Трубопровод для транспорта вязкой жидкости и способ транспорта вязкой жидкости

Трубопровод для транспорта вязкой жидкости и способ транспорта вязкой жидкости

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к устройству и способу транспортировки вязких и термически чувствительных жидкостей по трубопроводу.

Уровень техники

Применение устройств для снижения давления в целом известно. Обычные средства включают, например, клапаны или мембранные предохранительные устройства. Предохранительные клапаны защищают находящиеся под давлением пространства или напорные резервуары от недопустимого повышения давления, которое может привести к повреждению присоединенного напорного оборудования. При превышении давления срабатывания клапаны отводят газы, пары или жидкости в атмосферу или сборные трубопроводы. Мембранные предохранительные устройства имеют мембрану, которая под действием давления, которое выше нормального рабочего давления, но ниже давления, при котором труба или сам резервуар разрушается, разрывается, вследствие чего становится возможным снижение давления с наружным пространством.

Устройства для снижения давления при указанных выше условиях ведут к локальному уменьшению давления в системе. Устройства для снижения давления могут устанавливаться только обусловленно геометрией, например, труб или каналов.

Мембранные предохранительные устройства в качестве устройства для снижения давления имеют, кроме того, сами ограничения в части конструкции и изготовления. Так мембранные предохранительные устройства не могут разрабатываться любой тонкости или толщины, чтобы иметь возможность применения в качестве устройства для точной защиты от избыточного давления или разрежения. Таким образом, давление срабатывания должно быть достаточно высоким при избыточном давлении и низким при разрежении. Устройства для снижения давления поэтому могут разделяться по их возможностям применения и должны быть всегда сфокусированы с учетом подлежащей защите общей системы, эти устройства могут состоять из применяемых повторно, не применяемых повторно составных частей, а также из специальных конструктивных элементов, так что при выборе нужно принимать во внимание много факторов. Наряду с фактором давления, разрежения, места встраивания устройства для снижения давления должны также учитываться физические, химические условия, как при необходимости и коррозия или абразивное действие, а также инерцию системы снижения давления. При многих процессах стремятся к системам снижения давления, свободным от мертвых зон, так как продукты реакции с длительным пребыванием, обусловленным мертвыми зонами, могут существенно отрицательно сказываться на качестве производимых продуктов. Непосредственно в фармацевтической отрасли требуется аппаратура и машины, которые не допускают никаких мертвых зон в системе установок.

ЕР 789822 относится к устройству для защиты от давления для термически нестабильных масс, как растворы из целлюлозы, воды, NMMO (N-Methylmorpholin-N-oxid), в котором мембранный предохранительный элемент для защиты выступает во внутреннее пространство транспортной трубы.

Предохранительные клапаны известны, например, из US 4,724,857, US 5,067,511, US 5,577,523. Эти клапаны являются арматурой, которая может привинчиваться к напорным резервуарам для защиты, чтобы иметь в распоряжении соответствующие защитные устройства при нежелательном давлении.

Так US 4,724,857 описывает корпус клапана, который с помощью резьбового присоединения может подключаться к системе установок для снижения давления. Недостатком этого устройства для снижения давления является, что внутри корпуса клапана и перед корпусом разгрузочного клапана возникает напорная зона, соответственно мертвая зона и вследствие этого отсутствие какого-либо течения в зоне. Таким образом, могут образовываться так называемые "застойные зоны ", которые, с одной стороны, могут блокировать корпус клапана, с другой стороны, вследствие этого могут отрицательно сказываться на снижении давления.

В патентном описании US 5,067,511 приводится техническое решение, в котором корпус клапана, требующегося для снижения давления, закреплен на стержне, работающем на продольный изгиб, однако, предусмотренный для снижения давления корпус в общем оттянут назад в клапанной коробке, так что могут образовываться выраженные застойные зоны.

В US 5,577,523 представляется арматура, которая с помощью ступенчатого раскрытия открывает не поперечное сечение трубы. Также здесь можно узнать, что среда перед корпусом клапана скопляется и образуется застойная зона. При транспорте вязких и термически нестабильных соответственно термически чувствительных масс, в частности таких, которые становятся жидкими только при нагреве, а при охлаждении склонны к образованию комков или вести к отложениям, целью, например, ЕР 789822 и US 5,337,776 было недопущение зон, в которых эти массы могли откладываться. Эта цель преследовалась также в ЕР 789822.

JP 2003/093536 А (аннотация) относится к устройству с закрытым полым пространством медиации для противопожарного насоса без отводного трубопровода.

US 6,425,410 B1 показывает запорный клапан трубопровода, в котором закрываемый запорный диск соединен со стержнем работающим на продольный изгиб. Трубопровод при нормальной работе закрыт и при давлении открывается по отношению к ограничителю, причем давление передается через верхнюю часть запорного диска.

US 5,297,575 А описывает подобный запорный клапан, как показано в US 6,425,410 В1. Вместо запорного диска в нем применяется поршень.

JP 2007/232178 А (аннотация) описывает прибор для пожарного рукава с мембранным предохранительным устройством. Мембранное предохранительное устройство не промывается прокачиваемой через трубопровод жидкостью. Далее мембранное предохранительное устройство не является перемещаемым уплотнительным элементом, а является элементом, который под давлением прорывается и благодаря этому образует отверстие.

В US 5,337,776 приводится техническое решение, в котором мембранное предохранительное устройство, встроенное в трубопровод, должно быть выполнено так, что разрушающаяся мембрана заподлицо расположена в стенке трубопровода. С этой целью трубопровод согласно US 5,337,776 должен иметь конструкцию и устроен таким образом, что сквозная труба для массы, а также термостатический кожух трубы должны прерываться и таким образом в трубопроводе имеет место неоднородная зона терморегулирования. Другой существенный недостаток US 5,337,776 заключается в том, что приведенное в патентном описании мембранное предохранительное устройство в силу обстоятельств должно навариваться на цилиндрический каркас. Фиксация заподлицо мембранного предохранительного устройства во внутреннем пространстве трубы или в стенке трубы трудоемко и требует приваривания мембранного предохранительного устройства способом электроннолучевой сварки. К тому же не могут применяться какие-либо имеющиеся в продаже мембранные предохранительные устройства. Далее задуманная цель абсолютной свободы от мертвых зон не достигается, так как плоские мембранные предохранительные устройства и их фиксация выступают в изогнутое внутреннее пространство трубы и со стороны нисходящего потока остаются не омытые жидкостью области.

Раскрытие изобретения

Целью настоящего изобретения является создание альтернативных устройств для снижения давления, которые устраняют недостатки нынешних устройств.

Устройства для снижения давления могут оказывать значительное воздействие на качество продукта сред, находящихся под давлением в реакторах, так как даже незначительные, например, образованные вследствие мертвых зон различия в средах ведут к изменениям продукта. Например, растворенные массы из целлюлозы и полимера могут экстремально окрашиваться, если происходит отстаивание и заторы. В транспортных трубопроводах подобных чувствительных полимеров должно обращаться внимание на всех участках установки на одинаковые термические условия и идущие сбоку процессы (время выдержки). Различия могут вызываться недостаточной внутренней геометрией устройств для снижения давления, в которых в определенной области могут образовываться скопления продукта. Вследствие этих неконтролируемых скоплений продукта и вытекающих из этого потерь качества полимерного раствора может иметь место производственный брак на перерабатывающих машинах. Поэтому в таких критических комплектных установках и частях установок должны применяться специальные устройства для снижения давления.

Изобретение представляет трубопровод для транспорта вязкой жидкости с предохранительным элементом с уплотнительным элементом, который отделяет внутреннюю часть трубопровода от отводного трубопровода и устроен, чтобы при заданном избыточном давлении открывать отводной трубопровод, причем поверхность уплотнительного элемента трубопровода, обращенная к внутреннему пространству трубопровода или детали установки размещена так, что при работе поверхность омывается потоком вязкой жидкости в трубопроводе, и причем уплотнительный элемент фиксируется в закрытом положении с помощью тягового механизма, каковой тяговый механизм может перемещаться или смещаться заданным избыточным давлением, так что соединенный с ним уплотнительный элемент открывает отводной трубопровод.

Трубопровод может быть выполнен в виде соединительной детали («фитинга») для соединения трубопроводов или других трубопроводных элементов, как теплообменники. Во внутренней части трубопровода может быть предусмотрен смесительный элемент, который перемешивает поток жидкости в области предохранительного клапана. Предложенный в соответствии с изобретением трубопровод соответственно предложенная в соответствии с изобретением деталь трубопровода преимущественно встраивается в трубопровод для теплообменника, в котором жидкость транспортируется с поддержанием определенной температуры. Транспорт осуществляется с помощью повышенного давления в диапазоне от 1 до 250 бар, причем предложенный в соответствии с изобретением предохранительный клапан служит в качестве устройства для снижения избыточного давления, когда давление превышает критическую величину. Предохранительный клапан выбирается так, что он при нормальном рабочем давлении отделяет отводной трубопровод от внутренней части трубопровода, в котором транспортируется жидкость, и при выбранном давлении открывает отводной трубопровод, так что жидкость может выходить. Настоящее изобретение дальше описывается с помощью формулы изобретения.

Согласно изобретению уплотнительный элемент клапана крепится не непосредственно к стенке трубы, а прочное на сжатие закрепление, которое при предопределенном давлении способствует открытию, через крепежное устройство является причиной деформации тягового механизма, который закреплен на уплотнительном элементе и боковой поверхности клапана. Такое крепление может быть разъемным и неразъемным. Уплотнительный элемент со стенкой клапана может быть уплотнен с помощью уплотнительной прокладки. С помощью точного осуществления с геометрическим замыканием можно также отказаться от уплотнительной прокладки.

При неразъемном закреплении тяговый механизм сам способствует перемещению при избыточном давлении, в частности с помощью деформации тягового механизма. Подобного рода осуществления являются, например, например, изгибы или прогибы тягового механизма. Преимущественно тяговый механизм представлен стержнем, работающим на продольный изгиб, который при избыточном давлении испытывает эйлеровский продольный изгиб или изгибные деформации при преопределенным избыточном давлении. Тяговый механизм может быть закреплен шарнирно в крепежном устройстве.

Разъемное закрепление тягового механизма может осуществляться в крепежном устройстве на клапане, причем при предопределенном избыточном давлении тяговый механизм отсоединяется от крепежного устройства. Разъемное закрепление может осуществляться с помощью срезаемых соединений или с помощью мест запрограммированного разрушения. С помощью срезаемых соединений при рабочем давлении тяговый механизм фиксируется с помощью сопротивления трению соответственно сопротивлению на срез срезываемого элемента, которое преодолевается при предопределенном избыточном давлении, вследствие чего тяговый механизм становится перемещаемым или подвижным. Тяговый механизм закреплен в крепежном устройстве в местах запрограммированного разрушения, причем это закрепление разрушается при предопределенном избыточном давлении и тяговый механизм становится перемещаемым или подвижным. Подвижность соответственно перемещение тягового механизма может осуществляться в крепежном устройстве как по направляющей. Разъемное закрепление может дальше осуществляться с помощью элемента, оказывающего сопротивление перемещению. При нормальном давлении он оказывает сопротивление перемещению тягового механизма соответственно уплотнительного элемента и при предопределенном избыточном давлении сопротивление перемещению преодолевается и тяговый механизм смещается или движется, например, в крепежном устройстве как в направляющей. Такими элементами, оказывающими сопротивление, являются, например, пружины. Элемент, оказывающий сопротивление перемещению является дополнительным элементом наряду с крепежным устройством и не является собственно крепежным, которое, например, точно также может применяться для другого разъемного закрепления. Точно также может быть предусмотрена комбинация из описанных здесь неразъемных и разъемных способов закрепления, например, деформируемый тяговый механизм, который дополнительно разъемно закреплен в крепежном устройстве, или крепежные устройства с местами запрограммированного разрушения и/или срезываемого соединения вместе с дополнительными элементами, оказывающими сопротивление перемещению, как пружины.

Тяговый механизм может иметь любую подходящую для перемещения или изгиба форму. В поперечном сечении он может быть сформирован круглым, квадратным, прямоугольным, удлиненным, многоугольным, в частности, 5-, 6-, 7,- или 8-угольным. В продольной оси он может иметь одинаковые размеры, но и быть также сужающимся или расширяющимся, например, может быть сформирован конусовидным. В частности, предпочтительно, если тяговый механизм после того как он переместился или сдвинулся из рабочего положения - формы, легче, например, при незначительном давлении, может перемещаться или двигаться дальше. В предохранительном клапане при достижении избыточного давления сначала уплотнительный элемент перемещается незначительно, так что становится возможным выход жидкости. Вследствие этого давление снижается. Имеет смысл, что даже при снижающемся давлении предохранительный клапан после первого достижения предопределенного избыточного давления может открываться дальше. Отсюда тяговый механизм преимущественно зафиксирован таким образом, что он после достижения предопределенного избыточного давления при незначительном давлении сохраняет возможность перемещения. Это может осуществляться, например, с помощью выбора различных размеров тягового механизма. Так возможно выбрать диаметр тягового механизма между фиксирующим устройством и уплотнительным элементом меньше, чем диаметр тягового механизма в крепежном устройстве. После того как вследствие преопределенного избыточного давления эта часть тягового механизма в крепежном устройстве переместилась из крепежного устройства (например, в результате преодоления сопротивления срезыванию) тяговый механизм остается свободным и более подвижным, так как часть с небольшим диаметром не оказывает какого-либо сопротивления срезыванию в крепежном устройстве. Поэтому уплотнительный элемент может дальше перемещаться для открытия на большей площади. При деформируемых тяговых механизмах, как стержни, работающие на продольный изгиб, после того как тяговый механизм подвергся первой деформации, например, едва наметившемуся прогибу, дальнейшая деформация или изгиб при известных обстоятельствах вплоть до максимальной деформации или изгиба становится легче.

Предложенные в соответствии с изобретением уплотнительные элементы не прямо соединены со стенкой трубопровода, чтобы сохранить прочность на сжатие до предопределенного избыточного давления. Это осуществляется с помощью тягового механизма. Благодаря этому появляются некоторые преимущества по отношению к другим устройствам для снижения избыточного давления, базирующихся на прямо закрепленных мембранных предохранительных устройствах, например, как описано в US 5,337,776.

Поверхность уплотнительного элемента, обращенная к внутреннему пространству трубопровода, при работе омывается потоком вязкой жидкости, текущей в трубопроводе. Это является необходимостью при транспорте нестабильных вязких жидкостей, в частности, термически нестабильных жидкостей, которые при колебаниях температуры могут упрочняться или даже становиться реактивными, вплоть до взрывчатых. Поэтому необходимо предотвращать отложения, которые могут возникать, например, в мертвых зонах и иметь место на арматуре клапана. Отсюда предложенный в соответствии с изобретением уплотнительный элемент предусматривается непосредственно на внутренней стенке трубы, так что он омывается жидкостью. Возможно, что поверхность уплотнительного элемента, обращенная к внутреннему пространству трубопровода, незначительно смещена назад от внутреннего пространства трубопровода. Это может делаться только в очень незначительной мере - так что поверхность всегда остается омываемой вязкой жидкостью.

Преимущественно поверхность уплотнительного элемента, обращенная к внутреннему пространству трубопровода, лежит заподлицо с внутренней стороной стенки трубы. Благодаря этому устраняются углы и кромки в областях перехода между внутренней стенкой трубы и уплотнительным элементом, чтобы препятствовать отложениям жидкости.

Особым преимуществом предложенного в соответствии с изобретением клапана является, что поверхность уплотнительного элемента, обращенная к внутреннему пространству трубопровода, может формироваться конформно к контуру внутренней стороне стенки трубы. Контур поверхности уплотнительного элемента может не отличаться от контура внутренней стенки трубы, вследствие чего также в области нисходящего потока после уплотнительного элемента не возникают никаких свободных от потока областей. Существенным недостатком мембранных предохранительных устройства было, что они, соответственно их область периметра, которая должна привариваться к внутренней стенке трубы, всегда должна была формироваться плоскостной и не было возможности никакой комплексной подгонки формы к (изогнутой) внутренней стенке трубы. Плоское мембранное предохранительное устройство всегда приводило в круглых трубопроводах к выступанию (или при исполнении не заподлицо к мертвым зонам с отстаиванием) в трубопроводе, вследствие чего возникали плохо омывающиеся области позади мембранного предохранительного элемента. Предложенные в соответствии с изобретением клапаны и уплотнительные элементы могут согласно изобретению точно подгоняться к контуру трубопровода, благодаря чему эти недостатки стало возможно преодолеть.

Другим недостатком мембранных предохранительных устройств является, что они относительно быстро претерпевают усталость материала. Поэтому мембранные предохранительные устройства должны регулярно подвергаться контролю и предусмотрительно заменяться в определенных циклах обслуживания.

Рабочее давление мембранных предохранительных устройств или давление открывания не может точно и тщательно определяться при изготовлении. Кроме того мембранные предохранительные устройства подвержены действию жидкости, так что при возможной коррозии будет иметь место влияние качества материала предохранительной мембраны. Установка мембранных предохранительных устройств осуществляется с трудом, так что замена сопровождается длительным временем ремонта и простоями.

Согласно изобретению контактный элемент для внутреннего пространства трубопровода, в частности, уплотнительный элемент, применяется не в качестве регулятора избыточного давления. Эту функцию выполняет тяговый механизм, соответственно его крепежное устройство, которое не подвергается воздействию внутреннего пространства трубы. Благодаря этому имеют место незначительная усталость и коррозия чувствительных деталей. К тому же замена этих деталей, которые не загрязнялись при контакте с жидкостью или не подвергались нагрузкам, существенно проще.

Эти преимущества являются общими для всех предложенных в соответствии с изобретением форм осуществления. Согласно изобретению в распоряжение предоставляется трубопровод для транспорта вязкой жидкости с предохранительным клапаном с уплотнительным элементом, который отделяет внутреннюю часть трубопровода от отводного трубопровода, и который устроен, чтобы при заданном избыточном давлении открывать отводной трубопровод, причем уплотнительный элемент трубопровода с поверхностью расположен в трубопроводе с протекающей жидкостью, причем поверхность в трубопроводе при работе омывается вязкой жидкостью, и, причем уплотнительный элемент с помощью тягового механизма фиксируется в закрытом положении, каковой тяговый механизм может смещаться или перемещаться заданном избыточном давлении, так что соединенный с ним уплотнительный элемент открывает отводной трубопровод.

Преимущественно применяются деформируемые тяговые механизмы, например, стержни, работающие на продольный изгиб, которые имеют дальнейшие преимущества по сравнению с другими формами осуществления.

Уплотнительный элемент с помощью тягового механизма может быть соединен с находящимся в горизонтальном положении срезным штифтом или тяговый механизм сам может быть закреплен разъемно в крепежном устройстве через срезаемое соединение. Когда достигается, соответственно превышается, предопределенное избыточное давление, то уплотнительный элемент находится под давлением, давление через тяговый механизм передается на клапан и срезает штифт, вследствие чего тяговый механизм с уплотнительным элементом смещается в открытое положение и отводной трубопровод открывается.

Недостатком у предохранительных клапанов, оборудованных срезным штифтом или срезаемым крепежным устройством, является, что пульсация давления в трубопроводе воздействует на уплотнительный элемент и срезной штифт или закрепление тягового механизма могут повреждаться. Этого недостатка нет у стержней, работающих на продольный изгиб, которые закреплены с неразъемной фиксацией.

Другую возможность управления регулированием избыточного давления представляют нагружаемые пружиной уплотнительные элементы. Проблемой пружин является "re-seating", а также точность установки предопределенного избыточного давления. Разгрузка, как правило, начинается уже при 90% установленного давления. Также клапаны, нагруженные усилием пружины, должны, по меньшей мере, ежегодно заново проходить сертификацию. При незначительном избыточном давлении точность недостаточна и надежность ограничена свыше 200 бар.

В противоположность этому предохранительный клапан с деформируемым тяговым механизмом, который также здесь называется « стержнем, работающим на продольный изгиб», имеет весьма небольшие допуски. Допуск по давлению составляет от 3 до 5%, так что клапан со стержнем, работающим на продольный изгиб, может работать в диапазоне от 95 до 97% рассчитанного давления срабатывания.

Снижение избыточного давления с помощью стержня, работающего на продольный изгиб, основывается на тяговом механизме, который в случае избыточного давления в форме осевой силы изгибается и благодаря деформации перемещает уплотнительный элемент и таким образом открывает отводной трубопровод. Выбор размеров может осуществляться согласно закону Эйлера, соответственно с помощью эйлеровских случаев продольного изгиба (потери устойчивости при изгибе). Среднее действующее на уплотнительный элемент и тяговый механизм усилие нажима (=максимально допустимое давление) привлекается к определению размеров стержня, работающего на продольный изгиб, в части геометрического отношения стержня, работающего на продольный изгиб, а также механических и относящихся к материалам параметров нагруженного предохранительного клапана.

Вследствие деформации стержень, работающий на продольный изгиб, теряет так много в устойчивости пока он внезапно под действием усилия нажима, линия действия которого лежит на оси тягового механизма, не займет изогнутое положение и, таким образом, установленный на тяговом механизме уплотнительный элемент не оттянется назад в перемещенное положение, освобождая отверстие для снятия избыточного давления, и не откроет отводной трубопровод. Потеря устойчивости формы тягового механизма выражается в быстро растущих с нагрузкой изменениях формы тягового механизма - а именно, начиная с определенной заданной нагрузки, изгибающей нагрузки, которая соответствует предопределенному избыточному давлению, с потерей продольной устойчивости из оси стержня, работающего на продольный изгиб. Продольный изгиб происходит за малые миллисекунды.

«Нагрузка срабатывания стержня, работающего на продольный изгиб» (при давлении срабатывания) зависит от вида нагрузки действующими на стержень, работающий на продольный изгиб, усилиями нажима по длине стержня. Форма поперечного сечения стержня, работающего на продольный изгиб, сказывается точно также на выбор размеров стержня, работающего на продольный изгиб, а также на остающиеся одинаковые или изменяющиеся по оси стержня, работающего на продольный изгиб, моменты инерции площадей. Важнейшими факторами, оказывающими влияние на выбор размеров стержня, работающего на продольный изгиб, являются свойства материала примененного стержня, работающего на продольный изгиб (модуль упругости и предел текучести материала стержня, работающего на продольный изгиб). Для расчета стержня, работающего на продольный изгиб, следует учитывать также вид закрепления или случай нагрузки.

Преимуществом стержней, работающих на продольный изгиб, является, что они не срабатывают при пульсации давления в трубопроводе, так что не может иметь место какая-либо усталость материала, как у мембранных предохранительных устройств. Продольный изгиб стержня может определяться точно. Достигаются отклонения точности или отклонения размеров на 2-5% от номинального значения (избыточное давление).

Стержни, работающие на продольный изгиб, не подвержены воздействию каких-либо агрессивных жидкостей, так как они находятся вне внутреннего пространства трубопровода. Кроме того нет необходимости в какой-либо температурной коррекции при расчете стержня, работающего на продольный изгиб, так как при выборе размеров учитывается модуль упругости материала стержня, работающего на изгиб, при температуре системы. Открывание клапана со стержнем, работающим на продольный изгиб, при избыточном давлении примерно в 10 раз быстрее в сравнении с мембранным предохранительным устройством и составляет от 1,5 до 2 миллисекунд.

Преимуществами предохранительных клапанов со стержнями, работающими на продольный изгиб (деформируемым тяговым механизмом): стержень, работающий на продольный изгиб не устает; стержень, работающий на продольный изгиб не находится в контакте со средой и поэтому не разъедается ей; стержень, работающий на продольный изгиб, изгибается точнее при определенном заданном избыточном давлении (=максимальное значение); максимальное рабочее давление может достигаться до 95% номинального значения; никаких утечек вблизи номинального значения (четкое открывание/закрывание без частичных зазоров); неправильный монтаж стержня, работающего на продольный изгиб возможен лишь с трудом, а не как при мембранном предохранительном устройстве; предохранительный клапан со стержнем работающим на продольный изгиб легко может контролироваться или заменяться; 100% свободное от мертвых зон уплотнение внутреннего пространства по отношению к отводному трубопроводу возможно благодаря точному изготовлению уплотнительного элемента; с предохранительным клапаном, оборудованные стержнем, работающим на продольный изгиб, предохранительные клапаны являются точными во всех диапазонах давления.

Стержень, работающий на продольный изгиб, может крепиться с крепежным устройством и/или уплотнительным элементом с заделкой (т.е. негибко, см., например, фиг. 6) и шарнирно (см., например, фиг. 17b). Также возможно сохранять один конец либо в крепежном устройстве, либо в уплотнительном элементе свободно подвижным, т.е. этот конец может отклоняться в сторону при нагрузке стержня, работающего на продольный изгиб. Преимущественно концы стержня, работающего на продольный изгиб, защищаются от отклонения в сторону, т.е. фиксируются с заделкой или шарнирно.

Преимущественно тяговый механизм в виде стержня, работающего на продольный изгиб, крепится шарнирно одном конце к уплотнительному элементу и/или на другом конце к крепежному устройству предохранительного клапана, так что становится возможным отклонение в шарнире во время изгибания.

Изгибающее усилие (и связанное с ним давление срабатывания) зависит от вида фиксации стержня, работающего на продольный изгиб, и его геометрии. В общем оно описывается формулой Эйлера F=π²EI/s², где F - изгибающее усилие, π - число пи, Е - модуль упругости, I - момент инерции площади поперечного сечения стержня, работающего на продольный изгиб, и s - длина элемента, подверженного продольному изгибу. Длина элемента, подверженному продольному изгибу s находится с длиной стержня, работающего на продольный изгиб, L в следующем отношении: s=βL, причем действительны следующие коэффициенты для длины элемента, подверженного продольному изгибу β: β=2 для заделанного с одной стороны стержня, работающего на продольный изгиб, со свободно подвижным концом, β=1 для шарнирно закрепленных с двух сторон стержней работающих на продольный изгиб, β=0699 для стержня, работающего на продольный изгиб, закрепленного шарнирно с одной стороны и заделанного на другом конце (жестко), β=0.5 для заделанного с двух сторон (жестко) стержня, работающего на продольный изгиб.

Форма поперечного сечения стержня, работающего на продольный изгиб, характеризуется шириной поперечного сечения (b) и высотой (h) поперечного сечения стержня, работающего на продольный изгиб, причем под b подразумевается больший размер (b>h). b и h расположены нормально друг к другу. В случае квадратного или круглого поперечного сечения b=h (=d - диаметр при круглых поперечных сечениях). При прямоугольных или эллиптических поперечных сечениях b>h. Точно также возможны многоугольные, включая 2-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8- или с большим количеством углов стержни, работающие на продольный изгиб. Стержни, работающие на продольный изгиб, могут быть полыми или массивными (вся вместе геометрия, которая может выбираться также для жестких тяговых механизмов в описанных выше формах осуществления с, например, крепежным устройством с пружиной или срезаемым крепежным устройством). Для любой геометрии поперечного сечения являются характерными b наиболее широкой стороны и расположенная к ней нормально высота h.

При привлечении указанной выше, известной специалисту формулы Эйлера (F=π²EI/s². где s=βL) для упругого продольного изгиба при заданном давлении срабатывания р (бар) и известном разгрузочном диаметре уплотнительного элемента D, мм при привлечении обстоятельства с заделкой стержня, работающего на продольный изгиб (β), а также модуля упругости материала стержня, работающего на продольный изгиб Е, Н/мм², итеративно определяется геометрия стержня, работающего на продольный изгиб (b - ширина поперечного сечения, мм; h - высота поперечного сечения, мм; длина стержня, работающего на продольный изгиб, L, мм).

Расчет по формуле Эйлера действителен в случае, когда степень гибкости λ=βL корень (А/I) принимает значение >105, где представляют: А - поперечное сечение стержня, работающего на продольный изгиб, мм², и I - минимальный момент инерции площади, мм⁴, и L - длина, мм, стержня, работающего на продольный изгиб. С помощью изменения поперечного сечения стержня, работающего на продольный изгиб, для длины стержня, работающего на продольный изгиб, может находиться оптимум в отношении по возможности более короткой длины стержня и для упругого продольного изгиба, по меньшей мере, требуемой степени гибкости λ.

В предпочтительных формах осуществления стержни, работающие на продольный изгиб, или вообще тяговые механизмы выбираются с h от 1 до 20 мм, преимущественно от 1,5 до 15 мм, в частности, предпочтительно от 2 до 10 мм.

В предпочтительных формах осуществления стержни, работающие на продольный изгиб, или вообще тяговые механизмы выбираются с b от 4 до 50 мм, преимущественно от 6 до 40 мм, в частности, предпочтительно от 8 до 30 мм.

Преимущественно отношение b/h от 1 до 20, в частности, предпочтительно от 1 до 12, особо предпочтительно от 1,2 до 10, например, от 1,5 до 8. В частности, предпочтительно b>h, так что отклонение стержня, работающего на продольный изгиб, вследствие изгибания в направлении узкой стороны (h) осуществляется под контролем. В предусмотренном направлении отклонения может учитываться геометрия корпуса клапана, чтобы предоставлять движению отклонения достаточно пространства.

Преимущественно длина стержня, работающего на изгиб, L выбирается от 30 до 600 мм, в частности, предпочтительно от 40 до 500 мм, например, от 50 до 400 мм, от 60 до 300 мм или от 70 до 250 мм. При продольном изгибе L должно быть больше b, в частности, больше, чем 2×b.

Разгрузочный диаметр D уплотнительного элемента, преимущественно от 10 до 200 мм, в частности, предпочтительно от 15 до 150 мм, например, от 20 до 130 мм или от 25 до 110 мм, от 30 до 100 мм, от 35 до 85 мм или от 40 до 70 мм.

D к b (D/b) преимущественно больше 1,2, в частности, предпочтительно больше 1,3 или больше 1,4.

Согласно изобретению в качестве оптимальной области для прямоугольных поперечных сечений было определено следующее отношение (см. также фиг. 23): D/b=0,0182×(р/Е)-^0,652. Преимущественно D/b меньше или равно этому оптимальному значению. Преимущественно в предложенных в соответствии с изобретением формах осуществления D/b больше 0,009×(р/Е)^-0,652, в частности, больше 0,013×(р/Е)^-0,652. В специальных случаях D/b меньше или равно 0,11×(р/Е)^-0,5, в частности, для прямоугольных стержней, работающих на продольный изгиб. Преимущественно D/b=М×(р/Е)^-0,652, с М между 0,003 и 0,0182, преимущественно между 0,005 и 0,017 или между 0,007 и 0,016. В качестве оптимума для квадратных поперечных сечений было определено отношение D/b=0,11×(р/Е)^-0,5. Преимущественно D/b меньше или равно этому оптимальному значению. Преимущественно D/b=N×(р/Е)^-0,5, где N между 0,02 и 0,11, например, между 0,035 и 0,10, или между 0,05 и 0,09. При всех этих отношений в силу обоснованных причин D/b больше или равно 1.

Преимущественно выбираются стрежни, работающие на продольный изгиб, с Е-модулем от 50000 до 500000 Н/мм², преимущественно от 60000 до 400000 Н/мм², от 150000 до 300000 Н/мм².

Предложенные в соответствии с изобретением тяговый механизм или уплотнительный элемент находятся в функциональном соединении с датчиком, который обнаруживает отклонение или смещение, так что генерирует сигнал, который отличает открытое состояние клапана от закрытого. Датчик может обнаруживать переходы между закрытым и открытым состоянием и соответственно этому подавать сигнал. Согласно предложенным в соответствии с изобретением формам осуществления устройства со стержнем, работающим на продольный изгиб, этот стержень, работающий на продольный изгиб может быть образован так, что он относительно отклонения в случае открывания и соединенным с ним возникновением угла отклонения, для обнаружения отклонения может быть соединен с одним или несколькими датчиками продольного изгиба, причем датчики продольного изгиба (как, например, датчик давления, трансмиттер давления, тензометрический датчик) генерируют сигнал в случае продольного изгиба.

Датчики продольного изгиба