ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КРИОГЕННЫХ РЕЗЕРВУАРОВ
CRYOGENIC TANKS SAFETY DEVICE

Изобретение относится к арматуростроению и может быть использовано для защиты криогенных емкостей и резервуаров. Известна конструкция предохранительного клапана, применяемая для защиты криогенных емкостей и резервуаров от превышения давления. Основной недостаток указанной арматуры заключается в том, что при закрытом клапане величина располагаемого давления не обеспечивает достаточно надежную герметичность в затворе клапана (см. Романенко Н.Т. и Куликов Ю.Ф. «Криогенная арматура» М.: Машиностроение, 1978 г, стр. 33-35, рис. 27).
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является предохранительное устройство для криогенных резервуаров, содержащее нагруженный пружиной предохранительный клапан, входная полость которого соединена с газовой подушкой резервуара, и импульсный клапан, полость чувствительного элемента которого соединена с входной через запорный орган и управляющей полостями предохранительного клапана. (см. патент SU 1 687 984 А1) Несмотря на то что в данном предохранительном устройстве удается достичь высокой герметичности в затворе предохранительного клапана особенно для охраняемых криогенных резервуаров и сосудов с низким рабочим давлением, указанная конструкция обладает следующими недостатками:
- сложная конструкция как основного, так и импульсного клапанов;
- низкая надежность импульсного клапана, где в случае разрушения мембраны создается аварийная ситуация, так как открытие предохранительного клапана становится невозможным.
Задача изобретения - повышение герметичности и надежности предохранительного устройства для криогенных резервуров.
Поставленная цель достигается тем, что в предохранительном устройстве для криогенных резервуаров, содержащем нагруженный пружиной предохранительный клапан, входная полость которого соединена с газовой подушкой резервуара, и импульсный клапан, полость чувствительного элемента которого соединена с входной через запорный орган и управляющей полостями предохранительного клапана, предохранительный клапан выполнен в виде нормально открытого пневмоклапана, а импульсный - в виде корпуса, в котором установлены запорный клапан, надклапанная полость которого одним трубопроводом соединена с пневмоклапаном, а другим, в котором установлена дюза, подключена к источнику давления с управляющей средой, и чувствительный элемент в виде двух мембран, пружины и штока, при этом мембраны закреплены в корпусе и стакане и полость между нижней мембраной и корпусом соединена трубопроводом с газовой подушкой криогенного резервуара, а полость между верхней мембраной и корпусом, также как и полость под запорным клапаном подключены к сбросному трубопроводу, а кроме этого полость между мембранами оснащена устройством для контроля за их герметичностью. Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся совокупными признаками идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, следовательно, оно соответствует критерию новизна.
На фиг. 1 показана конструктивная схема предохранительного устройства для криогенных резервуаров.
Предлагаемое предохранительное устройство для криогенного резервуара 1 содержит предохранительный клапан, выполненный в виде нормально открытого пневмоклапана 2, и импульсного клапана, выполненного в виде корпуса 3, в котором установлен запорный клапан 4 с пружиной 5, надклапанная полость 6 которого трубопроводом 7 подсоединена к полости 8 пневмоклапана 2, а трубопроводом 9 с дюзой 10 к источнику давления с управляющей средой (на чертеже не показан). В корпусе 3 импульсного клапана размещены также чувствительный элемент в виде двух мембран 11, закрепленных в корпусе 3 и стакане 12, пружина 13, шток 14 и уплотнитель 15 штока 14, при этом полость 16 между нижней мембраной 11 и корпусом 3 подсоединена трубопроводом 17 к газовой подушке 18 криогенного резервуара 1, а полость 19 над верхней мембраной 11, как и полость 20 после запорного клапана 4, а также выходная полость 21 над клапаном 22 пневмоклапана 2 подключены к сбросному трубопроводу 23, а входная полость 24 под клапаном 22 подсоединена трубопроводом 25 к газовой подушке 18 криогенного резервуара 1. Клапан 22 под действием усилия пружины 26 при отсутствии давления в полость 8 пневмоклапана 2 находится в открытом положении, а при подаче управляющей среды от источника давления в полость 8 клапан 22 под действием усилия, создаваемого давлением управляющей среды на эффективную площадь сильфона 27 пневмоклапана 2, будет находиться в закрытом положении.
В импульсном клапане полость 28 между мембранами 11 оснащена устройством 29 для контроля их герметичности, которое может быть выполнено, например, в виде визуального датчика, либо сигнализатора давления. До начала работы между запорным клапаном 4 и штоком 14 выставляется технологический зазор S. Работу предохранительного устройства рассмотрим на примере защиты от превышения давления в гелиевом криогенном резервуаре. Работа предохранительного устройства для криогенных резервуаров происходит в этом случае следующим образом.
В положении, отраженном на конструктивной схеме фиг. 1, предохранительное устройство и находится в закрытом положении, так как давление (гелия в газовой подушке 18 криогенного резервуара 1 соответствует рабочему значению. В этом случае газообразный гелии под давлением 4,7 МПа поступает из системы пневмоупраления (на черт. не показана) по трубопроводу 9 через дюзу 10 в надклапанную полость 6 закрытого запорного клапана 4 и далее по трубопроводу 7 в полость 8 пневмоклапана 2. От давления гелия в полости 8 на эффективную площадь сильфона 27 образуется усилие, под действием которого обеспечивается герметичность затвора клапана 22, выполненного, например, из фторопласта-4. Повышение давления в газовой подушке 18 одновременно будет сопровождаться ростом давления в полости 16 между нижней мембраной 11 корпусом 3 импульсного клапана, которая трубопроводом 17 соединена с газовой подушкой 18 криогенного резервуара 1. В результате на нижней мембране 11 возникнет усилие, которое будет больше чем усилие от пружины 13, что приведет к подъему стакана, с закрепленными на нем мембранами 11, и перемещению вверх штока 14 и уменьшению технологического зазора S между штоком 14 и запорным клапаном 4. При достижении в газовой подушке 18, а следовательно и в полости 16, давления, равного по величине давлению срабатывания предохранительного устройства, шток 14 отожмет запорный клапан 4 от седла, соединяя полость 6 над запорным клапаном 4 с полостью 20 под ним. Через образовавшееся проходное сечение гелий из полости 8 пневмоклапана 2 сбрасывается по трубопроводу 23 в газгольдер (на черт. не показан). В результате давление в полости 8 пневмоклапана 2 падает до давления в газгольдере порядка 0,012-0,02 МПа, что приводит к открытию клапана 22 под действием пружины 26. В результате гелий из газовой подушки 18 будет сбрасываться в газгольдер по трубопроводу 25, через входную полость 24 и выходную полость 21, подключенную к сбросному трубопроводу 23. И хотя период нахождения запорного клапана 4 в открытом положении будет сопровождаться небольшим постоянным расходом гелия из системы пневмоуправления через дюзу 10 в газгольдер, однако роста давления в полости 8 пневмоклапана 2 происходить не будет, так как площадь проходного сечения запорного клапана 4, как правило, на два порядка больше площади дюзы 10. При снижении давления в газовой подушке 18 до рабочего значения также снизится давление в полости 16. В результате под действием пружины 13 стакан 12 с мембранами 11 и штоком 14 вернутся в исходное положение, а запорный клапан 4 под действием пружины 5 сядет на седло и разобщит полость 6 от полости 20, что приведет к восстановлению управляющего давления гелия в полости 8 пнемоклапана до рабочего значения (4,7 МПа), при этом клапан 22 закроется, прекращая сброс гелия из газовой подушки 18, и предохранительное устройство вернется в исходное положение. Для того, чтобы избежать при открытии запорного клапана 4 процесса автоколебаний в мембранном узле импульсного клапана, в корпусе 3 установлено уплотнение 15 штока 14, а полость 19 над верней мембраной 11 подключена к сбросному трубопроводу 23. Для повышения надежности работы предохранительного устройства в мембранном узле импульсного клапана установлены две мембраны, что сохраняет работоспособность предохранительного устройства даже в случае разрушения нижней мембраны 11, при этом это будет зафиксировано с помощью устройства 29, размещенного в полости 28 между мембранами.
Таким образом, использование в предохранительном устройстве для криогенных резервуаров нормально открытого пневмоклапана в качестве предохранительного гарантирует высокую герметичность в затворе предохранительного клапана и особенно при эксплуатации криогенных резервуаров и емкостей с низким рабочим давлением, а установка резервной мембраны в импульсном клапане повышает надежность всей конструкции.
Сравнение существенных признаков предлагаемого и уже известных решении дает основание считать, что предлагаемое техническое решение отвечает критериям «изобретательский уровень» и «ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНЯЕМОСТЬ».