ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО С РАЗРЫВНОЙ МЕМБРАНОЙ Российский патент 2024 года по МПК F16K17/16 

Предлагаемое изобретение относится к мембранному предохранительному устройству (далее - МПУ) с разрывной мембраной для эффективной защиты установок или стендового оборудования от неконтролируемого превышения максимально допустимого давления и обеспечения промышленной безопасности.

Например, при изготовлении или после ремонта арматура должна проверяться испытанием на прочность корпуса, герметичность сальниковых уплотнений, протечку запорного органа и срабатывания предохранительного клапана. Испытания в этом случае проводятся на специальных стендах. При испытаниях арматуры на высокое давление существуют риски возникновения аварийных ситуаций, которые могут привести к разрушению узлов стенда вследствие превышения испытательного давления. Поэтому создание устройств для предотвращения выхода из строя стенда или различных установок является важной задачей.

При проведении патентных исследований были выявлены аналоги устройств и способов изготовления мембран. Известно мембранное предохранительное устройство (патент RU №2569465, МПК F16K 17/16, опубл. 27.11.2015 г., патентообл. ООО "НИПВФ “Тензор”), которое относится к предохранительной трубопроводной арматуре, обеспечивающей необходимый сброс массы парогазовой смеси при определенном давлении срабатывания, и предназначено для защиты объектов технологического оборудования, сосудов и трубопроводов от опасных перегрузок избыточным и (или) вакуумметрическим давлением, создаваемым рабочими средами, и устанавливается, в частности, в системах защиты парогенераторов атомных электростанций. Предохранительное мембранное устройство содержит хлопающую мембрану, закрепленную между двумя зажимными фланцами. Со стороны вогнутой части хлопающей мембраны напротив ее вершины закреплено нерабочими сторонами режущее средство. Это средство содержит четыре плоских ножа и два дополнительных ножа. Ножи равномерно расположены по окружности вокруг центральной оси хлопающей мембраны. Каждый нож выполнен в форме прямоугольного треугольника, больший катет которого имеет режущую кромку пилообразной формы. Другой катет снабжен двумя прямоугольными выступами для крепления в кольцевой проточке нижнего зажимного фланца и в соответствующем пазу стопорного прижимного кольца. При повышении допустимого для данной хлопающей мембраны давления мембрана, теряя устойчивость под воздействием газодинамической струи, схлопывается и эффективно разрезается ножами на шесть лепестков, которые отклоняются от центральной оси устройства и удерживаются по кромке зажима кольцевой части хлопающей мембраны за счет уменьшения кривизны участков сцепления основания сегмента каждого лепестка, что приводит к уменьшению концентрации отрывного напряжения на основании лепестка и повышению прочности его сцепления по линии зажима. Недостаток данного технического решения заключается в сложности конструкции.

Известен «Мембранный узел» (патент RU №2099622, МПК F16K 17/40, опубл. 20.12.1995 г., патентообл. Алексеенко В.А.). Сущность в том, что в мембранном узле, содержащем хлопающую мембрану, размещенную между верхним и нижним зажимными кольцами, и разрушающий элемент, нижнее зажимное кольцо снабжено направляющими перьями, а верхнее зажимное кольцо выполнено в форме перевернутого стакана с окнами в боковой стенке, уплотнительной поверхностью и средством для крепления стакана к приводному элементу арматуры, при этом разрушающий элемент выполнен с резьбовым хвостовиком и ввернут в центральную часть днища стакана снизу с возможностью регулирования положения разрушающего элемента. При достижении критического значения давления в аппарате мембрана прогибается в обратную сторону, накалывается на разрушающий элемент и разрывается на части. При этом газ свободно проходит через мембрану, и направляется в сдувочную линию. Недостаток данного технического решения заключается в сложности конструкции узла.

Известно «Предохранительное устройство с разрывной мембраной» (патент RU №2303734, МПК F16K 17/14, опубл. 27.07.2007 г., патентообл. ФГУП "BHHHA"(RU)).

Предохранительное устройство содержит корпус с крышкой, разрывную мембрану, разрушающий элемент, выполненный в виде сверла, установленного на штоке с жестко закрепленной на нем крыльчаткой, пружину сжатия (сильфон), вкладыш, установленный герметично в входном отверстии, шток размещен во вкладыше с возможностью проворачивания (левая резьба), проточку в корпусе предохранительного устройства, пропускающее газ между впускным и выпускным отверстиями, прокладку с жиклерами.

Газ под давлением, превышающим допустимое избыточное давление, поднимает вкладыш вместе со штоком вверх, преодолевая сопротивление пружины сжатия (или сильфона). При движении штока с закрепленным на нем разрушающим элементом, выполненным в виде сверла, вверх открывается проточка, и газ под давлением с большой скоростью проходит через жиклеры, расположенные под углом к лопаткам крыльчатки. Крыльчатка начинает вращаться по часовой стрелке вместе со сверлом, закрепленном на штоке, выкручивая его из вкладыша. Шток перемещает сверло по направлению к мембране, при этом сверло просверливает отверстие в мембране, ускоряя процесс разрыва мембраны. Регулирование величины допустимого избыточного давления производится с помощью прокладки. Для корректировки направления и скорости потока газа используются сменные жиклеры с различными диаметрами отверстий и углами их расположения относительно лопаток крыльчатки. Таким образом, предложенное техническое решение позволяет регулировать величину допустимого избыточного давления и ускоряет процесс разрыва мембраны, что снижает разброс величины давления срабатывания, т.е. повышает точность и надежность работы предохранительного устройства.

Недостатки вышеприведенных конструкций: конструкции предложенных предохранительных устройств довольно сложные и не предназначены для испытания при высоком давлении.

Известно «Устройство разрывного диска по патенту US 2772019 (изобретатель Е. Джонс, патентоообл. Henry Valve Company, от 15.03.1950 г., опубл. 27.11.1956 г.). Согласно патенту US 2772019 техническое решение, в сущности, представляет собой разрывной узел, состоящий из двух зажимных колец (кольцевых установочных элементов, изготавливаемых из латуни), между которыми расположен разрывной диск (мембрана). Данный разрывной узел фиксируется сверху и снизу двумя фитингами, выполненными с возможностью ввинчиваться один в другой.

Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.

Недостатком данного технического решения является сложность в эксплуатации, повышенная трудоемкость сборки/разборки/ремонта конструкции, а также повышенная стоимость изготовления деталей. В процессе разборки мелкие зажимные кольца могут быть утеряны. Кроме того, мелкие детали могут быть подвержены повышенному износу.

Задачей настоящего изобретения является изготовление предохранительного устройства с разрывной мембраной. Технический результат заключается в повышении надежности конструкции и эксплуатационных качеств, а также в упрощении процесса сборки/разборки конструкции.

Технический результат получают следующим образом.

Предохранительное устройство с разрывной мембраной содержащее предохранительный узел с мембраной, фиксирующийся двумя деталями, выполненными с возможностью ввинчиваться друг в друга, отличающееся тем, что фиксирующие детали представляют собой корпус и уплотнительный штуцер, корпус устройства представляет собой деталь, имеющую полость цилиндрической формы с выступом конусообразной формы внутри для опоры предохранительного узла, предохранительный узел расположен в средней части корпуса и представляет собой обтюратор, выполненный в виде кольца со сферической поверхностью, и мембрану, которая плотно фиксируется между сферической поверхностью обтюратора и выступом конусообразной формы внутри корпуса, предохранительный узел фиксируют при присоединении уплотнительного штуцера к корпусу посредством резьбового соединения.

Сущность технического решения заключается в следующем. Конструкция существенно проще относительно прототипа за счет того, что в ней меньше деталей. А именно, отсутствуют два зажимных кольца и два уплотнительных кольца. Вместо двух концентрических зажимных колец и двух уплотнительных колец используют обтюратор, выполненный в виде кольца со сферической поверхностью, и выступ конусообразной формы внутри корпуса. При этом, фактически вместо одного зажимного кольца, одного уплотнительного кольца и одного фитинга из прототипа в нашем случае используют одну деталь - корпус с выступом конусообразной формы. Новая деталь - корпус с выступом конусообразной формы выполняет две функции одновременно - и уплотнительную функцию, и функцию крепления, в отличие от прототипа, где для этих функций требуется три отдельные детали. За счет этого обеспечивается изобретательский уровень: вместо трех деталей в прототипе у нас используется одна, сочетающая в себе обе функции. Таким образом, достигается упрощение конструкции без потери функциональности и ремонтопригодности. Благодаря этому повышается надежность конструкции и ее эксплуатационные качества.

Кроме того, за счет уменьшения количества деталей (вместо трех деталей у нас одна деталь в виде корпуса с выступом конусообразной формы) обеспечивается упрощение процесса сборки/разборки конструкции.

Предохранительное устройство с разрывной мембраной изображено на чертеже, где обозначены:

1 - корпус,

2 - разрывная мембрана,

3 - обтюратор,

4 - уплотнительный штуцер,

5 - резьбовое соединение уплотнительного штуцера и корпуса.

Предохранительное устройство с разрывной мембраной 2 содержит корпус 1, уплотнительный штуцер 4, и предохранительный узел. Предохранительный узел расположен в средней части корпуса, представляет собой разрывную мембрану 2, плотно зафиксированную между обтюратором 3, выполненным в виде кольца со сферической поверхностью, и выступом конусообразной формы корпуса 1, причем обтюратор 3 прижимают уплотнительным штуцером 4 к корпусу 1 посредством резьбового соединения 5.

Процесс сборки конструкции выглядит следующим образом. Мембрану 2 помещают внутрь корпуса 1, затем обтюратор 3 так же помещают внутрь корпуса 1. Обтюратор 3 прижимают уплотнительным штуцером 4 и фиксируют путем завинчивания штуцера 4 в корпус 1 посредством резьбового соединения 5.

При завинчивании уплотнительного штуцера 4 в корпус 1 возникает давление в месте контакта сферической поверхности обтюратора 3, мембраны и выступа конусообразной формы внутри корпуса 1. Это обеспечивает фиксацию мембраны 2 между обтюратором 3, выполненным в виде кольца со сферической поверхностью, и выступом корпуса 1 конусообразной формы, благодаря чему образуется герметичный предохранительный узел.

Максимальное давление срабатывания данного устройства - 70 МПа обусловлено проведенными прочностными расчетами корпусных элементов предохранительного устройства (корпус 1 и уплотнительный штуцер 4). Данная конструкция позволяет применять устройство при высоком давлении благодаря надежности и герметичности мембранного узла. Толщина мембраны рассчитывается в зависимости от рабочего давления.

Предохранительное устройство с разрывной мембраной устанавливается на установке или стендовом оборудовании. Внутренняя полость трубопровода установки или стендового оборудования соединяется с внутренней полостью штуцера предохранительного устройства. Выход предохранительного устройства соединен с технологической емкостью.

Подача жидкости в установке или стендовом оборудовании осуществляется с помощью насоса. Давление контролируется датчиком давления и должно соответствовать рабочему давлению. В случае превышения расчетного давления в установке или стендовом оборудовании происходит разрыв мембраны и аварийный сброс жидкости в технологическую емкость. После разрушения мембраны поток жидкости продолжает циркулировать в установке или стендовом оборудовании без повышения давления. Для продолжения процесса необходимо прекратить подачу жидкости и заменить мембрану 2.

Данная конструкция является упрощенной по сравнению с прототипом при сохранении своей функциональности, что обеспечивает повышение надежности конструкции и ее эксплуатационных качеств.

Изобретение относится к мембранному предохранительному устройству с разрывной мембраной для эффективной защиты установок или стендового оборудования от неконтролируемого превышения максимально допустимого давления и обеспечения промышленной безопасности. Изобретение повышает надежность конструкции и эксплуатационные качества. Предохранительное устройство с разрывной мембраной содержит предохранительный узел с мембраной, фиксирующийся двумя деталями, выполненными с возможностью ввинчиваться друг в друга. Фиксирующие детали представляют собой корпус и уплотнительный штуцер, корпус представляет собой деталь, имеющую полость цилиндрической формы с выступом конусообразной формы внутри для опоры предохранительного узла. Предохранительный узел расположен в средней части корпуса и представляет собой обтюратор, выполненный в виде кольца со сферической поверхностью, и мембрану, которая плотно фиксируется между сферической поверхностью обтюратора и выступом конусообразной формы внутри корпуса, предохранительный узел фиксируют при присоединении уплотнительного штуцера к корпусу посредством резьбового соединения. 1 ил.

Предохранительное устройство с разрывной мембраной, содержащее предохранительный узел с мембраной, фиксирующийся двумя деталями, выполненными с возможностью ввинчиваться друг в друга, отличающееся тем, что фиксирующие детали представляют собой корпус и уплотнительный штуцер, корпус представляет собой деталь, имеющую полость цилиндрической формы с выступом конусообразной формы внутри для опоры предохранительного узла, предохранительный узел расположен в средней части корпуса и представляет собой обтюратор, выполненный в виде кольца со сферической поверхностью, и мембрану, которая плотно фиксируется между сферической поверхностью обтюратора и выступом конусообразной формы внутри корпуса, предохранительный узел фиксируют при присоединении уплотнительного штуцера к корпусу посредством резьбового соединения.