ИМПУЛЬСНОЕ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО
PULSE SAFETY DEVICE

Импульсное предохранительное устройство относится к трубопроводной арматуре и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства, где применяются предохранительные устройства высокой производительности для защиты оборудования от превышения давления рабочих сред, а именно в энергетике, в том числе и атомной, в газовой, нефтяной, судостроительной отраслях и т.д.
Известно импульсное предохранительное устройство, включающее главный предохранительный клапан в виде прямоточного пробкового крана, который управляется рабочей средой через импульсный клапан и поршневой привод двухстороннего действия с передаточным устройством (патентная заявка РФ №2014121956 (035532) от 29.05.2014, МПК F16K 17/08). Проточная часть пробкового крана профилирована по форме сопла, что увеличивает пропускную способность и производительность устройства. При этом противодавление разгружает затвор крана и снижает момент трения в затворе.
Недостатками аналога являются медленное открытие устройства, негерметичность в затворах главного и импульсного клапанов, быстрый износ уплотнительных поверхностей клапанных затворов, их залипание, и, как следствие, превышение допустимых давлений срабатывания устройства.
Недостатки аналога частично устранены в прототипе, защищенном патентом CN1414273, МПК F16K 17/02: F16K 17/10: F16K 17/16: (IPC1-7): F16K 17/02. дата приоритета - 26.11.2002.
Импульсное предохранительное устройство-прототип включает последовательно установленные разрывную предохранительную мембрану и нормально открытый главный предохранительный клапан, который управляется рабочей средой через импульсный клапан и поршневой сервопривод. При росте давления рабочей среды в защищаемом объекте до значения давления срабатывания предохранительной мембраны происходит ее разрыв и сброс избытка рабочей среды из защищаемого объекта через открытый главный предохранительный клапан. После снижения давления рабочей среды в защищаемом объекте до расчетного значения затвор главного предохранительного клапана закрывается рабочей средой, прошедшей через импульсный клапан и поступившей в рабочий цилиндр сервопривода.
Недостатком прототипа является низкий коэффициент расхода устройства, определяемый угловой конструкцией корпуса.
Заявляемое устройство решает техническую задачу повышения эффективности защиты охраняемого объекта за счет повышения пропускной способности и производительности устройства.
Поставленная техническая задача решена в импульсном предохранительном устройстве для сброса избытка рабочей среды из защищаемого объекта, включающем установленные последовательно разрывную предохранительную мембрану и нормально открытый главный предохранительный клапан. Запорный элемент главного предохранительного клапана соединен с поршнем сервопривода, который управляется с помощью импульсного клапана рабочей средой, отбираемой из защищаемого объекта. Разрывная предохранительная мембрана отделяет источник отбора рабочей среды от входа в главный предохранительный клапан. Главный предохранительный клапан выполнен в виде прямоточного пробкового крана, пробка которого соединена с поршнем сервопривода двухстороннего действия через передаточный механизм. Поршень сервопривода выполнен дифференциальным. В поршне сервопривода выполнен сквозной канал, соединяющий рабочие полости сервопривода между собой. Затвор импульсного клапана включает нормально открытый подъемный запорный элемент, снабженный управляющим поршнем, диаметр которого равен диаметру проходного отверстия в затворе импульсного клапана. Управляющий поршень установлен в управляющем цилиндре. Надпоршневая и подпоршневая полости управляющего цилиндра сообщены через рабочие полости сервопривода с источником отбора рабочей среды. Надпоршневая и подпоршневая полости управляющего цилиндра защищены на входе разрывными предохранительными мембранами, рассчитанными на меньшее давление срабатывания, чем давление срабатывания разрывной предохранительной мембраны, установленной на входе в главный предохранительный клапан.
Существо заявляемого устройства поясняется чертежом, на фиг. 1 которого изображено заявляемое импульсное предохранительное устройство в нормальных условиях эксплуатации защищаемого объекта; на фиг. 2 - разрез по А-А фиг. 1, на фиг. 3 - импульсное предохранительное устройство в условиях аварийного сброса избыточной рабочей среды из защищаемого объекта после срабатывания разрывных предохранительных мембран; на фиг. 4 - разрез по Б-Б фиг. 3, на фиг. 5 - импульсное предохранительное устройство в условиях послеаварийной эксплуатации без разрывных предохранительных мембран, на фиг. 6 - разрез по В-В фиг. 5.
Заявляемое импульсное предохранительное устройство включает разрывную предохранительную мембрану 1, установленную на входе в главный предохранительный клапан, который включает корпус 2, пробку 3 и шток 4, соединенный через передаточный механизм 5 с поршнем 6 сервопривода 7 двухстороннего действия. Поршень 6 выполнен дифференциальным, с продольным сквозным каналом 8, соединяющим между собой рабочие полости 9 и 10 в цилиндре сервопривода 7. Импульсный клапан включает корпус 11 с патрубком 12 для соединения с полостью 10 сервопривода, патрубком 13 для соединения с системой сброса рабочей среды и седло 14. Подъемный запорный элемент 15 снабжен управляющим поршнем 16, установленным в управляющем цилиндре 17. Диаметр управляющего поршня 16 равен диаметру проходного отверстия в седле 14. Надпоршневая полость 18 управляющего цилиндра 17 соединена трубопроводом 19 с рабочей полостью 9 сервопривода 7. Подпоршневая полость 20 управляющего цилиндра 17 сообщена с полостью над запорным элементом 15 и, через патрубок 12, - с рабочей полостью 10 сервопривода 7. Диаметр рабочей полости 9 сервопривода 7 меньше диаметра рабочей полости 10. Полости 18 и 20 управляющего цилиндра 17 соединены через полости 9 и 10 сервопривода 7 и трубопровод 21 - с отверстием 22 для отбора рабочей среды из входного патрубка 23, соединенного с рабочим трубопроводом (на чертеже не показан). Надпоршневая полость 18 и подпоршневая полость 20 управляющего цилиндра 17 защищены на входе рабочей среды разрывными предохранительными мембранами 24 и 25, соответственно. Запорный элемент 15 отжат от седла 14 пружиной настройки 26.
Заявляемое импульсное предохранительное устройство работает следующим образом.
н
н
пд
пд
по
пд
по
пд
н
по
Изготовитель настраивает импульсное предохранительное устройство на давление нормальной эксплуатации Р рабочей среды в защищаемом объекте. При установке на объект затвор главного предохранительного клапана открыт. В рабочие полости 9 и 10 сервопривода 7 от источника рабочей среды (отверстие 22 во входном патрубке 23) и через трубопровод 21 поступает рабочая среда из защищаемого объекта (на чертеже не показан) под давлением нормальной эксплуатации Р. На выходе из главного предохранительного клапана устанавливается давление сбросной системы Р. Затвор импульсного клапана удерживается в открытом положении воздействием пружины настройки 26 на запорный элемент 15. В корпусе 11 импульсного клапана, в полостях 18 и 20 управляющего цилиндра 17, благодаря предохранительным мембранам 24 и 25, удерживается давление сбросной системы Р. При достижении давлением рабочей среды в защищаемом объекте значения давления срабатывания Р>Р происходит разрыв предохранительных мембран 24, 25, вслед за ними - предохранительной мембраны 1. После срабатывания разрывной предохранительной мембраны 1 происходит интенсивный сброс избыточной рабочей среды через открытый затвор главного предохранительного клапана. Одновременно с разрывом предохранительных мембран 24 и 25 рабочая среда под давлением Р>Р попадает на запорный элемент 15 импульсного клапана и на управляющий поршень 16. Так как пружина 26 настроена на давление настройки импульсного клапана Р<Р, затвор импульсного клапана закрывается. Главный предохранительный клапан (шаровой кран) удерживается сервоприводом 7 в открытом положении, так как диаметр рабочей полости 10 больше, чем диаметр рабочей полости 9.
з
Сброс рабочей среды из защищаемого объекта происходит до тех пор, пока ее давление не снизится до величины давления обратной посадки Р импульсного предохранительного клапана. Под действием пружины настройки 26 затвор импульсного клапана откроется и из полости 10 сервопривода 7 произойдет сброс рабочей среды, так как пропускная способность импульсного клапана значительно больше, чем пропускная способность сквозного канала 8 в дифференциальном поршне 6 сервопривода 7. Под действием усилия от давления рабочей среды в полости 9 на поршень 6 сервопривода 7 шаровой кран закроется.
Наличие в импульсном клапане управляющего поршня 16, диаметр которого равен диаметру проходного отверстия в затворе импульсного клапана, делает работу импульсного клапана более стабильной, обеспечивая его реакцию только на изменение давления рабочей среды в защищаемом объекте.
Отбор рабочей среды из отверстия 22 во входном патрубке 23, расположенного перед разрывной предохранительной мембраной 1, обеспечивает прогрев сервопривода 7, исключение конденсации рабочей среды и повышение скорости срабатывания заявляемого импульсного предохранительного устройства.
После устранения причин аварии и сброса избыточного давления из защищаемого объекта, импульсное предохранительное устройство должно быть оснащено новыми разрывными предохранительными мембранами 1, 24 и 25. Оснащение можно производить оперативно, не выключая импульсного предохранительного устройства из работы, если в схеме установки мембран предусмотреть переключающие устройства. Если причины аварийного срабатывания устройства не устранены, далее и до момента устранения причин заявляемое устройство работает без разрывных предохранительных мембран как импульсное предохранительное устройство с нормально закрытыми главным и импульсным предохранительными клапанами.
Таким образом, заявляемое импульсное предохранительное устройство обладает большой скоростью срабатывания и высокой производительностью, что позволяет использовать его на взрывоопасных объектах для обеспечения сохранности основной массы дорогостоящих или ядовитых рабочих сред, повышения безопасности обслуживающего персонала и улучшения экологии окружающей среды.