ВЗРЫВНОЙ КЛАПАН, ВКЛЮЧАЮЩИЙ В СЕБЯ ПЛАСТИНУ С ИЗГИБАЕМЫМИ ЛАПКАМИ
BURSTING VALVE INCLUDING PLATE WITH FLEXIBLE TABS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в широком смысле относится к клапанным устройствам, используемым для защиты конструкций (например, пылеуловительных камер, корзин, баков) от потенциально разрушительных эффектов воздействия анормального давления внутри них, то есть либо избыточно высоких, либо избыточно низких давлений, которые могут привести к катастрофическому повреждению конструкции. Более конкретно изобретение относится к таким клапанным устройствам, которые имеют разрушаемый разрывной элемент, удерживаемый в нормальных условиях на месте посредством множества находящихся на расстоянии друг от друга изгибаемых неразрушаемых лапок; причем в случае возникновения анормального давления лапки изгибаются или выгибаются без их отламывания в положение деблокировки элемента, обеспечивающее быстрое открывание разрывного элемента и, таким образом, сброс давления и защиту конструкции. Клапанные лапки предпочтительно разработаны как простые, имеющие небольшую массу, не чувствительные к крутящему моменту и нагрузке компоненты, которые преимущественно не соприкасаются с защищаемой областью в конструкции и обеспечивают увеличенную эффективность сброса давления без какого-либо разрыва или разрушения лапок.
Предпосылки создания изобретения
В прошлом использовалось большое разнообразие защитных устройств для защиты замкнутых областей или зон, таких как в зданиях, производственных сооружениях, баках, камерах и других конструкциях. Эти устройства предназначены для быстрого окончания или прерывания возможно разрушительного феномена, такого как состояния высокого давления, возникающие при взрывах или пожарах. Вообще говоря, в этом контексте используются клапанные узлы, которые включают в себя разрушаемый элемент, такой как разрушаемый диск или разрывная панель. Некоторые компоненты реагируют на давление внутри защищаемой конструкции и выполнены с возможностью открывания и сброса давления конструкции в случае анормального давления. В некоторых случаях эти разрывные диски или панели разрушаются на фрагменты при их приведении в действие, но в других случаях сброс давления происходит с сохранением диска или панели.
В патенте США № 5606829 описан установочный узел для панели декомпрессии, используемый в воздушном судне и имеющий вышибные лапки, расположенные парами вокруг границы панели. Лапки выполнены с возможностью отламывания в случае избыточно высокого или избыточно низкого давления, посредством чего панель освобождается.
В публикации патента США 2011/0017315 описана панель сброса давления для силоса или пылесборника, имеющая линию ослабления вдоль периметра панели, которая может представлять собой серию щелей, которые образуют лапки. Количество щелей/лапок определяет перепад давления, при котором панель открывается.
В патенте США № 4385710 описано устройство аварийного сброса давления для нефтяных резервуаров и тому подобного, имеющее гибкую пластину, прикрепленную к комингсу посредством сварных швов, расположенных с интервалами между ними, и гибкого уплотнения между сварными швами. Длина и прочность сварных швов определяют разрывное давление.
В патенте США № 5036632 описан узел панели сброса давления для баков, сосудов пищевой промышленности и пылеуловительных камер, имеющий разрывную панель с поворотной вышибной частью 22, присоединенной к удерживаемой части через множество разрывных лапок со щелями между ними. Толщина материала панели и длина щелей определяют разрывное давление.
Другие ссылки включают в себя патенты США №№ 4385710, 5461831, 5638980, 6367203 и 7628167.
Описанные выше ссылки на предшествующий уровень техники не имеют описания или предложения разработки клапанного устройства с разрывным элементом, удерживаемым в нормальном состоянии на месте посредством неразрушаемых изгибаемых лапок, которые перемещаются в положение деблокировки элемента, когда разрывной элемент подвергается воздействию анормального давления.
Краткое изложение сущности изобретения
В настоящем изобретении раскрываются улучшенные, неразрушаемые клапанные узлы для защиты разных конструкций, подверженных воздействию анормального давления. В целом, клапанное устройство согласно изобретению включает в себя разрывной элемент, имеющий наружную границу, и узел с лапками, включающий в себя множество находящихся на расстоянии друг от друга неразрушаемых лапок вблизи от упомянутой наружной границы разрывного элемента. Предусмотрена установочная конструкция для функционального поддерживания упомянутого разрывного элемента и узла с лапками вблизи от отверстия под клапан в защищаемой области или конструкции. Лапки выполнены и ориентированы с возможностью расположения над наружной границей разрывного элемента в его неоткрытом состоянии, когда разрывной элемент подвергается только нормальному давлению. Лапки по меньшей мере частично служат для удерживания разрывного элемента в его закрытом положении под воздействием нормальных давлений. В случае анормального давления, то есть давления, при котором возникает возможность повреждения защищаемой конструкции, лапки могут быть приведены в действие для изгибания или выгибания в положение деблокировки элемента без разрушения лапок, для того чтобы обеспечивать быстрое открывание разрывного элемента для снятия воздействия анормального давления.
В предпочтительных формах разрывной элемент может иметь плоскую или куполообразную конструкцию и может иметь любую желаемую форму, такую как квадратная или круглая. Разрывная граница элемента преимущественно выполнена с линией открывания на протяжении по меньшей мере ее части, причем лапки расположены вблизи от линии открывания и над ней, чтобы обеспечивать требуемое нормальное обслуживание разрывного элемента в его закрытом положении. Уплотнение предусмотрено для предотвращения выхода текучей среды (например, газа или жидкости) из защищаемой конструкции через линию открывания.
Установочная конструкция для разрывного элемента/узла с лапками предпочтительно содержит верхнюю и нижнюю открытые рамы с разрывным элементом и узлом с лапками между ними, вместе с резьбовыми крепежными элементами для удерживания всего клапанного устройства на месте.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет собой вид в перспективе собранного клапанного устройства согласно одному варианту осуществления изобретения, установленного на защищаемой конструкции;
фиг. 2 представляет собой сборочный вид в перспективе клапанного устройства, проиллюстрированного на фиг. 1;
фиг. 3 представляет собой увеличенный частичный вид с вырывами, на котором проиллюстрирована клапанная пластина с лапками вблизи от разрывного элемента узла с фиг. 1-2, с клапанными лапками пластины, удерживающими разрывной элемент в его неоткрытом положении;
фиг. 4 представляет собой увеличенный частичный вид угла разрывного элемента, на котором проиллюстрирована его шарнирная секция;
фиг. 5 представляет собой увеличенный вид в вертикальном разрезе клапанного устройства, изображенного на фиг. 1-2, с разрывной панелью в ее неоткрытом состоянии;
фиг. 6 представляет собой увеличенный частичный вид в разрезе, на котором проиллюстрирован разрывной элемент клапанного устройства во время его открывания, с клапанными лапками, выгнутыми в положение деблокировки элемента;
фиг. 7 представляет собой частичный вид в перспективе с вырывами, на котором дополнительно проиллюстрирован разрывной элемент во время его открывания;
фиг. 8 представляет собой увеличенный вид в вертикальном разрезе клапанного устройства согласно другому варианту осуществления изобретения, включающему в себя измененное уплотнительное устройство; и
фиг. 9 представляет собой сборочный вид в перспективе клапанного устройства, проиллюстрированного на фиг. 8.
Подробное описание вариантов осуществления настоящего изобретения
Обратимся к чертежам, где на фиг. 1 проиллюстрировано клапанное устройство 10 согласно изобретению, установленное должным образом на защищаемой конструкции 12. Конструкция 12 имеет отверстие 14 под клапан с заданными конфигурацией и размером, и устройство 12 в нормальном состоянии закрывает отверстие 14. Как объяснено далее в этом документе, устройство 10 выполнено с возможностью быстрого открывания в случае возникновения анормального (например, избыточно высокого или избыточно низкого) давления внутри конструкции 12, чтобы сбрасывать давление конструкции и предотвращать ее повреждение или разрушение. Устройство 10 в общем включает в себя разрывной элемент 16, узел 18 с лапками и установочную конструкцию 20, предназначенную для функциональной установки разрывного элемента 16 и узла 18 с лапками по отношению к отверстию 14 под клапан. В целом, компоненты устройства 10 имеют металлическую, бескорпусную конструкцию, расположены друг над другом, торец к торцу, расположены вокруг отверстия 14 под клапан и прикреплены к конструкции 12 посредством подходящих соединителей. Все компоненты имеют периферийную бескорпусную конструкцию за исключением разрывного элемента 16, который закрывает отверстие 14.
Более подробно разрывной элемент 16 в проиллюстрированном варианте осуществления выполнен в форме в целом квадратной металлической разрывной панели 22, имеющей центральную куполообразную разрывную секцию 24 и непрерывную, по существу плоскую периферийную границу 26. Непрерывная переходная область 28 обеспечивает разграничение между секцией 24 и границей 26. На фиг. 2 видно, что граница 26 панели включает в себя противоположные переднюю и заднюю секции 30 и 32, а также противоположные боковые секции 34 и 36. Линия 38 открывания, проходящая полностью через толщину границы 26, проходит от угла между секциями 30 и 34, по всей длине секций 34, 32 и 36 и оканчивается в углу между секциями 30 и 36. В альтернативных вариантах осуществления линия 38 открывания может проходить только частично через толщину границы 26 в отличие полностью сквозного разреза. К тому же линия 38 открывания также может быть прерывистой, содержащей, например, серию находящихся на расстоянии друг от друга разрезов или щелей. Шарнирная область 40 без разрезов проходит между противоположными концами линии открывания, вдоль передней секции 30. К тому же серия установочных отверстий 42 предусмотрена вокруг всей границы 26. Разрывной элемент 16 преимущественно образован из металла, такого как нержавеющая сталь, и имеет соответствующую толщину и другие свойства, в зависимости от требуемой номинальной возможности разрыва.
Узел 18 с лапками выполнен в форме рамы 44 с лапками, которая упирается в разрывной элемент 16. С этой целью рама 44 с лапками имеет противоположные переднюю и заднюю секции 46, 48 и боковые секции 50, 52, выполненные так, чтобы лежать над секциями 32-36 разрывного элемента 16. Секции 46-52 рамы также предусмотрены с установочными отверстиями 54, которые совмещены с отверстиями 42. Внутренняя граница рамы 44 с лапками имеет серию неотъемлемых, находящихся на расстоянии друг от друга, проходящих вовнутрь неразрушаемых лапок 56 с немного дугообразными внутренними поверхностями 56a, которые лежат над линией 38 открывания, но не доходят до переходной области 28 (фиг. 3 и 5). Тем не менее, следует понимать, что лапки 56 могут иметь другие формы и конфигурации, такие как квадратные или трапециевидные, которые могут включать в себя скругленные углы для предотвращения прокалывания разрывного элемента 16 при его открывании.
Установочная конструкция 20 включает в себя нижнюю раму 58, которая прикреплена к конструкции 12, окружая отверстие 14 под клапан и лежа над ним. Рама 58 включает в себя множество резьбовых соединительных отверстий 60. Установочная конструкция 20 дополнительно включает в себя уплотнительную раму 62 с установочными отверстиями 64 и имеет внутреннюю границу 66. Уплотнительная рама 62 опирается непосредственно сверху на нижнюю раму 58. Непрерывная уплотнительная прокладка 68 расположена внутри границ уплотнительной рамы 62 вдоль ее внутренней границы 66. Как лучше всего видно на фиг. 5, уплотнение 68 частично поддерживается нижней рамой 58, проходит вовнутрь от нее и накрывает линию 38 открывания. Верхняя рама 70, имеющая установочные отверстия 72, расположена над рамой 44 с лапками и имеет внутреннюю периферию 74 вдоль оснований лапок 56 и непосредственно вблизи линии 38 открывания (смотри фиг. 5). Нижняя рама 58 также проходит вовнутрь внутренней границы 66 и внутренней периферии 74, чтобы обеспечивать опору для разрывной панели 22 и, в частности, для линии 38 открывания, и посредством этого обеспечивая сопротивление смещению вовнутрь разрывной панели в случае воздействия на защищаемую конструкцию 12 состояний вакуума или нормального периодического изменения давлений внутри защищаемой конструкции. Установочная конструкция 20 дополнительно имеет множество винтов 76, которые проходят через установочные отверстия 72, 54, 42 и 64 и вставлены в отверстия 60.
Во время нормального использования конструкции 12 при отсутствии воздействия анормального давления клапанный узел 10 является неподвижным, и разрывная панель 22 остается целой, блокируя отверстие 14 под клапан, образованное в защищаемой конструкции 12. В этом состоянии поток текучей среды (например, газа) из защищаемой конструкции 12 через линию 38 открывания предотвращается посредством наличия уплотнительной прокладки 68. К тому же наличие лапок 56 по меньшей мере частично удерживает куполообразную секцию 24 разрывной панели 22 в ее закрытом положении. Предпочтительно лапки 56 составляют единственное средство удерживания разрывной панели 22 в ее закрытом положении.
Тем не менее, в случае воздействия анормального давления куполообразная секция 24 разрывной панели 22 открывается для сброса давления конструкции 12. Это открывание происходит по линии 38 открывания, с шарнирной областью 40, предназначенной для предотвращения полного отделения куполообразной секции 24 от клапанного устройства 10. К тому же по мере того, как куполообразная секция 24 открывается, простирающиеся вовнутрь лапки 56 изгибаются или выгибаются наружу вокруг внутренней периферии 74 верхней рамы 70 (смотри фиг. 6 и 7) в вертикальную ориентацию, в отличие от положения, в котором они, по существу, лежат в одной плоскости с остальной рамой 44 с лапками. Это создает зазор между лапками 56 и краем линии открывания куполообразной секции 24, таким образом обеспечивая быстрое открывание куполообразной секции 24. Следует понимать, что это действие открывания происходит без какого-либо отламывания или разрушения лапок 56 по линии 38 открывания. К тому же лапки 56 вдоль шарнирной области 40 также выгибаются вверх при необходимости для компенсации перемещения куполообразной секции 24. Следует понимать, что лапки 56 вдоль шарнирной области 40 не являются необходимыми для работы клапанного устройства 10. Тем не менее, их присутствие является предпочтительным, чтобы способствовать изготовлению рамы 44 с лапками и чтобы поглощать некоторое количество энергии, образуемой в результате открывания куполообразной секции 24, для предотвращения повреждения шарнирной области и разрушения панели 22.
На фиг. 8-9 изображено другое клапанное устройство 78. Устройство 78 очень похоже на устройство 10, и компоненты устройства 78, идентичные компонентам устройства 10, обозначены такими же номерами. Устройство 78 имеет несколько отличий от устройства 10. Во-первых, устройство 78 имеет поддерживающую пластину 80, имеющую установочные отверстия 82, расположенную над основной рамой 58; и разделительную раму 84, имеющую установочные отверстия 86, лежащую над поддерживающей пластиной 80. Разделительная рама 84 оснащена модифицированной уплотнительной прокладкой 88, имеющей непрерывный полый внутренний буртик 90 (например, "P"-уплотнение). Можно видеть, что прокладка 88 заканчивается у края основной рамы 58 и поддерживающей пластины 80 и не проходит в отверстие 14 под клапан. Винты 76 проходят через совмещенные установочные отверстия 72, 54, 42, 86 и 82 и вставлены в отверстия 60 основной рамы 58. Разделительная рама 84 предотвращает избыточное сжатие уплотнительной прокладки 88 во время сборки устройства 78. Конструкция на фиг. 8-9 обеспечивает более надежное уплотнение по сравнению с конструкцией на фиг. 1-7. Работа клапанного устройства 78 идентична устройству 10 и, таким образом, не нуждается в дополнительном описании.
Клапанное устройство согласно изобретению обеспечивает несколько преимущественных признаков. Конструкция обеспечивает состоящий из одного элемента взрыворазрядный клапан с полным исключением разрывных лапок. Как таковое номинальное состояние разрыва для данного клапанного устройства зависит не от толщины материала разрывной панели, а от характеристик деформации или изгиба лапок 56. К тому же лапки 56 не соприкасаются с отверстием 14 под клапан, так что условия температуры и/или коррозии внутри защищаемой конструкции 12 не приводят к значительному изменению работы клапанного узла. Конструкция клапанной лапки является, по существу, простой и не чувствительной как к крутящему моменту, так и к нагрузке. Несмотря на то что настоящее клапанное устройство чаще используется в отношении защиты от анормально высоких давлений, оно может быть одинаково использовано в отношении воздействия низкого давления или вакуума.