Клапан
VALVE

Изобретение относится к защитным устройствам и предназначено для применения в области машиностроения, в частности для разгерметизации гермообъема (ГО) оболочки в случае превышения в зоне размещения устройства заданной температуры или заданного гидростатического давления, воздействующего на наружную поверхность оболочки.
Известен клапан предохранительный (патент на полезную модель RU 131443 U1. авторы Черныш Н.А., Кирюшкин Н.Н, Миридонов Р.А., МПК F16K 17/14, опубликовано 20.08.2013), содержащий корпус, запорный орган в виде крышки, соединенной с корпусом, герметизирующий элемент, крышка с корпусом соединены припоем с возможностью разрушения соединения при превышении заданного значения температуры, действующей на упаковку, на которой установлен клапан, при этом материалы припоя, крышки и корпуса выбраны с одинаковым температурными коэффициентами линейного расширения.
Недостатками данного устройства являются недостаточная стойкость конструкции к воздействию ионизирующего излучения и недостаточная жесткость конструкции при воздействии механических нагрузок.
Известен клапан (патент на полезную модель RU 189792 U1, авторы Кордюков С.А., Кручинин В.А.. Салов А.В., Крымова А.С., Рязанов А.В., Орехова Н.В., МПК F16K 17/38, F16K 17/40, опубликовано 04.06.2019), содержащий крышку, соединенную с корпусом, выполненным в виде втулки, снабженной наружными фланцем для закрепления на упаковке и резьбой, герметизирующий элемент, припой, соединяющий элементы клапана с возможностью разрушения указанного соединения при превышении заданного значения температуры, корпус снабжен внутренними сквозными радиальными пазами, крышка выполнена в виде усеченного конуса, снабжена, расположенным навстречу и соосно корпусу цилиндрическим осевым полым выступом, с внутренней поверхностью которого припоем соединена ответная поверхность соосно расположенной в нем цилиндрической втулки, снабженной внутренней резьбой, соединена с корпусом при помощи резьбового соединения цилиндрической втулки, шпильки и гайки. Данное устройство выбрано в качестве прототипа.
Недостаток устройства состоит в том, что устройство срабатывает только при превышении критического значения температуры внутри упаковки, что исключает возможность срабатывания при иных внешних воздействиях. Гак же припой, соединяющий элементы клапана, при одновременном воздействии механических и температурных нагрузок, является недостаточно прочным. Его разрушение, при превышении расчетного значения температуры исключает повторное использование устройства.
Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание устройства, срабатывающего при воздействиях разной физической природы. А именно при заданном тепловом воздействии и/или воздействии определенного внешнего, по отношению к объему рассматриваемой оболочки, гидростатического давления.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в обеспечении разгерметизации оболочки, на которую установлен клапан, при превышении заданного значения температуры и/или при превышении заданного внешнего гидростатического давления для предотвращения аварийной ситуации.
Технический результат достигается за счет того, что в заявляемом клапане, содержащем корпус в виде стакана, герметизирующее уплотнительное кольцо, соединительные элементы, в отличие от прототипа на внешней донной поверхности корпуса диаметрально закреплена пластина, концы которой выступают за границу донной поверхности корпуса и предназначены для опоры на внешнюю поверхность оболочки, геометрические параметры и материал пластины выбраны из условия деформирования ее концов при воздействии заданного внешнего, по отношению к оболочке, гидростатического давления, на наружной боковой поверхности корпуса выполнена кольцевая канавка для герметизирующего элемента, на внутренней донной поверхности корпуса диаметрально закреплен запорный элемент, выполненный в виде пластины зигзагообразной формы из сплава с памятью формы (СПФ), при этом длина пластины запорного элемента выбрана из условия обеспечения опоры его концов на внешнюю поверхность оболочки до воздействия на клапан температуры выше заданного уровня, а после воздействия на клапан температуры выше заданного уровня, свободного перемещения корпуса внутрь оболочки.
Использование всей совокупности признаков формулы заявляемого изобретения обеспечивают разгерметизацию оболочки, на которую установлен клапан, при превышении заданного значения температуры и/или при превышении заданного внешнего гидростатического давления.
Запорный элемент, установленный на внутренней донной поверхности корпуса, выполненный в виде пластины зигзагообразной формы из СПФ обеспечивает разгерметизацию упаковки при превышении заданного значения температуры.
Пластина, закрепленная на внешней донной поверхности корпуса, концы, которой опираются на внешнюю поверхность оболочки, обеспечивает разгерметизацию упаковки при превышении заданного значения внешней гидростатической нагрузки.
Изобретение поясняется фигурами.
1
2
На фиг.1 и фиг.2 изображена конструкция клапана, размещенного в посадочном месте оболочки, при действии внутреннего избыточного давления Р и после воздействия внешнего гидростатического давления Р соответственно.
Клапан содержит корпус 1 в виде стакана, герметизирующее уплотнительное кольцо 5. На внешней донной поверхности корпуса 1 диаметрально закреплена, при помощи соединительных элементов в виде винтов 7, 8 и шайб 4, пластина 3 (в данном примере выполнения из стали Ст 20), концы которой выступают за границу донной поверхности корпуса 1 и предназначены для опоры на внешнюю поверхность оболочки 6.
Геометрические параметры и материал пластины 3 выбираются из условия деформирования ее концов при воздействии заданного внешнего, по отношению к оболочке 6, гидростатического давления.
На наружной боковой поверхности корпуса 1 выполнена кольцевая канавка 9 для герметизирующего элемента 5.
На внутренней донной поверхности корпуса 1 диаметрально закреплен запорный элемент 2, выполненный в виде пластины зигзагообразной формы из сплава с памятью формы (в данном примере выполнения из сплава Ni-Ti-Hf), при этом длина пластины запорного элемента 2 выбрана из условия обеспечения опоры его концов на внешнюю поверхность оболочки 6 до воздействия на клапан температуры выше заданного уровня, а после воздействия на клапан температуры выше заданного уровня, свободного перемещения корпуса 1 внутрь оболочки 6.
Заявляемый клапан работает следующим образом.
При тепловом воздействии на клапан происходит нагрев его составных частей, в том числе и запорного элемента 2. При нагреве до заданного значения температуры запорный элемент 2, изготовленный из СПФ, начинает восстанавливать свою первоначальную форму и, сжимаясь, обеспечивает возможность перемещения клапана внутрь оболочки. Заданное значение температуры должно быть ниже температуры возгорания содержимого оболочки, либо ниже температуры, при которой давление внутри оболочки превысит разрушающее.
1
При повышении температуры выше заданной в результате действия внутреннего избыточного давления Р (фиг.1) клапан выходит из посадочного отверстия в оболочке 6, осуществляя ее разгерметизацию.
2
При действии внешнего гидростатического давления Р заданного уровня (фиг.2) пластина 3 деформируется и клапан перемещается внутрь оболочки 6, осуществляя ее разгерметизацию.
Геометрические параметры пластины 3 и запорного элемента 2 выбирают расчетно или экспериментально для обеспечения перемещения клапана внутрь гермообъема оболочки при действии заданного внешнего гидростатического давления и при нагреве запорного элемента до заданного значения.
При температуре и давлении, не превышающих заданное значение, клапан, благодаря запорному элементу 2, пластине 3 и герметизирующему уплотнительному кольцу 5 обеспечивает герметичность при штатной эксплуатации оболочки 6.
Таким образом, заявляемый клапан обеспечивает разгерметизацию оболочки, в которую установлен клапан, при превышении заданного уровня температуры и/или при превышении заданного внешнего гидростатического давления для предотвращения аварийной ситуации.