ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО
SAFETY DEVICE

Изобретение относится к арматуростроению и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства, где применяется защита объектов от превышения допустимого давления рабочей среды, например в энергетике, газовой и нефтяной отраслях, в химической промышленности.
Известно использование предохранительных клапанов в сочетании с разрывными мембранами (см. «Правила разработки, изготовления и применения мембранных предохранительных устройств ПБ 03-583-03», утв. постановлением Госгортехнадзора России от 05.06.03, №59, п. 2.2).
Разрывные мембраны используют:
- перед предохранительными клапанами для исключения вредного воздействия рабочей среды на клапан (коррозия, эрозия, полимеризация, кристаллизация, закоксовывание, прикипание, примерзание и т.п.), для предотвращения утечек через закрытый клапан токсичных, взрывопожароопасных рабочих сред и для обеспечения возможности контроля и регулирования клапанов без их демонтажа;
- параллельно с предохранительными клапанами для увеличения пропускной способности систем сброса давления;
- за предохранительными клапанами для исключения вредного воздействия на клапан со стороны сбросной системы (коррозия, обледенение и др.) и для исключения влияния колебаний противодавления со стороны сбросной системы на точность срабатывания клапанов.
При высокой скорости срабатывания разрывных мембран общая скорость срабатывания предохранительного устройства определяется скоростью открытия предохранительного клапана, который из-за большой массы деталей подвижной группы и их трения в направлениях обладает инерционностью. При больших и мгновенных аварийных расходах рабочей среды во время пожаров и взрывов не достаточно быстрое открытие предохранительного устройства является крайне нежелательным.
Известно предохранительное устройство, включающее предохранительный клапан и разрывную мембрану, защищенное патентом US 6186159, МПК F16K 17/40, дата публикации - 13.02.2001. Предохранительный клапан содержит корпус с входным и выходным патрубками и седлом, к которому пружиной настройки поджат разгруженный запорный элемент, снабженный поршневым приводом одностороннего действия. Разрывная мембрана установлена на входе управляющей среды в рабочую полость поршневого привода. Давление рабочей среды в защищаемом объекте, возросшее сверх допустимого предела, на который настроен предохранительный клапан, поступает во входной патрубок предохранительного клапана и воздействует на запорный элемент предохранительного клапана, поднимая его над седлом и сжимая пружину настройки. При этом поршень, соединенный с запорным элементом с помощью штока, разрушает разрывную мембрану, после чего управляющая среда из рабочей полости поршневого привода сбрасывается через дыхательный клапан. Для закрытия предохранительного клапана при снижении давления рабочей среды в рабочую полость поршневого привода через отверстие, образовавшееся в разорвавшейся мембране, нагнетают управляющую среду. После закрытия предохранительного клапана производят замену разорвавшейся мембраны.
Недостатком прототипа является низкая скорость срабатывания устройства.
Заявляемое изобретение решает техническую задачу повышения скорости срабатывания предохранительного устройства, включающего предохранительный клапан и разрывную мембрану.
Поставленная техническая задача решена в предохранительном устройстве, включающем предохранительный клапан и разрывную мембрану. В корпусе предохранительного клапана с входным и выходным патрубками к седлу пружиной настройки поджат разгруженный запорный элемент, снабженный поршневым приводом одностороннего действия. Разрывная мембрана установлена на входе управляющей среды в рабочую полость поршневого привода. В качестве управляющей среды использована рабочая среда из защищаемого объекта. Действие поршневого привода направлено на открытие предохранительного клапана.
Во входном патрубке предохранительного клапана установлена вторая разрывная мембрана, давление срабатывания которой превышает давление срабатывания первой разрывной мембраны. Запорный элемент предохранительного клапана снабжен поршневым хвостовиком, размещенным в разгрузочном цилиндре. Площадь поперечного сечения поршневого хвостовика и разгрузочного цилиндра равна площади седла предохранительного клапана, а подпоршневая полость разгрузочного цилиндра сообщена сквозным каналом, выполненным в поршневом хвостовике и в запорном элементе, с областью противодавления предохранительного клапана.
Существо заявляемого устройства поясняется чертежом, на фиг. 1 которого изображено заявляемое предохранительное устройство в условиях нормальной эксплуатации защищаемого объекта, на фиг. 2 - предохранительное устройство в момент аварии; на фиг. 3 - предохранительное устройство в момент закрытия.
Предохранительное устройство включает предохранительный клапан, корпус 1 которого имеет входной патрубок 2, выходной патрубок 3 и седло 4. К седлу 4 пружиной настройки 5 поджат запорный элемент 6, соединенный шарниром 7 со штоком 8 и поршнем 9 привода одностороннего действия. Поршень 9 установлен в цилиндре 10, выполненном в крышке корпуса 1. Поршень 9 образует в цилиндре 10 рабочую полость А, соединенную импульсной трубкой 11 с отверстием 12 во входном патрубке 2 (источником рабочей управляющей среды из охраняемого объекта). На входе рабочей среды в полость А цилиндра 10 в импульсной трубке 11 установлена разрывная мембрана 13. Во входном патрубке 2 предохранительного клапана после отверстия 12 установлена разрывная мембрана 14, давление срабатывания которой равно давлению настройки предохранительного клапана и превышает давление срабатывания разрывной мембраны 13.
Для регулирования значения давления настройки предохранительного клапана в крышке корпуса 1 установлен регулировочный винт 15. Запорный элемент 6 снабжен поршневым хвостовиком 16, который размещен в разгрузочном цилиндре 17. Площадь поперечного сечения поршневого хвостовика 16 и разгрузочного цилиндра 17 равна площади седла 4 предохранительного клапана. Подпоршневая полость Б разгрузочного цилиндра 17 сообщена сквозным каналом 18, выполненным в поршневом хвостовике 16 и в запорном элементе 6, с областью противодавления предохранительного клапана в выходном патрубке 3. Устройство включает также уплотнительную манжету 19 и стопорное кольцо 20 для поршня 9, уплотнительную манжету 21 для поршневого хвостовика 16.
Предохранительное устройство работает следующим образом.
В закрытом положении предохранительного устройства внутри корпуса 1 предохранительного клапана действует противодавление. Благодаря равенству площадей поперечного сечения поршневого хвостовика 16, разгрузочного цилиндра 17 и седла 4 запорный элемент 6 полностью разгружен от действия давлений. При росте давления рабочей среды в защищаемом объекте, например на 5%, разрывная мембрана 13 срабатывает на разрыв, давление в рабочей полости А поршневого привода повышается и предохранительный клапан открывается. Пружина настройки 5 отрегулирована таким образом, что полное открытие предохранительного клапана происходит до достижения давлением рабочей среды в защищаемом объекте значения, при котором срабатывает разрывная мембрана 14. При этом на первое открытие предохранительного устройства не затрачивается время, определяемое массой подвижной группы предохранительного клапана, время на снятие усилий уплотнения в его затворе и на преодоление усилий трения. К моменту разрыва мембраны 14 предохранительный клапан уже открыт для аварийного потока. После падения давления рабочей среды в защищаемом объекте до величины закрытия предохранительного клапана последний закрывается. Если аварийные условия на защищаемом объекте не устранены, предохранительное устройство до замены разрывных мембран будет работать как обычный предохранительный клапан.