предохранительное устройство для сосуда давления

Формула изобретения

1. Предохранительное устройство для сосуда давления, содержащее корпус, мембрану, калиброванный разрывной стержень, блок толкателя с нажимным диском, ножевой блок, отличающееся тем, что оно снабжено вакуумной опорой, на которой закреплена мембрана с закрепленным на ней блоком толкателя с нажимным перфорированным диском, на который опираются коромысла двух ножевых блоков, при этом блок толкателя содержит две тяги, траверсу и защитный экран, образующие жесткую рамку, в которой установлен калиброванный разрывной стержень.

2. Предохранительное устройство для сосуда давления по п.1, отличающееся тем, что вакуумная опора выполнена в виде перфорированного диска.

3. Предохранительное устройство для сосуда давления по п.1, отличающееся тем, что на концах тяг блока толкателя установлены кольца из мягкого металла.

4. Предохранительное устройство для сосуда давления по п.1, отличающееся тем, что разрывной стержень снабжен центрирующими шайбами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, энергетической, холодильной и другим отраслям промышленности, использующим сосуды, работающие под давлением.

Для защиты сосудов, работающих под давлением, широкое распространение получили мембранные предохранительные устройства, принцип действия которых основан на прорезании неподвижно закрепленным ножом мембраны в момент ее предельно допускаемого прогиба [1].

Недостатком устройств этого типа следует считать повышенные требования к однородности толщины, механических свойств и состояния поверхности мембраны, так как величина прогиба зависит от этих параметров.

Альтернативное техническое решение - использование в конструкции мембранного предохранительного устройства исходного разрывного элемента в виде калиброванного стержня.

Применительно к настоящему изобретению наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является предохранительное устройство, содержащее корпус, мембрану, калиброванный разрывной стержень и толкатель, закрепленный на мембране и связанный с калиброванным стержнем. Помимо этого, предохранительное устройство снабжено рычагом с закрепленным на одном конце ножом, причем нож шарнирно связан со стенкой корпуса и толкателем [2].

Эта конструкция обладает следующими недостатками.

После срабатывания устройства отделившаяся часть разрывного стержня под действием инерционных сил уносится потоком рабочей среды в систему, что в ряде случаев может привести к выходу из строя защищаемого оборудования.

Шарнирные соединения, служащие для передачи движения от толкателя к ножу, в результате коррозионного воздействия рабочей среды могут оказывать значительное сопротивление движению толкателя вплоть до несрабатывания устройства.

Устройство не может использоваться в технологических процессах, если в защищаемой системе периодически возникают режимы противодавления или вакуумного разрежения.

При срабатывании устройства корпус испытывает значительные динамические нагрузки: при разрушении разрывного стержня толкатель рывком движется вверх и ударяется в нижнюю часть перемычки, а после сброса давления в аппарате толкатель под действием силы тяжести движется вниз, не имея опоры (в виде мембраны) до тех пор, пока повторно не ударится о верхнюю часть перемычки или не упрется режущей частью ножа о стенку корпуса. В совокупности воздействие этих факторов может привести к разрушению элементов, входящих в состав устройства.

Опорная поверхность толкателя перекрывает до 40% проходного сечения устройства, что приводит к увеличению габаритов устройства для обеспечения необходимого расхода при сбросе рабочей среды.

Разрывной стержень ввернут в толкатель и нижним концом жестко закреплен к перемычке. В результате при движении толкателя вверх калиброванная часть стержня испытывает изгибающие усилия, возникающие из-за технологической невозможности добиться абсолютного совпадения осей шарнирного устройства, разрывного стержня, резьбового отверстия в перемычке и толкателе, что приводит к непредсказуемому изменению пределов срабатывания устройства.

Цель изобретения - повышение надежности работы и технологичности использования предохранительного устройства при сохранении имеющихся достоинств прототипа. Эта цель достигается за счет применения следующих решений.

Для обеспечения возможности работы устройства при возникновении противодавления в дренажном трубопроводе или вакуумного разрежения в защищаемом сосуде предусмотрено использование вакуумной опоры в виде перфорированного диска, одновременно служащей для крепления мембраны к корпусу.

В конструкцию устройства введен защитный экран для предотвращения самоотвинчивания стержня в штатном режиме и улавливания его отделившейся части после срабатывания.

Вместо шарнирного устройства применено коромысло, входящее в состав ножевого блока, свободно вращающееся на оси и одним концом опирающееся на нажимный диск, в то время как на другом конце расположен нож, служащий для пропарывания мембраны при срабатывании устройства. Для равномерного распределения нагрузок на нажимный диск и улучшения раскрываемости мембраны при срабатывании устройства использовано два симметрично расположенных ножевых блока по обе стороны нажимного диска.

С целью снижения динамических нагрузок при разрушении стержня на элементы конструкции устройства на концах тяг толкателя предусмотрена установка колец из мягкого, деформирующегося при ударе материала (демпферы).

Для обеспечения возможности увеличения проходного сечения устройства после срабатывания нажимный диск выполнен перфорированным.

Для равномерного распределения нагрузки на головку разрывного стержня под ней устанавливаются центрирующие шайбы.

На фиг.1 представлено мембранное предохранительное устройство, общий вид, на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Устройство содержит корпус 1, через технологический штуцер 2 крепящийся к защищаемому аппарату 3, вакуумную опору 4, между которыми зажата мембрана 5. На мембране 5 закреплен блок толкателя, состоящий из нажимного перфорированного диска 6, на котором установлены тяги 7, служащие для передачи разрывного усилия через траверсу 8 и комплект центровочных шайб 9 на разрывной стержень 10, который установлен в резьбовое отверстие жестко прикрепленного к корпусу бугеля 11. Для предотвращения самоотвинчивания стержня в штатном режиме и улавливания его отделившейся части после срабатывания предусмотрен защитный экран 12. В нижней части устройства установлены ножевые блоки, представляющие собой свободно вращающиеся на оси коромысла 13, одним концом опирающиеся на нажимный перфорированный диск 6, тогда как на другом конце расположены ножи 14, служащие для вскрытия мембраны 5 в случае срабатывания устройства. Ось коромысла установлена в кронштейне 15, жестко связанном со стенкой корпуса 1.

Предохранительное устройство работает следующим образом.

Нагрузка от давления среды через мембрану 5 и блок толкателя, состоящий из нажимного перфорированного диска 6, тяг 7 и траверсы 8, собранных в жесткую рамку, передается разрывному стержню 10, один конец которого закреплен в неподвижном бугеле 11, а другой связан с траверсой 8 блока толкателя. При давлении, меньшем давления срабатывания, разрывной стержень 10 воспринимает часть нагрузки, разгружая мембрану 5. Когда давление в сосуде достигнет значения давления срабатывания, напряжение в калиброванной шейке разрывного стержня 10 достигает предела прочности металла стержня и происходит разрушение его шейки - разрыв. Мембрана 5, лишенная поддерживающего влияния стержня 10, под воздействием давления среды деформируется вверх и, натыкаясь на ножи 14, прорезается. Далее поток вытекающей жидкости или газообразной среды раскрывает проходное сечение устройства.

Источники информации

1. Ольховский Н.Е. Предохранительные мембраны для защиты оборудования в химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности., "Химия", Л. 1970, стр.68.

2. А.с. СССР №769186, кл. F 17 C 13/00, публ. 07.10. 1980, БИ №37.