Мембранный узел

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к предохранительной арматуре, а именно к мембранному узлу, предназначенному для использования в предохранительном мембранном устройстве на ядерных реакторах для обеспечения необходимого сброса массы парогазовой смеси при определенном давлении срабатывания.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является мембранный узел (Предохранительное мембранное устройство: патент RU 2569465, Российская Федерация, заявка RU 2014134593, заявл. 22.08.2014, опубл. 27.11.2015), который 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. В упомянутом прижимном кольце для этого выполнены пазы по числу ножей и крепежные отверстия на одной оси с крепежными отверстиями верхнего и нижнего зажимных фланцев. Данное устройство принято за аналог.
Недостатком аналога является относительно низкая эффективность срабатывания устройства, обусловленная прямолинейным расположением режущих кромок ножей. В аналоге просекание мембраны проходит неравномерно из-за того, что при срабатывании устройства наибольшая энергия мембраны сосредоточена у вершины ее купола.
Технической проблемой является необходимость разработки эффективного и надежного мембранного узла, лишенного вышеприведенных недостатков.
Технический результат состоит в повышении эффективности срабатывания устройства за счет обеспечения равномерного просекания мембраны.
Технический результат достигается тем, что в мембранном узле, содержащем мембрану, закрепленную кольцевой частью и крепежными элементами между двумя зажимными фланцами, при этом со стороны вогнутой части мембраны напротив ее вершины на расстоянии прогиба при ее срабатывании под воздействием расчетного давления к зажимному фланцу прикреплены ножи, равномерно расположенные по окружности вокруг центральной оси мембраны, согласно полезной модели режущая кромка ножей выполнена под наклоном по отношению к поперечной горизонтальной плоскости устройства, при этом острие каждого ножа расположено ближе всего к вершине купола мембраны.
Выполнение ножей таким образом, чтобы режущая кромка была под наклоном по отношению к поперечной горизонтальной плоскости устройства, а острие каждого ножа было расположено ближе всего к вершине купола мембраны, обеспечивает равномерное просекание материала мембраны. Это обусловлено тем, что наибольшей энергией при «хлопке» мембраны обладает именно вершина купола мембраны и просекание мембраны должно начинаться с этого места.
В наиболее предпочтительном варианте реализации полезной модели мембранный узел оснащен шестью ножами, что обеспечивает наиболее эффективное срабатывание за счет разрезания мембраны на шесть лепестков и повышения надежности безосколочного разрезания мембраны. Шесть сегментов мембраны обеспечивают более полное раскрытие проходного сечения арматуры, что в совокупности с вышеприведенными аспектами полезной модели обеспечивает наиболее эффективное срабатывание устройства и наиболее правильное рассекание мембраны.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен заявляемый мембранный узел, вид сбоку, а на фиг.2 представлен мембранный узел в разрезе, вид сверху.
Мембранный узел, содержит верхний 1 и нижний 2 фланцы, а также установленную над верхним фланцем крышку 3. Между фланцами 1, 2 закреплена мембрана 4. При этом фланцы закреплены между собой с помощью шпилек 5. Предпочтительно в качестве шпилек 5 используются шпильки Μ16x1,5. При этом на шпильки 5 накручены гайки 6 (предпочтительно гайки М16х1,5). При этом нижний фланец 2 оснащен шпильками 7 (предпочтительно шпильками Μ16), выступающими за пределы нижнего фланца 2. При этом со стороны вогнутой части мембраны 4 напротив ее вершины на расстоянии прогиба при ее срабатывании под воздействием расчетного давления к фланцу 1 прикреплены ножи 8. Режущая кромка ножей 8 выполнена под наклоном по отношению к поперечной горизонтальной плоскости устройства, при этом острие каждого ножа 8 расположено ближе всего к вершине купола мембраны 4. При этом мембрана 4 закреплена между фланцами 1, 2 с помощью крепежных элементов и пружинного кольца 9 (кольцевой части).
Заявляемая полезная модель работает следующим образом.
При повышении допустимого (расчетного) давления, возникающего из-за воздействия газодинамической струи, мембрана 4 «схлопывается» и ее купол соприкасается с остриями ножей 8. Далее мембрана 4 равномерно просекается ножами 8, после чего от нее остаются лепестки, зажатые пружинным кольцом 9 и крепежными элементами, а избыточное давление высвобождается за счет сброса массы парогазовой смеси.
Заявляемая полезная модель поясняется примером.
Было проведено экспериментальное исследования эффективности срабатывания. Для этого был собран образец заявляемого устройства. Данный образец был установлен в модель трубопровода на специальном лабораторном стенде. Также данный стенд был оснащен системой контроля давления. Внутри замкнутого трубопровода путем контролируемого нагружения давлением сжатого воздуха была проверена эффективность срабатывания образца. В результате проведенных испытаний не было обнаружено значимого расхождения расчетного и фактически полученного давления срабатывания. При этом мембраны была разрезана четко на шесть лепестков без осколков.
Таким образом, заявляемая полезная модель обеспечивает повышение эффективности срабатывания устройства за счет равномерного просекания мембраны.