Огнепреградитель

Устройство относится к области противопожарной техники и может быть использовано на предприятиях химической, нефтедобывающей промышленности и на транспорте. Огнепреградитель содержит цилиндрический корпус, выполненный в виде стакана с навинчивающейся на него крышкой, в днище стакана и в его крышке соосно установлены выходные патрубки, в боковой стенке стакана установлен входной патрубок, цилиндрический клапан выполнен в виде сплошного цилиндра, свободно перемещающегося в корпусе, диаметры торцов которого больше диаметров, расположенных напротив них входных отверстий выходных патрубков, вблизи средней части цилиндрического клапана по периметру его поперечного сечения выполнены выступы, с одной стороны которых на цилиндрический корпус надета пружина с эффектом памяти формы, а с другой стороны - деформирующая се пружина с возможностью сжатия ею пружины с эффектом памяти формы до упора торца цилиндрического клапана, на который она надета в крышку стакана и перекрытия этим торцом входного отверстия выходного патрубка в крышке стакана и установки оси цилиндрического клапана соосно стакану и выходным патрубкам, причем высоты пружин превышают расстояния от выступов до соответствующих торцов цилиндрического клапана с нанесенным на них упругим покрытием, а на боковую стенку стакана, противоположную входному клапану, до уровня погружения выступов цилиндрического клапана залито легкоплавкое вещество, температура плавления которого ниже температуры восстановления формы (рабочей температуры) пружины с эффектом памяти формы. В качестве легкоплавкого вещества используются сплавы на основе висмута, олова, свинца, кадмия. 1 н. п., 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

Заявляемая полезная модель относится к области противопожарной техники и может быть использовано в первую очередь на предприятиях химической, нефтеперерабатывающей промышленности и на транспорте в различных системах хранения и транспортирования пожароопасных и взрывоопасных веществ и продуктов их переработки.

Известны огнепреградители, содержащие корпус с входным и выходным патрубками и огнепреграждающий элемент, размещенный в корпусе (см., например, «Огнепреградитель» по авт. свид. 1266550, М. Кл. А 62 С 3/04). Ввиду того, что огнепреграждающий элемент выполняется на основе сеток, в том числе многослойных, то указанные огнепреградители, перекрывая путь пламени, не обеспечивают полную локализацию источника пожара (тепловыделения). В результате чего горячие газообразные продукты сгорания могут проникать через огнепреградитель и через его выходной патрубок распространяться по всей трубопроводной системе, вызывая опасность возникновения дополнительных источников возгорания.

Известен также огнепреградитель по авт. свид. 1026816, МКИ А 62 С 3/04, содержащий огнепреградительный элемент виде установленного в корпусе нормально открытого подпружиненного канала, зафиксированного термочувствительным элементом, расположенном в выходном патрубке, и петлевую трубку для связи полости корпуса с выходным патрубком, установленным на боковой поверхности корпуса, а петлевая труба, связывающая полости корпуса с выходным патрубком, подсоединена к корпусу под клапаном. Данный огнепреградитель полностью перекрывает путь продуктам сгорания к расположенным за ним участкам трубопроводной системы, однако выполнение термочувствительного элемента, фиксирующего подпружинный клапан, в виде сильфона ограничивает

температурный диапазон настройки огнепреградителя, сужает область его применения и снижает надежность срабатывания.

Из известных устройств наиболее близким к заявленному является «Огнепреградитель» по патенту №2239473 РФ от 04.07.2003 г., который принят в качестве ближайшего аналога.

Этот огнепреградитель содержит полный, закрытый днищами корпус из немагнитного материала, входной патрубок, соосно расположенный в первом днище, магнит со сквозным осевым каналом, закрепленный в корпусе у первого днища соосно входному патрубку, поджатый пружиной к магниту цилиндрический клапан со сквозным осевым каналом и обладающий магнитными свойствами, при этом его магнитное поле направлено навстречу магнитному полю упомянутого магнита, два выходных патрубка, установленных в боковой стенке корпуса, один из которых расположен вблизи магнита, закрепленного у первого днища, и перекрыт боковой поверхностью цилиндрического клапана, а второй выходной патрубок расположен вблизи второго днища с возможностью перекрытия патрубка боковой поверхностью цилиндрического клапана после перемещения последнего до упора во второе днище. Содержит термочувствительный элемент, выполненный из ферромагнитного материала с заданной точкой Кюри в виде покрытия, нанесенного на магнит, нагреватель, установленный на внешней поверхности корпуса коаксиально термочувствительному элементу. В сквозном осевом канале магнита размещена пружина из материала с эффектом памяти формы с температурой восстановления формы, равной или близкой температуре точки Кюри материала термочувствительного элемента. Длина пружины из материала с эффектом памяти формы при температуре ниже ее температуры восстановления формы превышает длину сквозного осевого канала магнита на величину не меньшую, чем длина хода цилиндрического клапана до второго днища. Пружина из материала с эффектом памяти формы, находясь в поджатом состоянии, одним концом упирается в первое днище, а другим концом - в

поджимающий ее цилиндрический клапан. Диаметр пружины с эффектом памяти формы и диаметр сквозного осевого канала превышает диаметр сквозного осевого канала клапана и внутренний диаметр входного патрубка.

Огнепреградитель по патенту 2239473 МКИ 7 А 62 С 4/00 от 04.07.2003 г.обладает достаточно высокой точностью и надежностью в стационарных условиях, однако он достаточно сложен и дорог, а при установке на подвижных объектах он подвергается воздействию различных вибраций и ускорений, что может привести его к самопроизвольному срабатыванию, за счет возникновения автоколебаний подпружиненного клапана, сопровождающихся выбросом продуктов из огнепреградителя, и тем самым - к созданию аварийной ситуации.

Таким образом, огнепреградитель по патенту 2239473 достаточно сложен и дорог, обладает недостаточно высокой надежностью и безопасностью эксплуатации.

Перед заявленным новшеством поставлена задача повысить надежность, экономичность и безопасность эксплуатации огнепреградителя.

Для решения поставленной задачи в устройстве, содержащем полый цилиндрический корпус, входной и два выходных патрубка (штуцера), свободно перемещающийся в корпусе цилиндрический клапан, с одной стороны которого коаксиально размещена пружина с эффектом памяти формы с возможностью ее сжатия через цилиндрический клапан деформирующей пружиной, находящейся с другой стороны цилиндрического клапана, и перекрытия при этом одного из выходных патрубков, сам цилиндрический корпус выполнен в виде стакана с навинчивающейся на него крышкой, в днище стакана и в его крышке соосно установлены входные патрубки, в боковой стенке стакана установлен входной патрубок, цилиндрический клапан выполнен в виде сплошного цилиндра, свободно перемещающегося в корпусе, диаметры торцов которого больше диаметров расположенных напротив них входных отверстий выходных патрубков, вблизи средней части цилиндрического клапана по периметру его

поперечного сечения выполнены выступы, с оной стороны которых на цилиндрический корпус надета пружина с эффектом памяти формы, а с другой - деформирующая ее пружина с возможностью сжатия ею пружины с эффектом памяти формы до упора торца цилиндрического клапана, на который она надета и перекрытия торцом цилиндрического клапана входного отверстия выходного патрубка в крышке стакана и установки оси цилиндрического клапана соосно корпусу и выходным патрубкам, причем высоты пружин превышают расстояния от выступов до соответствующих торцов цилиндрического клапана, с нанесенным на них упругим покрытием, а на боковую стенку стакана, противоположную входному патрубку, до уровня погружения выступов цилиндрического клапана залито легкоплавкое вещество, температура плавления которого ниже температуры восстановления формы (рабочей температуры) пружины с эффектом памяти формы.

В качестве сплава, из которого изготавливается пружина с эффектом памяти формы, используются сплавы «титан-никель» (Ti-Ni), имеющие температуру превращения формы (рабочую температуру) в пределах Т=20...100°С (см., например, Хачин В. Память металлов. - М.: Наука и жизнь. Ежемесячный научно-технический журнал, 1980, 3, с 2-9).

Использование клапана в виде сплошного цилиндра, вблизи средней части которого по периметру его поперечного сечения расположены выступы, поддерживающие совместно с пружиной памяти формы и деформирующей ее пружиной, упирающимися в эти выступы с разных сторон, цилиндрический клапан в положении соосно корпусу (стакану) и выходным патрубкам, обеспечивает повышение надежности устройства. Действительно, данное конструктивное решение придает цилиндрическому клапану свойство клапана запорного типа, перекрывающего своими торцами отверстия выходных патрубков и не контактирующего путем скольжения со стенками корпуса, что исключает заклинивание клапана при его перемещениях внутри корпуса (стакана).

Диаметры торцов цилиндрического клапана превышают диаметры проходных сечений выходных патрубков, обращенных к соответствующим торцам клапана, что обеспечивает надежное перекрытие выходных патрубков. Кроме того, для полного перекрытия утечек продуктов через проходные сечения патрубков при их закрытии на торцах цилиндрического клапана укрепляются упругие покрытия или размещаемые в углублениях на торцах клапана упругие вкладыши. Использование этих покрытий или упругих вкладышей обеспечивает практически полную герметизацию стыков торцов клапана с отверстиями выходных патрубков с внутренних сторон днищ корпуса, что также повышает надежность устройства.

Для исключения влияния вибраций и перегрузок на работоспособность устройства внутрь его корпуса (стакана) при нахождении его в положении близком к горизонтальному со стороны, противоположной входному патрубку, залито вещество, точка плавления которого ниже температуры восстановления формы материала пружины с эффектом памяти формы. Это вещество заливается в корпус устройства до уровня не ниже уровня полного погружения выступов цилиндрического клапана в это вещество. Таким образом, в нормальном (штатном) режиме работы цилиндрический клапан своими выступами оказывается надежно зафиксированным в затвердевшем веществе, сжимая пружины с эффектом памяти формы и перекрывая находящийся с ее стороны выходной патрубок и одновременно обеспечивая гарантированное открытие другого выходного патрубка, находящегося со стороны демпфирующей пружины. Тем самым полностью исключаются возможные выбросы продуктов через закрытые патрубки вследствие самопроизвольного сжатия пружин при эксплуатации огнепреградителя в динамических режимах (условиях ударов, вибраций и ускорений). Таким образом, это лекгоплавкое вещество с температурой плавления ниже температуры восстановления формы материала пружины с эффектом памяти формы является своеобразным блокирующим элементом, исключающим ложное срабатывание устройства. Когда температура продукта станет

нарастать и приближаться к рабочей температуре, то данное вещество расплавится до срабатывания огнепреградителя, снимая с него блокировку и подготавливая его к последующему срабатыванию за счет силы, возникающей при восстановлении формы пружины с эффектом памяти формы, когда температура продукта достигнет температуры срабатывания огнепреградителя, то есть его рабочей температуры. Когда источник тепловыделения будет ликвидирован и температура продукта начнется понижаться, и станет ниже рабочей температуры, то пружина с эффектом памяти формы теряет свою жесткость и начинает сжиматься под действием демпфирующей пружины, которая упираясь в выступы цилиндрического клапана, преодолевая сопротивление пружины с эффектом памяти формы перемещает цилиндрический клапан к другому выходному патрубку и запирает его своим торцом с упругим покрытием или элементом. При этом залитое в корпус устройства вещество, свободно перемещаясь между выступами клапана не мешает его перемещению, а затем, когда источник тепловыделения будет ликвидирован и огнепреградитель охладится до температуря ниже точки плавления залитого в корпус вещества, оно затвердевает и начинает жестко фиксировать цилиндрический клапан в первоначальном состоянии, обеспечивая свободное прохождение продукта через входной патрубок, корпус устройства и далее - в выходной патрубок со стороны деформирующей пружины.

В качестве веществ, заливаемых в корпус огнепреградителя и имеющих температуру ниже рабочей температуры огнерпеградителя, могут использоваться, например, сплавы на основе висмута, олова, свинца, кадмия, (сплавы Вуда, Ньютона, Розе), указанные на странице 1062 Справочника химика (общие сведения, строение вещества, свойства важнейших веществ, лабораторная техника); Том первый. Под ред. чл. корр. АН СССР Б.И.Никольского. Госуд. научно-техн. изд-во химической литературы. Л-М.: 1962. - 1070 с. Так, температуры плавления сплавов Ньютона, Вуда, Розе, Гутри соответственно равны 94,5°С, 70°С, 94°С, 45°С.

В целом заявляемое устройство выполнено из дешевых элементов и материалов, отличается простотой конструкции и надежностью.

Таким образом, благодаря новой совокупности существенных признаков решается поставленная задача и достигается технический результат, а именно: повышается надежность, экономичность и безопасность эксплуатации огнепреградителя.

На рис.1 представлено заявляемое устройство в нормальном температурном режиме, когда источники тепловыделения (пожароопасные ситуации) отсутствуют, а на рис.2 - состояние огнепреградителя, когда вследствие возникших источников тепловыделения температура продукта повысится и огнепреградитель срабатывает, перекрывая путь продукту от входного патрубка через выходной патрубок со стороны пружины с эффектом памяти формы и открывая через выходной патрубок со стороны деформирующей пружины путь аварийному сбросу перегревшемуся продукту или продуктам его горения в блок нейтрализации.

На рис.3 представлена фотография основных составных частей заявляемого огнепреградителя.

Представленный на рис.1 огнепреградитель содержит цилиндрический корпус, выполненный в виде стакана 1 с выходным патрубком 2 соосно выполненном в его днище, навинчивающуюся на корпус 1 крышку 3 с соосно выполненным в ней вторым выходным патрубком 4. Снаружи стакана 1 в его боковой стенке установлен входной патрубок 5. Внутри корпуса соосно с возможностью продольного перемещения в нем размещен цилиндрический клапан 6, вблизи средней части которого по периметру его поперечного сечения выполнены выступы 7, поддерживающие этот клапан в положении соосно входным патрубком 2 и 4. На клапан 6 со стороны выходного патрубка 4, выполненного в крышке 3, надета пружина 8 с эффектом памяти формы, температура восстановления формы которой равна температуре срабатывания (рабочей температуре) огнепреградителя, а со стороны выходного патрубка 2 надета деформирующая пружина 9, сжимающая

пружину 8. Обе пружины 8 и 9 с одной стороны упираются в выступы 7 на цилиндрическом клапане 6, а с другой стороны упираются соответственно в днище стакана 1 и в крышку 3, охватывая своими витками отверстия выходных патрубков 2 и 4. При этом торцы цилиндрического клапана 6 оказываются расположены соосно напротив входных отверстий выходных патрубков 2 и 4, диаметры которых меньше соответствующих им диаметров торцов цилиндрического клапана 6. Высоты пружин 8 и 9 выбираются больше соответствующих расстояний от выступов 7 на цилиндрическом клапане 6 до его торцов с упругими покрытиями или вкладышами 10. На боковую стенку стакана 1, противоположную входному патрубку 5 до уровня погружения выступов 7 цилиндрического клапана 6 залито легкоплавкое вещество 11, температура плавления которого ниже температуры восстановления формы (рабочей температуры) пружины 8 с эффектом памяти формы.

Выходной патрубок 2 предназначен для аварийного сброса перегретого продукта или продуктов его горения в блок (устройство) нейтрализации.

Герметизация крышки 3 огнепреградителя в сборе обеспечивается прокладкой 12 между корпусом и его крышкой, а также прокладкой 13, с помощью которой устанавливается входной патрубок 5.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии, когда температура пружины 8 с эффектом памяти формы, омываемая протекающим через огнепреградитель продуктом, ниже температуры восстановления ее формы (рабочей температуры) огнепреградителя, то путем выбора высот и жесткости пружин 8 и 9, а также путем завинчивания или отвинчивания крышки 3 на корпусе 1 осуществляется поджатие пружин 8 и 9 до тех пор, пока торец цилиндрического клапана 6 с упругим покрытием 10 надежно не перекроет входное отверстие входного патрубка 4 со стороны пружины с эффектом памяти формы при одновременном сохранении зазора между входным отверстием выходного патрубка 2 и торцом цилиндрического клапана 6, со

стороны деформирующей пружины 9. В этом случае продукт, заполняя корпус огнепреградителя через входной патрубок 5, свободно выходит через выходной патрубок 2 в днище стакана 1, а входное отверстие выходного (аварийного) патрубка 4 в крышке 3 надежно перекрыто прижатым к нему торцом цилиндрического клапана 6 со стороны пружины 8 с эффектом памяти формы.

Кроме того, через входной патрубок 5 огнепреградителя внутрь его корпуса залито легкоплавкое вещество 11 с температурой плавления ниже рабочей температуры огнепреградителя, которое охлаждаясь и затвердевая надежно фиксирует цилиндрический клапан 6 через его выступы 7, погруженные в это вещество 11. Тем самым, полностью исключается самопроизвольный отход торца цилиндрического клапана 6 от перекрываемого им проходного отверстия выходного патрубка 4 под действием вибрации и перегрузок и обусловленный этим отходом аварийный выброс продукта через патрубок 4.

Когда вследствие аварийной ситуации, обусловленной повышением температуры продукта или продуктов его сгорания, протекающих через огнепреградитель, то в первую очередь происходит нагрев и расплавление легкоплавкого вещества 11, что в свою очередь приводит к разблокировке цилиндрического клапана 6, выступы 7 которого теперь уже могут свободно перемещаться в расплавленном веществе 11. Одновременно происходит нагрев пружины 7 с эффектом памяти формы и когда ее температура достигнет температуры восстановления формы (рабочей температуры), то в ней возникают силы, стремящиеся восстановить ее первоначальную форму. Под действием этих сил пружина 8 с эффектом памяти формы, упираясь в выступы 7 цилиндрического клапана 6, начинает распрямляться и, преодолевая сопротивление деформирующей пружины 9, начинает перемещать цилиндрический клапан 6 до упора последнего своим торцом с упругим покрытием 10 в днище стакана 1 и перекрытия входного отверстия выходного патрубка 2, то есть перекрывает распространение продуктов

горения в магистраль. При указанном перемещении одновременно второй торец перемещающего цилиндрического клапана 5 отходит от крышки 3 и открывает проходное отверстие выходного патрубка 4, через который продукт горения или сам перегретый продукт направляется в устройство нейтрализации.

Когда источник тепловыделения (пожар) будет ликвидирован сам огнепреградитель начинает остывать и когда его температура станет ниже температуры восстановления формы пружины 8 (рабочей температуры) огнепреградителя, но выше температуры плавления легкоплавкого вещества 11, то эта пружина под действием деформирующей пружины 9 упирающейся в выступы 7 цилиндрического клапана перемещает этот клапан до тех пор пока его торец с упругим покрытием 10 не прижмется к крышке 3 и не перекроет входное отверстие выходного патрубка 4. Легкоплавкое вещество 11 в этом случае продолжая находится в расплавленном состоянии, не препятствует перемещению пружины и цилиндрического клапана 6, выступы 7, которого погружены в это вещество.

При дальнейшем понижении температуры легкоплавкое вещество 11 затвердевает и через выступы 7 цилиндрического клапана 6 фиксирует этот клапан в положении закрытия его торцом с упругим покрытием 10 отверстия выходного патрубка 4. Этот эффект закрытия выходного патрубка 4 усиливается тем, что ряд веществ, например, сплавы Вуда при охлаждении и последующем затвердевании расширяются, что еще более повышает надежность перекрытия входного отверстия выходного патрубка 4.

Таким образом, огнепреградитель вновь готов к работе и при дальнейшем повышении температуры продукта, проходящего через огнепреградитель, весь, описанный выше цикл работы огнепреградителя вновь повторяется.

В целом совокупность отличительных призканов изображения обеспечивает достижение поставленной цели, а именно: повышение надежности, экономичности и безопасности эксплуатации огнепреградителя.

1. Огнепреградитель, содержащий полый цилиндрический корпус, входной и два выходных патрубка, цилиндрический клапан, с одной стороны которого находится пружина из материала с эффектом памяти формы с возможностью сжатия ее через цилиндрический клапан деформирующей пружиной, находящемся с другой стороны цилиндрического клапана, и перекрытия при этом одного из выходных патрубков, отличающийся тем, что цилиндрический корпус выполнен в виде стакана с навинчивающейся на него крышкой, в днище стакана и в его крышке соосно установлены выходные патрубки, в боковой стенке стакана установлен входной патрубок, цилиндрический клапан выполнен в виде сплошного цилиндра, свободно перемещающегося в корпусе, диаметры торцов которого больше диаметоров расположенных напротив них входных отверстий выходных патрубков, вблизи средней части цилиндрического клапана по периметру его поперечного сечения выполнены выступы, с одной стороны которых на цилиндрический корпус надета пружина с эффектом памяти формы, а с другой стороны - деформирующая ее пружина с возможностью сжатия ею пружины с эффектом памяти формы до упора торца цилиндрического клапана, на который она надета в крышку стакана и перекрытия этим торцом цилиндрического клапана входного отверстия выходного патрубка в крышке стакана и установки оси цилиндрического клапана соосно стакану и выходным патрубкам, причем высоты пружин превышают расстояния от выступов до соответствующих торцов цилиндрического клапана с нанесенным на них упругим покрытием, а на боковую стенку стакана, противоположную входному клапану, до уровня погружения выступов цилиндрического клапана залито легкоплавкое вещество, температура плавления которого ниже температуры восстановления формы (рабочей температуры) пружины с эффектом памяти формы.

2. Огнепреградитель по п.1, отличающийся тем, что на торцы цилиндрического клапана нанесены упругие покрытия.

3. Огнепреградитель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве легкоплавкого вещества, заливаемого в корпус, используются сплавы на основе висмута, олова, свинца, кадмия.