Предохранительный клапан – это клапан , который действует как предохранительный . Примером предохранительного клапана является предохранительный клапан (PRV), который автоматически выпускает вещество из котла , сосуда под давлением или другой системы , когда давление или температура превышают заданные пределы. Предохранительные клапаны с пилотным управлением представляют собой специализированный тип предохранительного клапана. Герметичным, более дешевым и единственным вариантом аварийного использования будет разрывная мембрана .
Предохранительные клапаны были впервые разработаны для использования на паровых котлах во время промышленной революции . Ранние котлы, работавшие без них, были склонны к взрыву , если не эксплуатировать их осторожно.
Вакуумные предохранительные клапаны (или комбинированные предохранительные клапаны давления/вакуума) используются для предотвращения разрушения резервуара во время его опорожнения или при использовании холодной промывочной воды после горячей CIP (мойка на месте) или SIP (стерилизация на месте). место) процедуры. При выборе вакуумного предохранительного клапана метод расчета не определен ни в каких нормах, особенно в сценарии горячей CIP / холодной воды, но некоторые производители [1] разработали моделирование размеров.
Термин предохранительный клапан также используется метафорически .
Самый ранний и простой предохранительный клапан использовался в паровом варочном котле 1679 года , в нем использовался груз для поддержания давления пара (эта конструкция до сих пор широко используется в скороварках ); однако их было легко подделать или случайно выпустить. На железной дороге Стоктона и Дарлингтона предохранительный клапан имел тенденцию срабатывать, когда двигатель наезжал на неровность пути. В клапане, менее чувствительном к внезапным ускорениям, использовалась пружина для сдерживания давления пара, но ее (на основе пружинного баланса Солтера ) все равно можно было завинтить, чтобы увеличить давление сверх расчетных пределов. Эту опасную практику иногда использовали, чтобы незначительно повысить производительность парового двигателя.
В 1856 году Джон Рэмсботтом изобрел пружинный предохранительный клапан с защитой от несанкционированного доступа, который стал универсальным на железных дорогах. Клапан Ramsbottom состоял из двух клапанов плунжерного типа, соединенных друг с другом подпружиненным поворотным рычагом, с одним клапанным элементом с каждой стороны шарнира. 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 рычага не была расположена симметрично между клапанами, поэтому любое затягивание пружины могло привести к подъему одного из клапанов.
Только сняв и разобрав весь клапанный узел, можно было отрегулировать его рабочее давление, что сделало невозможным импровизированное «привязывание» клапана локомотивными бригадами в поисках большей мощности. Поворотный рычаг обычно выдвигался в форме ручки и возвращался обратно в кабину локомотива, что позволяло бригадам «снять» оба клапана со своих мест, чтобы убедиться, что они установлены и работают правильно.
Предохранительные клапаны также были разработаны для защиты такого оборудования, как сосуды под давлением (с огневым или нет) и теплообменники . Термин «предохранительный клапан» следует ограничивать применением сжимаемых жидкостей (газа, пара или пара).
Двумя основными типами защиты, встречающимися в промышленности, являются тепловая защита и защита от потока .
Для сосудов с жидкостью термопредохранительные клапаны обычно характеризуются относительно небольшими размерами клапана, необходимыми для обеспечения защиты от избыточного давления, вызванного тепловым расширением. В этом случае достаточно небольшого клапана, поскольку большинство жидкостей практически несжимаемы, и поэтому относительно небольшое количество жидкости, выпускаемое через предохранительный клапан, приведет к существенному снижению давления.
Защита потока характеризуется предохранительными клапанами, которые значительно больше, чем те, которые установлены для тепловой защиты. Они обычно рассчитаны на использование в ситуациях, когда значительные количества газа или большие объемы жидкости должны быть быстро сброшены, чтобы защитить целостность резервуара или трубопровода. Альтернативно эту защиту можно обеспечить путем установки высоконадежной системы защиты от давления (HIPPS).
В нефтеперерабатывающей , нефтехимической , химической промышленности , переработке природного газа , производстве электроэнергии , пищевой промышленности, производстве напитков, косметической и фармацевтической промышленности термин « предохранительный клапан» связан с терминами предохранительный клапан (PRV), предохранительный клапан давления (PSV) и предохранительный клапан . клапан . Общий термин — предохранительный клапан (PRV) или предохранительный клапан (PSV). PRV и PSV — это не одно и то же, несмотря на то, что думают многие; разница в том, что PSV имеют ручной рычаг для открытия клапана в случае чрезвычайной ситуации.
РВ, СВ и СРВ – пружинные (даже подпружиненные). ЛПСВ и ВПСВ имеют пружинный или весовой привод.
В большинстве стран по закону предприятия обязаны защищать сосуды под давлением и другое оборудование с помощью предохранительных клапанов. Кроме того, в большинстве стран необходимо соблюдать нормы проектирования оборудования, такие как стандарты ASME , API и других организаций, таких как ISO (ISO 4126). Эти нормы включают стандарты проектирования предохранительных клапанов и графики периодических проверок и испытаний после снятия клапанов инженером компании. [3] [4]
Сегодня пищевая промышленность, производство напитков, косметическая, фармацевтическая и химическая промышленность требуют гигиенических предохранительных клапанов, полностью дренируемых и допускающих очистку на месте. Большинство из них изготовлены из нержавеющей стали; гигиенические нормы в основном составляют 3А в США и EHEDG в Европе.
.jpg/1280px-Lever_safety_valve_(Heat_Engines,_1913).jpg)
Первый предохранительный клапан был изобретен Дени Папеном для своего парового варочного котла — скороварки, а не двигателя. [5] Груз, действующий через рычаг, удерживал круглый пробковый клапан в паровом сосуде. При использовании рычага « безмена » требовался меньший вес, а также давление можно было легко регулировать, перемещая один и 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 органов управления машиниста и требовали постоянного внимания в зависимости от нагрузки на двигатель. Во время знаменитого взрыва в Гринвиче в 1803 году один из стационарных двигателей высокого давления Тревитика взорвался, когда мальчик, обученный управлять двигателем, оставил его ловить угрей в реке, не освободив предварительно предохранительный клапан от рабочей нагрузки. [8] К 1806 году Тревитик устанавливал пары предохранительных клапанов: один внешний клапан для регулировки водителя и один, запечатанный внутри котла с фиксированным весом. Его нельзя было регулировать, и он срабатывал под более высоким давлением, что было задумано как гарантия безопасности. [9]
При использовании на локомотивах эти клапаны гремели и протекали, выпуская почти непрерывные клубы отработанного пара.
.jpg/1280px-Deadweight_safety_valve_section_(Heat_Engines,_1913).jpg)
Рычажный предохранительный клапан хоть и был удобен, но слишком чувствителен к движению паровоза. Поэтому в ранних паровозах использовалось более простое расположение грузов, уложенных непосредственно на клапан. Для этого потребовалась меньшая площадь клапана, чтобы сохранить управляемый вес, которого иногда оказывалось недостаточным для сброса давления в оставленном без присмотра котле, что приводило к взрывам . Еще большую опасность представляла легкость, с которой такой клапан можно было закрепить, чтобы увеличить давление и, следовательно, мощность двигателя, с дополнительным риском взрыва. [10]
Хотя противовесные предохранительные клапаны имели короткий срок службы на паровозах, они продолжали использоваться на стационарных котлах до тех пор, пока сохранялась паровая энергия. [11]
Утяжеленные клапаны были чувствительны к подпрыгиваниям из-за жесткой езды первых локомотивов. Одним из решений было использование легкой пружины вместо груза. Это было изобретение Тимоти Хакворта на его Королевском Джордже 1828 года. [12] Из-за ограниченности металлургии того периода в первых пружинных клапанах Хакворта использовалась гармошка из нескольких листовых пружин . [13]
Эти пружинные клапаны прямого действия можно регулировать, затягивая гайки, удерживающие пружину. Чтобы избежать взлома, их часто закрывали высокими латунными кожухами, которые также отводили пар от бригады локомотива.
.jpg/1280px-Spring_balance_(Steam_and_the_Steam_Engine,_Evers).jpg)
Весы Солтера с винтовой пружиной для взвешивания были впервые изготовлены в Великобритании примерно в 1770 году. [14] При этом использовались недавно разработанные пружинные стали , чтобы сделать мощную, но компактную пружину цельной. Опять же, используя рычажный механизм, такой пружинный баланс можно было применить к значительной силе предохранительного клапана котла.
Пружинный балансировочный клапан также выполнял функцию манометра. Это было полезно, поскольку предыдущие манометры представляли собой громоздкие ртутные манометры , а манометр Бурдона еще не был изобретен. [15]
Риск того, что пожарные отключат предохранительный клапан, сохранялся. [16] [17] Этому способствовало то, что они были оснащены легко регулируемыми барашковыми гайками, а практика регулировки рабочего давления котла с помощью предохранительного клапана была общепринятой практикой еще в 1850-х годах. [18] [19] Позже в клапанах Солтера было принято устанавливать их парами: один регулируемый и часто калибруемый для использования в качестве манометра, другой запечатанный внутри запертой крышки для предотвращения взлома.
Парные клапаны также часто настраивались на несколько разные давления: небольшой клапан в качестве меры контроля, а запираемый клапан увеличивался и постоянно настраивался на более высокое давление в качестве меры безопасности. [12] [20] Некоторые конструкции, например, проект Синклера для железной дороги восточных графств в 1859 году, имели пружину клапана со шкалой давления позади купола, обращенную к кабине, и запертый клапан перед куполом, вне досягаемости вмешательство. [21]
_(Heat_Engines,_1913).jpg/1280px-Ramsbottom_safety_valve_(side_only)_(Heat_Engines,_1913).jpg)
В 1855 году Джон Рэмсботтом , впоследствии начальник локомотива LNWR , описал новую форму предохранительного клапана, предназначенную для повышения надежности и особенно для защиты от несанкционированного доступа. Использовалась пара пробковых клапанов, удерживаемых общим подпружиненным рычагом между ними с единственной центральной пружиной. Этот рычаг был характерно вытянут назад и на ранних локомотивах часто доходил до кабины.
Вместо того, чтобы препятствовать использованию пружинного рычага пожарными, клапан Рэмсботтома поощрял это. Поочередное покачивание рычага освобождало клапаны и проверяло, не застрял ли ни один из них на своем седле. [22] Даже если пожарный удерживал рычаг и увеличивал силу на заднем клапане, на переднем клапане происходило соответствующее уменьшение силы. [12] [23]
Были произведены различные формы клапана Ramsbottom. Некоторые из них представляли собой отдельные фитинги к котлу через отдельные проходы. [23] Другие содержались в U-образном корпусе, прикрепленном к единственному отверстию в корпусе котла. По мере увеличения диаметра котла некоторые формы были даже установлены внутри корпуса котла: пружины располагались в выемке внутри, а наружу выступали только клапаны и уравновешивающий рычаг. [23] У них были очевидные недостатки, связанные с простотой обслуживания. [24]
Недостатком типа Рэмсботтом была его сложность. Плохое обслуживание или неправильная сборка связи между пружиной и клапанами может привести к тому, что клапан перестанет правильно открываться под давлением. Клапаны могут удерживаться на своих седлах и не открываться или, что еще хуже, не позволять клапану открываться, но недостаточно для выпуска пара с достаточной скоростью, и поэтому это не будет очевидной и заметной неисправностью. [25] Неправильная сборка именно такого характера привела к смертельному взрыву котла в 1909 году в Кардиффе на железной дороге Римни , хотя котел был почти новым, ему было всего восемь месяцев. [26]
Клапаны Нейлора были представлены примерно в 1866 году. Коленчатая рукоятка уменьшала деформацию (процентное растяжение) пружины, тем самым поддерживая более постоянную силу. [примечание 1] Они использовались L&Y и NER . [27]
Все предыдущие конструкции предохранительных клапанов открывались постепенно и имели тенденцию выпускать «перо» пара по мере приближения к «выдуванию», даже если давление было ниже. Когда они открывались, они сначала делали это частично и не выпускали пар быстро, пока давление в котле не достигло значительного избыточного давления. [12]
Решением этой проблемы стал быстрооткрывающийся «поп» клапан. Их конструкция была простой: существующий клапан с круглой пробкой был заменен на форму перевернутого «цилиндра» с увеличенным верхним диаметром. Они помещались в ступенчатое сиденье 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 начать действовать на больший край. Эта большая площадь превзошла силу пружины, и клапан с хлопком полностью открылся. Выходящий пар на этом большем диаметре также удерживал клапан открытым до тех пор, пока давление не упадет ниже того, при котором он первоначально открылся, обеспечивая гистерезис . [12]
Эти клапаны совпали с изменением режима стрельбы. Вместо того, чтобы демонстрировать свою мужественность, всегда показывая перо на клапан, пожарные теперь старались избегать шумного взрыва, особенно вокруг станций или под большой крышей крупной станции. В основном это было сделано по указанию начальников станций, но пожарные также понимали, что любая продувка через поршневой клапан приводит к потере нескольких фунтов давления в котле; потери оцениваются в 20 фунтов на квадратный дюйм и 16 фунтов или более перелопаченного угля. [примечание 2] [12]
Поп-клапаны, созданные на основе патента Адамса 1873 года, с удлиненной кромкой. Клапаны Р. Л. Росса были запатентованы в 1902 и 1904 годах. Сначала они были более популярны в Америке, но получили широкое распространение с 1920-х годов. [28]
Хотя эффектные полированные латунные крышки над предохранительными клапанами были характерной чертой паровозов со времен Стивенсона, единственной железной дорогой, сохранившей эту традицию в эпоху поп-клапанов, была GWR с их характерными коническими латунными крышками предохранительных клапанов и дымоходами с медными крышками.
Развитие водотрубных котлов высокого давления для морского применения предъявляет повышенные требования к предохранительным клапанам. Требовались клапаны большей мощности для безопасного стравливания высокой паропроизводительности этих больших котлов. [29] По мере того, как усилие на их клапаны увеличивалось, проблема увеличения жесткости пружины по мере увеличения ее нагрузки (как у клапана Нейлора) становилась все более важной. [30] Необходимость уменьшения флюгирования клапанов стала еще более важной в случае котлов высокого давления, поскольку это означало как потерю дистиллированной питательной воды , так и загрязнение седел клапанов, что приводило к их износу. [29]
Предохранительные клапаны высокого подъема представляют собой пружины прямого действия, хотя пружина опирается не непосредственно на клапан, а на шток клапана с направляющим стержнем. Клапан находится под основанием штока, пружина опирается на фланец, расположенный на некоторой высоте над ним. Увеличенное пространство между самим клапаном и седлом пружины позволяет клапану подниматься выше и дальше от седла. Это дает расход пара через клапан, эквивалентный клапану в полтора-два раза большему (в зависимости от детального проекта). [30]
Конструкция Cockburn Improved High Lift имеет те же характеристики, что и модель Ross Pop. Выхлопной пар частично задерживается на выходе и воздействует на основание седла пружины, увеличивая подъемную силу клапана и удерживая клапан в дальнейшем открытым. [30]
Для оптимизации потока через клапан заданного диаметра используется полнопроходная конструкция. Он имеет сервопривод , при котором пар проходит через узкий регулирующий проход, если он проходит через небольшой регулирующий клапан. Этот пар затем не выбрасывается, а подается на поршень, который используется для открытия главного клапана. [29]
Существуют предохранительные клапаны, известные как PSV, которые можно подключать к манометрам (обычно с фитингом BSP 1/2 дюйма). Они позволяют создавать сопротивление давлению для ограничения давления, оказываемого на манометрическую трубку, что приводит к предотвращению чрезмерного давления. Вещество, введенное в манометр, если оно находится под избыточным давлением, будет отведено через трубку предохранительного клапана и выброшено из манометра.
Существует широкий спектр предохранительных клапанов, имеющих множество различных применений и критериев эффективности в разных областях. Кроме того, для многих видов предохранительных клапанов установлены национальные стандарты.
На водонагревателях необходимы предохранительные клапаны , которые в определенных конфигурациях предотвращают катастрофу в случае выхода из строя термостата . Такой клапан иногда называют «клапаном T&P» (клапан температуры и давления). До сих пор случаются случайные и впечатляющие поломки старых водонагревателей, в которых отсутствует это оборудование. Дома можно сравнять с землей силой взрыва. [33]
Скороварки представляют собой кастрюли с герметичной крышкой. Приготовление под давлением позволяет температуре подняться выше нормальной точки кипения воды (100 градусов по Цельсию на уровне моря ), что ускоряет приготовление и делает его более тщательным.
Скороварки обычно имеют два предохранительных клапана для предотвращения взрыва. В старых конструкциях одно из них представляет собой сопло, на котором установлен груз. Другой представляет собой герметичную резиновую втулку , которая выбрасывается в результате контролируемого взрыва, если первый клапан блокируется. В скороварках нового поколения, если отверстие для выпуска пара блокируется, предохранительная пружина выбрасывает избыточное давление, а если это не удается, прокладка расширяется и сбрасывает избыточное давление вниз между крышкой и кастрюлей.
Скороварки нового поколения имеют защитную блокировку , которая блокирует крышку, когда внутреннее давление превышает атмосферное давление, чтобы предотвратить несчастные случаи из-за внезапного выброса очень горячего пара, еды и жидкости, что могло бы произойти, если бы крышку пришлось снять, когда кастрюля все еще стоит. внутри находится небольшое давление (однако крышку будет очень трудно открыть или невозможно будет открыть, пока кастрюля все еще находится под давлением).
Самое низкое давление, проявленное «когда винт находился вне воды» (как называют это противники принципа), составляло 34 фунта, а на весах Солтера - до 60 фунтов.
