Предохранительное устройство Советский патент 1984 года по МПК F16K17/16 F16K47/00 F16L55/02 

Изобретение относится к мембран ным предохранительным устройствам, служащим для защиты сосудов и труб проводов от аварийного разрыва избыточным давлением, и может быть использовано на предприятиях химической, нефтехимической, нефтепере рабатывающей промышленностей, в атомной энергетике. Известно предохранительное устройство, содержащее разрушаемую при заданном давлении мембрану, установленную на патрубке, сообщающем защищаемую,систему со сбросной через жидкость, заполняющую патрубо и распределяющую демпфирующую систе му в виде пузырьковой завесы из газа, нейтрального .к рабочей при -этом радиус пузырьковзавесы определяется исходя из соотьетствую :щего соотношения. Это позволяет пре образовать короткий и значительный по амплитуде гидроудара в и пульс, амплитудой и продолжительнос тью соответствующий времени полноце ного срабатывания мембраны с ее раскрытием по всему сечению сброса Недостатками устройства являются необходимость длительного поддержания пузырьковой завесы путем постоя ного перекачивания газа, что требуе восполнения его неизбежных потерь и постоянного надзора, а также конструктивная сложность. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является предохранительное устройство, состоящее из разрушаемой при заданном давлении мембраны, размещенной в патрубке, заполненном жидкой средой и сообщен ном с предохраняемым агрегатом, в котором в качестве генератора пузыр ковой завесы используется нагреватель, испарякяций жидкость в предохраняемом агрегате. Поскольку в хода своего движения пузырьки паров жидкости постепенно охлаждаются и парообразная фаза конденсируется, диаметр пузырьков по мере их. всплытия закономерно уменьшается вплоть до полного их исчезновения. Тем caNtJM решается задача удаления пузы ков и подбора их размера, а caj-io устройство существенно упрощается 2 Однако известное устройство не может быть использовано в средах, скяошых к термохимическим изменени ям i результате нагрева. В ряде слу iaes использование устройства недопустимо по противопожарным соображениям, а также не может быть испол зовано для защиты цистерн, содержащих жидкометаллический теплоноситель (например, натрий) ввиду высок температуры его кипения. Другой недостаток известного уст ройства заключается в необходимости поддержания дежурного режима в течение всего срока эксплуатации, поддерживаемого за счет внешнего источника энергии. Возможное отключение источника энергии приводит к функциональной непригодности устройства. Кроме того, поскольку в устройстве предусмотрена завеса из всплывающих пузырьков, его использование связано с необходимостью приня тия конструктивных мер по предотвра- щёнию образования Газовых карманов, полостей. Цель изобретения - повышение надежности срабатывания предохранительного устройства, т.е. создание устройства- с повышенными эксплуатационными характеристиками, устойчивого к воздействию гидравлических ударов и срабатывающего при плавном повышении давления в предохраняемом агрегатэ, не зависящего от внешних источников энергии и постоянно готового к работе. Указанная цель достигается тем, что в предохранительном устройстве, содержащем разрушаемую при заданном давлении мембрану и расположенную перед ней демпфирующую систему, распределенную в жидкой среде, содержащейся в патрубке, примыкающем к мембране, демпфирующая система выполнена в виде набора пьезоэлементов с проводящими обкладками, замкнутыми через резистивный элемент, вьполненный в виде спирали. На фиг. 1 представлен общий вид предохранительного устройства, разрезу на фиг. 2 - общий вид одного из пьезоэлементов,.разрез. Предохранительная мембрана 1, размещенная на патрубке 2, разделяет заполненный жидкостью объем 3 от объема 4, в который происходит сброс. Перед предохранительной мембраной 1 расположена демпфирующая система 5 набор пьезоэлементов 6, который может представлять собой сквозную объемную структуру, в которой пьезоэлементы 6 частично перекрывают друг друга таким , что поверхность мембраны 1 оказывается экранированной от прямого воздействия ударной волны. Демпфирующая система 5, выполненная ii3-; свободно примыкающих друг к другу пьезоэлементов 6, не препятствует передаче медленно меняющегося гидростатического давления на поверхность мембраны 1. Геометрические схемы демпфирующей системы 5 по расположению пьезоэле-. ментов б могут быть различными: шахматное расположение пьезоэлементов б с послойным чередованием пустых н заполненнрлх ячеек и обеспечением зазора между слоями; набор из пьезоэлементов б призматической формы.

выполненный в виде ступенчатой спиральной структуры.

Пьезоэлемент 6 (фиг, 2) содержит в своем составе таблетку или призму пьезоактивного материала 7, токопроводящие прокладки 8, замкнутые через резистивный элемент 9, выполненный в виде спирали или катушки. От внешней среды пьезоэлемент 6 защищен герметизирукхцей оболочкой 10, не препятствующей передаче на поверхность пьезоэлемента 6 механических нагрузок.

Устройство- работает следующим образом.

При плавных изменениях давления жидкость, содержащаяся в объеме 3, перетекает через демпфирующую систему 5 и воздействует на поверхность мембраны 1. При повьииении давления сверх давления срабатывания мембран 1, она разрушается, освобождая сброное сечение трубопровода, и сбрасываемая среда перетекает через демпфирующую систему 5 в направлении сброса. При возникновении в объеме 3 импульсов ударного типа ударная волна воздействует на поверхности пьезоэлементов 6, вызывая появление на их токопроводящих прокладках 8 электрических зарядов. Так как токо poвoдящиe прокладки 8 замкнуты между собой через резистивный элемент 9, выполненный в виде спирали или катушки, весь пьезоэлемент 6 представляет собой генератор ЭДС, совмещенный cRLC -контуром и при воздействии на него гидроудара происходит два процесса - преобразование энергии гьдроудара Р ЭДС и

преобразование ЭДС в энергию затухающих электромагнитных колебаний, которая рассеивается в виде электромагнитного излучения и тепла. Таким образом, в процессе прохождения ударной волны через демпфирующую систему 5 происходит ее гашение, а за счет дифракционных явлений ее сглаживание, в результате чего импульс гидроудара может быть ум€;нь0 шен и сглажен до безопасных пределов. Тем caMJM предотвращается повреждение предохранительной мембргГйы 1 кратковременными нагрузками гидроударного типа и становится возможным ее нормальное срабатывание при по5следующих-аварийных ситуациях.

В качестве материалов пьезоэлементов бмогут быть использованы любые пьезоактивные материалы с коэффициентами электромеханической

0 связи не ниже 0,20, например, титанат бария, цирконаттитанат свинца, ниобат лития и др. Б качестве резистиьных элементов могут быть использованы проволока с высоким омическим

5 сопротивлением (никелин, нихрон, константан), пасты на основе порошков меди и углерода, напыленные гшенки углерода и т.д.

Технико-экономическая эффектив0ность изобретения заключается в повышении надежности срабатывания предохранительного устройства, не требующего поддержания дежурного режима, подачи электроэнергии, периодического технического обслуживания, обес5печении пожаробезопасности и чистоты технологической среды в предохраняемом аппарате.

ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТБО, содержащее разрушаемую при заданном давлении мембрану и расположенную перед ней демпфирующую систему, распределенную в жидкой среде, содержащейся в патрубке, приь-ыкающем к мембране, отличающеес я тем, что, с целью повышения надежности, демпфирукицая система выполнена в виде набора пьеэоэлементов с проводящими обкладками, замкнутыми через резистивный элемент, выполненный в виде спирали. (Л со со СХ) ел

.

/ Vjj Aij//y// /

Ф..2.