Мембранное предохранительное устройство

Мембранное предохранительное устройство (МПУ) — устройство, относящееся к предохранительной трубопроводной арматуре и состоящее из разрывной предохранительной мембраны (одной или нескольких) и узла ее крепления (зажимающих элементов) в сборе с другими элементами, обеспечивающее необходимый сброс массы парогазовой смеси при определенном давлении срабатывания. МПУ применяются для защиты объектов технологического оборудования, сосудов и трубопроводов от опасных перегрузок избыточным и (или) вакуумметрическим давлением, создаваемых рабочими средами и устанавливаются на патрубках или трубопроводах, непосредственно присоединенных к оборудованию.

 

Рис. 11.2

· Rupter Disc (burst) — предохранительная мембрана (в процессе разрыва);

· 3-D Rupter Disc Tag — хвостовик мембраны с указанием направления истечения среды;

· J-Hook — отводная трубка для сигнального манометра (контроль исправности мембран);

· Holder Inlet и Holder Outlet — входной и выходной зажимающие элементы;

· Preassembly Clip — предустановочный крепёж;

· Locating Pin — установочные шпильки;

· Flow Direction Tag — указатель направления истечения среды;

 

· Name Plate — маркировочная табличка.

где:

Мембрана предохранительная — предохранительный элемент МПУ, разрушающийся при заданном давлении и освобождающий при этом необходимое проходное сечение для сообщения защищаемого сосуда (трубопровода) со сбросной системой.

Зажимающие элементы — детали, служащие для закрепления (зажима) предохранительной мембраны по краевому кольцевому участку.

11.1. Виды предохранительных мембран

 

Мембранные предохранительные устройства разделяются на:

· с разрывными мембранами, применяющиеся на жидких и газообразных средах — с предохранительной мембраной, плоской или куполообразной, работающей на разрыв под давлением, действующим на ее поверхность.

· с «хлопающими» мембранами, применяющеся в основном на газообразных средах — с куполообразной предохранительной мембраной, работающей на потерю устойчивости (хлопок) под давлением, действующим на выпуклую поверхность. Теряя устойчивость, мембрана разрезается на ножевых лезвиях либо разрывается по предварительно ослабленному сечению.

1.2. Типовые мембранные

предохранительные устройства

 

· устройство с разрывной мембраной (плоской, предварительно выпученной, пакетной с прорезями и др.), применяемое при отсутствии колебаний противодавления со стороны сбросной системы. При необходимости предусматривается противовакуумная опора (перфорированная куполообразная оболочка, выпуклая поверхность которой соответствует вогнутой поверхности предохранительной мембраны, она предотвращает деформацию тонких мембран и образование на них микротрещин при вакуумировании защищаемого оборудования).

· устройство с «хлопающей» мембраной, работающее на потерю устойчивости, применяемое при отсутствии колебаний противодавления со стороны сбросной системы. При необходимости предусматриваются ножевые лезвия (элементы, обеспечивающие разрезание «хлопающей» мембраны в процессе потери устойчивости).

· устройство с разрывной и вспомогательной мембранами, применяемое при колебаниях противодавления со стороны сбросной системы. Межмембранный объем должен сообщаться с сигнальным манометром (для контроля исправности мембран). Выдерживая максимально возможное давление со стороны сбросной системы, вспомогательная мембрана должна срабатывать (разрушаться) при давлении, не превышающем давления срабатывания разрывной мембраны.

· устройство с «хлопающей» и вспомогательной мембранами, применяемое при колебаниях противодавления со стороны сбросной системы. Межмембранный объем также должен сообщаться с сигнальным манометром (для контроля исправности мембран). Выдерживая максимально возможное давление со стороны сбросной системы, вспомогательная мембрана должна срабатывать (разрушаться) при давлении, не превышающем давления срабатывания «хлопающей» мембраны.

· специальное устройство, применяемое в криогенных резервуарах и трубопроводах для защиты теплоизоляционной полости от повышения давления при аварийной ситуации, в котором мембрана сваркой соединена с установочным кольцом.

 

12. СИЛЬФОНЫ

Сильфонами называются тонкостенные цилиндрические сосуды, стенки которых имеют волнообразные складки (гофры) (рис. 4). Они применяются для измерения давления, герметизации подвижных соединений, в качестве сосудов переменной емкости (рис. 4, а), упругих соединений трубопроводов (рис. 4, б). Под действием сил F, приложенных к крайним сечениям внутреннего или внешнего давления, стенки сильфона деформируются и изменяется его длина.

Конструкции, основные параметры и размеры сильфонов определяются ГОСТами. По сравнению с мембраной сильфоны имеют большие габариты и более сложны в изготовлении. Их диаметр равен 8 … 150 мм и толщина стенок– 0, 1 … 0, 5 мм. Сильфоны изготавливаются цельнотянутыми или паяными из латуни Л80, беррилиевых бронз БрБ2, БрБ2, 5, нержавеющей стали Х18Н10Т и других материалов.

 

12.1. Виды сильфонов

 

· Металлический сильфон;

· Неметаллический сильфон;

· Цилиндрический сильфон (Сильфон, у которого внутренний и наружный диаметр постоянны);

· Прямоугольный сильфон (Сильфон, у которого поперечное сечение выполнено в форме прямоугольника);

· Конический сильфон (Сильфон, у которого внутренний и наружный диаметр изменяется по линейному закону);

· Фасонный сильфон (Сильфон, у которого внутренний и наружный диаметры изменяются произвольно);

· Измерительный сильфон (Сильфон, преобразующий давление в усилие и применяемый в приборах и установках контроля и регулирования в качестве чувствительного элемента);

· Разделительный сильфон (Сильфон применяемый в качестве разделителя сред);

· Компенсаторный сильфон (Сильфон, применяемый в качестве силового элемента);

· Силовой сильфон (Сильфон, применяемый в качестве силового элемента

· Тонкостенный сильфон (Сильфон с максимальным отношением радиуса впадины гофра сильфона к толщине стенки сильфона 15 и более);

· Толстостенный сильфон (Сильфон с минимальным отношением радиуса впадины гофра сильфона к толщине стенки сильфона менее15);

· Однослойный сильфон (Сильфон, изготовленный из одного слоя материала);

· Многослойный сильфон (Сильфон, изготовленный из двух и более материала);

· Армированный сильфон (Сильфон, гофрированная часть которого усилена подкрепляющими элементами);

· Цельнотянутый сильфон (Сильфон, изготовленный из трубчатой заготовки);

· Мембранный сильфон (сварной сильфон) Сильфон, изготовленный из плоских или фасонных кольцевых мембран, герметично скрепленных между собой по наружному и внутреннему контуру);

· Мембранный сильфон симметричного профиля (Мембранный сильфон, в котором фасонный кольцевые мембраны расположены симметрично по обе стороны относительно шва скрепления наружного и внутреннего контура);

· Мембранный сильфон со складывающимися гофра (Мембранный сильфон, работающий на сжатие, в котором фасонные кольцевые мембраны расположены формованными пакетами «одна в одну» и в сжатом состоянии шаг гофрировки сильфона равен двойной толщине листа мембраны).

12.2. Элементы сильфона

 

· Гофр – Элемент сильфона, расположенный между соседними впадинами;

· Вершина гофра – Наиболее удаленная от продольной оси точка поверхности сильфона;

· Впадина гофра – Ближайшая к продольной оси точка поверхности сильфона;

· Торец гофра;

· Бортик гофра – Конечная часть сильфона, предназначенная для его присоединения;

· Подкрепляющие кольцо – Кольцо, устанавливаемое во впадине гофра сильфона, для повышения прочности сильфона от воздействия внутреннего давления;

· Пружинное подкрепляющее кольцо – Подкрепляющие кольцо сильфона, способное за счет собственной упругой деформации обеспечивать осевой и (или) угловой ход сильфона;

Новое направление создания сильфонных приводов управляемой упругой деформации (нетрадиционных форм и траекторий движения)

 

Новые требования к приводам управляемой упругой деформации, заключающиеся в необходимости при средней точности позиционирования совершать значительные перемещения со значительными усилиями и заданной непрямолинейной траекторией перемещения потребовали создания соответствующих сильфонных приводов.

Принцип действия таких приводов заключён в разной жесткости гофр сильфона как в плоскости гофр сильфона, так и по центральной оси сильфона.

На рис. 12. показаны варианты сильфонного привода с криволинейной траекторией перемещения.

Привод перемещения состоит из сильфона 1, герметизируемого заглушками 2 и 3 в одной из которых выполнен штуцер 4, предназначенный для подачи энергоносителя и закрепления привода. У гофр 5 сильфона 1 предназначенных для создания криволинейного перемещения центры 6 и 7 внешней и внутренней окружностей 8 и 9 не совпадают.

На рис. 12.1. а. расстояния между центрами 6 и 7 внешних и внутренних окружностей 8 и 9 различных гофр 5 различны но лежат в одной плоскости, обеспечивая необходимую траекторию перемещения с переменным радиусом кривизны.

Рис 12.1.Сильфонный привод с плоской криволинейной траекторией перемещения

На рис. 12.1. б. расстояния между центрами 6 и 7 одинаковы, но лежат на пространственной винтовой поверхности, обеспечивая приводу объемную траекторию движения. а) привод находится в сжатом, б) – в растянутом состоянии.

Требования в коммутационной аппаратуре к большим усилиям уплотнения при средней точности позиционирования и величине перемещения в сочетании с требованием к малым размерам привода привели к созданию кольцевых и плоских сварных сильфонных приводов.

Основой создания данных конструкций стали перемычки, лежащие в плоскости гофр сильфонных приводов и придающие жесткость сильфонам в поперечном сечении, препятствуя сминанию и короблению.

На рис. 12.2. показан плоский сильфонный привод криволинейного перемещения.

Он содержит герметизированный двумя заглушками 1 и 2. в одной из которых выполнен штуцер 3 сильфон 4 продольный размер которого по большей оси 5превышает её размер по меньшей оси 6. гофры сильфона 4 выполнены несимметрично: большие оси 5 внешнего контура 7 и 5' внутреннего контура 8 каждого гофра не совпадают. Центральные оси сильфона по внутреннему и внешнему контуру при сжатом состоянии сильфона и отсутствии давления представлены параллельными прямыми. Привод снабжен соединяющими внутренние контуры гофр 8 перемычками 9 выполненными с отверстиями 10, соединяющими все части внутренней полости 11 сильфона 4.

 

 

Рис.12.2. Сильфонный привод с пространственной

криволинейной траекторией перемещения.

При подаче энергоносителя во внутреннюю полость 11 сильфона 4 через штуцер 3 происходит деформация гофр. За счёт неравномерной жесткости гофр по малой оси сечения 6 в плоскости гофр, деформация гофр неравномерна, за счёт чего и создаётся криволинейное перемещение. Перемычки 9 установленные между внутренними контурами 8 гофр препятствуют деформации последних в поперечном направлении сильфона 4.

 

 

Рис. 12.3 Плоский сильфонный привод

криволинейного перемещения.

 

При снятии давления энергоносителя происходит его покидание внутренней полости 11 сильфона 4 и возвращение сильфона в исходное положение за счёт упругой деформации гофр.

На рис. 8. показан плоский сильфонный привод прямолинейного перемещения.

Так как данный привод действует аналогично плоскому сильфонному приводу криволинейного перемещения, но за счет симметричности гофр относительно большой оси сечения в плоскости гофр создаёт прямолинейное перемещение, то большая ось может иметь не только прямолинейную но и любую другую, заданную на плоскости форму, в том числе и кольцевую.

На рис. 12.4. показан привод криволинейного перемещения с кольцевым сильфоном. Он представляет собой два сильфона с криволинейной траекторией перемещения вложенные один в другой (1 – внешний, 2 – внутренний), таким образом,

Рис. 12.4. Плоский сильфонный привод

прямолинейного перемещения.

Рис. 12.5. Привод криволинейного перемещения с

кольцевым сильфоном:

что центральные оси их внутренних и внешних гофр лежат в одной плоскости и ориентация гофр внутреннего и внешнего сильфонов по жесткости совпадает. Кольцевое пространство между сильфонами по торцам герметизировано заглушками 4 и 5 (в одной из которых установлен штуцер 6 для подачи энергоносителя во внутреннюю полость 3) таким образом что внутри меньшего сильфона образовано сквозное отверстие 7. Гофры внутреннего и внешнего сильфонов соединены перемычками 8 (которые оснащены сквозными отверстиями 9) лежащими в плоскости гофр.

Действует данный привод аналогично плоскому сильфонному приводу криволинейного перемещения.

Эффективность данного направления доказана экспериментально и сейчас ведутся работы по исследованию и созданию математической модели данных устройств.