УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕРКИ ДАВЛЕНИЯ НАЧАЛА ОТКРЫТИЯ СБРОСНЫХ ПРУЖИННЫХ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ КЛАПАНОВ С РУЧНЫМ ПОДРЫВОМ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к области газовой промышленности, в частности, к устройству для проверки давления начала открытия сбросной пружины предохранительного клапана с ручным подрывом, позволяющему производить подобную проверку без демонтажа оборудования и может быть использовано для безопасной эксплуатации сбросной пружины предохранительного клапана, установленного в объектах газовой промышленности.
Уровень техники
Известно устройство для проверки давления начала открытия сбросных пружинных предохранительных клапанов с ручным подрывом, включающее корпус, в котором установлен шток с пружиной, рычаг ручного подрыва, установленный на оси рычага, золотник, седло (см. «Устройство для проверки давления начала открытия сбросных пружинных предохранительных клапанов», руководящий документ ВРД 39-1.10-069-2002).
Недостатком данного устройства является недостаточно высокая точность правильности настройки предохранительных клапанов, так как в процессе эксплуатации сбросных пружинных предохранительных клапанов (СППК) на газораспределительных станциях (ГРС) необходимо периодически проводить проверку давления настройки клапанов, при этом согласно нормативным документам, установка давления настройки должна проводиться и проверяться на специальном стенде, однако в условиях эксплуатации СППК не всегда существует такая возможность, тем не менее эксплуатационный персонал всегда должен быть уверен в правильности настройки предохранительных клапанов.
Известно устройство тестирования предохранительных клапанов, содержащее пневмопривод перемещения штока клапана, блок управления пневмоприводом, кинематический элемент соединения штока клапана с пневмоприводом перемещения, крепежный кронштейн для установки пневмопривода и кинематического элемента на клапане, датчики положения клапана и средство отображения информации и измерения усилия срабатывания клапана, при этом блок управления пневмоприводом выполнен с пневматической системой пневмораспределителей и регулируемых дросселей с дистанционным электромагнитным управлением, связанным линиями передачи управляющего сигнала с датчиками положения клапана и средством отображения информации и измерения усилия срабатывания клапана.
В устройстве средство отображения информации и измерения усилия срабатывания клапана выполнено с терминалом удаленного ввода-вывода информации.
В устройстве кинематический элемент выполнен в виде рычага, при этом крепежный кронштейн выполнен консольным и с шарнирной опорой рычага.
В устройстве, плечо рычага, соединенное со штоком клапана, имеет форму вилки (см. пат. RU №35464 кл. G21C 17/06,10.01. 2004 г.).
Недостатком данного устройства является сложная конструкция, высокая стоимость, при работе требуется частичная разборка предохранительного клапана и, из-за конструктивных особенностей, применение на ограниченном числе типов предохранительных клапанов.
cp.
пp
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту и принятое авторами за прототип является прибор для проверки работоспособности предохранительных клапанов без их демонтажа из оборудования, содержащий механическую часть в составе несущей структуры для монтажа к испытуемому предохранительному клапану (ИПК), движущую часть в составе движущего винта с червячной парой и электропривода в составе электромотора и редуктора, а также электронной части в составе схемы управления, датчиков и измерительных преобразователей давления и силы, а также процессора, при этом в прибор введены и подключены ко входам схемы управления электроприводом датчики крайних положений движущего винта, а в программу процессора для расчета давления срабатывания введена операция вычисления среднего активного диаметра D седла ИПК, при этом последний содержит корпус с верхним упором пружины штока, который снизу оснащен отвесом, перекрывающим седло ИПК, а на штоке закреплен нижний упор пружины, чем обеспечено поджатие подвеса к седлу силой F упругости пружины, а к силовому выходу схемы управления электроприводом подключен электромотор.
В приборе, схема управления электроприводом, измерительные преобразователи давления и силы, а также процессор и элементы управления прибором выполнены в виде выносного блока и присоединены к размещенным в механической части датчикам и электроприводу через кабель длиной до 30 м и более.
В приборе, при срабатывании любого из датчиков крайних положений движущего винта обеспечен автоматический возврат движущего винта в начальное (нулевое) положение.
В приборе, датчики крайних положений движущего винта выполнены индуктивными (см. пат. RU №84980, кл. G01L 1/00, опубл. 20.07.2009).
Недостатком данного прибора является то, что схема управления, механическая часть устройства, измерительные преобразователи давления и силы, имеют очень сложную конструкцию, высокую стоимость, при этом обладает низкими эксплуатационными свойствами: необходимостью частичной разборки предохранительного клапана и сложностью монтажа несущей структуры на предохранительный клапан, а также наличие электропривода, устанавливаемого непосредственно на испытуемый клапан, исключает возможность применения этого устройства во взрывоопасных средах.
Раскрытие полезной модели
Задачей предлагаемой полезной модели является разработка устройства для проверки давления начала открытия сбросной пружины предохранительного клапана с ручным подрывом, обладающего упрощением конструкции и повышением надежности устройства для проверки давления начала открытия, предохранительного клапана прямого действия с ручным подрывом.
Технический результат, который может быть получен с помощью предлагаемой полезной модели, сводится к упрощению конструкции и повышению надежности устройства для проверки давления начала открытия, предохранительного клапана прямого действия с ручным подрывом.
Технический результат достигается с помощью устройства для проверки давления начала открытия сбросной пружины предохранительного клапана с ручным подрывом, выполненное в виде съемного механизма, включающего динамометрический ключ и адаптер, который выполнен с возможностью установки механизма на ось рычага ручного подрыва предохранительного клапана, и с возможностью измерения и фиксации момента, при котором ось рычага ручного подрыва поворачивается на минимальный угол.
Таким образом, поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что устройство проверки давления начала открытия предохранительных клапанов дополнительно содержит цифровой динамометрический ключ, установленный на ось рычага ручного подрыва предохранительного клапана, вместо штатного рычага, через адаптер, при этом измеряя и фиксируя момент, при котором динамометрический ключ поворачивается на минимальный угол и, применяя формулу пересчета момента в усилие и давление, в зависимости от площади сечения металлического уплотнения предохранительного клапана, можно с достаточной точностью получить давление начала открытия предохранительного клапана. Расчет ведут по следующей формуле:
где r - расстояние между осью 1 рычага 9 ручного подрыва и штоком 6 предохранительного клапана, м;
Рно - давление начала открытия клапана, Па;
Рр - рабочее давление в трубопроводе, Па;
2
Sсp - площадь по среднему диаметру уплотнения м.
Ограничением применения описанной полезной модели является требование наличия давления в месте установки предохранительных клапанов не менее 80% от давления настройки.
Краткое описание чертежей и иных материалов
На фиг 1. дано устройство для проверки давления начала открытия сбросных пружинных предохранительных клапанов с ручным подрывом, предохранительный клапан, общий вид в разрезе.
На фиг.  2, тоже, рычаг ручного подрыва на оси рычага в разрезе.
На фиг.  3, тоже, механизм, включающий динамометрический ключ и адаптер, общий вид.
На фиг.  4, тоже, применение устройства для проверки давления начала открытия сбросных пружинных предохранительных клапанов на примере СППК -4Р-50-16, опытный образец, таблица 1.
На фиг.  5 тоже, расчет возможного диапазона моментов для всех применяемых типов СППК, таблица 2.
Осуществление полезной модели
Устройство для проверки давления начала открытия сбросной пружины предохранительного клапана с ручным подрывом, состоит из оси 1, колпака 2, вилки 3, корпуса 4, пружины 5, штока 6, золотника 7, седла 8, рычага 9 ручного подрыва на оси 1, механизма (на фиг.  не обозначен), включающего динамометрический ключ 10 и адаптер (на фиг.  не обозначен), при этом шток 6 с пружиной 5 установлен в корпусе 4, в верхней части штока 6, под колпаком 2, установлены вилка 3 с осью 1 и рычагом 9 ручного подрыва, а в нижней части штока 6 установлены золотник 7 с седлом 8, при этом на ось 1 рычага 9 ручного подрыва предохранительного клапана установлен механизм, включающий динамометрический ключ 10 и адаптер, выполненный с возможностью съема, причем, так как в процессе эксплуатации сбросных пружинных предохранительных клапанов (СППК) на газораспределительных станциях (ГРС), необходимо периодически проводить проверку давления настройки клапанов, согласно нормативным документам, установка давления настройки должна проводиться и проверяться на специальном стенде, однако в условиях эксплуатации СППК не всегда существует такая возможность, тем не менее, эксплуатационный персонал всегда должен быть уверен в правильности настройки предохранительных клапанов. СППК на ГРС необходимо снабжать механизмом, включающим динамометрический ключ 10 и адаптер, что позволит без каких - либо вмешательств в конструкцию предохранительного клапана или демонтажа его деталей, проводить проверку давления начала открытия сбросной пружины предохранительного клапана с ручным подрывом.
Устройство для проверки давления начала открытия сбросной пружины предохранительного клапана с ручным подрывом эксплуатируют следующим образом.
Как известно, при расчете предохранительного клапана определяют необходимое усилие пружины 5, установленной на штоке 6, расположенном в корпусе 4. При этом для металлического уплотнения седло 8 - золотник 7 (см. фиг. 1), применяют известную формулу:
где Fпp - усилие пружины 5;
Рн - давление настройки;
Sср - площадь по среднему диаметру уплотнения;
1,05-5-1,07 - рекомендуемые стандартом значения коэффициентов при Рн, определяющие Рно (давление начала открытия).
Таким образом, усилие пружины 5 зависит от давления настройки предохранительного клапана и площади уплотнения по среднему диаметру седла 8.
Из формулы (1) видно, что усилие пружины 5 на 5-7% превышает усилие, действующее на золотник 7, при наличии давления настройки Рн. Тогда можно записать:
где Рно - давление начала открытия предохранительного клапана.
Руководящими документами (например, ВРД 39-1.10-069-2002) устанавливают верхнее значение рабочего давления Рр+12%, при превышении которого предохранительный клапан должен автоматически открыться и сбросить давление в газопроводе (на фиг. не показан) до рабочего. С учетом этого можно записать:
Откуда следует, что если усилие, создаваемое рабочим давлением увеличить на 12%, то предохранительный клапан начнет открываться. С другой стороны, если при добавлении 12% усилия при рабочем давлении предохранительный клапан начинает открываться, то он настроен правильно. Следовательно, измеряя усилие при открывании предохранительного клапана рычагом 9 ручного подрыва (при наличии рабочего давления в трубопроводе) можно производить проверку давления начала открытия предохранительного клапана. Для этого вместо рычага 9 ручного подрыва необходимо установить через адаптер динамометрический ключ 10, выбрать свободный ход рычага 9 ручного подрыва и измерить усилие, при котором рычаг 9 совершает минимальный поворот вокруг оси 1. При правильной настройке предохранительного клапана это усилие должно составлять 12%, усилия создаваемого рабочим давлением.
Для практического использования целесообразно применять динамометрический ключ 10 с цифровой индикацией, звуковой сигнализацией установленного момента, занесенный в реестр средств измерений и поверенный уполномоченной организацией. Измерение давления производят с помощью штатного поверенного или откалиброванного манометра, установленного на трубопроводе.
Для пересчета момента, измеряемого динамометрическим ключом 10 в усилие, измеряют расстояние г между осью 1 рычага 9 ручного подрыва и штоком 6 предохранительного клапана (см. на фиг. 2). Но с практической стороны, удобнее рассчитать необходимый момент, для достижения начала открытия и сравнить его с измеренным.
Пример конкретного применения опытного образца устройства для проверки давления начала открытия сбросного пружинного предохранительного клапана с ручным подрывом на примере СППК-4Р-50-16.
Данный предохранительный клапан устанавливают на газопроводе (на фиг. не показано), в котором рабочее давление 1,0 МПа (на практике необходимо использовать давление, измеренное манометром). Давление начала открытия этого предохранительного клапана будет составлять 1,12 МПа. Рассчитывают усилие пружины 5 при такой настройке предохранительного клапана по формуле (2)
Усилие, создаваемое рабочим (измеренным манометром) давлением равно
Недостающее усилие для уравновешивания пружины 5
1046,5-934,3=112,2 Н.
Учитывая, что в данном предохранительном клапане расстояние между осью 1 штока 6 и осью 1 рычага 9 ручного подрыва равно 34,0 мм, определяют момент М, при достижении которого относительно оси 1 рычага 9 ручного подрыва предохранительный клапан начнет открываться:
М=112,2×0,034=3,81 Нм Для проверки давления начала открытия сбросного пружинного
предохранительного клапана устанавливают рассчитанное значение на динамометрическом ключе 10 (см. фиг. З), посредством адаптера устанавливают динамометрический ключ 10 на ось 1 рычага 9 ручного подрыва. Вращая, выбирают свободный ход механизма, включающего динамометрический ключ 10 и адаптер, ручного подрыва, затем по достижению заданного момента раздается звуковой сигнал динамометрического ключа 10, при этом рычаг 9 ручного подрыва должен повернуться на небольшой угол, что означает начало открытия предохранительного клапана, если по достижению звукового сигнала рычаг 9 ручного подрыва не сдвинулся с места, настройка предохранительно клапана завышена, в другом случае, если рычаг 9 ручного подрыва поворачивается до звукового сигнала, настройка предохранительного клапана занижена. Для расчета момента можно использовать формулу:
где: r - расстояние между осью 1 рычага 9 ручного подрыва и штоком 6 предохранительного клапана, м;
Рно - давление начала открытия клапана, Па;
Рр - рабочее давление в трубопроводе, Па;
2
Scp - площадь по среднему диаметру уплотнения м;
и для каждого типа предохранительного клапана используют его конструктивные элементы, для удобства в работе составляют таблицу 1 формул для применяемых типов СППК. Значение давления в формулах дано в паскалях.
Для определения возможного диапазона моментов рассмотрим условия вышеприведенного примера расчета момента для всех применяемых типов СППК. Данные представлены в таблице 2.
При этом, если в службе эксплуатации применяют все типоразмеры СППК, то для создания необходимых моментов служба эксплуатации должна иметь в наличии как минимум два динамометрических ключа с диапазонами: 0-20 Нм и 0-100 Нм. Таким образом, точность измерения можно повысить, а заодно проводить проверку давления Рно предохранительных клапанов любых типов и производителей, если демонтировать штатный колпак 2 с рычагом 9 ручного подрыва, и на его место установить заранее изготовленный рычажный механизм со строгим размером r. Также можно проверять предохранительные клапаны без механизма ручного подрыва, если только длина штока 6 позволяет закрепить на нем зажимную втулку (на фиг. не показана). Точность проверки давления начала открытия зависит от нескольких параметров. В данном примере точность измерения давления манометром, как правило 1,5%, точность динамометрического ключа 10, хорошие модели имеют 2%, точность изготовления седла 8, (по площади Sep - 1,5%), измеренный размер r - 4%. Для упрощения, весом золотника 7 и штока 6 и влиянием температуры можно пренебречь, проводя измерения при температуре, близкой к нормальной. Суммарная среднеквадратическая погрешность измерения не превысит 5%.
Предлагаемая полезная модель по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества:
- упрощение конструкции;
- низкая стоимость при достаточной точности измерения давления начала открытия предохранительных клапанов;
- простота применения, отсутствие необходимости разборки деталей клапана.