УСТРОЙСТВО СБРОСА ДАВЛЕНИЯ, ИМЕЮЩЕЕ ОПОРНЫЙ ЭЛЕМЕНТ С УГЛУБЛЕННЫМИ ОБЛАСТЯМИ
PRESSURE RELIEF DEVICE, HAVING SUPPORT ELEMENT WITH RECESSED AREAS

Область техники
Настоящее изобретение в целом направлено на устройство сброса давления и, в частности, на устройство сброса избыточного давления для использования в санитарных областях применения, содержащее разрывную мембрану, опорный элемент мембраны и гибкую уплотняющую прокладку. Опорный элемент мембраны включает в себя одну или более рельефных областей, которые могут содержать, например, отверстия или углубления, окружающие основное центральное отверстие, которые выполнены с возможностью вмещения по меньшей мере части прокладочного материала, по мере того, как он смещается во время установки в устройство сброса давления. Благодаря такому устройству, характеристики уплотнения мембраны улучшены, и легкость установки сохранена, в то же время предотвращено проникновение прокладочного материала в разрывной участок разрывной мембраны и изменение ее параметров разрыва.
Описание предшествующего уровня техники
Патент США №4759460 направлен на пример системы разрывного диска, содержащий разрывную мембрану обратного выгибания и опорное кольцо, выполненное с возможностью предотвращения фрагментации мембраны после реверсирования и разрыва мембраны. Как показано на фиг.6, опорное кольцо по существу является сплошным кольцом, включающим в себя только центральное отверстие для обеспечения прохождения текучей среды после разрыва мембраны.
Патент США №6318576 направлен на санитарное устройство разрывной мембраны, имеющее относительно большой центральный разрывной участок по сравнению с полным диаметром мембраны. Устройство дополнительно содержит прокладку, расположенную вокруг внешней периферии мембраны, чтобы обеспечить уплотнение после установки мембраны между смежными секциями корпуса.
Патент США №6945420 также направлен на санитарную разрывную мембрану в сборе, содержащую разрывную мембрану обратного действия и кольцевой корпус. Санитарная разрывная мембрана включает в себя отдельный сегмент на ее изогнутой секции, который был упрочнен. После воздействия избыточного давления начинается реверсирование изогнутой секции на упрочненном сегменте.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В одном варианте выполнения согласно настоящему изобретению обеспечено устройство сброса давления, содержащее разрывную мембрану и опорный элемент разрывной мембраны. Разрывная мембрана включает в себя разрывной участок и описанную фланцевую секцию. Опорный элемент разрывной мембраны содержит кольцевую внутреннюю втулку, внешний периферийный участок, радиально отстоящий от внутренней втулки, и один или более соединительных сегментов, продолжающихся между внутренней втулкой и внешним периферийным участком. Соединительные сегменты ограничивают одну или более рельефных областей, расположенных между внутренней втулкой и внешним периферийным участком.
В другом варианте выполнения согласно настоящему изобретению обеспечен опорный элемент разрывной мембраны для использования с разрывной мембраной, имеющей периферийную фланцевую секцию и разрывную центральную секцию. Опорный элемент и разрывная мембрана выполнены с возможностью вставки между смежными слоями эластомерной или термопластичной кольцевой прокладки перед установкой в зажимной элемент устройства сброса давления. Опорный элемент содержит кольцевую внутреннюю втулку, внешний периферийный участок, радиально отстоящий от внутренней втулки, и один или более соединительных сегментов, продолжающихся между внутренней втулкой и внешним периферийным участком. Соединительные сегменты ограничивают одну или более рельефных областей, расположенных между внутренней втулкой и внешним периферийным участком, для приема соответствующих участков прокладки после установки в зажимной элемент устройства сброса давления.
В еще одном варианте выполнения согласно настоящему изобретению обеспечена разрывная мембрана, содержащая центральный разрывной участок и описанную фланцевую секцию. Фланцевая секция имеет один или более выпуклых сегментов, по существу равномерно распределенных по ней.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 - вид в перспективе узла сброса давления согласно одному варианту выполнения настоящего изобретения;
фиг.2 - другой вид в перспективе узла сброса давления, показанного на фиг.1, с открытым зажимным механизмом;
фиг.3 - вид в сечении узла сброса давления, показанного на фиг.1;
фиг.4 - частично развернутый вид узла сброса давления, показанного на фиг.1, с расцепленным зажимным механизмом;
фиг.5 - развернутый вид устройства сброса давления согласно одному варианту выполнения настоящего изобретения;
фиг.6 - вид в перспективе разрывной мембраны и опорного элемента в сборе;
фиг.7 - альтернативный развернутый вид устройства сброса давления, показанного на фиг.5;
фиг.8 - вид в перспективе альтернативного варианта выполнения разрывной мембраны и опорного элемента в сборе согласно настоящему изобретению;
фиг.8a - развернутый вид узла, показанного на фиг.8;
фиг.8b - альтернативный развернутый вид узла, показанного на фиг.8;
фиг.9 - вид в сечении узла, показанного на фиг.8;
фиг.10 - развернутый вид еще одного варианта выполнения устройства сброса давления согласно настоящему изобретению; и
фиг.11 - вид в неполном сечении узла сброса давления, использующего устройство сброса давления с фиг.10.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ
"
"
Один вариант выполнения настоящего изобретения направлен на узел 12 сброса давления, такой как показан на фиг.1. Изображенный узел, главным образом, подходит для использования с разрывными мембранами относительно малого диаметра, особенно мембранами, имеющими центральный разрывной участок диаметром 1,5 дюйма или менее. В одном конкретном варианте выполнения узел 12 сброса давления может иметь такие размеры, чтобы вмещать либо 1", 1½, либо санитарные обжимные кольца стандарта DN40, которые, в свою очередь, имеют такие размеры, чтобы соответствовать стандартным трубопроводам этих номинальных размеров. Поскольку наружный диаметр обжимного кольца остается одинаковым для всех трех размеров, в то время как внутренний диаметр изменяется в соответствии с номинальным диаметром, относительные размеры разрывного участка и кольцевой фланцевой секции изменяются. Например, мембрана этого типа, имеющая номинальный размер 1 дюйм, будет иметь разрывной участок намного меньшей радиальной ширины и фланцевую секцию намного большей радиальной ширины, чем мембрана номинального размера 1½.
Как показано на фиг.3 и 4, обычно используется прокладка 20, которая выполняет функцию уплотнения между обжимными кольцами 14 и 16. В некоторых вариантах выполнения прокладка 20 выполнена из гибкого, эластомерного материала, такого как VITON (синтетический каучук и фторполимерный эластомер), EPDM (каучук на основе сополимера этилена, пропилена и диенового мономера) и силикон. Также прокладка 20 может быть образована из относительно негибкого термопластичного материала, такого как фторэтиленовый полимер и особенно TEFLON (политетрафторэтилен). Однако эти относительно негибкие прокладки будут иметь конструкцию, состоящую из двух частей, в связи с тем, что этот материал не может быть натянут на мембрану, как материалы, описанные выше. Прокладка 20 содержит слои 22, 24, соединенные периферической боковой стенкой 26, и включает в себя центральное отверстие 27. Как изображено на фиг.5, щель 28 образована на участке боковой стенки 26, чтобы позволить установку мембраны 30 и опорного элемента 32 между слоями 22, 24. Каждый слой 22, 24 прокладки 20 включает в себя в общем круглый бурт 34, 36 уплотнительного кольца и внутреннюю фланцевую секцию 38, 40 соответственно.
Множество проблем может возникнуть при попытке установить устройство сброса давления, использующее эластомерную прокладку, в устройство сброса давления, такое как изображено на фиг.1-4. Когда прокладочный материал является эластомером, он стремится деформироваться и выдавиться, когда к нему прикладывается усилие, и эластомеры с различной жесткостью и поверхностными фрикционными характеристиками выдавливаются по-разному. В настоящее время отсутствует простое, практичное и надежное средство объективного измерения и контроля усилия и сжатия, прикладываемых к прокладке 20 посредством действия зажима 18, когда затягивается барашковый винт 44. Операторы склонны действовать на глаз при определении того, достаточный ли крутящий момент был приложен к барашковому винту 44, для того чтобы надлежащим образом зафиксировать прокладку 20. Если был приложен недостаточный крутящий момент, прокладка 20 не будет зафиксирована надлежащим образом и может не обеспечивать эффективное уплотнение. Дополнительно ненадлежащее зажатие мембраны уменьшает опору для мембраны на или вблизи переходной области (то есть области между фланцем и куполом мембраны), приводя к уменьшенному сроку службы и измененному давлению разрыва мембраны. Если барашковый винт 44 был чрезмерно затянут, сжатие прокладки приводит к выдавливанию прокладочного материала в отверстие 42 обжимного кольца настолько, что он проникает в область купола мембраны. Если прокладка контактирует с поверхностью купола, давление разрыва мембраны может быть значительно снижено.
Также, в случае санитарных областей применения, центральное отверстие прокладки в общем выполнено с жесткими допусками, так чтобы после установки, вследствие управляемой, предсказуемой величины выдавливания, оно было точно выровнено с отверстием обжимного кольца и уменьшило образование зазоров или щелей, в которые может разместиться материал. Вследствие жесткости этих допусков и отклонения свойств материала различных прокладок чрезмерное затягивание барашкового винта 44 может привести к слишком сильному выдавливанию прокладки, приводя к потенциальному изменению давления разрыва, отмеченному выше, в то время как недостаточное затягивание барашкового винта 44 может привести к слишком слабому выдавливанию или неплотному прокладочному уплотнению, таким образом позволяя материалу размещаться между обжимными кольцами и потенциально антисанитарной средой. Любая ситуация может иметь неблагоприятное влияние на нормальное функционирование системы.
Опорный элемент 32 решает одну или более изэтих проблем путем уменьшения влияния "чутья оператора" при закреплении устройства сброса давления в зажим 18. В варианте выполнения, показанном на фиг.5, опорный элемент 32 содержит кольцевую внутреннюю втулку 46, внешний периферийный участок 48, радиально отстоящий от внутренней втулки 46, и один или более соединительных сегментов 50, продолжающихся между внутренней втулкой 46 и внешним периферийным участком 48. Соединительные сегменты 50, вместе с внутренней гранью 52 внешнего периферийного участка и внешней гранью 54 внутренней втулки, ограничивают одно или более отверстий 56 в опорном элементе 32. Отметим, что отверстия 56 находятся в необходимых рельефных областях, функции которых описаны ниже. В пределах объема настоящего изобретения для рельефных областей обеспечивают конфигурации, отличные от отверстий, которые полностью проходят сквозь опорный элемент. В одном варианте выполнения рельефные области могут содержать утопленные углубления между внутренней втулкой 46 и внешним периферийным участком 48. Внутренняя втулка 46 и внешний периферийный участок 48 являются в общем соосными, сплошными кольцами, удерживаемыми вместе соединительными сегментами 50.
В одном варианте выполнения настоящего изобретения, соединительные сегменты 50 по существу треугольные по форме и содержат узкий участок 58 вершины и противоположный участок 60 основания. Однако в пределах объема настоящего изобретения соединительные сегменты могут иметь различные формы, включая в себя прямоугольную, изогнутую (волнообразную), плоскую, но наклонную, изогнутую (вогнутую) или еще изогнутую (выпуклую). Участок 58 вершины каждого соединительного сегмента 50 соединен с внутренней втулкой 46, и участок 60 основания каждого соединительного сегмента 50 соединен с внешним периферийным участком 48. В некоторых вариантах выполнения одно или более отверстий 56 ограничены четырьмя боковыми гранями, две из которых дугообразные и две из которых по существу плоские. В дополнительных вариантах выполнения отверстия 56 по существу равномерно распределены по опорному элементу 32 снаружи внутренней втулки 46.
Опорный элемент 32, а именно внутренняя втулка 46, возможно, содержит продолжающиеся внутрь язычок 62 и зуб 64. Язычок 62 продолжается в центральное отверстие 65 опорного элемента и выполнен с возможностью поддержки секции 66 перегиба разрывной мембраны 30 (фиг.7) во время реверсирования и разрыва изогнутого участка 68, для того чтобы предотвратить фрагментацию мембраны. Как показано на фиг.6, язычок 62 как таковой образован из основной плоскости опорного элемента 32, для того чтобы вставиться внутрь вогнутой области изогнутого участка 68, когда мембрана 30 и опорный элемент 32 соединены (например, посредством одной или более сварных точек). Аналогично, зуб 64 в целом повернут к вогнутой области изогнутого участка 68. Однако в пределах объема настоящего изобретения язычок 62 и/или зуб 64 может лежать по существу в одной плоскости с внутренней втулкой 48, внешним участком 48 и соединительными сегментами 50 или могут быть образованными продолжающимися из изогнутого участка 68 мембраны. Также предполагается, что в других вариантах выполнения может иметься множество зубьев и язычков. После реверсирования изогнутого участка 68 зуб 64 зацепляет мембрану и способствует разрыву мембраны.
В некоторых вариантах выполнения мембрана 30 содержит разрывную мембрану обратного действия, имеющую вогнуто-выпуклый (то есть изогнутый или куполообразный) центральный разрывной участок 68. Однако в пределах объема настоящего изобретения можно использовать изогнутые мембраны прямого действия и неизогнутые или гладкие разрывные мембраны. Разрывная мембрана 30 в общем выполнена согласно идеям патента США №6945420, полностью включенного сюда путем ссылки, и содержит изогнутый участок 68, имеющий область измененной металлической зернистой структуры 72. Изогнутый участок 68 окружен в общем плоской фланцевой секцией 74. Концевое удлинение 76 возможно включено в состав, чтобы способствовать установке мембраны. Концевое удлинение 76 имеет такие размеры, чтобы соответствовать аналогичному концевому удлинению 78 на опорном элементе 32. Мембрана 30 также возможно снабжена углубленной границей отверстия 80. Как показано, граница отверстия 80 образована в вогнутой поверхности мембраны 30 и в общем имеет C-образную форму. Как отмечалось ранее, мембрана 30 включает в себя участок 66 перегиба, расположенный между разнесенными концами границы отверстия.
Как показано на фиг.5 и 7, разрывная мембрана 30 и опорный элемент 32 соединены и затем помещены внутрь прокладки 20, чтобы образовать узел 70 сброса давления. Узел 70 сброса давления затем устанавливается между обжимными кольцами 14, 16 и закрепляется зажимом 18. Таким образом, обжимные кольца 14, 16 и зажим 18 совместно образуют зажимной элемент для узла 70 сброса давления. Затягивание барашкового винта 44 сжимает прокладку 20, таким образом смещая часть прокладочного материала. Однако взамен выдавливания в отверстие 42 настолько, что он может проникнуть в изогнутый участок 68 и изменить параметры разрыва мембраны 30, по меньшей мере часть прокладочного материала смещена в отверстия 56 (то есть рельефные области). Треугольная форма соединительных сегментов 50, в частности размещение участка 58 вершины вблизи внутренней втулки 46, способствует направлению смещения прокладочного материала в отверстия 56.
Как показано на фиг.8, 8a, 8b и 9, сжатие узла 70 сброса давления действием обжимных колец 14, 16 и зажима 18 также приводит к деформации фланцевой секции 74 разрывной мембраны в отверстия 56. Таким образом, фланцевая секция 74 становится выпуклой по структуре сегментов 80, которые в общем по размерам соответствуют отверстиям 56. В частности, выпуклые сегменты 80 отделены друг от друга одной или более треугольными секциями 82, причем каждая из треугольных секций 82 содержит участок 84 вершины и противоположный участок 86 основания, и причем участок вершины расположен внутри участка 86 основания. Выпуклые сегменты 80 дополнительно включают в себя возвышающиеся поверхности 88, которые приняты внутрь отверстий 56.
В альтернативных вариантах выполнения согласно настоящему изобретению, выпуклые сегменты 80 могут быть заранее сформированы во фланцевой секции 74 перед установкой. Однако выпуклые сегменты 80 по-прежнему в общем по размерам соответствуют отверстиям 56, для того чтобы быть принятыми в них во время соединения мембраны 30 и опорного элемента 32. Выпуклые сегменты 80 в мембране также увеличивают жесткость мембраны, таким образом улучшая ее общую способность выдерживать повреждения вследствие перемещения и работы.
Обращаясь теперь к фиг.10 и 11, показан другой вариант выполнения опорного элемента 90. Аналогично варианту выполнения, описанному выше, опорный элемент 90 также содержит кольцевую внутреннюю втулку 92, внешний периферийный участок 94, радиально отстоящий от внутренней втулки 92, и один или более соединительных сегментов 96, продолжающихся между внутренней втулкой 92 и внешним периферийным участком 94. Однако в отличие от опорного элемента 32 внешний периферийный участок 94 содержит один или более дискретных, дугообразных сегментов 98, имеющих один или более промежутков 100, расположенных между ними, которые сообщаются с отверстиями 102. В показанном варианте выполнения один соединительный сегмент продолжается между каждым дугообразным сегментом 98 и внутренней втулкой 92, однако возможны альтернативные конфигурации.
Мембрана 30a и прокладка 20a аналогичны по конфигурации их эквивалентам, описанным выше со ссылкой на фиг.5-7. Отметим также, что считается в пределах объема настоящего изобретения для этого варианта выполнения использовать разрывную мембрану, имеющую заранее сформированные выпуклые сегменты, которые соответствуют промежуткам 100 и отверстиям 102 аналогично варианту выполнения, показанному на фиг.8-9.
Как описано выше, установка узла 70 сброса давления между обжимными кольцами 14, 16 включает в себя субъективное чувство чутья со стороны оператора в понимании того, когда барашковый винт 44 был затянут в достаточной степени, чтобы получить надежное уплотнение между обжимными кольцами и прокладкой. Таким образом, даже при использовании опорного элемента 32, описанного здесь, остается вероятность того, что оператор не достаточно затянет зажим 18, чтобы получить герметичное уплотнение между обжимными кольцами и теми участками прокладки 20, которые перекрывают внутреннюю втулку 46. Если внутреннее уплотнение выполнено не достаточно, рабочая текучая среда может протекать сквозь внутреннюю втулку 46 и поступать в пустоты, которые могут быть образованы смещением прокладочного материала в выпуклые сегменты 80. Однако эта утечка рабочей текучей среды может остаться незамеченной, если она остановлена уплотнением, образованным между обжимными кольцами и прокладочным буртом 34. Если эта утечка рабочей текучей среды произошла, давление разрыва мембраны 30 могло измениться вследствие напряжений, созданных на фланцевой области 74 мембраны.
Настоящий вариант выполнения изображает узел 70a сброса давления, который решает эту последнюю проблему. Если самое внутреннее уплотнение выполнено не надлежащим образом, повышение давления вследствие рабочей текучей среды, вытекшей наружу из внутренней втулки 92, будет ослабляться по мере того, как внешняя грань фланца уплотнения ("мембраны") прилегает к этим промежуткам 100, образуя путь утечки. Как показано более понятно на фиг.11, промежутки 100 ведут к образованию каналов 104, когда узел 70a сброса давления установлен между обжимными кольцами 14a, 16a и закреплен зажимом 18a. Если зажим 18 не затянут надлежащим образом, рабочая текучая среда может вытекать из каналов 104 и предупреждать оператора для регулировки зажима 18 соответствующим образом.
Варианты выполнения изобретения, описанные выше, обеспечены для иллюстрации и ничто в них не должно приниматься в качестве ограничения всего объема изобретения.