Способ сборки предохранительного клапана с мембраной свободного прорыва и предохранительный клапан Советский патент 1992 года по МПК F16K17/16 

Изобретение относится к химическому машиностроению, в частности к устройствам разового действия.

Цель изобретения - повышение надежности в работе путем обеспечения регули- рования давления срабатывания.

На фиг.1 изображен предохранительный клапан, разрез, общий вид; на фиг.2 - схема нагружения мембраны; на фиг.3-диаграмма определения значения он.

Способ сборки предохранительного клапана осуществляется следующим образом.

Так как предел прочности материала мембраны имеет большой разброс, а также при наличии допуска на ее толщину, необходимо при выборе мембраны это учитывать и выбирать мембрану с перекрытием этих факторов. Допуск на разрушение мембраны составляет не менее 50%, т.е. пои давлении разрушения 0,5 кг/см , разрушение ее может произойти как при 0,5 кг/см, так и при 0,75 кг/см .

Согласно предлагаемому способу мембрану необходимо выбирать для установки в клапан с минимальным давлением разрушения (Рлр), большим максимального допуска на расчетное заданное давление разрушения (Рд), и тем самым полностью исключить произвольное неуправляемое ее разрушение. Поэтому мембрану выбирают с характеристиками из соотношения

,5Рд.(1)

где 1,5 - коэффициент запаса, учитывающий погрешности механических характеристик материала мембраны и допуски на изготовление.

После установки мембраны осуществляют ее предварительное натяжение выпуклостью в сторону подачи газа до величины напряжения, выбираемого из условия

ОН ОВ - Oq

где Он - напряжение, возникающее в мембране при предварительном натяжении;

OB - предел прочности материала мем- браны;

оч - напряжения, возникающие в мембране от действия давления.

Задача нахождения напряжения для предварительного натяжения мембраны сводится к построению зависимости напряжений G, возникающих в мембране от величины выступа седла w относительно фланца и от величины давления прорыва q. В общем случае это условие можно записать в виде функции

а f(w,q).(2)

Исходя из критерия прорыва мембраны, т.е. достижения максимально возможных напряжений в материале мембраны, т.е. G Сь, получают формулу для расчета оь f(w,q).(3)

Применяя принцип независимости действия сил, получают

а Он + Oq(4)

Максимальное значение о достигается при r d, OH определяется силой натяжения Р мембраны на седло при его поднятии. Для определения предварительного напряжения в мембране, вызванного заневолива- нием ее при выступе седла на высоту w, рассматривают расчетную схему: круглая пластина шарнирно оперта по контуру, а сила Р равномерно распределена по соос- ной окружности d. Сила Р - приложенная к мембране нагрузка, вызванная реакцией седла при натяжении мембраны.

Исходя из схемы (фиг.2), решают обратную задачу. Зная прогиб w при г d, определяют силу Р и тем самым напряжение о()

a Mr

h2

где P-Y (1-v)(b2-d2) 8я-Ь2

Y

D 8я -D P--X- «:

(8)

X (b2-d2)(1+{.bl) + 1 + s 2 b2

+ 2d2ln ;

(9)

D - цилиндрическая жесткость пластины

D

Ehc

12 (1 -V2) Группируя приведенные получают

СГн

4ЯУУГ1 Y Е

(1-V)X

(11)

где h - толщина мембраны;

V- коэффициент Пуансона;

Е - модуль упругости;

Y, X - коэффициенты, определяющиеся радиусом седла d и радиусом b прижимного кольца (фланца).

Для определения напряжения Oq в мембране от воздействия давления рассматривают расчетную схему на фиг,2 (круглая пластина радиусом защемлена по контуру, нагрузка распределена равномерно).

К моменту разрушения плоская мембрана первоначально прогибается и приближается к участку сферы радиуса R d/sin p и толщина ее уменьшается от h до hi. Максимальное напряжение от давления q при

п - d-q

4 2 hi sin р

(12)

.h-sin«5

где h1 2(1-cosу)

(13)

Угол р зависит только от свойств материала и зависит от относительного удлинения а. Следовательно

q d (1 - cos p)

Oq;-г

h-sin уз

(14)

Подставляя (11) и (13) в (4), получают

OL 4yr-wh-E.Y+ q-d(1 -CQS0) (15) 1 -г2 хh-sin3

Выражение (15) представляется в виде

где Ki

оь Ki -w + Ка -q, 4jr-h-E Y

K2 -

1-V X d(1 -cosy))

(16)

(17) . . з-(18)

h-sirrp

Выражение (16) представляет линейное уравнение. При q 0, увеличивая высоту седла w, напряжение он; увеличивается и при сгн оь мембрана разрушается. С другой стороны, при w 0 повышая давление q при достижении Oq оь, мембрана также разрушается. Поэтому график уравнения (16) характеризуется прямой линией, проходящей через оси X и Y с координатами

X сгн ОЬ при Y 0;

Y (7q Ob при Х 0,

т.е. будет определять максимально возможные значения для данной мембраны (фиг.З).

При заданном значении нагрузки q и принимая любую независимо конструктивную толщину h мембраны с учетом выражения (1) по выражению (14) определяют напряжение, возникающее в мембране от нагрузки q. Затем из выражения (4) определяют

Oq.(19)

Определив ото (11), определяют требуемый выступ w для обеспечения предварительного натяга.

Если использовать диаграмму на фиг.З, то задача упрощается. Отложив по осям X и Y значение оь и задаваясь oq, определяют а (пунктирные линии по диаграмме).

После определения требуемого вылета седла производят установку мембраны с требуемым натяжением по заданному давлению прорыва.

Предохранительный клапан состоит из

корпуса 1 с входным 2 и выходным 3 каналами и фланцами 4 и 5, между которыми закреплена мембрана 6. Со стороны выходного канала 3 подвижно установлено контактирующее с мембраной 6 седло 7. которое размещено в устройстве регулировки его положения, выполненного в виде обоймы 8 с кольцевой расточкой 9 и резьбовыми отверстиями 10 регулировочных

винтов 11, равномерно укрепленных на корпусе 1.

После установки мембраны 6 между фланцами 4 и 5 регулировочными винтами 11 выдвигают обойму 8 с седлом 7 на расчетный вылет w. Затем винты 11 фиксируют в таком положении, а предохранительный клапан проверяют на срабатывание мембраны. В случае отклонения давления срабатывания в ту или иную сторону

осуществляют юстировку вылета седла 7 и повторную проверку предохранительного клапана. После достижения требуемого давления срабатывания замеряют окончательно вылет седла 7 и по этому юстированному вылету осуществляют все последующие сборки мембран данной партии в клапане.

Формула изобретения

1. Способ сборки предохранительного

клапана с мембраной свободного прорыва, включающий установку мембраны на седло. расположенное в корпусе клапана, отличающийся тем, что, с целью повышения

надежности в работе, после установки мембраны на седло осуществляют ее предварительное натяжение выпуклостью в сторону подачи газа до величины напряжения, устанавливаемой из условия

Он 0в - Oq.

где он - напряжения, возникающие в мембране при предварительном натяжении:

OB - предел прочности материала мембраны;

Oq - напряжения, возникающие в мембране при воздействии прорыва.

2. Предохранительный клапан, содержащий корпус с входным и выходным каналами, закрепленную между фланцами

мембрану и контактирующее с мембраной со стороны выходного канала подвижно установленное седло с устройством регулировки его положения, отличающийся тем, что устройство регулировки положения

выполнено в виде соосно установленной в корпусе обоймы с внутренней кольцевой расточкой и резьбовыми отверстиями на торцовой части, а в корпусе равномерно заU

креплены регулировочные винты, взаимодействующие с резьбовыми отверстиями обоймы, при этом седло закреплено в указанной кольцевой расточке.

Изобретение позволяет повысить надежность работы предохранительного клапана. Мембрану (М) 6 устанавливают на седло 7, расположенное в корпусе 1. После установки М 6 осуществляют ее предварительное натяжение выпуклостью в сторону подачи газа до величины напряжения, устанавливаемого из условия он - flfe - Oq, где сгн - напряжение, возникающее в М при предварительном натяжении; (7в - предел прочности материала М; Oq - напряжения, возникающие в М при воздействии прорыва. Устр-во регулировки положения седла 7 выполнено в виде соосно установленной в корпусе 1 обоймы 8 с внутренней кольцевой расточкой 9 и резьбовыми отверстиями 10 на торцовой части. В корпусе 1 равномерно закреплены регулировочные винты 11, взаимодействующие с отверстиями 10. Седло 7 закреплено в расточке 9. После достижения требуемого давления срабатывания замеряют окончательный вылет седла 7 и по нему осуществляют все последующие сборки М данной партии. 2 с.п.ф-лы, 3 ил. (Л 1 VI ю СА) О Фиг.1

6U

fcj

Фиг-2 6S

б« - - J

25

Х кг/см-}