CC BY
21
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 629.7.04
О. П. Мулюкин
д-р техн. наук, профессор, заведующий, кафедра «Инженерная графика», ФГБОУ ВПО «Самарский государственный университет путей сообщения»,
e-mail: [email protected] М.П. Дудин
аспирант, кафедра «Инженерная графика», ФГБОУ ВПО «Самарский государственный университет путей сообщения»,
e-mail: [email protected]
Е.В. Брума
аспирант, кафедра «Строительные конструкции и материалы», ФГБОУ ВПО «Государственный университет -учебно-научно-производственный комплекс», г. Орел
СПОСОБЫ И УСТРОЙСТВА ЗАЩИТЫ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ВНУТРЕННИХ ПОЛОСТЕЙ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНО-КЛАПАННЫХ УСТРОЙСТВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ЦИСТЕРН С ИЗБЫТОЧНЫМ ДАВЛЕНИЕМ ТРАНСПОРТИРУЕМЫХ ПРОДУКТОВ
Аннотация. Дан анализ текущего состояния особенностей и недостатков известных способов и устройств защиты внутренних полостей предохранительно-клапанных устройств железнодорожных цистерн с избыточным давлением транспортируемых продуктов. Охарактеризована оригинальная авторская разработка такого рода устройства, реализующая принцип разделения масс запорного органа на рабочем ходе.
Ключевые слова: железнодорожная цистерна подвижного состава, неблагоприятное воздействие окружающей среды, мембранные и предохранительно-клапанные устройства, корпус, седло, запорный орган, клапанное уплотнение, пружина, ресурс клапанного уплотнения.
O.P. Muljukin, Samara state university of railway transport
M.P. Dudin, Samara state university of railway transport
E.V. Bruma, State University - Education-Science-Production Complex, Orjel
METHODS AND APPARATUS OF PROTECTION FROM EXPOSURE TO THE ENVIRONMENT
THE INTERNAL CAVITY OF RAILWAY TANK SAFETY VALVE DEVICES WITH AN EXCESS
PRESSURE OF THE TRANSPORTED PRODUCTS
Abstract. This article analyzed the current state of the features and drawbacks of the known methods and devices of protection for internal cavities-safety valve means of railway tank with a pressure of transported products. Characterized the original authoring this kind of device, which implements the principle of separation of mass shut-off device in the course of work.
Keywords: railway tank of rolling stock, adverse environmental effects, disc and the safety-valve device, seat, shut-off valve, the valve seal, spring, resource valve seal.
В железнодорожных цистернах подвижного состава, транспортирующих газообразные и жидкие продукты под избыточным давлением, широко применяются мембранные и предохранительно-клапанные устройства, предотвращающие цистерны от разрушения сверхнормативным избыточным давлением продукта. Особенности конструирования мембранных предохранительных устройств для железнодорожных цистерн и способы повышения их эксплуатационной надежности обстоятельно освещены авторами [1, 2].
Конструктивное исполнение применяемых в железнодорожных цистернах предохранительно-клапанных устройств, прежде всего, предохранительных и «дыхательных» клапанов, особенности их работы и недостатки в эксплуатации изложены в работе [3]. Там же отмечается о нерешенности проблемы проникновения во внутренние полости предохранительных клапанов со стороны «выхода» конденсата и инородных частиц из окружающей среды (пыль, продукты выхлопа двигателей и пр.), что резко снижает эксплуатационную надежность любых типов предохранительной арматуры.
При этом указывается на конструкторско-технологическую сложность и значительную затратность материальных средств используемых для решения этой проблемы способов сообщения дренажных полостей агрегатов с окружающей средой через специальные гидравлические «замки». Данное обстоятельство вызвало к жизни применение примитивных способов защиты выходных патрубков предохранительных клапанов от неблагоприятного воздействия окружающей среды (размещение их в изолированных камерах из пенополиуретана; обвязка их фильтроизолирующими пакетами из эластичной пленки и др.).
В научной школе «Динамика и прочность агрегатов и оборудования транспортных систем» СамГУПС, возглавляемой проф. О.П. Мулюкиным [4], для решения этой проблемы предложено использовать конструктивный принцип разделения масс запорного органа на рабочем ходе [5, 6], позволяющий полностью исключить проникновение во внутреннюю полость предохранительного клапана конденсата и инородных частиц из окружающей среды. Данный принцип реализован в конструкции предохранительного клапана, представленного на рисунке 1.
Принцип действия разработанной конструкции заключается в следующем.
При превышении допустимого давления рабочей среды происходит резкое срабатывание плунжера 17, сопровождающееся ударом торца стопора 20 о поверхность запорного органа 5, который в результате этого под действием входного давления начинает отрываться от седла 4, преодолевая силы трения и силы инерции покоя в сопряжении запорный орган 5 - корпус 1. Дальнейшее открытие происходит при воздействии перепада давлений рабочей среды на всю площадь запорного органа 5. Одновременно с этим, при перемещении плунжера 17 происходит отход от седла 14 выходного патрубка 8 запорного органа 15, полость выходного патрубка 8 сообщается с атмосферой.
После того, как избыточное давление в системе примет заданное значение, происходит резкое перемещение плунжера 17 в сторону седла 4. При этом стопор 20, соударяясь с торцем запорного органа 5, передает ему энергию движения плунжера 17, что повышает скорость перемещения запорного органа 5. При подходе запорного органа 5 к седлу 4 и посадке запорного органа 15 на седло 14 выходного патрубка 8 из общей массы подвижной системы отделяется масса плунжера 17, что снижает энергию движения запорных органов 5 и 15 при их посадке соответственно на седло 4 и седло 14 выходного патрубка 8.
Из вышеизложенного следует, что примененный в конструкции на рисунке 1 принцип разделения масс запорного органа на рабочем ходе, помимо решения основной задачи по защите выходного тракта устройства от неблагоприятного воздействия окружающей среды, также решает задачу по снижению энергии соударения запорного органа 5 с седлом 4 в момент посадки. Последнее, как доказано многими исследователями [5], способствует увеличению срока службы клапанно-седельной пары 4, 5.
Вопросы конструкторско-технологического обеспечения качества устройств та-
кого рода на стадиях проектирования, изготовления, сборки и испытания изложены в работах [7, 8].
10 11 12 13 К 15
А а Ь с
Рисунок 1 - Конструкция предохранительного клапана с защитой выходного тракта от атмосферного воздействия в составе железнодорожной цистерны с избыточным давлением транспортируемой среды: 1, 9 - контровочная пломба; 2 - выходной патрубок; 3 - корпус; 5, 15 - запорный орган с клапанным уплотнением; 6, 11 - шайба; 7, 12 - цилиндрическая пружина сжатия; 8 - выходной патрубок;
10, 18 - уплотнения; 13 - опора пружины; 16 - резьбовой хвостовик запорного органа 15; 17 - плунжер запорного органа 15; 19 - пазы для прохода транспортируемой среды; 20 - стопор хода плунжерного окончания 17; 21 - технологический шлиц, используемый при сборке устройства; А - железнодорожная цистерна со стенкой «а», с приваренным к ней штуцером «с», уплотненным по корпусу 3 устройства уплотнением «Ь»
Выводы. Охарактеризованы способы и устройства защиты от неблагоприятного воздействия окружающей среды на внутренние полости предохранительно-клапанных устройств железнодорожных цистерн с избыточным давлением транспортируемого продукта, включая оригинальную авторскую разработку такого рода устройства, реализующую принцип разделения масс запорного органа на рабочем ходе.
Список литературы:
1. Мулюкин О.П. Типовые и нетрадиционные конструкции пневмогидравличе-ских мембранно-предохранительных устройств [Текст]: монография / О.Е. Лаврусь, А.С. Левченко, А.В. Ковтунов, О.П. Мулюкин. - Самара: СамГУПС, 2009. - 80 с.
2. Мулюкин О.П. Обеспечение экологической безопасности транспортировки рабочих сред под давлением в железнодорожных цистернах с избыточным давлением транспортируемого продукта [Текст] / А.В. Ковтунов, А.С. Левченко, О.П. Мулюкин, С.А. Финогенов // Безопасность жизнедеятельности. - М., 2009. - № 5. - С. 18-22.
3. Шадур, Л.А. Вагоны [Текст]: учебник для вузов ж.-д. транспорта / Л.А. Шадур, И.И. Челноков, Л.Н. Никольский и др.; под ред. Л.А. Шадура. - 3-е изд. перераб. и доп.
- М.: Транспорт, 1980. - 439 с.
4. Мулюкин, О. П. Цель задачи и критерии формирования и развития научных школ в российских вузах и научных организациях на примере научной школы Самарского государственного университета путей сообщения [Текст] / О. П. Мулюкин // Мате-риали за 8-а международна научна практична конференция «Научният потенциал на света - 2012». - София: ООД «БялГРАД - БГ», 2012. - Т. 7: Педагогически науки. -С. 88-93.
5. Мулюкин О.П. Гидропневмотопливные клапанные агрегаты с управляемым качеством динамических процессов [Текст]: учебно-справочное пособие / Д.Е. Чегода-ев, О.П. Мулюкин, А.Н. Кирилин, В.В. Шалавин, Ли Чжун Ин, В.М. Вершигоров, В.А. Безводин, А.Д. Чегодаев, И.О. Бугакова. - Самара: СГАУ, 2000. - 546 с.
6. А. с. 1451397 СССР МКИ4 F16K 17/04. Пневматическое клапанное устройство / Д.Е. Чегодаев, О.П. Мулюкин, П.М. Огар [и др.] // Бюллетень изобретений. - 1987. - № 2.
7. Мулюкин О. П. Конструкторско-технологическое обеспечение качества исполнительных механизмов транспортной техники на стадиях проектирования, изготовления, сборки и испытания [Текст]: монография / Б.Г. Иванов, А.В. Ковтунов, О.П. Мулюкин. - Самара: Изд-во Самар. науч. центра РАН, 2006. - 84 с.
8. Дудин М.П. Автоматизированная система контроля и защиты от сброса в атмосферу химических веществ, перевозимых наливом [Текст] / Б. А. Анфилофьев, А.Ю. Гончарук, М.П. Дудин, П.М. Дудин // Вестник транспорта Поволжья. - Самара, 2011. -№ 2 (26). - С. 66-68.
List of references:
1. Mulyukin O.P. Standard and non-traditional design of membrane-fluid pressure relief devices [Text]: monograph / O. Lavrus, A.S. Levchenko, A. Kovtunov, O.P. Mulyukin. - Samara: Sam-GUPS, 2009. - 80 p.
2. Mulyukin O.P. Ensuring environmental safety of transportation work environments under pressure in tank cars with a pressure of the transported product [Text] / A.V. Kovtunov, A.S. Levchenko, O.P. Mulyukin, S.A. Finogenov // Life Safety. - M., 2009. - № 5. - P. 18-22.
3. Shaduro, L.A. Cars: a textbook for high schools railway transport [Text] / L.A. Shadur, I.I. Chelnokov, L.N. Nikol'skiy i dr.; ed. L.A. Shadur. - 3rd ed. rev. and add. - Moscow: Transport, 1980. -439 p.
4. Mulyukin, O.P. The purpose of the task and the criteria for the formation and development of scientific schools in the Russian universities and scientific organizations on the example of the scientific school of Samara State University of Railways [Text] / O.P. Mulyukin // Material for 8 and the International scientific practical conference «The scientific potential in the world - 2012». - Sofia: Ltd. «ByalGRAD - BG», 2012. - Vol. 7: Pedagogical Sciences. - P. 88-93.
5. Mulyukin O.P. Hydro-pneumatic-fuel aggregates with controlled quality of dynamic processes: Educational handbook [Text / D.E. Chegodaev, O.P. Mulyukin, A.N. Kirilin, V.V. Shalavin, Li Chzhun In, V.M. Vershigorov, V.A. Bezvodin, A.D. Chegodaev, I.O. Bugakova. - Samara: SGAU, 2000. - 546 p.
6. A. p. 1451397 USSR MKI4 F16K 17/04. Pneumatic valve device / D.E. Chegodaev, O.P. Mulyukin, P.M. Ogar [etc.] // Byulleten' izobreteniy. - 1987. - № 2.
7. Mulyukin O.P. Design - quality assurance process actuators transport equipment during the design, manufacturing, assembly and testing: monograph [Text] / B.G. Ivanov, A.V. Kovtunov, O.P. Mulyukin. - Samara: Publishing House of the Samara Scientific Center of RAS, 2006. -84 p.
8. Dudin M.P. The automated system control and protection from the dumping of chemicals into the atmosphere in bulk [Text] / B.A. Anfilofyev, A.U. Goncharuk, M.P. Dudin, P.M. Dudin // Vestnik transporta Povolzh'ya. - Samara: SamGUPS, 2011. - № 2 (26). - P. 66-68.
