ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к трубопроводной арматуре и может быть использована в системах высокого давления в качестве средства обеспечения безопасной эксплуатации технологических установок, в частности сосудов, работающих под давлением, а также трубопроводов, по которым транспортируются жидкие или газовые среды, за счет удаления части рабочей среды в случае возрастания давления с помощью предохранительного устройства.
Для защиты сосудов, работающих под давлением, широкое распространение получили мембранные предохранительные устройства, принцип действия которых основан на разрыве или прорезании неподвижно закрепленным ножом мембраны в момент ее предельно допускаемого прогиба.
Известно мембранное предохранительное устройство, в котором повышена надежность срабатывания за счет полного открытия мембраны куполообразной формы, зажатой между фланцами. К фланцу с вогнутой стороны мембраны закреплен разрушающий элемент, выполненный в виде пересекающихся вдоль продольной оси четырех плоских ножей, обеспечивающих разрезание мембраны с образованием осколков (Авторское свидетельство СССР №SU 1601447 А1, дата приоритета 17.08.1988, дата публикации 23.10.1990, авторы: М.О. Фудеман и др. RU).
Недостатком аналога является недопустимое образование осколков.
Из уровня техники известен клапан с импульсным приводом для регулирования потока текучей среды под давлением вдоль пути, ведущего из ограниченного пространства, включающий корпус клапана с проточным каналом сквозь него, прогибающийся в обратном направлении разрывной диск в корпусе клапана в обычно блокирующем расположении по отношению к потоку текучей среды через канал и выборочно приводимое в действие устройство, находящееся на корпусе клапана вблизи выпуклой поверхности диска. Диск имеет изгибающуюся центральную секцию, представляющую собой в основном выпуклую поверхность и вогнутую сторону. Выпуклая поверхность обращена к текучей среде под давлением. Приводимое в действие устройство выполнено с возможностью разрыва без прокалывания диска так, чтобы инициировать реверсирование и разрыв диска и обеспечить поток текучей среды под давлением через канал. Изобретение направлено на обеспечение регулирования потока текучей среды под давлением из ограниченного пространства с возможностью снижения состояния избыточного давления, а также на обеспечение потока текучей среды через клапан в ответ на команду снижения давления (Патент РФ №2493464 С2, дата приоритета 03.09.2009, дата публикации 20.09.2013, авторы: МАКДЕЛЛАНД Марк и др. US).
Недостатком известного аналога является его сложность, обусловленная наличием в клапане разрывного диска и находящегося на корпусе клапана устройства, приводимого в действие для осуществления разрыва без прокалывания диска.
Известно предохранительное мембранное устройство с безосколочным срабатыванием мембраны, принятое в качестве прототипа, содержащее хлопающую мембрану, закрепленную между двумя зажимными фланцами. Со стороны вогнутой части хлопающей мембраны напротив ее вершины закреплено нерабочими сторонами режущее средство, содержащее шесть плоских ножей, равномерно расположенных 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. Изобретение направлено на обеспечение безосколочного срабатывания устройства за счет повышения прочности сцепления разрезанных лепестков хлопающей мембраны по линии зажима кольцевой части (Патент РФ №2569465 С1, дата приоритета 22.08.2014, дата публикации 27.11.2015, авторы: Какурин A.M. и др. RU, прототип).
Недостатками прототипа являются: одноразовое действие и необходимость замены разрушающейся мембраны после срабатывания, а также необходимость использования режущего средства для металлической мембраны.
Предпосылкой для создания полезной модели с целью расширения арсенала технических средств, используемых для защиты сосудов, работающих под давлением, а также трубопроводов, по которым транспортируются жидкие или газовые среды, явилась идея использования деформации резины от величины напряжения. Известно, что резина обладает способностью изменять объем при сжатии под действием подведенного усилия и принимать начальную форму при снятии усилия (https://mash-xxl.info/info/200069/).
Технической проблемой, решаемой полезной моделью, является создание упрощенной конструкции предохранительного устройства для защиты сосудов и трубопроводов, работающих под давлением, от повышения давления среды сверх допустимого за счет использования в устройстве в качестве исполнительного элемента клапана из мягкой резины, которая обладает способностью к деформации в зависимости от величины напряжения.
Для решения технической проблемы и достижения технического результата предложено предохранительное устройство для защиты систем высокого давления, встраиваемое в трубопровод или сосуд и представляющее собой корпус в виде патрубка, на котором смонтирован отвод, предназначенный для удаления через его сечение части рабочей среды при повышении давления сверх допустимого и срабатывании при этом предохранительного устройства, содержащего в качестве исполнительного элемента клапан, выполненный из мягкой резины и установленный в корпусе с возможностью поступательно-возвратного движения и деформирования резины при изменении давления, при этом сверху корпус закрыт соединенной с ним крышкой, в нижней части корпуса установлено опорное кольцо, на концах клапана закреплены пластины для предотвращения деформации торцевых поверхностей, а клапан с пластинами расположен между крышкой и опорным кольцом, обеспечивающим опирание на него нижней пластины клапана в исходном положении и перекрытие при этом сечения отвода, а также обеспечивающим воздействие повышенного давления среды на поверхность нижней пластины клапана, его сжатие и открытие при этом выпускного сечения отвода для срабатывания предохранительного устройства и перемещение клапана в исходное положение на опорном кольце после восстановления рабочего давления.
Согласно полезной модели, отвод смонтирован на корпусе на уровне расположения средней части клапана в исходном положении.
Согласно полезной модели, на торцах клапана закреплены металлические пластины с помощью клеевого соединения.
Согласно полезной модели, крышка на корпусе установлена с уплотнением на фланцевом соединении.
На чертеже схематично изображено предохранительное устройство, общий вид, где введены следующие обозначения: 1 - трубопровод; 2 - корпус предохранительного устройства; 3 - опорное кольцо; 4 - нижняя пластина; 5 - резиновый клапан; 6 - верхняя пластина; 7 - крышка предохранительного устройства; 8 - отвод.
Заявляемое предохранительное устройство для защиты систем высокого давления содержит встраиваемый, в частности, в трубопровод 1 с помощью сварного соединения корпус 2 предохранительного устройства в виде патрубка. В нижней части корпуса встроено, например, с натягом металлическое опорное кольцо 3, на котором установлен исполнительный элемент предохранительного устройства, включающий в себя цилиндрический клапан 5, выполненный из мягкой резины, деформация которой существенно зависит от прилагаемого механического напряжения. На торцевых поверхностях клапана 5 закреплены, например, клеевым соединением нижняя 4 и верхняя 6 круглые металлические пластины, предназначенные для предотвращения деформации торцевых поверхностей и сохранения формы клапана 5. При этом клапан 5 с пластинами 4 и 6 установлен в корпусе 2 на опорное кольцо 3 через верх корпуса для фиксации клапана 5 на монтажном месте. Сверху корпус 2 предохранительного устройства закрыт крышкой 7 с использованием, например, фланцевого соединения с уплотнением, или резьбового соединения (условно не показано). На уровне расположения средней части клапана 5 на корпусе 2 смонтирован отвод 8, предназначенный для удаления среды при повышении давления в трубопроводе, например, в емкость (условно не показано).
Предохранительное устройство работает следующим образом. При сохранении в трубопроводе рабочего давления клапан 5 перекрывает отвод 8. При повышении давления в трубопроводе рабочая среда оказывает давление на нижнюю пластину 4 клапана 5, в результате чего клапан 5, выполненный из мягкой резины, сжимается и перемещается вверх в осевом направлении. При этом открывается отверстие для автоматического выхода среды в отвод 8 и далее, например, в емкость. После восстановления рабочего давления клапан 5 расширяется, восстанавливает первоначальное положение и перекрывает выходное сечение отвода 8, в результате чего сброс среды прекращается.
Преимуществом предохранительного устройства является многократное использование клапана из мягкой резины для сброса среды при повышении давления в сосудах, работающих под давлением, и в трубопроводах при транспортировании газов и жидкостей, а также сравнительная простота изготовления.
Технический результат заключается в использовании деформации мягкой резины под действием напряжения в работе исполнительного элемента, что позволяет предохранительному устройству обеспечить безопасность работы оборудования и, тем самым, расширить арсенал технических средств, используемых для защиты сосудов, работающих под давлением, а также трубопроводов, по которым транспортируются жидкие или газовые среды.