопроводом с управляющей полостью пневмопривода, которая через дюзу сообщена с атмосферой.