СПОСОБ ВЗРЫВОЗАЩИТЫ
METHOD OF EXPLOSION PROTECTION

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для взрывозащиты технологического оборудования.
Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту является способ взрывозащиты по патенту РФ №2379569, F16D 3/04, (прототип), содержащий корпус клапана, затвор, теплоизолирующий и разрывной элементы.
Недостатком известного решения является сравнительно невысокая надежность срабатывания футерованного грузового затвора при распространении ударной взрывной волны.
Технический результат - повышение эффективности защиты технологического оборудования от взрывов путем увеличения демпфирования футерованного грузового затвора.
Это достигается тем, что в способе взрывозащиты, в корпусе клапана, содержащего теплоизолирующий и разрывной элементы, футерованный грузовой затвор, перекрывающий отверстие в корпусе защищаемого объекта, в верхней цилиндрической части корпуса клапана размещают герметизирующую мембрану, прижимаемую к корпусу клапана посредством крышки, шарнирно соединенной с рычагом, взаимодействующим с отбойником, а узел крепления разрывного элемента крепят своей верхней частью на рычаге, а нижней - к верхней цилиндрической части корпуса клапана, при этом узел крепления разрывного элемента выполняют из проволоки, стопорного болта, вилки, рычага крышки клапана, гайки, двух барабанов, которые располагают соответственно в вилке рычага крышки клапана, и в вилке верхней цилиндрической части корпуса клапана, при этом концы проволоки вставляют в отверстия барабанов и затем наматывают на них, а подвижное соединение футерованного грузового затвора с основанием корпуса клапана выполняют в виде трех вертикально установленных стержней в отверстиях, выполненных в периферийной части корпуса футерованного грузового затвора, при этом нижней частью стержни закрепляют в основании корпуса клапана, а в верхней части устанавливают дополнительное демпфирующее устройство, которое закрепляют на горизонтальных жестких упорах демпфирующих стержней, а демпфирующие стержни выполняют полыми, внутреннюю полость которых заполняют набором, состоящим, по крайней мере, из двух демпфирующих дисков, закрепленных на упругой оси, коаксиально расположенной с цилиндрической обечайкой стержня, а между демпфирующими дисками располагают, по крайней мере одну, цилиндрическую винтовую пружину, полость размещения которой заполняют вибродемпфирующим материалом, например полиуретаном, а в узле крепления разрывного элемента, состоящего из проволоки, устанавливают систему оповещения начала чрезвычайной ситуации, включающую в себя индикатор безопасности, реагирующий на возникновение аварийной ситуации, и выполненный, например, в виде датчика, реагирующего на деформацию, типа тензорезистора, выход которого по линии связи соединяют с усилителем сигнала, например тензоусилителем, а выход тензоусилителя по линии связи соединяют со входом устройства системы оповещения об аварийной ситуации.
На фиг. 1 изображен фронтальный разрез устройства для осуществления способа, выполненного в виде взрывозащитного клапана, на фиг. 2 - узел крепления разрывного элемента, на фиг. 3 - схема демпфирующих стержней 10.
Устройство для осуществления способа (фиг. 1) выполнено в виде взрывозащитного клапана, устанавливаемого на корпус 19 защищаемого объекта посредством крепежных элементов 20, и содержит футерованный грузовой затвор 2, подвижно соединенный с основанием 1 корпуса 3 клапана. Подвижное соединение футерованного грузового затвора 2 с основанием 1 корпуса клапана выполнено в виде трех вертикально установленных демпфирующих стержней 10, входящих в отверстия, выполненные в периферийной части корпуса футерованного грузового затвора 2, при этом нижней частью стержни 10 закреплены в основании 1 корпуса клапана 3.
Корпус клапана 3 выполнен в виде нижней цилиндрической, средней конической и верхней цилиндрической частей, причем в нижней цилиндрической части размещен футерованный грузовой затвор 2, перекрывающий отверстие диаметром Dy в корпусе 1 защищаемого объекта. В верхней цилиндрической части корпус 3 клапана размещен теплоизоляционный элемент 4 и герметизирующая мембрана 5, прижимаемая к корпусу клапана посредством крышки 6, шарнирно соединенной с рычагом 8, взаимодействующим с отбойником 7. Узел 9 крепления разрывного элемента (проволоки 18) (фиг. 2) крепится своей верхней частью на рычаге 8, а нижней - к верхней цилиндрической части корпуса 3 клапана. Узел крепления разрывного элемента состоит из проволоки 18, стопорного болта 13, вилки 14, рычага 15 крышки клапана, гайки 16, и двух барабанов 17, расположенных соответственно в вилке 14 рычага 15 крышки клапана, и в вилке верхней цилиндрической части корпуса 3 клапана. Концы проволоки 18 вставляются в отверстия барабанов и затем наматываются на них при их вращении обычным гаечным ключом. После достаточного натяжения проволоки барабаны 17 фиксируются стопорными болтами 13. Важно заметить, что давление срабатывания клапана зависит только от прочности проволоки 18 и не зависит от силы ее натяжения. Чтобы срабатыванию клапана не предшествовали большие пластические деформации проволоки, ее длина, а следовательно, и зазор h должны быть минимальными. Зазор h должен быть порядка (1,5÷3)d, где d - диаметр проволоки. Чтобы крепление концов проволоки было надежным и не допускало их вытягивания из отверстий в барабане, на него должно быть намотано не менее трех витков. Откидная крышка 6 через рычаг 8 удерживается в закрытом положении при разрывном элементе 9, роль которого выполняет проволока калиброванного сечения. Для полной герметизации клапана используется мембрана 5 из алюминиевой фольги или из полимерного материала. Под действием давления в защищаемом аппарате мембрана прижимается к крышке и, таким образом, через рычаг 8 все усилие от давления передается на шарнир рычага и разрывную проволоку 18. Сама же мембрана при этом оказывается практически полностью разгруженной и на давление срабатывания клапана (разрыв проволоки 18) существенного влияния не оказывает. В этом смысле мембрана не является расчетным элементом: конструкции взрывного клапана.
Если в защищаемом аппарате 1 происходят технологические процессы при высоких температурах, то для тепловой защиты мембраны 5 и других деталей клапана предусмотрены два уровня теплоизоляции. Первый из них представляет собой грузовой затвор 2, футерованный огнеупорным материалом, а второй - минеральную вату, асбестовую крошку или другой термостойкий пористый материал 4, уложенный в корзину из металлических прутьев или полос. Затвор 2 не обеспечивает герметичного перекрытия сбросного отверстия защищаемого аппарата 1, он свободно лежит на нем.
Футерованный грузовой затвор 2 защищает корпус 3 клапана от прогорания в случае высокой температуры в защищаемом аппарате, а засыпка 4 еще больше снижает температуру в зоне расположения мембраны 5. Для получения наибольшей эффективности взврывозащиты производственного оборудования взрывозащитный клапан имеет параметры, которые находятся в следующих оптимальных интервалах величин: а=D/Dy=1,5÷2,0; b=H/L=1,3÷1,8; с=H/Dy=2,5÷3,0,
где Dy - диаметр верхней цилиндрической части корпуса 3 клапана, равный максимальному размеру отверстия корпуса 1 защищаемого объекта; D - диаметр нижней цилиндрической части корпуса 3 клапана; Н - высота клапана в сборе; L - максимальный габаритный размер клапана в плане (на виде сверху).
Каждый из демпфирующих стержней 10 выполнен полым (фиг. 3) и представляет собой цилиндрический демпфирующий элемент, к концам которого жестко присоединены верхний 12 и нижний 26 плоские жесткие упоры, при этом к верхнему упору 12 присоединено дополнительное демпфирующее устройство 11, а нижний упор 26 соединен с основанием 1 корпуса 3 клапана.
Внутренняя полость демпфирующих стержней 10 заполнена набором, состоящим по крайней мере, из двух демпфирующих дисков 21 и 22, закрепленных на упругой оси 25, коаксиально расположенной с цилиндрической обечайкой стержня 10, а между демпфирующими дисками 21 и 22 расположена, по крайней мере одна, цилиндрическая винтовая пружина 23, полость 24 размещения которой заполнена вибродемпфирующим материалом, например полиуретаном. Возможен вариант выполнения, когда упругая ось 25, коаксиально расположенная с цилиндрической обечайкой стержня 10, выполнена полой, при этом полость заполнена вибродемпфирующим материалом, например полиуретаном.
В узле крепления разрывного элемента, который состоит из проволоки 18, установлена система оповещения начала чрезвычайной ситуации (ЧС), включающая в себя индикатор безопасности 27, реагирующий на возникновение аварийной ситуации, и выполненный, например в виде датчика, реагирующего на деформацию, типа тензорезистора, выход которого по линии связи 28 соединяют с усилителем сигнала 29, например тензоусилителем, а выход тензоусилителя 29 по линии связи 30 соединяют со входом устройства системы 31 оповещения об аварийной ситуации.
Устройство для осуществления способа работает следующим образом.
Давление в защищаемом аппарате воздействует на крышку 6, так как затвор 2 перекрывает входное отверстие негерметично и при быстром повышении давления он может приподниматься, а теплоизоляционный слой 4 порист. При срабатывании клапана крышка 6 отбрасывается до упора в отбойники 7, засыпка 4 потоком газа выбрасывается из полости клапана, а затвор 2 приподнимается вверх, насколько позволяет длина удерживающих его стержней 10, при этом частичное поглощение взрывной энергии приходится на дополнительные демпфирующие устройства 11, закрепленные на жестких верхних упорах 12 демпфирующих стержней 10, которые выполнены полыми с набором, состоящим по крайней мере, из двух демпфирующих дисков 21 и 22, и пружиной 23, при этом происходит дополнительное гашение энергии взрыва за счет взаимодействия демпфирующего набора стержней 10 с отверстиями, выполненными в периферийной части корпуса футерованного грузового затвора 2.
Способ взрывозащиты осуществляют следующим образом.
В корпусе клапана, содержащего теплоизолирующий и разрывной элементы, футерованный грузовой затвор, перекрывающий отверстие в корпусе защищаемого объекта, в верхней цилиндрической части корпуса клапана размещают герметизирующую мембрану, прижимаемую к корпусу клапана посредством крышки, шарнирно соединенной с рычагом, взаимодействующим с отбойником, а узел крепления разрывного элемента крепят своей верхней частью на рычаге, а нижней - к верхней цилиндрической части корпуса клапана, при этом узел крепления разрывного элемента выполняют из проволоки, стопорного болта, вилки, рычага крышки клапана, гайки, двух барабанов, которые располагают соответственно в вилке рычага крышки клапана, и в вилке верхней цилиндрической части корпуса клапана, при этом концы проволоки вставляют в отверстия барабанов и затем наматывают на них, а подвижное соединение футерованного грузового затвора с основанием корпуса клапана выполняют в виде трех вертикально установленных стержней в отверстиях, выполненных в периферийной части корпуса футерованного грузового затвора, при этом нижней частью стержни закрепляют в основании корпуса клапана, а в верхней части устанавливают дополнительное демпфирующее устройство, которое закрепляют на горизонтальных жестких упорах демпфирующих стержней, а демпфирующие стержни выполняют полыми, внутреннюю полость которых заполняют набором, состоящим, по крайней мере, из двух демпфирующих дисков, закрепленных на упругой оси, коаксиально расположенной с цилиндрической обечайкой стержня, а между демпфирующими дисками располагают, по крайней мере одну, цилиндрическую винтовую пружину, полость размещения которой заполняют вибродемпфирующим материалом, например полиуретаном, а в узле крепления разрывного элемента, состоящего из проволоки, устанавливают систему оповещения начала чрезвычайной ситуации, включающую в себя индикатор безопасности, реагирующий на возникновение аварийной ситуации, и выполненный, например, в виде датчика, реагирующего на деформацию, типа тензорезистора, выход которого по линии связи соединяют с усилителем сигнала, например тензоусилителем, а выход тензоусилителя по линии связи соединяют со входом устройства системы оповещения об аварийной ситуации.