К техническим относятся требования прочности конструкции при заданных энергетических параметрах рабочей среды (давление, температура); коррозионная стойкость материала против химического воздействия рабочей среды; соответствие размеров условного диаметра прохода и присоединительных (магистральных) патрубков соответствующим размерам трубопровода; соответствие конструкции устройства его функциональному назначению; обеспечение требуемых гидравлических параметров и характеристик (пропускная способность); обеспечение требуемого быстродействия; соответствие вида энергии, применяемой для управления устройством, имеющимся источникам энергии (электрическая, сжатый воздух, минеральное масло под давлением, рабочая среда, транспортируемая по трубопроводу). Оцениваются также габаритные размеры устройства, определяющие размеры помещения или пространства, необходимого для его размещения, удобство и способ управления, параметры надежности.
К экономическим требованиям относятся: стоимость конструкции; стоимость эксплуатации, ремонта, замены изношенных деталей, технического обслуживания, стоимость требуемого помещения; стоимость продуктов (рабочей среды), потерянных через возможные не плотности в запорном органе, сальнике и через разрушенную мембрану после ее разрыва; стоимость простоя оборудования, вызванного необходимостью выполнения ремонта или замены установленного устройства.
Если предъявляемым требованиям может удовлетворять несколько конструкций, окончательное решение принимается на основании сравнительной оценки конкурирующих вариантов. Первым этапом является установление возможности использования конструкции, серийно выпускаемой промышленностью, и лишь при отсутствии требуемой, подготавливаются данные для ее проектирования и изготовления по специальному заказу.
На трубопроводах, транспортирующих горючие, легковоспламеняющиеся нефтепродукты или активные газы и жидкости с токсичными свойствами, рекомендуется применять конструкции, специально предназначенные для этих сред в заданных рабочих условиях. Применение конструкций общего назначения допускается только при условии соответствия их, а также материалов деталей требованиям надежной и безопасной эксплуатации. Для агрессивных сред допускается применение деталей с нанесенными на их поверхности коррозионностойкими металлическими и неметаллическими покрытиями. Условный диаметр прохода в подавляющем большинстве случаев бывает равен диаметру прохода трубопровода.
Для взрыво- и пожароопасных, токсичных или особо чистых сред применяются конструкции с сильфонным уплотнением штоков, оно предусматривается также при требованиях вакуумирования системы. На передвижных установках (цистернах) предохранительные клапаны и ограничители налива (регуляторы уровня) общетех¬нических конструкций применять не рекомендуется, так как они не предназначены для работы в условиях вибраций. К устройствам, работающим на линиях с токсичными, пожаро- и взрывоопасными средами, предъявляются повышенные требования герметичности запорного органа, сальника (сильфона) и разъемных соединений крышки с корпусом и присоединительных патрубков.
Крепление защитных и предохранительных устройств к трубопроводу наиболее часто обеспечивается фланцевыми соединениями, которые допускают быструю замену или снятие для ремонта. Тип фланцевого соединения и материал прокладки выбирают в зависимости от условий эксплуатации изделия, давления, температуры и коррозионных свойств рабочей среды. В трубопроводах малого диаметра прохода (Ду<80 p="">
Однако область его применения ограничивается рядом присущих ему недостатков, к которым относятся следующие: трудность монтажа изделия на трубопроводе в связи с необходимостью свинчивать отрезок трубы, штуцер или само изделие; возможность образования неразъемного соединения в результате коррозии соприкасающихся в резьбе поверхностей; сложность изготовления резьбы большого диаметра и большой момент, необходимый при сборке резьбового соединения большого диаметра. Резьбовое соединение выбирают лишь когда демонтаж изделия маловероятен. Фланцевое присоединение является универсальным и часто применяется, если предполагается, что потребуется снимать изделие для ремонта или замены. Наиболее надежное и герметичное соединение достигается сваркой, и она широко применяется для стали во всех случаях, где это допустимо.
Во фланцевых соединениях при ру<2,5 300="">2,5 МПа (независимо от температуры) и при температуре свыше 300 °С (независимо от давления) используются шпильки с гайками.
Для оценки условий эксплуатации защитно-предохранительных устройств важное значение имеют физические и химические свойства рабочей среды. Вязкость жидких нефтепродуктов может находиться в широком диапазоне значений. Динамическая вязкость жидкости измеряется в паскаль-секундах (Пахс). Для оценки вязкости нефтепродуктов используют значения условной вязкости, которые определяются как отношение времени истечения 200 мл испытуемого нефтепродукта из вискозиметра Энглера при температуре испытания (вязкость нефтепродуктов зависит от температуры) ко времени истечения такого же объема дистиллированной воды при 20 °С, являющемуся водным числом прибора. Это отношение, выраженное в условных градусах, обозначается ВУ.
Большое значение для механизмов, работающих в нефтепродуктах, имеет маслянистость жидкости, способствующая снижению трения. Бензин как растворитель минеральной смазки обнажает металл и в подвижных сопряжениях создает условия для трения без смазки. Повышенная вязкость создает затруднения при транспортировании нефтепродуктов по трубам и через предохранительные клапаны из-за большого внутреннего трения жидкости и, как следствие, большого гидравлического сопротивления местных гидравлических препятствий. Очень вязкие нефтепродукты транспортируются в подогретом виде. Вязкость нефтепродуктов обусловливает парафин, содержание которого в нефти колеблется от десятых долей до 15%. По содержанию парафина нефти делятся на три вида: малопарафинистые (до 1,5%); парафинистые (1,51—6,0%) и высокопарафинистые (более 6%).
На условия эксплуатации защитно-предохранительных устройств, например клапана СМДК, оказывает влияние коррозионное воздействие нефтепродуктов, связанное с содержанием в них кислот, воды, серы и сероводорода. Кислотность нефтепродуктов оценивается кислотным числом, которое определяется количеством миллиграммов КОН, требующимся для нейтрализации 1 мл нефтепродукта. Обычно оно не превышает 0,02—0,07.
Основными техническими средствами охраны труда, служащими для коллективной защиты работающих, являются защитные устройства.
Защитными устройствами называются устройства, применяемые для предотвращения или уменьшения воздействия на работающих опасных и вредных производственных факторов. В частности, защитные устройства предупреждают попадание человека в опасную зону.
Опасной зоной считается пространство, в котором постоян-. но действует или периодически возникает ситуация, опасная для жизни и здоровья работающего.Х)пасная зона может быть ограниченной (локализованной вокруг опасного элемента оборудования) и неограниченной, изменяющейся в пространстве и времени (например, пространство под транспортируемым грузом и т. п.).
Кроме защиты человека защитные устройства предохраняют оборудование от аварий, создают необходимую согласованность действий человека и машины, предупреждают последствия ошибочных действий персонала, служат для автоматизации работы оборудования и т. п.
Защитные устройства весьма разнообразны по принципу действия и конструктивному исполнению. В некоторой степени условно их можно подразделить на: оградительные, блокировочные, предохранительные, специальные, тормозные, автоматического контроля и сигнализации, дистанционного управления.
Оградительные устройства представляют собой физическую преграду между человеком и опасным или вредным производственным фактором. Это всевозможные кожухи, щиты, экраны, козырьки, планки, барьеры. Благодаря простоте конструкции, малой стоимости и надежности они нашли широкое применение в технике.
По способу установки ограждения могут быть стационарными или передвижными, неподвижными и подвижными (откидными, раздвижными, съемными).
Ограждение должно иметь простую и компактную конструкцию, отвечать требованиям эстетики, само не быть источником опасности и не ограничивать технологические возможности оборудования. Ограждения желательно выполнять в виде сплошных кожухов, щитов, экранов. Допускается использование металлических сеток и решеток при условии обеспечения постоянства формы и необходимой жесткости. Ограждение не должно терять своих защитных свойств под воздействием возникающих при эксплуатации оборудования факторов, таких, например, как вибрация, высокая температура и др.
Если оборудование не должно эксплуатироваться без ограждения. то необходимо предусматривать блокировку, останавливающую работу оборудования при снятом, открытом или находящемся в другом нерабочем состоянии ограждении.
/Блокировкой называется совокупность методов и средств, обеспечивающих закрепление рабочих органов (частей) аппаратов, машин или элементов электрических схем в определенном состоянии, которое сохраняется и после снятия блокирующего воздействия.
Блокировочные устройства применяются для предотвращения аварийных и травмоопасных ситуаций.
Существует очень много видов блокировочных устройств. Некоторые из них, иногда называемые запретно-разрешающими, препятствуют неправильному включению и выключению аппаратов, механизмов, регулирующих, пусковых и запорных устройств, не допускают включения машины при снятом ограждении, а также препятствуют другим неправильным действиям обслуживающего персонала.
Другие блокировочные устройства (аварийные) предотвращают развитие аварийной ситуации, автоматически отключая определенные участки технологической системы или включая специальные сбрасывающие устройства и т. п.По принципу действия блокировочные устройства подразделяются на механические, электронные, электромагнитные, электрические, пневматические, гидравлические, оптические и комбинированные. Например, механическая блокировка, препятствующая включению агрегата при снятом ограждении, может быть осуществлена с помощью специальных стопоров, защелок или замков. Однако механические блокировки сложны по устройству и поэтому применяются редко.
Широко используется электрическая блокировка, осуществляемая с помощью электрических связей цепей управления, контроля и сигнализации блокируемого оборудования. Такие блокировки в основном применяются для предотвращения неправильного включения отдельных механизмов или частей оборудования. Электрическая блокировка съемных или откидных ограждений сравнительно просто решается установкой конечных выключателей. При снятии или неправильной установке ограждений она отключает цепи управления электродвигателя привода.*
Широко применяются сейчас блокировки, основанные на фотоэлектрическом эффекте. Преимуществом фотоэлектрической защиты является отсутствие каких-либо мешающих или затемняющих рабочую зону ограждений. Действие такой защиты основано на том, что луч света, проходя через опасную зону, попадает на фотоэлемент. При перекрытии луча каким-либо предметом прекращается освещение фотоэлемента, электрическая цепь разрывается и машина (станок) останавливается.
Предохранительными называются устройства, обеспечивающие безопасную эксплуатацию оборудования ограничением скоростей, давлений, температур, электрического напряжения, механических нагрузок и других факторов, которые могут разрушить оборудование и привести к несчастным случаям. Предохранительные устройства должны автоматически с минимальным инерционным запаздыванием срабатывать при выходе контролируемого параметра за допустимые пределы.
В зависимости от природы опасного фактора предохранительные устройства можно подразделить на несколько групп.
К предохранителям от механических перегрузок относятся срезающиеся шпильки и штифты, фрикционные муфты, центробежные регуляторы. Срезающимися шпильками, рассчитанными на определенную нагрузку, шкив или шестерня соединяется с приводным валом. Если нагрузка превысит допустимую, то шпилька разрушается (срезается) и шкив или шестерня начинают вращаться вхолостую. Для пуска машины необходимо заменить шпильки.
Фрикционные муфты позволяют регулировать значение допустимого крутящего момента и автоматически начинают работать, как только нагрузка приходит в норму. Паровые и газовые турбины, детандеры, дизели снабжаются центробежными регуляторами, которые ограничивают подачу рабочего вещества в машину при увеличении частоты вращения.К предохранителям от превышения давления пара и газа относятся предохранильные клапаны и разрывные мембраны, принцип действия которых описан выше. Основным требованием, предъявляемым к предохранительным клапанам, является безотказность автоматического открывания клапана при определенном заданном давлении (давлении срабатывания) и пропускание рабочей среды в таких количествах, чтобы дальнейший рост давления в системе был исключен. Кроме того, предохранительный клапан должен безотказно автоматически закрываться при давлении, не нарушающем технологический процесс в системе, а также сохранять герметичность в закрытом состоянии.
Для защиты сосудов и аппаратов от очень быстрого или даже мгновенного повышения давления применяются предохранительные мембраны, которые в зависимости от характера их разрушения при срабатывании делятся на разрывные, срезные, ломающиеся, хлопающие, отрывные и специальные. Наибольшее распространение имеют разрывные мембраны - плоские и предварительно выпученные (куполообразные). Принцип действия разрывной мембраны основан на ее разрушении под действием нагрузки, превышающей предел прочности материала мембраны. Куполообразные мембраны бывают разрывными и выщелкивающими. Разрывные мембраны устанавливают вогнутой поверхностью в сторону давления выщелкивающие - наоборот.
Ограничители перемещения
применяются для предотвращения движения частей какого-либо механизма или целой машины за установленные пределы или габариты. К ним относятся концевые выключатели (ограничители хода) и упоры.
Они, например, применяются на грузоподъемных кранах для ограничения высоты подъема крюковой обоймы и ограничения передвижения самого крана, на металлорежущих станках для ограничения движения суппорта и т. п.
Предохранители от превышения силы электрического тока применяются для предотвращения короткого замыкания, разрушения электрической изоляции и т. п. Действие плавких предохранителей (пробочных или трубчатых) основано на перегорании плавкой вставки при увеличении электрического тока сверх допустимого. Существуют также автоматические предохранители с тепловыми реле. Автоматы с электромагнитными расцепителями при недопустимом токе производят мгновенное отключение линии (отсечку).
Автоматы с комбинированными расцепителями имеют и тепловую и элекромагнитную отсечку.К специальным устройствам безопасности относятся системы защиты от поражения электрическим током, ловители в лифтах и других подъемниках, двурукое включение на прессах, блок-замки, улавливатели инструмента и материалов, ограничители массы поднимаемого груза, ограничители вращения и крена кранов и многие другие.
Защитная блокировка, основанная на принципе занятости обеих рук оператора во время включения и рабочего хода оборудования, находит широкое применение, в частности на прессовом оборудовании. Недостатком этого вида блокировки является возможность пуска оборудования при выходе из строя или преднамеренном деблокировании (заклинивании) одной из пусковых кнопок (рукояток).
К устройствам автоматического контроля и сигнализации относятся устройства, предназначенные для контроля, передачи и воспроизведения информации с целью привлечения внимания обслуживающего персонала и принятия им необходимых решений при появлении или возможности возникновения опасного или вредного производственного фактора.)Эти устройства по назначению подразделяются на информационные, предупреждающие, аварийные и ответные; по характеру сигнала - на звуковые, световые, цветовые, знаковые и комбинированные; по характеру передачи сигнала - на постоянные и пульсирующие. По способу срабатывания они бывают автоматическими и полуавтоматическими.
Эти сигнализирующие устройства контролируют давление, высоту, расстояние, температуру, влажность, содержание в воздухе вредных веществ, шум, вибрацию, скорость движения, скорость ветра, вылет стрелы крана, частоту оборотов, вредные излучения и т. п.
"Большое распространение имеет световая и звуковая сигнализация. Световая сигнализация в электроустановках предупреждает о наличии или отсутствии напряжения, штатном режиме автоматических линий, маневрах средств транспорта и т. п. Звуковые сигналы подаются с помощью сирен, звонков, свистков, гудков. Звук сигнала должен сильно отличаться от обычного шума, характерного для данной производственной обстановки. Звуковыми сигналами снабжаются подъемные и транспортные установки; агрегаты, обслуживаемые группой рабочих; опасные зоны и др. Звуковые сигналы могут применяться для предупреждения о достижении предельно допустимой концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны, предельно допустимого уровня жидкости в резервуарах, предельных температур и давлений в различных установках.
К сигнализирующим устройствам относятся также различные приборы-указатели: манометры, термометры, вольтметры, амперметры и др.
Человек хорошо воспринимает и запоминает зрительные образы и различные цвета. На этом основано широкое использование на предприятиях цвета в качестве закодированного носителя информации об опасности. Цвета сигнальные и знаки безопасности регламентированы ГОСТ 12.4.026-79 (рис. 28, а-ж).
Устройства дистанционного управления предназначены для управления технологическим процессом или производственным оборудованием за пределами опасной зоны. Эти устройства могут быть стационарными и передвижными.
Рисунок 27 – Схема маятникового сигнализатора крана СКМ-3.
Устройства, обеспечивающие безопасную эксплуатацию машин и оборудования посредством ограничения скорости, давления, температуры, электрического напряжения, механической нагрузки и других факторов, которые способствуют возникновению опасных ситуаций, называют предохранительными. Они должны срабатывать автоматически с минимальным инерционным запаздыванием при выходе контролируемого параметра за допустимые пределы.
Предохранителями от механических перегрузок служат срезные шпильки и штифты, пружинно-кулачковые, фрикционные и зубчато-фрикционные муфты, центробежные, пневматические и электронные регуляторы.
Шкив, звездочку или шестерню, расположенные на ведущем валу, соединяют с приводным (ведомым) валом срезными шпильками или штифтами, рассчитанными на определенную нагрузку. Если последняя превысит допустимое значение, то шпилька разрушается и ведущий вал начинает вращаться вхолостую. После устранения причины появления таких нагрузок срезанную шпильку заменяют новой.
Диаметр штифта, мм, предохранительной муфты, который обычно изготовляют из стали 45 или 65 Г,
где Mр — расчетный момент, Н*м; R — расстояние между осевыми линиями передающих валов и штифта, м; τср — предел прочности на срез, МПа (для стали 45 и 65 Г в зависимости от вида термообработки при статической нагрузке τср = = 145...185 МПа; при пульсирующей нагрузке τср = 105...125 МПа; при симметричной знакопеременной нагрузке τср = 80...95 МПа); для расчетов рекомендуют принимать меньшие значения.
Обычно расчетный момент Мр принимают на 10...20 % выше предельного допустимого момента Mпp, т. е.
Мр = (1,1...1,2)Мпр.
Муфты фрикционного типа автоматически срабатывают в случае превышения вращающего момента, на который их предварительно настраивают. Условие выключения, например, зубчато-фрикционной предохранительной муфты:
где Mр — расчетный вращающий момент, Н м; Mпред — предельно допустимый вращающий момент, Н*м; а —угол наклона боковой поверхности кулачка (α = 25...35°); β —угол трения боковой поверхности кулачка (β = 3...5°); D — диаметр окружности точек приложения окружного усилия к кулачкам, м; d — диаметр вала, м; f1 —коэффициент трения в шпоночном соединении подвижной втулки (f1 = 0,1...0,15).
Предохранительные муфты для цепных и ременных передач сельскохозяйственных машин с зубчато-фрикционными шайбами стандартизированы.
Дизели, паровые и газовые турбины, детандеры снабжают регуляторами частоты вращения, в основном центробежного типа. Для предотвращения опасного для машины и обслуживающего персонала повышения частоты вращения коленчатого вала посредством ограничения подачи топлива или пара служит регулятор.
Концевые выключатели необходимы для предупреждения поломок оборудования, возникающих при переходе движущихся частей за установленные пределы, ограничения перемещения суппорта на металлорежущих станках, для пути движения груза в вертикальной и горизонтальной плоскостях при работе грузоподъемных механизмов и т. д.
Ловители применяют на грузоподъемных и транспортирующих машинах, в лифтах для удержания поднятого груза в неподвижном состоянии даже при наличии самотормозящих тормозных систем, которые при износе или неправильном уходе могут утратить свою работоспособность. Различают храповые, фрикционные, роликовые, клиновые и эксцентриковые ловители.
Во избежание превышения давления пара или газа используют предохранительные клапаны и мембраны. Предохранительные клапаны бывают по виду грузовыми (рычажными), пружинными и специальными; конструкции корпуса — открытые и закрытые; способу размещения — одинарные и двойные; высоте подъема — низкоподъемные и полноподъемные.
Рычажные клапаны (рис. 7.3, а) имеют относительно небольшую пропускную способность и при превышении давления сверх допустимого значения выбрасывают рабочий газ или пар в окружающую среду.
Рис. 7.3. Схемы предохранительных рычажных (о), пружинных (б) клапанов и мембран (в и г):
1 — натяжной винт; 2 — пружина; 3 — тарелка клапана
Поэтому в сосудах, работающих под давлением токсичных или взрывоопасных веществ, обычно устанавливают пружинные клапаны закрытого типа (рис. 7.3, б), сбрасывающие вещество в специальный, соединенный с аварийной емкостью трубопровод. Регулируют рычажный клапан на предельно допустимое значение по манометру путем изменения массы груза т или расстояния b от оси клапана до груза. Пружинный клапан регулируют с помощью натяжного винта 1, изменяющего усилие прижатия тарелки клапана 3 пружиной 2. Основной недостаток предохранительных клапанов — их инерционность, т. е. обеспечение защитного действия только при постепенном нарастании давления в сосуде, на котором они установлены.
Для определения проходного сечения предохранительных клапанов используют теорию истечения газов из отверстия. Рассмотрим следующую зависимость:
где Q — пропускная способность клапана, кг/ч; μ — коэффициент истечения (для круглых отверстий μ = 0,85); SK — площадь сечения клапана, см2; р — давление под клапаном, Па; g = 9,81 см/с2 — ускорение свободного падения; М — молекулярная масса газов или паров, проходящих через клапан; k = cpcv — отношение теплоемкостей при постоянном давлении и постоянном объеме (для водяного пара k= 1,3; для воздуха k = 1,4); Л —газовая постоянная, кДж/(кг*К), для водяного пара R = = 461,5 кДж/(кг*К); для воздуха R = 287 кДж/(кг*К); Т— абсолютная температура среды в защищаемом сосуде, К.
Подставив в последнюю формулу значения μ, g, R и среднее значение k при известном значении Q, можно определить площадь сечения предохранительного клапана, см2,
SK=Q/(216p√ M/T).
Число и суммарное сечение предохранительных клапанов находят из выражения
ndкhк = kкQк/pк,
где п — число клапанов (на котлах паропроизводительностью ≤ 100 кг/ч допускается установка одного предохранительного клапана, при паропроизводительности котла более 100 кг/ч его снабжают не менее чем двумя предохранительными клапанами); dк — внутренний диаметр тарелки клапана, см (dк = 2,5...12,5 см); hк — высота подъема клапана, см; kк — коэффициент (для клапанов с малой высотой подъема при hк≤ 0,05dк kк = 0,0075; для полноподъемных клапанов при 0,05dк < hк≤ 0,25dк kк = = 0,015); Qк — производительность котла по пару при максимальной нагрузке, кг/ч; рк — абсолютное давление пара в котле, Па.
Для защиты сосудов и аппаратов от очень быстрого и даже мгновенного повышения давления применяют предохранительные мембраны (рис. 7.3, в и г), которые в зависимости от характера их разрушения при срабатывании делят на разрывные, срезные, ломающиеся, хлопающие, отрывные и специальные. Наиболее распространены разрывные мембраны, разрушающиеся под действием давления, значение которого превышает предел прочности материала мембраны.
Мембранные предохранительные устройства изготовляют из различных материалов: чугуна, стекла, графита, алюминия, стали, бронзы и др. Тип и материал мембраны выбирают с учетом условий эксплуатации сосудов и аппаратов, на которые их устанавливают: давления, температуры, фазового состояния и агрессивности среды, скорости нарастания давления, времени сброса избыточного давления и др.
Для обеспечения работы мембраны необходимо определить толщину пластин мембраны в зависимости от значения разрушающего давления. Пропускная способность, кг/с, мембранных предохранительных устройств при повышении давления в защищаемом сосуде:
Qм=0,06Sрабpпр√ M/Tг,
где Sраб — рабочее (проходное) сечение, см2; рпр — абсолютное давление перед предохранительным устройством, Па; Тг — абсолютная температура газов или паров, К.
Необходимая толщина рабочей части ломающейся мембраны, мм,
Рис. 7.4. Схема работы водяного
затвора низкого
давления:
а — при нормальной работе: б— при обратном ударе;
1—запорный
клапан; 2— газоотводящая трубка; 3 — воронка;
4— предохранительная
трубка; 5— корпус; 6— контрольный клапан
b = ppdплkоп(4[σcp]),
где pр —давление, при котором должна разрушиться пластинка, Па; dm — рабочий диаметр пластины, см; kon — масштабный коэффициент, определяемый опытным путем (при d/b — 0,32 k — = 10... 15); [σср] — временное сопротивление срезу, МПа.
Толщина мембран, изготавливаемых из хрупких материалов,
b = 1,1rпл√pp/[σиз]
где rпл — радиус пластины, см; [σиз] — предел прочности материала пластины на изгиб, Па.
К предохранительным устройствам, предотвращающим взрыв ацетиленового генератора, относят водяные затворы (рис. 7.4), не пропускающие пламя внутрь генератора. При обратном ударе пламени, возникающем, например, при зажигании газовой горелки, взрывчатая смесь попадает в завтор и вытесняет часть воды по газоотводящей трубке 2. Затем конец трубки 4 получит сообщение с атмосферой, избыток газа выйдет, давление нормализуется и устройство вновь начнет работать по схеме, приведенной на рисунке 7.4, а. Для защиты электроустановок от чрезмерного повышения силы тока, которое может вызвать короткое замыкание, пожар и поражение человека, служат автоматические отключатели и предохранители.
Для обслуживания в аварийном режиме установок большой единичной мощности требуются предохранительные клапаны с большой пропускной способностью и высокой надежностью. В некоторых случаях поэтому приходится устанавливать большое количество (десятки) предохранительных клапанов в связи с недостаточной пропускной способностью каждого из них. В этих условиях более целесообразно применение импульсных предохранительных устройств (ИПУ),. представляющих собой предохранительные клапаны непрямого действия и состоящие из главного предохранительного клапана с большой пропускной способностью и импульсного клапана, управляющего поршневым приводом главного клапана. Они успешно обслуживают системы и агрегаты с высокими энергетическими параметрами, требующими сброса больших количеств рабочей среды (схема действия ИПУ показана на рис. 2.151).
При возникновении в системе давления, превышающего установленное, необходимое для нормальной работы установки, открывается импульсный предохранительный клапан и направляет рабочую среду в привод главного клапана. Главный клапан открывается и сбрасывает избыточное количество среды. Импульсный предохранительный клапан представляет собой рычажно-грузовой предохранительный клапан прямого действия, выполняющий роль чувствительного элемента. Благодаря наличию поршневого привода управляющее усилие на штоке главного клапана может быть достаточно большим, что обеспечивает четкое срабатывание главного клапана и надежную герметизацию запорного органа при закрытом его положении.
Импульсное предохранительное устройство существенно сложнее и дороже предохранительного клапана, но с ростом энергетических параметров установок разница в их стоимости быстро уменьшается. В некоторых случаях применяются и предохранительные клапаны непрямого действия, управляемые от постороннего источника энергии или электроэнергией. Для повышения надежности импульсные клапаны ИПУ снабжаются электромагнитами, управляемыми электроконтактными манометрами. Импульсные клапаны размещаются в непосредственной близск;ти к главному клапану и могут быть встроены в привод главного предохранительного клапана. Как правило, они представляют собой самостоятельную конструкцию в виде рычажно-грузового предохранительного клапана.
Классификация импульсных предохранительных устройств приведена на схеме 2.15 (импульсные клапаны) и на схеме 2.16 (главные клапаны).
Конструкции импульсных и главных клапанов
Рис. 5.1.
Рис. 5.2. Клапаны предохранительные стальные рычажно-грузовые импульсные: a -- Dy= 20 мм для воды и пара (уОр = 4 МПа, /р < 550 °С); б -- Dy = = 25 мм для воды и пара (ру -- 6,4 МПа, < 570 °С)
Рис. 5.3. Клапаны предохранительные нз коррозионно-стойкой стали с Dy = 25 мм и электромагнитами: а -- рычажно-грузовой для воды и пара (Рр = = 0,27 МПа, Тр< 160°С); б -- для воды и пара (рр = 1,1 МПа, /р < 200 °С)
Рис. 5.4.
Для работы на опасных, например радиоактивных и токсичных средах, применяются сильфониые импульсные клапаны.
По типу привода ИПУ подразделяются на две группы: с приводом нагружения, когда при срабатывании импульсного клапана поршень привода нагружается давлением среды и открывает главный клапан, и с приводом разгружения, когда импульсный клапан срабатывая, сбрасывает рабочую среду из привода главного клапана, разгружает поршень и этим открывает главный клапан.
По виду воздействия на запорный орган главного клапана ИПУ могут быть с уплотняющим затвором, в которых давление рабочей среды прижимает затвор главного клапана к седлу (этот вид применяется наиболее часто), и с разуплотняющим затвором, в которых давление рабочей среды подается под затвор главного клапана (обычно применяется в сочетании с приводом разгружения).
Импульсные предохранительные устройства широко используются, например, в энергетических установках большой мощности.
Классификация и область применения предохранительных клапанов
Предохранительные клапаны общего назначения изготовляют двух типов: пружинные и рычажно-грузовые. В пружинных клапанах тарелка прижимается к седлу корпуса пружиной. В рычажно-грузовых клапанах усилие, прижимающее тарелку к седлу корпуса, создается грузом через рычажное устройство. По конструкции предохранительные клапаны разделяют на полноподъемные и неполноподъемные в зависимости от подъема золотника. Пружинные предохранительные клапаны, в зависимости от типа пружин и устройства золотникового блока, могут быть полноподъемными и неполноподъемными. Рычажно-грузовые предохранительные клапаны бывают только неполноподъемного типа. Предохранительные клапаны по конструкции выхлопа подразделяют на герметичные и негерметичные. Все пружинные предохранительные клапаны конструкции Гипронефтемаша относятся к типу герметичных клапанов. Все рычажно-грузовые клапаны не имеют герметичного выхлопа, поэтому они являются негерметичными. Герметичные пружинные предохранительные клапаны системы Гипронефтемаша в зависимости от конструкции делятся на уравновешенные и неуравновешенные. К уравновешенным клапанам относятся предохранительные клапаны ППК и СППК; к неуравновешенным клапанам -- клапаны ППКД, имеющие специальную диафрагму, защищающую пружину клапана от непосредственного соприкосновения со средой. Установка рычажно-грузовых предохранительных клапанов, являющихся по своей конструкции негерметичными, на технологических установках с пожаро- и взрывоопасными, а также токсичными продуктами не допускается. Такие клапаны можно применять для защиты аппаратов и трубопроводов с сжатым воздухом и водяным паром. Несмотря на большое значение предохранительных клапанов, обслуживающий персонал нередко недооценивает их. Это объясняется незнанием конструкции предохранительных клапанов и особенностей их работы в эксплуатационных условиях. Из-за неправильного выбора и монтажа предохранительных клапанов их возможности используются не полностью, а ошибки при обращении с ними могут привести к крупным авариям. Величина подъемности клапана определяется отношением высоты подъема золотника к диаметру сопла. У неполноподъемных предохранительных клапанов отношение высоты подъема золотника к диаметру сопла составляет 1/20--1/40, т. е. сечение щели, через которую проходит среда, будет значительно меньше сечения сопла. Такие клапаны применяют главным образом в тех случаях, когда не требуется большая пропускная способность.
В неавтоматизированном производстве рабочий непосредственно выполняет технологические операции на машине, нередко соприкасаясь с движущимися и вращающимися ее частями и узлами. Для предотвращения несчастных случаев оборудование необходимо снабжать различными оградительными, защитными и предохранительными устройствами.
Эти устройства применяют для предупреждения случайного проникновения человека в опасную зону оборудования: различные ограждения движущихся частей, ограждения зоны резания, защитная блокировка, принудительная защита от случайного пуска машины в ход и т. п. Независимо от вида ограждения, его назначения и конструкции оно должно быть простым и прочным, надежно закрывать опасную зону и легко сниматься при ремонтах.
Защитные и предохранительные устройства выполняются в виде жестких крышек, кожухов, щитов или сеток на жестком каркасе, органически соединенных с основными частями машины в единую конструкцию. В современных станках, на прессах и другом оборудовании все движущиеся и вращающиеся части располагают внутри станин, корпусов и коробок, при этом отпадает необходимость устройства каких-либо дополнительных ограждений. Для промежуточных звеньев машин (ременных передачу муфт, валов и пр.) применяют стационарные или подвижные сплошные, сетчатые или решетчатые ограждения.
Подвижное ограждение, например, устанавливается на выступающих концах вала или винта в том случае, если длина их вылета изменяется при работе в значительных пределах. Подвижное ограждение делают в виде телескопического кожуха или спиральной пружины. Нередко ограждения выполняют сблокированными с механизмами пуска и останова оборудования: машина в этом случае может работать только при условии, если ограждение находится в рабочем положении. При открытом положении ограждения специальное устройство прекращает подачу движения определенным узлам машины. Блокировочное устройство чаще всего представляет собой систему контактов, замыкающих или размыкающих цепь питания электрическим током тех или иных рабочих органов.
Для оборудования, при работе которого возможно отлетание осколков металла, стружки, обрезков, искр, брызг охлаждающей жидкости, предусматривают специальные предохранительные приспособления, обеспечивающие безопасность работающих. Такие приспособления чаще всего выполняют съемными или откидными в виде прозрачных щитков или экранов для удобного наблюдения за процессом.
Наибольшую опасность при работе на металлорежущих станках представляет отлетающая стружка, поэтому безопасному ее отводу в настоящее время уделяется большое внимание. Из практики работы машиностроительных заводов известны многие способы защиты от стружки. К ним относятся: применение защитных очков; индивидуальных щитков и экранов, устанавливаемых на станке; оборудование режущих инструментов стружколомами, стружкозавивателями и стружкоотводчиками и т. д.
Очки, индивидуальные наголовные сетки являются такими средствами защиты, которые не зависят от формы стружки, направления ее полета и конструкции станка. Основной недостаток их заключается в том, что они стесняют рабочего (зону его работы, область наблюдения и пр.), неудобны, требуют времени на установку и самое главное - конструктивно не связаны со станком, что приводит к редкому пользованию ими. Наиболее приемлемыми средствами защиты от стружки следует считать такие устройства, которые обеспечивают безопасный ее отвод от места обработки. Конструктивно такие устройства могут быть трех видов.
1. Конструирование станков с наклонными или повернутыми на 180° суппортами, при которых обеспечивается отвод стружки к задним стенкам, при этом стружка отводится в противоположную от рабочего сторону.
2. Применение приспособлений, использующих кинетическую энергию стружки для ее отвода. Коробчатое приспособление, установленное на резец, улавливает стружку и, используя ее кинетическую энергию, отводит стружку в безопасную зону. Такие приспособления дополнительно оснащают отсасывающими устройствами, которые позволяют отводить стружку и пыль за пределы станка и исключают возможность запыления воздуха в цехе.
3. Оснащение оборудования разнообразными по форме и размерам щитками и экранами. Такие ограждения являются препятствием на пути потока стружки к рабочему месту. Отражаясь от экрана, стружка падает в безопасную зону. Как правило, подобное ограждение должно быть конструктивно связано со станком и удовлетворять ряду требований, в частности, максимально изолировать рабочего от опасной зоны, автоматически устанавливаться по размерам обрабатываемых деталей, не ухудшать условий работы (условий наблюдения за процессом, не снижать производительность труда, качества и чистоты обработки и пр.), отличаться простотой и безопасностью при обслуживании, наладке и регулировке, иметь достаточную прочность, сочетаться с системой удаления отходов, быть сблокированным с механизмами пуска и торможения станка и т. д.
Щитки и экраны как средства ограждения применяются в машиностроении не только на станках, но и на прессах, в печах и на другом оборудовании. Экраны или отражатели для уменьшения теплового излучения через открытые окна у нагревательных печей также являются препятствием на пути потока лучистой энергии к рабочему месту. Подобные способы защиты применяются для предохранения рабочего от искр и окалины в кузнечных и литейных цехах; от ионизирующих излучений при работе с радиоактивными веществами; от вредного воздействия ультрафиолетовых лучей, электромагнитных полей. Конструктивное исполнение этих средств защиты зависит не только от характера вредности или опасности, но и от конструкции оборудования. Если, например, водяная завеса толщиной 1-2 мм, выполняющая роль экрана у нагревательной печи, полностью поглощает лучистое тепло, то для мощного радиоактивного излучателя требуется бетонная перегородка толщиной 1 м и более.