RU2807538C1

RU2807538C1 - Safety device for cryogenic tanks

Info

Publication number: RU2807538C1
Application number: RU2022131537A
Authority: RU
Inventors: Юрий Иванович Духанин
Original assignee: Юрий Иванович Духанин
Filing date: 2022-12-01
Publication date: 2023-11-16

Abstract

FIELD: valve engineering.

SUBSTANCE: invention can be used to protect cryogenic tanks and reservoirs. The safety device for cryogenic tanks contains a safety valve connected to the gas cushion of the tank and equipped with a pneumatic drive, and a pulse valve made in the form of a diaphragm unit connected to the gas cushion of the tank, and a shut-off valve with a spring. The pneumatic actuator contains a seat and a piston with a sealing element. In a pulse valve, the above-valve cavity of the shut-off valve is connected by a pipeline to the gas cushion of the tank. The cavity under the shut-off valve is connected by a pipeline to the control cavity of the pneumatic actuator, which is connected to the atmosphere through a nozzle.

EFFECT: simplification of the design of the safety device for cryogenic tanks by eliminating the high pressure source with the control medium.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к арматуростроению и может быть использовано для защиты криогенных емкостей и резервуаров.The invention relates to valve engineering and can be used to protect cryogenic tanks and tanks.

Известна конструкция предохранительного клапана, применяемая для защиты криогенных емкостей и резервуаров от превышения давления, (см. Романенко Н.Т. и Куликов Ю.Ф» Криогенная арматура») М. Машиностроение,1978 г, стр33-35, рис 27)The design of a safety valve is known, used to protect cryogenic tanks and reservoirs from excess pressure (see Romanenko N.T. and Kulikov Yu.F. “Cryogenic valves”), M. Mashinostroenie, 1978, pp. 33-35, Fig. 27)

Основной недостаток указанной арматуры заключается в том, что при закрытом клапане величина располагаемого давления не обеспечивает достаточно надежную герметичность в затворе клапана. Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является предохранительное устройство для криогенных резервуаров, содержащее предохранительный клапан, соединенный с газовой подушкой резервуара и снабженный пневмоприводом, и импульсный клапан, выполненный в виде мебранного узла, подключенного к газовой подушке резервуара, и запорного клапана с пружиной (см. патент RU 2749082 С1)The main disadvantage of this fitting is that when the valve is closed, the amount of available pressure does not provide a sufficiently reliable seal in the valve seal. The closest to the proposed technical solution is a safety device for cryogenic tanks, containing a safety valve connected to the gas cushion of the tank and equipped with a pneumatic drive, and a pulse valve made in the form of a diaphragm unit connected to the gas cushion of the tank, and a shut-off valve with a spring (see Fig. patent RU 2749082 C1)

Несмотря на то, что в данном предохранительном устройстве удается достичь высокой надежности герметичности в затворе предохранительного клапана, указанная конструкция обладает следующими недостатками:Despite the fact that this safety device achieves high reliability of tightness in the safety valve shutter, this design has the following disadvantages:

- для работы предохранительного устройства постоянно требуется посторонний источник высокого давления управляющей среды;- for the operation of the safety device, an external source of high pressure of the control medium is constantly required;

- большой расход управляющей среды при срабатывании предохранительного устройства;- high consumption of control fluid when the safety device is activated;

- сложность настройки предохранительного устройства из-за отсутствия регулировки пружины в мембранном узле;- difficulty in setting up the safety device due to the lack of spring adjustment in the membrane unit;

- необходимость установки сильфонного узла в полости пневмоклапана.- the need to install a bellows assembly in the cavity of the pneumatic valve.

Задача изобретения - упрощение конструкции предохранительного устройства для криогенных резервуаров за счет исключения источника высокого давления с управляющей средой.The objective of the invention is to simplify the design of a safety device for cryogenic tanks by eliminating the high pressure source with the control medium.

Поставленная цель достигается тем, что в предохранительном устройстве для криогенных резервуаров, содержащем предохранительный клапан, соединенный с газовой подушкой резервуара и снабженный пневмоприводом, и импульсный клапан, выполненный в виде мебранного узла, подключенного к газовой подушке резервуара, и запорного клапана с пружиной, пневмопривод содержит седло и поршень с уплотнительным элементом, а в импульсном клапане, надклапанная полость запорного клапана соединена трубопроводом с газовой подушкой резервуара, а полость под запорным клапаном соединена трубопроводом с управляющей полостью пневмопривода, которая через дюзу сообщена с атмосферой.This goal is achieved by the fact that in a safety device for cryogenic tanks, containing a safety valve connected to the gas cushion of the tank and equipped with a pneumatic drive, and a pulse valve made in the form of a diaphragm unit connected to the gas cushion of the tank, and a shut-off valve with a spring, the pneumatic drive contains a seat and a piston with a sealing element, and in a pulse valve, the above-valve cavity of the shut-off valve is connected by a pipeline to the gas cushion of the reservoir, and the cavity under the shut-off valve is connected by a pipeline to the control cavity of the pneumatic actuator, which is connected to the atmosphere through a nozzle.

Предлагаемое предохранительное устройство для криогенного резервуара 1 (см. чертеж) содержит предохранительный клапан, выполненный в виде нормально закрытого пневмоклапана 2, и импульсного клапана, выполненного в виде корпуса 3, в котором установлен запорный клапан 4 с пружиной 5, надклапанная полость 6 которого трубопроводом 7 подсоединена к газовой подушке 8 резервуара 1, а полость 9 под запорным клапаном 4 -трубопроводом 10 к полости 11 пневмоклапана 2. В корпусе 3 импульсного клапана размещены также чувствительный элемент в виде двух мембран 12, закрепленных в корпусе 3 и стакане 13, шток 14 и уплотнитель 15 штока 14, при этом полость 16 между нижней мембраной 12 и корпусом 3 подсоединена трубопроводом 17 к газовой подушке 8 криогенного резервуара 1, а полость 18 над верней мембраной 12 соединена с атмосферой отверстиями 19. Входная полость 20 под клапаном 21 пневмоклапана 2 соединена трубопроводом 22 с газовой подушкой 8 криогенного резервуара 1, а выходная полость 23 - с атмосферой трубопроводом 24. Клапан 21 под действием усилия пружины 25 находится в закрытом положении, при этом усилие пружины 25 обеспечивает герметичность затвора клапана 21 как в теплом, так и холодном состоянии. При подаче давления управляющей среды в полость 11 клапан 21 под действием усилия, создаваемого давлением управляющей среды на эффективную площадь поршня 26, откроется, при этом поршень 26 садиться уплотнением 27 на седло 28, обеспечивая тем самым герметичность полости 11 относительно полости 23. В тоже время не большая часть управляющей среды будет из полости 11 сбрасываться в атмосферу через дюзу 29, поэтому, если отсечь поступление управляющей среды в полость 11, то давление в ней упадет до атмосферного и клапан 21 в определенный момент закроется под действием усилия от пружины 25. Для того, чтобы во время поступления управляющей среды из газовой подушки 8 криогенного резервуара 1 через открытый запорный клапан 4 его температура оставалась стабильной, управляющая среда подогревается в регенераторе 30. В импульсном клапане полость 31 между мембранами 12 оснащена устройством для контроля их герметичности, которое может быть выполнено, например, в виде визуального датчика, либо сигнализатора давления 32. Кроме того, в импульсном клапане установлено устройство для регулирования усилия пружины 5 запорного клапана 4, выполненное в виде штока 33 с резиновым кольцом 33 и нажимной шайбы 35, что позволяет легко настраивать предохранительное устройство для криогенных резервуаров на расчетное давление срабатывания.The proposed safety device for a cryogenic tank 1 (see drawing) contains a safety valve made in the form of a normally closed pneumatic valve 2, and a pulse valve made in the form of a housing 3, in which a shut-off valve 4 with a spring 5 is installed, the above-valve cavity 6 of which is piped 7 is connected to the gas cushion 8 of tank 1, and the cavity 9 under the shut-off valve 4 is connected by a pipeline 10 to the cavity 11 of the pneumatic valve 2. The body 3 of the pulse valve also contains a sensitive element in the form of two membranes 12, fixed in the body 3 and the glass 13, a rod 14 and seal 15 of the rod 14, while the cavity 16 between the lower membrane 12 and the housing 3 is connected by a pipeline 17 to the gas cushion 8 of the cryogenic tank 1, and the cavity 18 above the upper membrane 12 is connected to the atmosphere by holes 19. The inlet cavity 20 under the valve 21 of the pneumatic valve 2 is connected by a pipeline 22 with a gas cushion 8 of the cryogenic tank 1, and the outlet cavity 23 is connected to the atmosphere by pipeline 24. Valve 21 is in the closed position under the force of spring 25, while the force of spring 25 ensures the tightness of valve 21 in both warm and cold states. When the pressure of the control medium is applied to the cavity 11, the valve 21, under the action of the force created by the pressure of the control medium on the effective area of the piston 26, will open, while the piston 26 is seated with a seal 27 on the seat 28, thereby ensuring the tightness of the cavity 11 relative to the cavity 23. At the same time not a large part of the control medium will be discharged from cavity 11 into the atmosphere through nozzle 29, therefore, if the flow of control medium into cavity 11 is cut off, the pressure in it will drop to atmospheric pressure and valve 21 will close at a certain moment under the influence of force from spring 25. In order to so that during the flow of the control medium from the gas cushion 8 of the cryogenic tank 1 through the open shut-off valve 4, its temperature remains stable, the control medium is heated in the regenerator 30. In the pulse valve, the cavity 31 between the membranes 12 is equipped with a device for monitoring their tightness, which can be , for example, in the form of a visual sensor or a pressure alarm 32. In addition, the pulse valve contains a device for regulating the force of the spring 5 of the shut-off valve 4, made in the form of a rod 33 with a rubber ring 33 and a pressure washer 35, which makes it easy to adjust the safety device for cryogenic tanks at the design response pressure.

Работу предохранительного устройства рассмотрим на примере защиты от превышения давления в азотном криогенном резервуаре 1. Работа предохранительного устройства для криогенных резервуаров происходит в этом случае следующим образом.Let us consider the operation of the safety device using the example of protection against overpressure in nitrogen cryogenic tank 1. The operation of the safety device for cryogenic tanks occurs in this case as follows.

В положении, отраженном на чертеже, предохранительное устройство находится в закрытом положении, так как давление азота в газовой подушке 8 криогенного резервуара 1 соответствует рабочему значению. Повышение давления в газовой подушке 8 одновременно будет сопровождаться ростом давления в полости 16 между нижней мембраной 12 и корпусом 3 импульсного клапана, которая трубопроводом 17 соединена с газовой подушкой 8 криогенного резервуара 1, и при достижении в газовой подушке 8, а следовательно и в полости 16, давления, равного по величине давлению срабатывания предохранительного устройства, шток 14 отожмет запорный клапан 4 от седла за счет усилия от нижней мембраны 12, соединяя полость 6 над запорным клапаном 4 с полостью 9 под ним. Через образовавшееся проходное сечение из газовой подушки 8 криогенного резервуара 1 по трубопроводам 7 и 10 в полость 11 азот с давлением равным давлению в газовой подушке 8 криогенного резервуара 1 заполнит полость 11 пневмоклапана 2. В результате на поршне 26 создается усилие, которое будет превосходить усилие от пружины 25 и усилия от давления азота на клапан 21 в полости 20, соединенной трубопроводом 22 с газовой подушкой 8 криогенного резервуара 1. Это приведет к открытию клапана 21, при этом поршень 26 садиться уплотнением 27 на седло 28, обеспечивая тем самым герметичность полости 11 относительно полости 23. Открытие клапана 21 будет сопровождаться сбросом части газообразного азота из газовой подушки 8 криогенного резервуара 1 из полости 23 по трубопроводу 24 в атмосферу и, как следствие, к снижению давления как в газовой подушке 8 криогенного резервуара 1, так и в полости 16 импульсного клапана. При достижении давления азота в полости 16 импульсного клапан, равного расчетному давлению закрытия запорного клапана 4, запорный клапан 4 закроется под действием пружины 5. Это приведет к разобщению полости 11 пневмоклапана 2 от газовой подушки 8 криогенного резервуара 1 и падению давления в полости 11 пневмоклапана 2 за счет утечки азота в атмосферу через дюзу 29. В результате давление над поршнем 26 начнет уменьшаться и клапан 21 под действием пружины 25 закроется. Необходимо отметить, что при нахождении запорного клапана 4 в открытом положение давление в полости 18 над верхней мембраной 12 будет равно атмосферному, что достигается за счет уплотнителя 15 на штоке 14 и отверстиям 19, выполненным на корпусе 3 импульсного клапана, а герметичность полости 6 относительно атмосферы обеспечивается за счет резинового кольца 34, установленного на штоке 33. Для повышения надежности работы предохранительного устройства в мембранном узле импульсного клапана установлены две мембраны 12, что сохраняет работоспособность предохранительного устройства даже в случае разрушения нижней мембраны 11, при этом это будет зафиксировано с помощью, например, сигнализатора давления 32, размещенного в полости 31 между мембранами 12, и кроме того для того, чтобы во время поступления азота из газовой подушки 8 криогенного резервуара 1 через открытый запорный клапан 4 его температура оставалась стабильной, азот подогревается в за счет теплоемкости металла регенератора 30. Настраивание предохранительного устройства на расчетное давление срабатывания или его подстройку в процессе эксплуатации достигается путем регулирования усилия пружины 5 запорного клапана 4, которое осуществляется штоком 33 через нажимную шайбу 35.In the position shown in the drawing, the safety device is in the closed position, since the nitrogen pressure in the gas cushion 8 of the cryogenic tank 1 corresponds to the operating value. An increase in pressure in the gas cushion 8 will simultaneously be accompanied by an increase in pressure in the cavity 16 between the lower membrane 12 and the body 3 of the pulse valve, which is connected by pipeline 17 to the gas cushion 8 of the cryogenic tank 1, and when it reaches the gas cushion 8, and therefore in the cavity 16 , a pressure equal in magnitude to the response pressure of the safety device, the rod 14 will press the shut-off valve 4 from the seat due to the force from the lower membrane 12, connecting the cavity 6 above the shut-off valve 4 with the cavity 9 below it. Through the resulting flow section from the gas cushion 8 of the cryogenic tank 1 through pipelines 7 and 10 into the cavity 11, nitrogen with a pressure equal to the pressure in the gas cushion 8 of the cryogenic tank 1 will fill the cavity 11 of the pneumatic valve 2. As a result, a force is created on the piston 26 that will exceed the force from springs 25 and forces from nitrogen pressure on valve 21 in cavity 20 connected by pipeline 22 to the gas cushion 8 of cryogenic tank 1. This will lead to the opening of valve 21, while the piston 26 sits with a seal 27 on the seat 28, thereby ensuring the tightness of the cavity 11 relative to cavity 23. The opening of valve 21 will be accompanied by the release of part of the nitrogen gas from the gas cushion 8 of the cryogenic tank 1 from the cavity 23 through the pipeline 24 into the atmosphere and, as a consequence, to a decrease in pressure both in the gas cushion 8 of the cryogenic tank 1 and in the pulse cavity 16 valve When the nitrogen pressure in the cavity 16 of the pulse valve reaches the calculated closing pressure of the shut-off valve 4, the shut-off valve 4 will close under the action of the spring 5. This will lead to the separation of the cavity 11 of the pneumatic valve 2 from the gas cushion 8 of the cryogenic tank 1 and a drop in pressure in the cavity 11 of the pneumatic valve 2 due to nitrogen leakage into the atmosphere through nozzle 29. As a result, the pressure above piston 26 will begin to decrease and valve 21 will close under the action of spring 25. It should be noted that when the shut-off valve 4 is in the open position, the pressure in the cavity 18 above the upper membrane 12 will be equal to atmospheric pressure, which is achieved due to the seal 15 on the rod 14 and the holes 19 made on the body 3 of the pulse valve, and the tightness of the cavity 6 relative to the atmosphere is ensured by a rubber ring 34 installed on the rod 33. To increase the reliability of the safety device, two membranes 12 are installed in the membrane assembly of the pulse valve, which maintains the functionality of the safety device even in the event of destruction of the lower membrane 11, and this will be fixed using, for example , a pressure alarm 32 placed in the cavity 31 between the membranes 12, and in addition, so that during the flow of nitrogen from the gas cushion 8 of the cryogenic tank 1 through the open shut-off valve 4 its temperature remains stable, the nitrogen is heated due to the heat capacity of the metal of the regenerator 30 Setting the safety device to the design response pressure or adjusting it during operation is achieved by adjusting the force of the spring 5 of the shut-off valve 4, which is carried out by the rod 33 through the pressure washer 35.

Таким образом, предложенное техническое решение за счет исключения источника высокого давления с управляющей средой позволяет упростить конструкцию предохранительного устройства для криогенных резервуаров.Thus, the proposed technical solution, by eliminating the high pressure source with the control medium, makes it possible to simplify the design of the safety device for cryogenic tanks.

Claims

A safety device for cryogenic tanks, containing a safety valve connected to the gas cushion of the tank and equipped with a pneumatic drive, and a pulse valve made in the form of a diaphragm unit connected to the gas cushion of the tank, and a shut-off valve with a spring, characterized in that the pneumatic drive contains a seat and a piston with a sealing element, and in a pulse valve, the above-valve cavity of the shut-off valve is connected by a pipeline to the gas cushion of the reservoir, and the cavity under the shut-off valve is connected by a pipeline to the control cavity of the pneumatic actuator, which is connected to the atmosphere through a nozzle.