предохранительное клапанное устройство для сосудов высокого давления

Формула изобретения

1. Предохранительное устройство для сосудов высокого давления, содержащее клапан, выполненный в виде крышки сосуда высокого давления, крепежно-разрывное средство и тормоз-ловитель, отличающееся тем, что тормоз-ловитель выполнен в виде стержней и втулок, установленных с натягом относительно друг друга, при этом стержни установлены в отверстиях, выполненных в крышке, и закреплены в корпусе сосуда с возможностью образования зазора между втулками и наружной поверхностью крышки.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что крепежно-разрывное средство выполнено в виде калиброванных крепежных элементов, равномерно установленных по периметру крышки.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что зазор между крышкой и втулкой выбран величиной более величины удлинения калиброванных крепежных элементов при их разрыве.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, а именно к предохранительным устройствам для сосудов высокого давления, и предназначено для сброса аварийного давления, нарастающего со скоростью, близкой к скорости взрыва, например, в реакторах.

Известно предохранительное устройство для сосудов высокого давления, выполненное в виде резьбовой пробки, которая ввинчена в крышку сосуда высокого давления. Внутри пробки установлены клапан, выполненный в виде поршня, и разрушаемый элемент, выполненный в виде тонкого стержня. Стержень удерживает поршень в закрытом положении. Диаметр выхлопного отверстия клапана соответствует диаметру поршня (патент США N 4787409, МПК F 16 К 17/40, 1988 г. ).

Известное устройство работает следующим образом.

При превышении допустимого давления в сосуде разрушаемый элемент (тонкий стержень) теряет устойчивость, сгибается и прекращает удерживать поршень в закрытом положении. Поршень начинает перемещаться под действием давления и открывает выхлопное отверстие.

Недостатком известного устройства является невозможность его использования для сосудов высокого давления, характеризующихся нарастанием аварийного давления со скоростью, близкой к скорости взрыва. Это объясняется небольшой площадью выхлопного сечения, что не позволяет быстро (за доли секунды) произвести сброс аварийного давления и предотвратить разрушение сосуда высокого давления.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к изобретению является предохранительное устройство для сосудов высокого давления, которое содержит клапан, выполненный в виде крышки сосуда высокого давления, крепежно-разрывное средство, выполненное в виде калиброванного крепежного элемента (шпильки), установленного в центральном отверстии клапана (крышки), и тормоз-ловитель, который установлен под клапаном (крышкой) и выполнен в виде двух телескопических цилиндров, крестовины и пружины. Пружина одним концом прикреплена к одному из цилиндров, а другим оперта на крестовину, которая закреплена на корпусе сосуда высокого давления и контактирует с клапаном (крышкой), жестко закрепленным на другом цилиндре. Прочностные характеристики калиброванной части крепежно-разрывного средства определены расчетным путем из условия его разрыва при превышении предельно допустимого давления в сосуде (патент США N 4388940, МПК F 16 F 13/04, 1983 г.).

Известное предохранительное устройство работает следующим образом.

При превышении допустимого давления в сосуде калиброванный крепежный элемент разрывается и клапан (крышка) поднимается вверх (отрывается). При этом телескопические тормоза-ловители раздвигаются, пружина сжимается и тормозит движение клапана (крышки) с усилием, пропорциональным силе сжатия пружины, при полном сжатии пружины клапан (крышка) останавливается.

Недостатком известного устройства является удар, который возникает при неравномерном торможении клапана (крышки) за счет упругих сил тормоза-ловителя. Причем сила удара увеличивается пропорционально аварийному давлению и при использовании в сосудах высокого давления, характеризующихся нарастанием аварийного давления со скоростью, близкой к скорости взрыва, может привести к разрушению предохранительного устройства.

Задачей настоящего изобретения является создание предохранительного устройства для сосудов высокого давления, характеризующихся нарастанием аварийного давления со скоростью, приближающейся к скорости взрыва. Предохранительное устройство должно обеспечить при аварийной ситуации защиту корпуса сосуда высокого давления от разрушения за счет срыва крышки сосуда и мгновенного увеличения тем самым прохода для среды с высоким давлением, а также защиту окружающего оборудования и помещения от движущейся с большой кинетической энергией крышки после срыва путем равномерного ее торможения и остановки.

Техническим результатом настоящего изобретения является равномерное торможение и остановка на заданном расстоянии крышки сосуда после ее отрыва от корпуса за счет поглощения кинетической энергии движущейся с большой скоростью крышки силой трения элементов тормоза-ловителя.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном предохранительном устройстве для сосудов высокого давления, содержащем клапан, выполненный в виде крышки сосуда высокого давления, крепежно-разрывное средство и тормоз-ловитель, тормоз-ловитель выполнен в виде стержней и втулок, установленных с натягом относительно друг друга, при этом стержни установлены в отверстиях, выполненных в крышке, и закреплены в корпусе сосуда с возможностью образования зазора между втулками и наружной поверхностью крышки.

Кроме этого, крепежно-разрывное средство выполнено в виде калиброванных крепежных элементов, равномерно установленных по периметру крышки.

Кроме этого, зазор между крышкой и втулкой выбран величиной более величины удлинения калиброванных крепежных элементов при их разрыве.

Выполнение тормоза-ловителя в виде стержней и втулок, установленных с натягом относительно друг друга, позволяет осуществить при аварийной ситуации равномерное торможение и остановку на заданном расстоянии крышки, движущейся с большой скоростью после ее срыва с сосуда высокого давления за счет силы трения между стержнями и втулками. Зазор между втулками и наружной поверхностью корпуса выполнен для гарантированного отрыва крышки от корпуса при достижении в нем аварийного давления за счет обеспечения полного разрыва крепежно-разрывного средства.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображено предохранительное устройство для сосудов высокого давления, установленное на корпусе ядерного реактора; на фиг, 2 представлено крепежно-разрывное средство; на фиг. 3 показан тормоз-ловитель (сборочная единица).

Предохранительное устройство для сосудов высокого давления содержит клапан 1, выполненный в виде крышки сосуда высокого давления, например корпуса 2 ядерного реактора, крепежно-разрывное средство 3 и тормоз-ловитель 4. Крепежно-разрывное средство 3 выполнено в виде калиброванных крепежных элементов 5, например болтов или шпилек, прочностные характеристики которых определены расчетным путем из условия их разрыва при аварийном давлении в корпусе 2 ядерного реактора. Тормоз-ловитель 4 выполнен в виде стержней 6 и втулок 7, установленных с натягом относительно друг друга. Диаметр и длину стержней 6, высоту втулок 7 и усилие натяга между ними определяют расчетом из условия заданного пути торможения крышки (клапана) 1 при ее движении после отрыва от корпуса 2 при аварийном давлении в нем. Крышка 1 выполнена с отверстиями 8 и 9, которые равномерно расположены по ее периметру. Калиброванные крепежные элементы 5 установлены в отверстиях 8 и крепят крышку 1 к корпусу 2 ядерного реактора. Стержни 6 выполнены с резьбой на одном конце, установлены в отверстиях 9 крышки 1 и своими резьбовыми концами закреплены в корпусе 2 ядерного реактора так, что при этом между втулками 7 и наружной поверхностью крышки 1 образован зазор 10, величина которого выбрана более величины удлинения калиброванного крепежного элемента 5 после его разрыва.

Предохранительное устройство работает следующим образом.

При достижении аварийного давления, например, в корпусе 2 ядерного реактора калиброванные крепежные элементы 5 разрываются, и клапан (крышка) 1 поднимается вверх (отрывается). Свободно пройдя зазор 10, крышка 1 упирается во втулки 7 тормоза-ловителя 4 с усилием, пропорциональным давлению в корпусе 2 ядерного реактора. Втулки 7 начинают перемещаться по стержням 6, поглощая при этом кинетическую энергию движущейся крышки 1 за счет трения между сопряженными с натягом поверхностями втулок 7 и стержней 6. Между крышкой 1 и корпусом 2 образуется кольцеобразное выхлопное сечение, соизмеримое с поперечным сечением корпуса 2. По мере подъема крышки 1 площадь кольцеобразного сечения постоянно увеличивается. Поскольку объем под крышкой 1 увеличивается, то газообразная среда с высоким давлением в корпусе 2 расширяется, и давление при этом начинает уменьшаться. По мере выхода газообразной среды через выхлопное сечение наружу давление в корпусе уменьшается до безопасной величины для корпуса 2. Крышка 1 останавливается на заданном расстоянии, когда сила давления на крышку 1 будет равна силе трения между втулками 7 и стержнями 6.