RU2084738C1 - Thermal safety valve for pressure vessels made from composite materials and pressurized by inner polymer film - Google Patents
Thermal safety valve for pressure vessels made from composite materials and pressurized by inner polymer film Download PDFInfo
- Publication number
- RU2084738C1 RU2084738C1 RU95102081A RU95102081A RU2084738C1 RU 2084738 C1 RU2084738 C1 RU 2084738C1 RU 95102081 A RU95102081 A RU 95102081A RU 95102081 A RU95102081 A RU 95102081A RU 2084738 C1 RU2084738 C1 RU 2084738C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- vessel
- valve
- casing
- shell
- hole
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
- Safety Valves (AREA)
Abstract
Description
Заявляемое изобретение относится к области предохранительных устройств для сосудов, работающих под давлением, а более конкретно к устройствам для выпуска давления из композитного сосуда при повышении температуры окружающей среды выше температуры разрушения его материала, например при пожаре. The invention relates to the field of safety devices for vessels operating under pressure, and more particularly to devices for releasing pressure from a composite vessel when the ambient temperature rises above the temperature of destruction of its material, for example, in case of fire.
Известны клапаны, открывающиеся при повышении давления в сосуде при его нагревании. Такие устройства ставятся на металлические сосуды, хорошо проводящие тепло. Known valves that open when the pressure in the vessel increases when it is heated. Such devices are placed on metal vessels that conduct heat well.
Недостатком таких клапанов является то, что их нельзя устанавливать на применяемых в последнее время сосудах давления из композиционных материалов, так как содержимое такого сосуда не прогревается достаточно для открытия клапана по превышению давления из-за плохой теплопроводности материала силовой оболочки при ее тепловом нагружении (например, в пожаре). В то же время материал оболочки разрушается (выгорает) и может произойти взрыв. The disadvantage of such valves is that they cannot be installed on recently used pressure vessels made of composite materials, since the contents of such a vessel do not warm up enough to open the valve when the pressure is higher due to poor thermal conductivity of the material of the power shell during its thermal loading (for example, in a fire). At the same time, the shell material is destroyed (burned out) and an explosion may occur.
Известен клапан для разгерметизации сосуда, находящегося под давлением в условиях пожара, в котором открытие крышки клапана обеспечивается разрушением штифта с помощью уменьшающей при нагревании свою длину проволоки из нитенола [1]
Недостатком указанного устройства является громоздкость конструкции, выходящей за габариты сосуда, и наличие рычажной системы запорного элемента, что затрудняют эксплуатацию сосуда, например, как баллона для сжатого газа на транспортных средствах, работающих на газовом топливе, так как уменьшается полезный объем, и отсутствует возможность оперативной замены баллона.Known valve for depressurization of a vessel under pressure in a fire, in which the opening of the valve cover is ensured by the destruction of the pin by reducing its heating wire length from nitenol [1]
The disadvantage of this device is the cumbersome design, beyond the dimensions of the vessel, and the presence of a lever system of the locking element, which complicate the operation of the vessel, for example, as a cylinder for compressed gas on vehicles running on gas fuel, as the usable volume decreases, and there is no possibility of operational cylinder replacement.
Известно устройство термически обусловленного выпуска давления, не содержащее механизмов и вписывающееся в габариты баллона [2] Это устройство (клапан), являющееся прототипом заявляемого изобретения, характеризуется следующими признаками:
трубчатая часть клапана, установлена в металлический элемент, работающий совместно с оболочкой сосуда, а часть в виде головки под ключ снаружи оболочки;
в деле клапана устроен T-образный канал такой, что продольная часть расположена в трубчатой части и связана с внутренностью сосуда, а поперечная часть в поперечном сечении головки и связана с атмосферой на противоположных ее сторонах;
-канал заполняет легкоплавкий материал, который имеет точку плавления ниже температуры разрушения сосуда и выше рабочей температуры эксплуатации сосуда.A device is known for thermally conditioned pressure release that does not contain mechanisms and fits into the dimensions of the cylinder [2] This device (valve), which is a prototype of the claimed invention, is characterized by the following features:
the tubular part of the valve is installed in a metal element that works together with the shell of the vessel, and part in the form of a turnkey head outside the shell;
in the valve case, a T-shaped channel is arranged such that the longitudinal part is located in the tubular part and is connected with the inside of the vessel, and the transverse part in the cross section of the head and is connected with the atmosphere on its opposite sides;
-channel fills a fusible material that has a melting point below the temperature of the destruction of the vessel and above the operating temperature of the vessel.
Указанные признаки совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения. These signs coincide with the essential features of the claimed invention.
Основным недостатком данного устройства является невозможность разгерметизации баллонов из композиционных материалов, герметизированных внутренней полимерной оболочкой. The main disadvantage of this device is the impossibility of depressurization of cylinders made of composite materials sealed with an internal polymer shell.
Причина, препятствующая получению требуемого результата, заключается в том, что композиционный материал силовой оболочки сосуда, в частности стеклопластик, изолирует внутреннюю полимерную оболочку от повышенной температуры окружающей баллон среды, а материал этой оболочки, сохраняя свои герметизирующие свойства, перекрывает канал выпуска давления. В результате, газ остается в баллоне, а стеклопластиковая силовая оболочка начинает разрушаться при достижении температурой определенного уровня (температуры разрушения), и затем баллон взрывается. The reason that prevents the desired result from being obtained is that the composite material of the vessel’s power shell, in particular fiberglass, isolates the inner polymer shell from the elevated temperature of the surrounding balloon, and the material of this shell, while retaining its sealing properties, blocks the pressure release channel. As a result, the gas remains in the cylinder, and the fiberglass power shell begins to collapse when the temperature reaches a certain level (temperature of destruction), and then the cylinder explodes.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении пожарной безопасности сосудов давления из композиционных материалов с внутренними полимерными оболочками за счет создания предохранительного клапана, открывающего канал в силовой оболочке для сброса давления с одновременной разгерметизацией внутренней полимерной оболочки при повышении температуры окружающей среды до температуры разрушения материала силовой оболочки, например, при пожаре. The problem to which the invention is directed, is to increase the fire safety of pressure vessels made of composite materials with internal polymer shells by creating a safety valve that opens a channel in the power shell to relieve pressure while depressurizing the internal polymer shell when the ambient temperature rises to the temperature destruction of the material of the power shell, for example, in case of fire.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в обеспечении разрушения внутренней полимерной оболочки на локальном участке, прилегающем к каналу сброса давления, одновременно с расплавлением материала-заполнителя канала сброса давления. The technical result that can be obtained by carrying out the invention is to ensure the destruction of the inner polymer shell in a local area adjacent to the pressure relief channel, simultaneously with the melting of the filler material of the pressure relief channel.
Для обеспечения этого результата, в металлические элементы силовой оболочки сосуда встраивается клапан, который имеет кожух с отверстием в острой кромкой вовнутрь силовой оболочки, перекрытым полимерной внутренней оболочкой, и вторым отверстием для соединения полости кожуха с каналами сброса давления в окружающую сосуд среду. To ensure this result, a valve is built into the metal elements of the vessel’s power shell, which has a casing with a hole in a sharp edge inside the power shell, overlapped by a polymer inner shell, and a second hole for connecting the casing cavity with pressure relief channels into the surrounding vessel.
При этом, во второе отверстие кожуха клапана пропущена трубчатая часть, заостренная на торце, обращенном в сторону сосуда, в виде полуконуса, отделенного плоскостью, проходящей через его вершину, а на противоположном конце имеющий головную часть. Трубчатая часть имеет внутренний канал, открытый вовнутрь полости кожуха клапана и вовне сосуда на противоположных сторонах его головной части. Отверстие с заостренными кромками, полость кожуха и канал трубчатой части образуют канал сброса давления из полости сосуда. В нормальном состоянии этот канал заполнен легкоплавким материалом с прочностными и адгезионными свойствами, достаточными, чтобы выдержать нагружение со стороны среды, находящейся под давлением в полости сосуда. При температуре разрушения материала силовой оболочки этот материал не имеет отмеченных свойств, он размягчен или находится в жидкой фазе. At the same time, a tubular part is omitted into the second opening of the valve casing, pointed at the end facing the side of the vessel, in the form of a half cone separated by a plane passing through its apex, and having a head at the opposite end. The tubular part has an internal channel open inside the cavity of the valve housing and outside the vessel on opposite sides of its head part. The hole with pointed edges, the cavity of the casing and the channel of the tubular part form a channel for pressure relief from the cavity of the vessel. In the normal state, this channel is filled with fusible material with strength and adhesive properties sufficient to withstand loading from the medium, which is under pressure in the cavity of the vessel. At the temperature of destruction of the material of the power shell, this material does not have the noted properties, it is softened or is in the liquid phase.
Заявляемое изобретение характеризуют следующие существенные признаки:
клапан установлен в металлический элемент, работающий совместно с силовой оболочкой сосуда;
клапан снабжен кожухом с отверстием с заостренными кромками вовнутрь сосуда, которое перекрывается внутренней полимерной оболочкой, и со вторым отверстием, направляющей для трубчатой части, вовне сосуда;
трубчатая часть клапана, установленная в направляющее отверстие кожуха, имеет заостренный в виде половины конуса торец, выходящий вовнутрь полости кожуха клапана, и другой торец (головная часть), находящийся вовне сосуда;
трубчатая часть установлена с возможностью изменения расстояния заостренного торца внутри полости кожуха до кромок отверстия, перекрытого внутренней полимерной оболочкой;
в теле трубчатой части устроен T-образный канал такой, что продольная часть его расположена в трубчатой части и связана с полостью кожуха, а поперечная часть связана с атмосферой на противоположных сторонах головки;
полость кожуха и T-образный канал заполнены легкоплавким материалом, который имеет точку плавления ниже температуры разрушения силовой оболочки сосуда и выше максимальной температуры окружающей среды при нормальной эксплуатации сосуда.The invention is characterized by the following essential features:
the valve is installed in a metal element, working in conjunction with the power shell of the vessel;
the valve is provided with a casing with a hole with pointed edges inside the vessel, which is overlapped by the inner polymer shell, and with a second hole, the guide for the tubular part, outside the vessel;
the tubular part of the valve installed in the guide hole of the casing has an end face pointed in the form of a half cone, extending into the cavity of the valve casing, and another end (head part) located outside the vessel;
the tubular part is installed with the possibility of changing the distance of the pointed end inside the cavity of the casing to the edges of the hole covered by the inner polymer shell;
in the body of the tubular part, a T-shaped channel is arranged such that its longitudinal part is located in the tubular part and is connected with the cavity of the casing, and the transverse part is connected with the atmosphere on opposite sides of the head;
the casing cavity and the T-shaped channel are filled with fusible material, which has a melting point below the temperature of the destruction of the power shell of the vessel and above the maximum ambient temperature during normal operation of the vessel.
Указанные признаками в их совокупности обеспечивают получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемой объем правовой охраны. Indicated by the signs in their totality provide a technical result in all cases to which the requested scope of legal protection applies.
На фиг. 1 изображена часть сосуда давления с установленным на нем тепловым предохранительным клапаном; на фиг.2 приведена иллюстрация работы клапана. In FIG. 1 shows a part of a pressure vessel with a thermal safety valve installed on it; figure 2 is an illustration of the operation of the valve.
Клапан имеет кожух 1 с расширительной полостью 2, установленный в металлическую крышку 3 композитной силовой оболочки сосуда давления 4 отверстием с острыми кромками 5 в сторону внутренней полимерной оболочки 6 заподлицо с внутренней поверхностью крышки. В кожухе клапана подвижно (например, на резьбе) установлена трубчатая часть 7 заостренным торцем в виде половины конуса вовнутрь полости кожуха, а головной частью вовне сосуда. Полость кожуха и соединенные с ней каналы трубчатой части заполнены легкоплавким материалом 8. The valve has a casing 1 with an expansion cavity 2, mounted in the metal cover 3 of the composite power shell of the pressure vessel 4 with a hole with sharp edges 5 in the direction of the inner polymer shell 6 flush with the inner surface of the cover. In the valve casing movably (for example, on the thread), the tubular part 7 is installed with a pointed end in the form of a half cone inside the casing cavity, and the head part outside the vessel. The cavity of the casing and the channels of the tubular part connected to it are filled with fusible material 8.
При пожаре, нагревание клапана происходит пламенем 9. При этом температура крышки и клапана поднимается выше температуры плавления легкоплавкого материала. Расплавленный материал вытесняется через T-образный канал трубчатой части в атмосферу вдавливаемой в полость кожуха клапана частью внутренней полимерной оболочки, перекрывающей отверстие кожуха клапана. Участок полимерной оболочки растягивается в виде пузыря в полости кожуха клапана. Внутренняя полимерная оболочка в процессе раздувания пузыря облегает полуконус на торце трубчатой и дополнительно растягивается до разрушения ее материала. Среда, сжатая в полости сосуда, вытесняет расплавленный заполнитель из T-образного канала трубчатой части и происходит безопасный сброс давления. In case of fire, the valve is heated by
Все детали клапана могут быть изготовлены на универсальном оборудовании по обычным технологиям металлообработки. All valve parts can be manufactured on universal equipment using conventional metal processing technologies.
Для заполнения канала сброса давления можно использовать различные известные литейные сплавы в зависимости от температурных условий эксплуатации сосудов давления. Например, можно использовать сплавы на основе висмута (сплав Вуда) или олова, как в клапане-прототипе. To fill the pressure relief channel, various known casting alloys can be used depending on the temperature conditions of operation of the pressure vessels. For example, you can use alloys based on bismuth (Wood alloy) or tin, as in the prototype valve.
Диаметр отверстия и расстояние острия полуконуса от кромок этого отверстия (глубину установки трубчатой части) устанавливают из условия достижения в материале полимерной оболочки разрушающих напряжений. В частности, эти величины зависят от толщины h материала оболочки и могут составлять соответственно 4h и 1,5h. The diameter of the hole and the distance of the tip of the semi-cone from the edges of this hole (the depth of installation of the tubular part) are set from the condition that the polymer shell material reaches destructive stresses. In particular, these values depend on the thickness h of the shell material and can be 4h and 1.5h, respectively.
Авторами проведены испытания по оценке возможности разрушения полимерной оболочки в заявляемом устройстве. Как материал оболочки использовалась резина ВК-7 толщиной h 2,5 мм. Диаметр полости кожуха и отверстия с заостренными кромками были соответственно 30 мм и 14 мм. Испытания проводились без заполнения канала выпуска давления и без нагревания клапана. При максимальном (в пределах расширительной полости) расстоянии острия полуконуса от кромок отверстия разрушение резины произошло при избыточном давлении со стороны полости сосуда равном 5,6 МПа. После установки острия полуконуса в 3,5 мм от кромок отверстия, разрушающее давление снизилось в полтора раза и составило 3,5 МПа. The authors conducted tests to assess the possibility of destruction of the polymer shell in the inventive device. As the shell material, VK-7 rubber with a thickness of h 2.5 mm was used. The diameter of the cavity of the casing and the holes with pointed edges were 30 mm and 14 mm, respectively. The tests were carried out without filling the pressure release channel and without heating the valve. At the maximum (within the expansion cavity) distance of the tip of the half-cone from the edges of the hole, the destruction of rubber occurred at an excess pressure of 5.6 MPa from the side of the vessel cavity. After installing the tip of the half cone at 3.5 mm from the edges of the hole, the destructive pressure decreased by one and a half times and amounted to 3.5 MPa.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU95102081A RU2084738C1 (en) | 1995-02-13 | 1995-02-13 | Thermal safety valve for pressure vessels made from composite materials and pressurized by inner polymer film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU95102081A RU2084738C1 (en) | 1995-02-13 | 1995-02-13 | Thermal safety valve for pressure vessels made from composite materials and pressurized by inner polymer film |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU95102081A RU95102081A (en) | 1997-01-10 |
| RU2084738C1 true RU2084738C1 (en) | 1997-07-20 |
Family
ID=20164770
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU95102081A RU2084738C1 (en) | 1995-02-13 | 1995-02-13 | Thermal safety valve for pressure vessels made from composite materials and pressurized by inner polymer film |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2084738C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2703849C1 (en) * | 2019-01-15 | 2019-10-22 | ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "СИСТЕМЫ АРМИРОВАННЫХ ФИЛЬТРОВ И ТРУБОПРОВОДОВ" (ООО "Сафит") | Explosion-proof metal composite pressure cylinder |
-
1995
- 1995-02-13 RU RU95102081A patent/RU2084738C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Авторское свидетельство СССР N 895456, кл. A 62 C 37/00, 1982. 2. Патент США N 4085860, кл. 220-89, 1978. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2703849C1 (en) * | 2019-01-15 | 2019-10-22 | ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "СИСТЕМЫ АРМИРОВАННЫХ ФИЛЬТРОВ И ТРУБОПРОВОДОВ" (ООО "Сафит") | Explosion-proof metal composite pressure cylinder |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU95102081A (en) | 1997-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU757112B2 (en) | Safety device for a pressurised gas container | |
| CN205715862U (en) | A kind of Combined type safety bleeder for high-pressure gas cylinder valve | |
| KR940014017A (en) | Liquefied gas generator for inflatable shock protection cushion to prevent occupant damage | |
| JP2003172301A (en) | Accumulator | |
| CN207081381U (en) | A kind of disposable carbon dioxide fracturing device | |
| US5342089A (en) | Combined air bag device and steering column for vehicles | |
| CN101659209A (en) | Vehicle with gaseous fuel and automatic purge system | |
| US20110315398A1 (en) | Plug device and method of using same | |
| US3980106A (en) | Fluid containing structure | |
| US20230235830A1 (en) | Thermal pressure relief device (tprd), gas pressure tank and gas pressure tank system comprising tprd and method for thermal excess pressure protection | |
| CN108915631A (en) | A kind of double packing element open hole packers of combined type | |
| RU2084738C1 (en) | Thermal safety valve for pressure vessels made from composite materials and pressurized by inner polymer film | |
| CN201461985U (en) | Automobile-used special gas cylinder valve | |
| CN104859536B (en) | An a kind of key trigger-type automatic inflating is warned balloon | |
| FR2964439A1 (en) | AUTOMATIC PURGING DEVICE OF A TANK AND TANK COMPRISING SUCH A DEVICE | |
| US6382159B1 (en) | Temperature and pressure activated pressure relieving spark plug | |
| KR102669818B1 (en) | Fusible link, gas container, and method for assembling and mounting the fusible link within the gas container | |
| US4627822A (en) | Low temperature inflator apparatus | |
| CA1223529A (en) | Gas supply device including a plurality of gas flasks inserted in a pressurized gas container | |
| CN107191639A (en) | One kind carries safety valve non-refillable steel welded cylinder and its adaptive pressure releasing method | |
| CN2212117Y (en) | Leakageless full open gas bottle pressure discharging valve | |
| EP1295056B1 (en) | Safety valve for tank containing a pressurised liquid fluid such as lpg | |
| WO2001007805A1 (en) | Safety valve for sealed chamber containing a pressurised fluid such as a lpg tank | |
| CA1150682A (en) | Interior safety device for liquid-containing storage vessels | |
| CN110631425A (en) | Cracking tube filled with gas in hole |