Предохранительный клапан - Safety valve

Для использования в других целях см. Предохранительный клапан (значения).
Кислородная безопасность предохранительный клапан
Клапаны предохранительные DN250

А предохранительный клапан это клапан что действует как безотказный. Пример предохранительного клапана - напорный. предохранительный клапан (PRV), который автоматически высвобождает вещество из котел, сосуд под давлением, или другой система, когда давление или температура превышает заданные пределы. Предохранительные клапаны с пилотным управлением представляют собой специализированный тип предохранительного клапана давления. Герметичный, недорогой, единственный вариант аварийного использования был бы разрывной диск.

Предохранительные клапаны были впервые разработаны для использования на паровых котлах во время Индустриальная революция. Ранние котлы, работавшие без них, были склонны к взрыв если не аккуратно эксплуатировать.

Вакуумные предохранительные клапаны (или комбинированные предохранительные клапаны давления / вакуума) используются для предотвращения разрушения резервуара во время его опорожнения или когда холодная промывочная вода используется после горячей CIP (очистка на месте) или SIP (стерилизация на месте). место) процедуры. При выборе размера вакуумного предохранительного клапана метод расчета не определен ни в одной норме, особенно в сценарии горячей безразборной мойки / холодной воды, но некоторые производители [1] разработали моделирование размеров.

Функционал и дизайн

А поперечное сечение пропорционально-предохранительного клапана

Самый ранний и простой предохранительный клапан использовался на 1679 г. паровой варочный котел и использовали груз для удержания давления пара (эта конструкция до сих пор широко используется на скороварки ); однако они были легко подделаны или случайно выпущены. На Стоктон и Дарлингтон железная дорога предохранительный клапан имел тенденцию срабатывать при ударе двигателя о гусеницу. Клапан, менее чувствительный к резким ускорениям, использовал пружину для сдерживания давления пара, но они (на основе Солтер пружинный баланс ) все еще можно было завинтить, чтобы увеличить давление сверх проектных пределов. Эта опасная практика иногда использовалась для незначительного увеличения производительности паровой машины. В 1856 г. Джон Рэмсботтом изобрел пружинный предохранительный клапан с защитой от взлома, который стал универсальным на железных дорогах. Клапан Рамсботтома состоял из двух клапанов плунжерного типа, соединенных между собой подпружиненным поворотным рычагом, с одним клапанным элементом с каждой стороны от оси. Любая регулировка одного из клапанов в попытке увеличить его рабочее давление приведет к тому, что другой клапан поднимется со своего седла, независимо от того, как была предпринята попытка регулировки. Точка поворота на рычаге не находилась симметрично между клапанами, поэтому любое затягивание пружины могло вызвать подъем одного из клапанов. Только сняв и разобрав весь клапанный узел, можно было отрегулировать его рабочее давление, что сделало невозможным импровизированное "связывание" клапана локомотивными бригадами в поисках большей мощности. Поворотный рычаг обычно удлинялся в форму ручки и подавался обратно в кабину локомотива, что позволяло экипажам «раскачивать» оба клапана со своих сидений, чтобы убедиться, что они установлены и работают правильно.

Предохранительные клапаны также эволюционировали для защиты такого оборудования, как сосуды под давлением (уволен или нет) и теплообменники. Период, термин предохранительный клапан должно быть ограничено применением сжимаемых жидкостей (газа, пара или пара).

В промышленности встречаются два основных типа защиты: тепловая защита и защита от потока.

Для сосудов с жидкостным наполнением термопредохранительные клапаны обычно характеризуются относительно небольшим размером клапана, необходимым для защиты от избыточного давления, вызванного тепловым расширением. В этом случае достаточно небольшого клапана, потому что большинство жидкостей почти несжимаемы, и поэтому относительно небольшое количество жидкости, выпускаемой через предохранительный клапан, приведет к значительному снижению давления.

Защита потока характеризуется предохранительными клапанами, которые значительно больше, чем те, которые установлены для тепловой защиты. Обычно они рассчитаны на использование в ситуациях, когда необходимо быстро отвести значительные количества газа или большие объемы жидкости, чтобы защитить целостность резервуара или трубопровода. В качестве альтернативы эта защита может быть достигнута путем установки система защиты от высокого давления (HIPPS).

Технические понятия

в нефтепереработка, нефтехимический, химическое производство, переработка природного газа, выработка энергии, пищевая промышленность, напитки, косметика и фармацевтика, термин предохранительный клапан связано с условиями клапан сброса давления (PRV), предохранительный клапан давления (ПСВ) и предохранительный клапанОбщий термин Клапан сброса давления (PRV) или предохранительный клапан давления (ПСВ). PRV и PSV - это не одно и то же, несмотря на то, что думают многие; разница в том, что у PSV есть ручной рычаг для открытия клапана в случае аварии.

  • Предохранительный клапан (RV): автоматическая система, которая приводится в действие статическим давлением в сосуде, заполненном жидкостью. Он специально открывается пропорционально увеличению давления[нужна цитата ].
  • Предохранительный клапан (SV): автоматическая система, которая снижает статическое давление газа. Обычно открывается полностью, сопровождается хлопком.[нужна цитата ].
  • Предохранительный клапан (SRV): автоматическая система, которая снижает статическое давление как для газа, так и для жидкости.[2]
  • Предохранительный клапан с пилотным управлением (POSRV): автоматическая система, которая избавляется от удаленной команды от пилота, к которой подключено статическое давление (от оборудования для защиты)[требуется разъяснение ].
  • Предохранительный клапан низкого давления (LPSV): автоматическая система, снимающая статическое давление с газа. Используется, когда разница между давлением в емкости и окружающей средой атмосферное давление маленький.
  • Предохранительный клапан вакуумного давления (VPSV): автоматическая система, снимающая статическое давление с газа. Используется, когда разница между давлением в емкости и давлением окружающей среды мала, отрицательна и близка к атмосферному.
  • Предохранительный клапан низкого и вакуумного давления (LVPSV): автоматическая система, снимающая статическое давление с газа. Используется, когда разница давления мала, отрицательна или положительна и близка к атмосферному давлению.

RV, SV и SRV подпружинены (даже подпружинены). LPSV и VPSV подпружинены или нагружены.

Юридические и нормативные требования в промышленности

В большинстве стран отрасли по закону обязаны защищать сосуды под давлением и другое оборудование с помощью предохранительных клапанов. Кроме того, в большинстве стран коды конструкции оборудования, например, КАК Я, API и другие организации, такие как ISO (ISO 4126), должны соблюдаться. Эти нормы включают стандарты проектирования предохранительных клапанов и графики периодических проверок и испытаний после снятия клапанов инженером компании.[3][4]

Сегодня пищевая промышленность, напитки, косметика, фармацевтика и тонкая химия требуют гигиенических предохранительных клапанов, полностью дренируемых и очищаемых на месте. Большинство из них изготовлено из нержавеющей стали; Гигиенические нормы в основном 3A в США и EHEDG в Европе.

Разработка предохранительного клапана

Клапаны грузоподъемные рычажные

предохранительный клапан плеча рычага
Предохранительный клапан рычага в подстанция централизованного теплоснабжения до ремонта. Будапешт

Первый предохранительный клапан был изобретен Денис Папин за его паровой варочный котел, скорее скороварка, чем двигатель.[5] Груз, действующий через рычаг, удерживал круглый пробковый клапан в паровом сосуде. Используя "безмен «Рычаг требовал меньшего веса, также давление можно было легко регулировать, перемещая тот же груз вперед и назад вдоль плеча рычага. Папен сохранил ту же конструкцию для своего парового насоса 1707 года.[6][7] Ранние предохранительные клапаны считались одним из средств управления машиниста и требовали постоянного внимания в зависимости от нагрузки на двигатель. В знаменитом раннем взрыве на Гринвич в 1803 г. один из Trevithick высокого давления стационарные двигатели взорвался, когда мальчик, обученный управлять двигателем, оставил его ловить угри в реке, не выпуская предварительно предохранительный клапан от его рабочей нагрузки.[8] К 1806 году Тревитик установил пары предохранительных клапанов, один внешний клапан для регулировки привода и один герметизированный внутри котла с фиксированным весом. Его нельзя было регулировать, и он выпускался под более высоким давлением, что служило гарантией безопасности.[9]

При использовании на локомотивах эти клапаны будут дребезжать и протекать, выпуская почти непрерывные клубы отработанного пара.

Противовесные клапаны прямого действия

Дедвейт предохранительный клапан (1909).

Хотя рычажный предохранительный клапан был удобен, он был слишком чувствителен к движению паровоза. Поэтому в ранних паровозах использовалось более простое расположение грузов, уложенных непосредственно на клапан. Это требовало меньшей площади клапана, чтобы поддерживать управляемый вес, что иногда оказывалось недостаточным для сброса давления в котле, оставшемся без присмотра, что приводило к взрывы. Еще большую опасность представляла легкость, с которой такой клапан можно было закрепить, чтобы увеличить давление и, таким образом, мощность двигателя, с дополнительным риском взрыва.[10]

Хотя дедвейт предохранительные клапаны имели короткий срок службы на паровозах, они оставались в использовании на стационарных котлах до тех пор, пока оставалась энергия пара.[11]

Прямые пружинные клапаны

Локомотив Планета (1830 г.), с латунным корпусом прямой пружинный клапан

Клапаны с утяжелением были чувствительны к подпрыгиванию из-за суровой езды первых локомотивов. Одним из решений было использование легкой пружины, а не груза. Это было изобретение Тимоти Хакворт на его Роял Джордж 1828 г.[12] Из-за ограниченной металлургии того периода в первых пружинных клапанах Хакворта использовалась гармошка из нескольких рессоры.[13]

Эти пружинные клапаны прямого действия можно регулировать, затягивая гайки, удерживающие пружину. Во избежание взлома их часто закрывали высокими латунными кожухами, которые также отводили пар от локомотивной бригады.

Балансировочные клапаны с пружиной солей

Пружинный баланс Salter

В Солтер винтовая пружина пружинный баланс для взвешивания, была впервые сделана в Великобритании примерно к 1770 году.[14] При этом использовались недавно разработанные пружинные стали чтобы сделать мощную, но компактную пружину в одно целое. Еще раз, используя рычажный механизм, такой пружинный баланс может быть применен к значительной силе предохранительного клапана котла.

Пружинный балансировочный клапан также действует как манометр. Это было полезно, поскольку предыдущие манометры были громоздкими, ртутными. манометры и Датчик Бурдона еще не было изобретено.[15]

Запираемые клапаны

Феникс (1840) с двумя наборами Балансировочные клапаны с пружиной солей

Сохранялся риск того, что пожарные завяжут предохранительный клапан.[16][17] Этому способствовало то, что они были оснащены легко регулируемыми барашковыми гайками, а практика регулирования рабочего давления котла с помощью предохранительного клапана была общепринятой практикой вплоть до 1850-х годов.[18][19] Позже было принято, что клапаны Salter устанавливались попарно, один регулируемый и часто калиброванный для использования в качестве манометра, а другой запечатанный внутри запертой крышки для предотвращения взлома.

Парные пружинные балансировочные клапаны

Мидленд Спиннер, показывая парные пружинно-уравновешивающие предохранительные клапаны за куполом
Парные пружинно-уравновешивающие предохранительные клапаны ČSD класса 252.0, с ручными регулировочными колесами

Парные клапаны также часто настраивались на несколько разное давление: небольшой клапан в качестве меры контроля, а запираемый клапан увеличивали и постоянно настраивали на более высокое давление в качестве меры предосторожности.[12][20] Некоторые дизайны, например, по одному Sinclair для Восточные графства железная дорога в 1859 году пружина клапана со шкалой давления была позади купола, обращенной к кабине, и запертый клапан перед куполом, вне досягаемости помех.[21]

Предохранительные клапаны рамсботтома

Поперечные клапаны на модели тяговый двигатель
U-образный предохранительный клапан Ramsbottom

В 1855 г. Джон Рэмсботтом, позже начальник локомотива LNWR, описал новую форму предохранительного клапана, предназначенную для повышения надежности и особенно защиты от несанкционированного доступа. Использовалась пара пробковых клапанов, удерживаемых общим подпружиненным рычагом между ними с единственной центральной пружиной. Этот рычаг обычно выдвигался назад, часто доходя до кабины на ранних локомотивах. Вместо того, чтобы препятствовать использованию пружинного рычага пожарным, клапан Рэмсботтома поощрял это. Вращение рычага поочередно освобождает клапаны и проверяет, не застревает ли ни один из них.[22] Даже если пожарный удерживал рычаг нажатым и увеличивал усилие на заднем клапане, имело место соответствующее уменьшение силы на переднем клапане.[12][23]

Были произведены различные формы клапана Ramsbottom. Некоторые были отдельными штуцерами к котлу через отдельные проходы.[23] Остальные находились в U-образном корпусе, прикрепленном к единственному отверстию в кожухе котла. По мере увеличения диаметра котла некоторые формы даже устанавливались внутри кожуха котла, причем пружины размещались в углублении внутри, а только клапаны и балансирный рычаг выступали наружу.[23] У них были очевидные недостатки, связанные с простотой обслуживания.

ГБ 1299  1299: 7 июня 1855: Предохранительные клапаны, питающие устройства для паровых котлов.

Недостатком типа Рамсботтома была его сложность. Плохое обслуживание или неправильная сборка соединения между пружиной и клапанами может привести к тому, что клапан больше не будет правильно открываться под давлением. Клапаны могут прижиматься к своим седлам и не открываться или, что еще хуже, не позволять клапану открыться, но недостаточно для выпуска пара с достаточной скоростью, что не является очевидной и заметной неисправностью.[24] Подобная неправильная сборка привела к фатальному взрыву котла в Кардиффе в 1909 году. Rhymney Railway, хотя котел был почти новым, всего восемь месяцев назад.[25]

Клапан найлораs были введены около 1866 года. колокол договоренность уменьшила напряжение (процентное удлинение) пружины, таким образом поддерживая более постоянное усилие.[примечание 1] Их использовали L&Y & NER.[26]

«Хлопковые» клапаны

Клапан поп-Росс, от Торнадо

Все предыдущие конструкции предохранительных клапанов открывались постепенно и имели тенденцию пропускать «перышко» пара по мере приближения к «продувке», даже если это было ниже давления. Когда они открывались, они тоже сначала делали это частично и не выпускали пар быстро, пока давление в котле не стало значительно выше.[12]

Обложка Поп-клапан, самостоятельно издающийся журнал американской армии Транспортный корпус находился во Франции во время Первой мировой войны

Быстро открывающийся «хлопковый» клапан был решением этой проблемы. Их конструкция была простой: существующий круглый плунжерный клапан был изменен на форму перевернутого «цилиндра» с увеличенным верхним диаметром. Они помещались в ступенчатое гнездо двух одинаковых диаметров. В закрытом состоянии давление пара действовало только на макушку цилиндра и уравновешивалось силой пружины. Как только клапан немного приоткрылся, пар мог пройти через нижнее седло и начал воздействовать на больший край. Эта большая площадь превысила силу пружины, и клапан полностью распахнулся с хлопком. Выход пара на большем диаметре также удерживал клапан открытым до тех пор, пока давление не упало. ниже то, на котором он первоначально открылся, обеспечивая гистерезис.[12]

Эти клапаны совпали с изменением поведения стрельбы. Вместо того, чтобы демонстрировать свою мужественность, всегда показывая перышко у клапана, пожарные теперь пытались избегать шумный дует, особенно вокруг станций или под большой крышей крупной станции. В основном это было сделано по указанию начальников станции, но пожарные также поняли, что любой выброс воздуха через хлопковый клапан приводит к потере нескольких фунтов давления в котле; По оценкам, потеря 20 фунтов на квадратный дюйм и 16 фунтов или более угля, выгруженного лопатой.[заметка 2][12]

Клапаны с удлиненной кромкой, заимствованные из патента Адамса 1873 года. Клапаны Р. Л. Росса были запатентованы в 1902 и 1904 годах. Сначала они были более популярны в Америке, но широко распространены с 1920-х годов.[27]

Крышка предохранительного клапана GWR

Хотя эффектные полированные латунные кожухи предохранительных клапанов были характерной чертой паровозов со времен Стефенсона, единственной железной дорогой, сохранившей эту традицию до эпохи хлопковых клапанов, была железная дорога. GWR с характерными коническими латунными крышками предохранительных клапанов и дымоходами с медными крышками.

Предохранительные клапаны Marine и Cockburn с высоким подъемом

Разработки в области высокого давления водотрубные котлы за морское использование предъявляет повышенные требования к предохранительным клапанам. Требовались клапаны большей мощности, чтобы безопасно вентилировать паропроизводительность этих больших котлов.[28] По мере того, как усилие на их клапанах увеличивалось, проблема увеличения жесткости пружины по мере увеличения ее нагрузки (например, Клапан найлора ) стал более критичным.[29] Необходимость уменьшения флюгирования клапана стала еще более важной для котлов высокого давления, поскольку это означало как потерю дистиллированная питательная вода а также истирание седел клапанов, приводящее к износу.[28]

Предохранительные клапаны высокого подъема представляют собой пружинные типы с прямой нагрузкой, хотя пружина опирается не непосредственно на клапан, а на шток клапана с направляющим стержнем. Клапан находится под основанием штока, пружина опирается на фланец на некоторой высоте над ним. Увеличенное пространство между самим клапаном и седлом пружины позволяет клапану подниматься выше и дальше от седла. Это дает поток пара через клапан, эквивалентный клапану в полтора или два раза больше (в зависимости от конструкции детали).[29]

Конструкция Cockburn Improved High Lift имеет те же особенности, что и поп-модель Ross. Выхлопной пар частично задерживается на выходе и воздействует на основание седла пружины, увеличивая подъемную силу клапана и удерживая клапан в дальнейшем открытом.[29]

Для оптимизации потока через заданный диаметр клапана используется полнопроходная конструкция. Это имеет сервопривод действие, при котором пар пропускается через узкий регулирующий канал, если он проходит через небольшой регулирующий клапан. Затем этот пар не выпускается, а подается к поршню, который используется для открытия главного клапана.[28]

Существуют предохранительные клапаны, известные как PSV, которые могут быть подключены к манометрам (обычно с фитингом BSP 1/2 "). Они позволяют создавать сопротивление давлению для ограничения давления, оказываемого на трубку манометра, что приводит к предотвращению чрезмерного давления. Повышенное давление: вещество, которое было введено в манометр, если оно находится под избыточным давлением, будет отведено через трубу в предохранительном клапане и должно быть отведено от манометра.

Типы

Паровоз № 46229, г. Герцогиня Гамильтон поднимает предохранительный клапан котла после перетаскивания Валлийский Марч Пуллман устав.

Существует широкий спектр предохранительных клапанов, имеющих множество различных применений и критериев эффективности в различных областях. Кроме того, для многих видов предохранительных клапанов установлены национальные стандарты.

Соединенные Штаты

Евросоюз

Предохранительный клапан парового котла европейского стандарта
  • ISO 4126 (в соответствии с директивами Европейского Союза)[30]
  • EN 764-7 (бывший стандарт CEN, гармонизированный с директивами Европейского Союза, заменен на EN ISO 4126-1)
  • AD Merkblatt (немецкий)
  • PED 97/23 / CE (Директива по оборудованию, работающему под давлением - Европейский Союз)[31]

Водные нагреватели

Предохранительный клапан температуры и давления на водонагревателе.

Предохранительные клапаны требуются на водные нагреватели, где они предотвращают сбой в определенных конфигурациях в случае, если термостат должен потерпеть неудачу. Такой клапан иногда называют «клапаном температуры и давления». До сих пор случаются редкие и серьезные отказы старых водонагревателей, в которых отсутствует это оборудование. Дома можно сравнять силой взрыва.[32]

Скороварки

Основная статья: Приготовление под давлением

Скороварки - это кастрюли с герметичной крышкой. Приготовление под давлением позволяет температуре подняться выше нормальной точки кипения воды (100 градусов Цельсия при уровень моря ), что ускоряет приготовление и делает его более тщательным.

Скороварки обычно имеют два предохранительных клапана для предотвращения взрыва. В старых моделях одно из них представляет собой сопло, на которое опирается груз. Другой - герметичная резина люверс который выбрасывается управляемым взрывом, если первый клапан блокируется. В скороварках нового поколения, если выпускное отверстие для пара заблокируется, предохранительная пружина выбросит избыточное давление, а если это не удастся, прокладка расширится и сбросит избыточное давление вниз между крышкой и поддоном. Кроме того, скороварки нового поколения имеют блокировка который запирает крышку, когда внутреннее давление превышает атмосферное, чтобы предотвратить несчастные случаи из-за внезапного выброса очень горячего пара, пищи и жидкости, что могло бы произойти, если бы крышка была снята, когда сковорода все еще находится под небольшим давлением внутри (однако крышка будет очень трудно или невозможно открыть, когда поддон все еще находится под давлением).

Период, термин предохранительный клапан также используется метафорически.

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Видеть Модуль для младших
  2. ^ Эти цифры основаны на двух измерениях: падение с 225 до 205 фунтов на квадратный дюйм для LNER Класс V2 в 1952 году и меньшее падение на 10 фунтов на квадратный дюйм, оцененное в 1953 году как 16 фунтов угля.[12]

Рекомендации

  1. ^ Предохранительный клапан рассчитан на горячую CIP -> холодную воду
  2. ^ Справочник по предохранительному клапану, Хеллеманс, М. (2009), Elsevier Science, ISBN  9780080961187, п. 6
  3. ^ Список стран, принимающих Кодекс ASME по котлам и сосудам под давлением
  4. ^ API 520-1, Определение размеров и выбор устройств для сброса давления
  5. ^ Хиллз, Ричард Л. (1989). Питание от Steam. Издательство Кембриджского университета. п. 33. ISBN  0-521-45834-X.
  6. ^ Хьюисон, Кристиан Х. (1983). Взрывы котла локомотива. Дэвид и Чарльз. п. 12. ISBN  0-7153-8305-1.
  7. ^ Халс, Дэвид К. (1999). Раннее развитие парового двигателя. ТРОЙНИК. ISBN  1-85761-107-1.
  8. ^ Hills & Power из Steam, п. 102
  9. ^ Фари, Дж. А. (1971) [1827]. Трактат о паровом двигателе. II. Дэвид и Чарльз. п. 19. ISBN  0715350048.
  10. ^ Hills & Power из Steam, стр.144, 146
  11. ^ Холмы, Ричард Л. (1989). Питание от Steam. Издательство Кембриджского университета. п. 129. ISBN  0-521-45834-X.
  12. ^ а б c d е ж грамм Semmens, P. W. B .; Голдфинч, А. Дж. (2000). Как на самом деле работают паровозы. Oxford University Press. С. 63–67. ISBN  978-0-19-860782-3.
  13. ^ «Пружинный предохранительный клапан Хакворта» (Изображение музейного экспоната). Национальный железнодорожный музей. 1830 г.
  14. ^ Взрывы котлов Hewison и локомотивов, п. 18
  15. ^ "Испытание HMS Rattler и Alecto". Апрель 1845 г. Самое низкое давление, проявленное, «когда винт был вне воды» (как называют это противники принципа), на весах Солтера составляло 34 фунта, варьируясь до 60 фунтов.
  16. ^ Взрывы котлов Hewison и локомотивов, п. 33
  17. ^ Взрывы котлов Hewison и локомотивов, п. 37
  18. ^ Взрывы котлов Hewison и локомотивов, стр. 40–41
  19. ^ Взрывы котлов Hewison и локомотивов, п. 43
  20. ^ Взрывы котлов Hewison и локомотивов, стр. 50–51
  21. ^ Аронс и британский паровоз, п. 118
  22. ^ «Улучшенный предохранительный клапан». Proc. Inst. Мех. Англ. (37). 1856.
  23. ^ а б c Взрывы котлов Hewison и локомотивов, стр. 19–20
  24. ^ Взрывы котлов Hewison и локомотивов, стр. 100–101
  25. ^ Взрывы котлов Hewison и локомотивов, стр. 115–118
  26. ^ Аронс, Э. (1966). Британский паровоз. Я, к 1925 г. Ян Аллан. п. 176.
  27. ^ Аронс и британский паровоз, п. 364
  28. ^ а б c Морские паровые котлы, стр. 222–223
  29. ^ а б c Милтон, Дж. Х. (1953). Морские паровые котлы. Newnes. С. 216–219.
  30. ^ EN ISO 4126-1 Предохранительные устройства для защиты от чрезмерного давления - Часть 1: Предохранительные клапаны (ISO 4126-1: 2004)
  31. ^ «Директива PED 97/23 / CE» (PDF). Certificazioni Tecniche Ambiente Industria. Получено 21 марта 2015.
  32. ^ Элейн Портерфилд, Пол Шуковский и Льюис Камб (суббота, 28 июля 2001 г.).

внешняя ссылка