ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО
SAFETY DEVICE

Предохранительное устройство относится к трубопроводной арматуре и может быть использовано в энергетике, химической, газовой, нефтяной и других отраслях промышленности для обслуживания в аварийных режимах систем и агрегатов большой единичной мощности, с высокими энергетическими параметрами.
Известны предохранительные устройства, состоящие из главного предохранительного клапана с большой пропускной способностью и импульсного предохранительного клапана, управляющего поршневым приводом главного клапана (Д.Ф. Гуревич, О.Н. Шпаков. Справочник конструктора трубопроводной арматуры. - Л.: Машиностроение, 1987, стр. 181). При росте давления рабочей среды в защищаемом объекте сверх установленного значения, необходимого для его нормальной работы, импульсный предохранительный клапан открывается и направляет рабочую среду в поршневой привод главного предохранительного клапана большой пропускной способности. Вслед за этим главный предохранительный клапан открывается и сбрасывает избыток рабочей среды из защищаемого объекта.
Недостатками устройства-аналога являются:
- малая пропускная способность затвора главного предохранительного клапана (значение коэффициента расхода предохранительного клапана с подъемным запорным элементом, в зависимости от конструкции, составляет 0,5÷0,8);
- воздействие на корпус главного предохранительного клапана опрокидывающего момента от реактивной силы, возникающей при срабатывании клапана, требует усиления крепления устройства к защищаемой арматуре, к опоре либо к фундаменту.
Недостатки аналога частично устранены в прототипе, защищенном патентом SU 2600, МПК F16K 17/12; F16K 5/02, опубликованном 31.03.1927. Предохранительное устройство парового котла включает прямоточный пробковый кран для сброса избытка пара, пробка которого соединена через винтовой преобразователь с поршневым приводом и с рычажно-грузовым устройством. Поршневой привод крана управляется паром, отобранным из удаленной от предохранительного устройства части парового котла.
Недостатками прототипа является низкая эффективность защиты охраняемого объекта, его высокие массогабаритные показатели.
Заявляемое техническое решение позволяет повысить эффективность защиты охраняемого объекта предохранительным устройством при снижении его массогабаритных показателей.
Поставленная техническая задача решена в предохранительном устройстве, включающем прямоточный пробковый кран для сброса избытка рабочей среды из защищаемого объекта, который содержит входной и выходной патрубки и соединен через передаточное устройство с поршневым приводом от рабочей среды из защищаемого объекта и с возвратным устройством. Проточная часть в патрубках и в пробке профилирована по форме сопла, при этом во входном патрубке выполнена суживающаяся часть сопла, в выходном патрубке выполнена расширяющаяся часть сопла, а в пробке выполнено минимальное сечение сопла диаметром, равным расчетному диаметру проходного сечения крана. Возвратное устройство объединено с поршневым приводом в одном силовом цилиндре двухстороннего действия, рабочие полости которого сообщены между собой и соединены со сбросом через импульсный предохранительный клапан. Силовой цилиндр включает полость привода меньшего диаметра, полость возвратного устройства большего диаметра и дифференциальный поршень. Импульсный предохранительный клапан включает подпружиненный к седлу подъемный запорный элемент, снабженный разгрузочным поршнем, который образует во входном патрубке импульсного клапана надпоршневую полость, сообщенную с полостью возвратного устройства в силовом цилиндре, и подпоршневую полость, сообщенную с полостью привода в силовом цилиндре. Диаметр разгрузочного поршня равен номинальному диаметру проходного сечения в седле импульсного предохранительного клапана.
Существо заявляемого устройства поясняется чертежами на которых изображено: на фиг. 1 - заявляемое устройство в закрытом положении; на фиг. 2 - разрез по А-А; на фиг. 3 - заявляемое устройство в открытом положении; на фиг. 4 - разрез по Б-Б; на фиг. 5 - импульсный предохранительный клапан.
Заявляемое предохранительное устройство включает пробковый кран с корпусом 1, входным 2 и выходным 3 патрубками, шаровой пробкой 4. Проточная часть в патрубках 2 и 3 и в шаровой пробке 4 профилирована по форме сопла, при этом во входном патрубке 2 выполнена суживающаяся часть сопла, в выходном патрубке 3 выполнена расширяющаяся часть сопла, а в шаровой пробке 4 выполнено минимальное сечение сопла диаметром, равным расчетному диаметру проходного сечения крана. Хвостовик пробки 4 соединен через передаточный механизм 5 с дифференциальным поршнем 6 силового цилиндра 7. Силовой цилиндр 7 включает полость 8 привода и полость 9 возвратного устройства. Полость 8 привода имеет меньший диаметр, чем полость 9 возвратного устройства. В полостях 8 и 9 установлены упорные кольца 10 и 11 для дифференциального поршня 6, который представляет собой комбинацию двух поршней разного диаметра, объединенных в одну деталь. Полости 8 и 9 сообщены между собой сквозным каналом 12, выполненным в теле поршня 6. Полость 8 привода сообщена трубопроводом 13 с входным патрубком 2 шарового крана. На торце силового цилиндра 7 установлен импульсный предохранительный клапан 14, который включает подъемный запорный элемент 15, поджатый к седлу 16 возвратной пружиной 17. Запорный элемент 15 снабжен разгрузочным поршнем 18, который образует во входном патрубке 19 импульсного клапана 14 надпоршневую полость 20, сообщенную с полостью 9 в силовом цилиндре 7, и подпоршневую полость 21, сообщенную с полостью 8 в силовом цилиндре 7. Диаметр разгрузочного поршня 18 равен номинальному диаметру проходного сечения в седле 16 импульсного предохранительного клапана 14. Силовой цилиндр 7 соединен с корпусом 1 шарового крана стойками 22. Импульсный предохранительный клапан 14 соединен с силовым цилиндром 7 кронштейном 23.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Настроенное на заданное давление срабатывания, с закрытым шаровым краном, предохранительное устройство установлено на защищаемом объекте. Рабочая среда из защищаемого объекта через входной патрубок 2 и трубопровод 13 поступает в полость 8 силового цилиндра 7 и через сквозной канал 12 в поршне 6 - в полость 9. Благодаря тому что диаметр полости 9 и поршня 6 в этой полости больше, чем диаметр полости 8 и поршня 6 в полости 8, поршень 6 прижат к упорному кольцу 10 и через передаточный механизм 5 удерживает шаровую пробку 4 в закрытом положении.
При аварийном росте давления рабочей среды в защищаемом объекте подъемный запорный элемент 15 импульсного предохранительного клапана 14 преодолевает настроенное усилие возвратной пружины 17 и открывает проходное сечение в седле 16, в результате чего рабочая среда сбрасывается из полости 9 силового цилиндра 7 и дифференциальный поршень 6 перемещается в свое противоположное крайнее положение, при этом поворачивая шаровую пробку 4 на открытие крана для сброса рабочей среды из защищаемого объекта. Избыточная рабочая среда сбрасывается по проточной части крана в форме сопла, при этом внутренняя энергия рабочей среды преобразуется в кинетическую энергию ее направленного движения. С увеличением скорости потока за минимальным сечением сопла повышается расход рабочей среды через устройство.
Благодаря равенству диаметра разгрузочного поршня 18 номинальному диаметру проходного сечения в седле 16 после сброса давления из полости 9 силового цилиндра 7 и из надпоршневой полости 20 импульсного предохранительного клапана 14 дифференциальный поршень 6 сохраняет свое положение до тех пор, пока не снизится давление рабочей среды в защищаемом объекте и, соответственно, в полости 8 силового цилиндра 7 и в подпоршневой полости 21 импульсного предохранительного клапана 14.
Заявляемое устройство закрывается после снижения давления рабочей среды в защищаемом объекте, в полости 8 силового цилиндра 7 и в полости 21 импульсного предохранительного клапана 14 ниже давления настройки импульсного предохранительного клапана 14. При этом дифференциальный поршень 6 возвращается в исходное положение в силовом цилиндре 7, поворачивая шаровую пробку 4 в закрытое положение.
Эффективность заявляемого предохранительного устройства определяется его высокой пропускной способностью (производительностью) и положительным влиянием противодавления, которое разгружает затвор шарового крана и снижает в затворе момент трения.