что такое предохранительные устройства
Охрана труда и БЖД
Охрана труда и безопасность жизнедеятельности
Предохранительные устройства
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.
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,
Число и суммарное сечение предохранительных клапанов находят из выражения
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
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
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,
где rпл — радиус пластины, см; [σиз] — предел прочности материала пластины на изгиб, Па.
предохранительное устройство, ПУ
3.15 предохранительное устройство, ПУ (pressure relief device, PRD): Защитное устройство, служащее для сброса избыточного давления в МГ-контейнере для предотвращения его повреждения.
Смотреть что такое «предохранительное устройство, ПУ» в других словарях:
предохранительное устройство — Устройство без функции ограждения, которое исключает или уменьшает опасность самостоятельно или совместно с защитным ограждением. [ГОСТ ЕН 1070 2003] предохранительное устройство Защитное устройство, не являющееся ограждением, которое может… … Справочник технического переводчика
ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО — устройство, предназначенное для ликвидации опасного производственного фактора в источнике его возникновения … Российская энциклопедия по охране труда
предохранительное устройство — 3.23 предохранительное устройство Устройство без функции ограждения, которое уменьшает или исключает опасность само по себе или в соединении с защитным ограждением. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
предохранительное устройство — rus защитное устройство (с), предохранительное устройство (с) eng safety device fra dispositif (m) de sécurité deu Schutzeinrichtung (f) spa dispositivo (m) de seguridad rus защитное устройство (с), предохранительное устройство (с); ограждение… … Безопасность и гигиена труда. Перевод на английский, французский, немецкий, испанский языки
предохранительное устройство — saugos įtaisas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. safety device vok. Schutzeinrichtung, f rus. предохранительное устройство, n pranc. dispositif de sécurité, m … Fizikos terminų žodynas
предохранительное устройство плужного снегоочистителя — предохранительное устройство Устройство, предохраняющее снежный плуг и базовую машину от поломок при наезде на препятствие. [ГОСТ 15840 70] Тематики снегоочистители Обобщающие термины узлы и детали снегоочистителей Синонимы предохранительное… … Справочник технического переводчика
предохранительное устройство вентильного разрядника — Устройство, обеспечивающее снижение внутреннего давления в разряднике и предупреждающее его разрушение со взрывом фарфоровой покрышки при чрезмерно длительном прохождении через разрядник тока или при разряде внутри разрядника помимо его искровых… … Справочник технического переводчика
предохранительное устройство дробилки — предохранительное устройство Устройство для предохранения элементов дробилки от поломок при перегрузках. [ГОСТ 14916 82] Тематики дробилки Обобщающие термины конструктивные элементы дробилок EN crusher safety release DE Brechschutzvorrichtung FR… … Справочник технического переводчика
предохранительное устройство лебёдки — — [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность EN drawworks safety system … Справочник технического переводчика
Предохранительное устройство дробилки — 19. Предохранительное устройство дробилки Предохранительное устройство D. Brechschutzvorrichtung Е. Crusher safety release F. Dispositif de securite de concasseur Устройство для предохранения элементов дробилки от поломок при перегрузках Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Предохранительные средства защиты
Особое значение в обеспечении безопасности труда имеют предохранительные устройства, не допускающие аварии при нарушении нормального режима работы машины.
Предохранительные устройства можно разделить на две группы:
устройства со специально предусмотренным слабым звеном, которое в критический момент разрушается и тем самым предупреждает аварию;
устройства, не выходящие из строя после срабатывания.
К первой группе относят специальные штифты, муфты, плавкие предохранители, предохранительные мембраны и др.
Во вторую группу входят предохранительные клапаны, концевые выключатели, ограничители грузоподъемности, скорости и др.
Ни одна машина или установка не может считаться пригодной для работы, если она не оснащена соответствующими предохранительными устройствами, предупреждающими аварии и поломки.
Штифт рекомендуют выполнять из серого чугуна СЧ12-28 или СЧ15-32.
Более совершенными устройствами, автоматически отключающими рабочие органы при их перегрузке, являются фрикционные, электромагнитные и другие муфты, позволяющие регулировать величину крутящего момента.
Например, в фрикционных муфтах при перегрузках две половины муфты начинают проскальзывать одна по другой, сохраняя при этом постоянство вращающего момента. Муфты в отличие от штифтов и шпилек нe нуждаются в частой смене.
Для предупреждения аварии при перегрузке подъемно-транспортного оборудования используют кулачковую предохранительную муфту. От приводного вала крутящий момент передается ведущему и ведомому кулачковым дискам. Диски сжимаются пружиной, силу сжатия которой регулируют гайкой. Через цилиндрические выступы ведомого диска, которые входят в пазы втулки, крутящий момент передается звездочке, закрепленной на втулке. При достижении предельного момента кулачки ведущего диска, преодолевая натяжение пружины, скользят по наклонной поверхности кулачков ведомого диска и попадают в промежутки между соседними кулачками. При этом раздается специфический звук (треск), сигнализирующий о наступившей перегрузке механизма.
Предохранительные мембраны (взрыворазрядители) устанавливают на оборудовании, в котором образуется пылевоздушная смесь и может возникнуть зажигание (дезинтеграторы, молотковые дробилки и другие машины ударного измельчения).
Для снижения силы возможного взрыва необходимо уменьшить свободный объем, в котором может быть создана взрывоопасная концентрация. На этом оборудовании: подшипники изолируют от внутренних объемов, заполненных пылью; обеспечивают надежное крепление вращающихся деталей; включают металлоудерживающий узел с подъемной массой магнитов Р более 12 кг; устанавливают взрыворазрядные трубы и мембраны.
Для защиты электродвигателей от перегрузки используют тепловые реле с биметаллической пластинкой (рис.).
Эти реле имеют три основные части: нагревательный элемент, включаемый последовательно в защищаемую от перегрузки сеть; биметаллическую пластинку, состоящую из двух спрессованных металлических пластинок с различными коэффициентами линейного расширения; контакты.
Защита электродвигателя должна реагировать не на величину тока или продолжительность его действия, а на количество выделяемого в обмотке двигателя тепла. На этом принципе основана работа тепловых реле с биметаллической пластинкой.
При протекании через нагревательный элемент тока, превышающего номинальный ток двигателя или сети, элемент выделяет такое количество тепла, при котором незакрепленный (левый) конец биметаллической пластины поднимается вверх (изгибается в сторону металла с меньшим коэффициентом линейного расширения), освобождая защелку рычага. Своим нижним концом рычаг перемещает тягу влево, которая размыкает контакты. Контакты разрывают цепь управления, например магнитного пускателя. Кнопка, выходящая за пределы корпуса реле, служит для возврата рычага в исходное положение после срабатывания реле.
Для отключения электродвигателей от сети в случае понижения напряжения применяют реле минимального напряжения (рис.).
При нормальном напряжении на зажимах усилие пружины уравновешивается электромагнитными силами катушек, а якорь притянут к полюсам; подвижная система повернута по часовой стрелке, и контактный мостик не касается контактов (контакты разомкнуты).
При подходе кабины подъемника к предельному верхнему (или нижнему) уровню штырь отодвигает рычаг с роликом и выключатель срабатывает, размыкая электрические контакты.
Ограничитель грузоподъемности (рис.) срабатывает при увеличений нагрузки на трос.Трос выпрямляется и двигает ролик вправо; ролик соединен со штоком, который воздействует на рычаг выключателя электропривода подъемника.
Оборудование, работающее под давлением, оснащают устройствами, предохраняющими оператора от травм при загрузке сырья или выгрузке готовой продукции.
На рис. а изображена схема предохранительного устройства для открывания разгрузочных горловин вакуумных котлов.
При наличии остаточного давления в котле во время разгрузки возможен внезапный выброс пара и готовой горячей продукции. Во избежание ожогов оператор, находясь на безопасном расстоянии, ключом-штангой отворачивает маховик замка крышки горловины. При этом образуется небольшая щель, через которую выходят пар и остатки горячих масс. От полного открывания крышку удерживают чека и пластина. Когда давление сравнивается с атмосферным, маховик отворачивают полностью, серьгу вместе с маховиком отводят влево, а крышку откидывают ключом-штангой вправо.
Предохранительное устройство открывания загрузочной горловины вакуумного котла представлено на рис. б. Здесь крышка дополнительно оснащена козырьком-отражателем, который экранирует щель, образующуюся при открывании горловины. Козырек-отражатель защищает оператора от выброса пара.
Технические устройства предусматривают для защиты от отравлений ядовитыми веществами. Например, при использовании раствора нитрита натрия в колбасном производстве пробковый кран емкости с раствором нитрита натрия блокируют стопорными штифтами. Чтобы открыть кран, необходимо специальным ключом, который хранится у составителя фарша, вывернуть штифт. После того как порция раствора налита, кран снова блокируют штифтом.
Предохранительный клапан
Любая система, работающая под давлением, нуждается в защите от перегрузок по давлению, возникающих в нештатных или аварийных ситуациях. Для этого применяются предохранительные клапаны. Они различаются по конструкции и характеристикам, для каждой установки — газовой или жидкостной — можно подобрать подходящую предохранительную арматуру.
Назначение
Основное назначение предохранительного клапана – защита системы от повышенного давления, которое может привести к ее повреждению или даже разрушению. Клапан сбрасывает излишки рабочей среды при превышении предельного значения ее напора. Сброс происходит в дренажную систему или в атмосферу. После того, как давление в системе упадет до нормального, предохранительный клапан закрывается и сброс прекращается.
Принцип действия клапанов
Принцип работы любого предохранительного клапана чрезвычайно прост. Запирающий элемент прижимается к седлу пружиной. По мере роста давления оно начинает превозмогать силу сжатия пружины, сжимая ее и отодвигая запорный элемент от седла. В открытый просвет устремляются излишки жидкости или газа. По мере выхода напор снижается, пружина отжимает запорный элемент обратно к седлу.
Устройство закрывается и готово к следующему рабочему циклу. Сила сжатия пружины, а, следовательно, порог срабатывания регулируется винтом.
Классификация предохранительных клапанов
Специалисты классифицируют устройства по различным параметрам.
По принципу действия:
По способу открытия затвора:
По способу нагружения золотника:
Существуют и другие типы аварийных предохранительных клапанов, применяемых в специальных промышленных установках.
Различия в конструкциях
Устройство различных предохранительных клапанов может различаться. Так, большая часть арматуры выпускается с одним седлом. Можно встретить и конструкции, в которых два седла (и два штока с пружинами) установлены рядом.
По отношению высоты подъема запорного элемента к его диаметру различают:
Чем выше степень подъема, тем быстрее срабатывает устройство. Малоподъемные модели применяются для жидкостей, там, где не требуется сбрасывать большие объемы для снижения давления до нормального. В них высота подъема пропорциональна напору среды. Полноподъемные называют также двухпозиционными. Они имеют два положения: «Открыто» и «Закрыто» и предназначены для:
Такая конструкция позволяет быстро сбросить значительный объем газа или жидкости и применяется в особо ответственных установках и технологических комплексах.
Самые серьезные конструктивные различия наблюдаются в способах приложения нагружающей силы к запорному органу.
Пружинные клапаны
Наиболее распространены в бытовых системах- водонагревательных, водопроводных, отопительных. Золотник прижимается к седлу силой сжатой пружины. Изменяя степень предварительного сжатия пружины регулировочным винтом, можно настраивать ее на разные предельные значения. Многие модели снабжаются рычагом принудительного ручного открытия затвора для того, чтобы время от времени проверять работоспособность. Для устройств, работающих в опасных и вредных для здоровья средах, ручная контрольная продувка не предусматривается. Пружины, седла и камера устройств, работающих в агрессивных жидкостях и газах, покрывается специальными антикоррозийными покрытиями.
Шток, проходящий через корпус, уплотняется двойным сальником из особо стойких материалов (специальные сорта резины, фторопласт), исключающим в нормальных условиях проникновение агрессивных веществ в помещение.
Рычажно-грузовые клапаны
Такие конструкции для противодействия силе напора используют силу земного притяжения. Они могут монтироваться только в строго определенном производителем положении относительно горизонта и не допущены к применению на транспортных средствах и других подвижных объектах. Вес груза передается через рычаг штоку золотника, уравновешивая его до тех пор, пока давление в трубопроводе ниже порогового.
При больших значениях напора заметно увеличиваются габариты рычагов и грузов. Кроме того, они могут входить в резонанс и создавать высокие уровни вибрации.
Чтобы избавиться от этих эффектов, и применяют двухседельные клапаны, каждый из которых невелик по габаритам и весу. Регулировка таких устройств проводится добавлением или удалением части груза, размещенного на рычаге. Они отличаются стабильностью параметров работы и отсутствием эффекта старения пружин, снижающих их упругость.
Магнито-пружинные клапаны
Современные конструкции относятся к изделиям непрямого действия. Запорный элемент приводится в действие соленоидом. В нормальном положении электромагнит прижимает его к седлу, а по достижении предельного напора автоматика управления отключает напряжение на катушке индуктивности. Давление среды отжимает золотник и затвор открывается.
В другой конструкции прижатие осуществляется мощной пружиной, а по достижении порогового значения напора управляющая команда включает соленоид, и он поднимает клапан.
Существует исполнение, в котором соленоид и прижимает золотник, и отжимает его под действием противоположно приложенного напряжения. В случае отключения питания устройство продолжает работать как обычное пружинное.
Главное преимущество магнитных устройств — для задания порогового значения нет необходимости в физическом доступе к арматуре. Порог можно изменить в настройках программы управления в зависимости от текущей ситуации или особенности данной стадии технологического процесса.
Такие конструкции стоят существенно дороже своих механических аналогов, но многократно окупают себя в сложных промышленных установках с большим чистом параметров и влияющих друг на друга элементов.
Технические требования к предохранительным клапанам
Основное требование, предъявляемое к аварийной арматуре- это надежность и четкость срабатывания. Достигается это за счет:
Вся предохранительная арматура обязательно должна периодически испытываться на работоспособность, целостность и качество уплотнений. Для этого ее демонтируют и направляют в сертифицированную поверочную лабораторию или испытательный центр. Для предохранителей, работающих в сложных установках непрерывного цикла, допускается проверка на месте. Ее проводят методом испытания в действии.
Правила и стандарты
Применение предохранительной арматуры регулируется национальными и отраслевыми стандартами, правилами эксплуатации и техническими указаниями.
Для сосудов, работающих под давление, применяют следующие регламентирующие документы:
Системы, защищаемые аварийной арматурой, в случае их нештатной работы или аварии, представляют собой значительную угрозу производственной и общественной безопасности. Поэтому их проектирование, комплектация, монтаж, эксплуатация курируются уполномоченными органами, следящими за соблюдением требований правил и стандартов на всех этапах жизненного цикла оборудования. В РФ это поручено Ростехнадзору.
Выбор аварийной арматуры
При проектировании системы водоснабжения, отопления или технологической установки необходимо четко определить предельные значения давления, допустимые для ее компонентов или участков сети. При этом учитываются такие параметры, как:
Исходя их этого, определяют тип, сечение, пропускную способность, пороговое значение срабатывания, скорость срабатывания и время возвращения в исходное состояние, а также количество и места монтажа предохранительной арматуры.
В бытовых отопительных системах чаще всего применяются пружинные клапаны. Для жидкостных сред вполне достаточно использовать устройства низкого или среднего подъема. Пропускная способность должна обеспечивать быстрый сброс напора до допустимых величин.
Конструкция корпуса определяется местом сброса излишнего количества рабочей среды. Если она будет сбрасывать непосредственно в окружающую среду- достаточно клапана открытого типа. Если сброс должен происходить в дренаж- потребуется корпус с выходным патрубком соответствующего типа присоединения. Чаще всего используют резьбовой или ниппельное.
Ни в коем случае нельзя приобретать клапан с завышенным относительно расчетного порогом срабатывания. Такое устройство не откроется в нужный момент. Это может привести к повреждению оборудования или даже к полной аварии системы.