ИМПУЛЬСНО-ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к предохранительной трубопроводной арматуре, а именно к импульсно-предохранительным устройствам, и предназначена для защиты оборудования от превышения давления рабочих сред, в частности, в технологических процессах с использованием загрязненных и абразивных сред, например, в горнодобывающей промышленности или в производстве абразивных материалов.
Известны различные конструкции импульсно-предохранительных устройств, защищающих оборудование от недопустимого превышения давления.
Известен клапан импульсно-предохранительный шиберный прямого действия, предназначенный для использования на ТЭС, ГРЭС, ТЭЦ, АЭС в системах безопасности трубопроводов пара, конденсата, воды, газа и содержащий корпус с входным отверстием и выходным отверстием, имеющим седло с проходным отверстием и уплотнительной поверхностью для взаимодействия с запирающим элементом с уплотнительной поверхностью, и связанным посредством штока с основными чувствительным элементом и прижимным устройством, при этом запирающий элемент выполнен в виде шибера с возможностью перемещения перпендикулярно оси и параллельно уплотнительной поверхности седла, а поверхность, расположенная противоположно и параллельно уплотнительной поверхности шибера, связана с несколькими телами качения с возможностью передачи усилия в направлении шибера от дополнительного прижимного устройства, которое расположено параллельно или соосно оси проходного отверстия седла (патент РФ №2459991, МПК F16K 17/04, публикация 2012 г.).
Известно импульсно-предохранительное устройство, содержащее работающий по схеме "разгружения" главный предохранительный клапан, надпоршневая полость которого сообщена с входным патрубком и патрубками входа и сброса импульсного клапана, выполненного с подпружиненным золотником, индикаторным поршнем и втулкой, при этом устройство снабжено клапаном настройки, присоединенным к импульсному клапану, причем клапан настройки состоит из управляемого средой золотника с тремя патрубками, один из которых соединен с защищаемой системой, второй - со входом импульсного клапана через дроссель, образованный между наружной поверхностью индикаторного поршня и внутренней поверхностью втулки, и полость между золотником и втулкой, третий - с посторонним источником давления, при этом импульсный клапан снабжен электромагнитом и сигнализатором положения золотника, а настройка импульсного клапана осуществляется посредством клапана настройки от постороннего источника давления без повышения давления в защищаемой системе и без отключения устройства от защищаемой системы (патент РФ №2272206, МПК F16K 17/10, публикация 2006 г.).
Известно импульсно-предохранительное устройство, содержащее предохранительный клапан, имеющий корпус с входным и выходным патрубками, входной из которых соединен с магистральным трубопроводом энергетической установки, а выходной с атмосферой, размещенные в корпусе запорный орган, состоящий из седла корпуса и тарелки, и сервопривод, включающий камеру с поршнем, подпружиненный шток которого соединен с тарелкой запорного органа, и импульсный клапан, впускным патрубком связанный с магистральным трубопроводом энергетической установки, а выпускным с надпоршневым пространством камеры сервопривода, при этом импульсно-предохранительное устройство дополнительно содержит регулирующий клапан, вход которого соединен с надпоршневым пространством камеры сервопривода, а выход с ее подпоршневым пространством (патент РФ №2285181, МПК F16K 17/10, публикация 2006 г.).
Известно импульсно-предохранительное устройство, содержащее работающий по схеме «разгружения» главный предохранительный клапан, импульсный клапан, клапан настройки и вспомогательную арматуру, при этом импульсный клапан выполнен с возможностью осуществления одновременной подачи рабочей среды на золотник и на чувствительный элемент, которые установлены в корпусе импульсного клапана и отделены друг от друга, не нарушая работу импульсного клапана, причем чувствительный элемент выполнен в виде сильфона (патентРФ №102733, F16K 17/10, публикация 2011 г. - ближайший аналог).
Известные конструкции не обеспечивает надежную и долговечную работу предохранительных устройств на загрязненных и абразивных рабочих средах.
Известно использование в качестве запорно-регулировочных устройств, которые устанавливаются на трубопроводах для транспортировки жидкостей с высоким содержанием твердых частиц (пульп) или с интенсивным образованием осадка, шланговых задвижек, имеющих металлический корпус, эластичный шланговый элемент и запирающее устройство с прижимом или прижимными траверсами (Гуревич Д.Ф. Трубопроводный транспорт. Справочное пособие. Л.: Машиностроение. 1981, 368 с).
Задачей предлагаемой полезной модели является создание конструкции импульсно-предохранительного устройства, обладающей повышенной работоспособностью, и обеспечивающей надежную и долговечную работу устройства на загрязненных и абразивных рабочих средах.
Предложенное устройство расширяет арсенал технических средств, используемых для защиты оборудования от превышения давления рабочих сред, в частности, в технологических процессах с использованием загрязненных и абразивных сред.
Поставленная задача решается тем, что импульсно-предохранительное устройство содержит главный предохранительный клапан с приводом и управляющий импульсный клапан, при этом главный предохранительный клапан выполнен в виде шлангового пневмоклапана, а привод главного предохранительного клапана управляется посредством импульсного предохранительного клапана и регулятора давления «после себя».
Импульсный предохранительный клапан разгружен от действия давления в приводе и в сбросной системе.
Регулятор давления разгружен от действия входного и выходного давления в приводе.
Управляющая среда изолирована от рабочей среды.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена принципиальная схема импульсно-предохранительного устройства; на фиг. 2 - шланговый пневмоклапан в закрытом положении; на фиг. 3 - шланговый пневмоклапан в открытом положении; на фиг. 4 - регулятор давления «после себя»; на фиг. 5 - импульсный предохранительный клапан.
Импульсно-предохранительное устройство включает главный предохранительный клапан, выполненный в виде шлангового пневмоклапана 1 с приводом 2, соединенным через регулятор давления «после себя» 3 с емкостью 4 среды управления. Привод 2 также соединен с импульсным предохранительным клапаном 5, установленном на защищаемом объекте 6, который связан импульсной трубкой 7 с полостью чувствительного элемента регулятора давления 3. Между регулятором давления 3 и приводом 2 расположен манометр 7а. На импульсной трубке 7 и перед импульсным предохранительным клапаном 5 установлены фильтры 7б и 7в.
Шланговый пневмоклапан 1 (фиг. 2, 3) содержит корпус 8, в котором размещен эластичный патрубок 9. Привод 2 шлангового пневмоклапана образован внутренней поверхностью корпуса 8 и наружной поверхностью патрубка 9. Полость А привода 2 соединена через тройник 10 с регулятором давления (РД) 3 и с импульсным предохранительным клапаном (ПК) 5.
Регулятор давления «после себя» 3 (фиг. 4) содержит корпус 11 с выходным патрубком 12 и входным патрубком 13, крышку 14, в которой расположены пружина 15 с опорами 16, 17, «дыхательное» отверстие 18, винт настройки 19 с контргайкой 20, мембрану (чувствительный элемент) 21 с центром 22. Центр 22 контактирует с плунжером 23, уплотненным манжетами 24, 25, и имеющим сквозное отверстие 26. Плунжер 23 поджат пружиной 27 своей уплотнительной поверхностью 28 к ответной поверхности седла корпуса (не фигуре не обозначено).
Нижняя направляющая поверхность плунжера 23 расположена в пробке 29, уплотненной относительно корпуса прокладкой 30.
1
Благодаря равенству диаметров Дп, Дс, и Дп и наличию отверстия 26, плунжер разгружен от действия переменных значений давлений «до» и «за» затвором регулятора, что позволяет значительно уменьшить площадь чувствительного элемента 21 и усилие, а, следовательно, габариты и массу пружины 15 и регулятора давления 3 в целом.
Импульсный предохранительный клапан 5 (фиг. 5) содержит корпус 31 с входным патрубком 32 и выходным патрубком 33, крышку 34, внутри которой расположены пружина 35 с опорами 36, 37, контактирующая с винтом настройки 38 с контргайкой 39.
В стенке крышки выполнено «дыхательное» отверстие 40.
Нижняя опора 37 пружины 35 контактирует с плунжером 41 с уплотнением 42, направленным по втулке 43. Расстояние между нижним торцом втулки 43 и стопорным кольцом 44 определяет ход плунжера 41 импульсного предохранительного клапана 5.
1
Как и в регуляторе давления 3 равенство диаметров Дп, Дс, и Дп и их уплотнения 42, 45, 46 обеспечивают разгрузку плунжера 41 от действия переменных значений давлений на входе и выходе импульсного предохранительного клапана 5, и, таким образом, обеспечивают зависимость перемещения подвижной группы импульсного предохранительного клапана 5 только от давления в защищаемом объекте 6 (фиг. 1), действующего на торцевую поверхность 47 плунжера 41.
Работает импульсно-предохранительное устройство следующим образом.
При нормальных условиях эксплуатации защищаемого объекта 6 шланговый пневмоклапан 1 закрыт под действием давления управляющей среды, подаваемой из емкости 4 в полость А (фиг. 2) через регулятор давления 3. Объем и давление в емкости 4 должны быть такими, чтобы можно было обеспечить необходимое количество срабатывания импульсно-предохранительного устройства по условиям эксплуатации.
Величина давления управляющей среды, подаваемого в привод 2, должна быть больше давления в защищаемом объекте 6 на величину, необходимую для сжатия патрубка 9 и обеспечивается настройкой регулятора давления 3 задатчиком (винтом 19 и пружиной 15) (фиг. 4) по манометру 7а. При этом импульсный предохранительный клапан 5 под действием пружины 35 (фиг. 5) закрыт.
При возникновении аварийных ситуаций повышение давления в объекте 6 приводит к открытию импульсного предохранительного клапана 5 и к снижению давления в полости А привода 2. Под действием повышенного давления патрубок 9 раскрывается, что приводит к понижению давления в защищаемом объекте 6 до величины закрытия Pз (зависит от требований заказчика и обеспечивается конструкцией импульсного предохранительного клапана 5). Импульсный предохранительный клапан 5 закрывается, а регулятор давления 3, связанный с приводом 2 импульсной линией 7 с фильтром 7б, загружает полость А привода управляющей средой под давлением. При этом закрывается шланговый пневмоклапан 1, и защищаемый объект приходит в положение нормальной эксплуатации.
Работа шлангового пневмоклапана с приводом в импульсном предохранительном устройстве заключается в следующем.
Прежде всего, перед пуском защищаемого объекта 6 (фиг. 1) в эксплуатацию, в привод 2 подается через регулятор давления управляющая среда под давлением, величина которого должна быть больше давления в защищаемом объекте 6 на величину, необходимую для сжатия патрубка 9. При этом шланговый пневмоклапан закрывается, что, после установки закрытого импульсного предохранительного клапана, настроенного на давление Pн в защищаемом объекте, делает возможным заполнение рабочей средой защищаемого объекта 6 (фиг. 1) под рабочим давлением Pр≤Pн. Во время нормальной эксплуатации объекта 6 шланговый пневмоклапан остается закрытым. При превышении давления в объекте 6 над Pн начинает открываться импульсный предохранительный клапан 5 и давление в полости А привода быстро (из-за небольшого ее объема) падает, что приводит к открытию шлангового пневмоклапана (фиг. 3) под действием на внутреннюю поверхность патрубка 9 повышающегося давления.
После снижения давления в защищаемом объекте 6 до величины Pз≤Pн, что происходит при сбросе аварийного расхода, закрывается импульсный предохранительный клапан под действием пружины 35 (фиг. 5), через регулятор давления в полость А привода поступает управляющая среда, закрывающая шланговый пневмоклапан. Процесс срабатывания импульсного предохранительного устройства повторяется до устранения причин аварии.
Задачей регулятора давления в импульсном предохранительном устройстве является обеспечение привода шлангового пневмоклапана управляющей средой в зависимости от значения величин давлений в защищаемом объекте. Как описывалось выше, сначала регулятор давления принимает участие в подготовке защищаемого объекта к эксплуатации. Для этого в полость А привода (фиг. 2) поджатием винта 19 (фиг. 4) загружается управляющая среда до давления, которое должно быть больше давления в защищаемом объекте 6 на величину, необходимую для сжатия патрубка 9, и шланговый пневмоклапан закрывается. При этом надо учесть, что, если система за затвором регулятора давления и корпус привода не рассчитаны на максимальное давление питающего источника 4 (фиг. 1), то они должны быть защищены предохранительным клапаном (не показано). После достижения нужного давления в приводе шланговый пневмоклапан закрывается. Закрывается и регулятор давления усилием, определяемым произведением эффективной площади мембраны на давление в приводе, и он остается закрытым на протяжении всего периода нормальной эксплуатации защищаемого объекта 6 (фиг. 1). При превышении давления в объекте 6 над Pн открывается импульсный предохранительный клапан, и сбрасывает давление из полости А привода, что приводит к открытию шлангового пневмоклапана и к понижению давления в объекте 6 до величины Pз≤Pн. Снижение давления в приводе открывает регулятор давления, но поскольку пропускная способность открытого импульсного предохранительного клапана принимается значительно больше, чем у регулятора давления, то до закрытия импульсного предохранительного клапана давление в приводе не повышается и шланговый пневмоклапан остается открытым. После понижения давления в защищаемой системе до величины Pз≤Pн, импульсный предохранительный клапан под действием пружины 35 закрывается, а регулятор давления загружает управляющую среду в привод. Это приводит к закрытию шлангового пневмоклапана и, если устранены причины создания аварийной ситуации, к режиму нормальной эксплуатации системы. Процесс срабатывания импульсного предохранительного устройства повторяется до устранения причин аварии.
Качество и динамическая устойчивость процесса определяются правильностью расчетов звеньев импульсного предохранительного устройства (шлангового пневмоклапана, регулятора давления, импульсного предохранительного клапана, связей), их соответствием свойствам защищаемого объекта и подтверждаются результатами испытаний.
Импульсный предохранительный клапан совместно с регулятором давления выполняют в импульсно-предохранительном устройстве задачу управления приводом шлангового пневмоклапана. Как описывалось выше, настроенный с учетом рабочего (максимальное технологическое) давления импульсный предохранительный клапан, установленный в защищаемом объекте 6 (фиг. 1) позволяет начать заполнение после закрытия шлангового пневмоклапана с помощью регулятора давления. При нормальной эксплуатации защищаемого объекта импульсный предохранительный клапан постоянно закрыт усилием пружины 35, уравновешенным давлением на торцевую поверхность 47 плунжера 41 и реакцией от уплотнения в затворе импульсного предохранительного клапан, образованным уплотнением 45 плунжера и перемычкой в корпусе 31. При повышении давления настройки импульсный предохранительный клапан открывается под действием усилия, определяемого величиной его превышения на площадь поверхности 47. Это приводит к сбросу управляющего давления из полости привода А (фиг. 2), к открытию шлангового пневмоклапана и к сбросу аварийного расхода рабочей среды из защищаемого объекта 6. После снижения давления в системе до величины Pз≤Pн, импульсный предохранительный клапан закрывается и в полость А привода через регулятор давления поступает управляющее давление. Это приводит к закрытию шлангового пневмоклапана и, если устранены причины создания аварийной ситуации, к режиму нормальной эксплуатации объекта.
1
1
Необходимо отметить, что конструкция импульсного предохранительного клапана 5 такова, что его работа практически не зависит от состояния управляющей среды в приводе 2, а определяется параметрами рабочей среды в защищаемом объекте 6. Это обеспечивается равенством диаметров Дп, Дс, и Дп, исключающим влияние давления в приводе на перемещение подвижной группы импульсного предохранительного клапана 5. Равенство диаметров Дп, Дс, и Дп разгружает также его подвижную группу от действия переменных давлений в емкости4 и в приводе 2, минимизируя размеры мембраны и пружины задатчика.
Предложенная конструкция импульсно-предохранительного устройства обладает повышенной работоспособностью и обеспечивает надежную и долговечную работу устройства на загрязненных и абразивных рабочих средах
Существенным в рассматриваемой конструкции импульсного предохранительного устройства является то, что система управления им практически отключена от рабочей среды, что повышает надежность импульсного предохранительного устройства при эксплуатации его на загрязненных и абразивных рабочих средах