Предохранительные устройства

По существующим требованиям безопасности ни одна машина, станок или оборудование не могут считаться пригодными для выполнения работ, если они не имеют предохранительных защитных устройств на случай аварийных режимов. В основу предохранительных устройств положен принцип отключения оборудования при выходе контролируемого параметра (давление, температура, усилие, перемещение и т.д.) за допустимые пределы.

Принципиальные решения и конструктивное оформление предохранительных устройств разнообразны и зависят от особенностей данного оборудования и технологического процесса.

В зависимости от природы возникновения опасного производственного фактора все предохранительные устройства можно подразделить на четыре группы:

- предохранители от механических перегрузок;

- предохранители от перемещения частей машины за установленные габариты;

- предохранители от превышения давления и температуры;

- предохранители от увеличения силы электрического тока свыше допустимых пределов.

Для защиты от механических перегрузок и предотвращения, связанных с этим аварий, используют муфты, ограничители грузоподъемности, регуляторы частоты вращения, срезаемые штифты и шпильки. В сельскохозяйственных машинах широко распространены фрикционные муфты, в которых давление между поверхностями трения создается пружинами, отрегулированными на передачу предельного момента. Муфта срабатывает при перегрузках рабочего органа. Грузоподъемные механизмы снабжают ограничителями грузоподъемности, что исключает опасную перегрузку во время подъема и перемещения груза.

Простейший тип грузового рычажного ограничителя показан на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4 – Схема работы грузового рычажного ограничителя грузоподъемности

При перегрузках крана усилие Р от нажатия ветвей грузового каната 1 превысит величину уравновешивающего момента от груза 4. Рычаг 3 повернется, а его правый конец нажмет на рычаг конечного выключателя 5 и разомкнет цепь управления электродвигателя. Момент срабатывания регулируют передвижением груза G по рычагу. Механизм срабатывает, если будет соблюдаться условие:

(3.6)

Если шкивы и шестерни фиксируются на приводном валу с помощью предохранительных штифтов или шпилек, то при превышении допустимых нагрузок они срезаются и шкив (шестерня) вращается на валу вхолостую. Для возобновления работы механизма необходимо заменить срезанную шпильку (штифт).

Регуляторы частоты вращения работают по принципу автоматического ограничения подачи топлива в цилиндр двигателя и предотвращают опасное нарастание оборотов при неисправностях топливоподающих устройств в двигателях внутреннего сгорания.

Для защиты от перехода движущихся частей машины за установленные пределы и предотвращения, связанных с этим поломок машин, используют концевые выключатели (ограничители хода), остановы, захваты и упоры. Концевые выключатели широко применяют в грузоподъемных механизмах для ограничения пути движения груза как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях, на металлорежущих станках – для выключения движения суппорта, для изменения направления движения рабочего органа и т.д.

Для предупреждения аварий (взрывов) механизмы, работающие под давлением пара, газа или жидкости выше атмосферного, снабжают предохранительными устройствами в виде клапанов и мембран. Все паровые котлы, гидравлические и пневматические системы снабжают предохранительными клапанами, которые при превышении давления сверх установленных норм открываются и тем самым сбрасывают избыточное давление пара, жидкости или газа (воздуха).

Конструкции клапанов различны, но назначение у них одно – предупредить аварию и не допустить несчастный случай с обслуживающим персоналом.

Если пренебречь массами рычагов клапанов, то условие, при котором рычажный клапан начнет открываться, будет иметь вид:

(3.7)

а для пружинного клапана:

(3.8)

где a – коэффициент расхода пара через клапан; Н – предельное рабочее давление в сосуде, Па; G – масса подвижного груза, кг; Т – усилие пружины, Н; , – плечи рычага, м; d – диаметр отверстия, м.

Предохранительные клапаны могут эффективно защищать оборудование только при условии, что давление будет нарастать сравнительно медленно, не потребуется большей степени герметичности и не будет коррозионного воздействия среды. В условиях, когда работоспособность предохранительного клапана недостаточна, применяют предохранительные мембраны. На изготовление мембраны идет тонкая металлическая пластина, толщина которой должна быть такой, чтобы при давлении свыше допустимых пределов произошел ее разрыв и разрывная волна вышла в атмосферу.

Предохранительные устройства такой конструкции установлены на некоторых моделях пенных огнетушителей. Для котельных установок мембрану изготовляют из листового асбеста. Конструкция и размеры мембраны должны быть такими, чтобы после ее разрыва была исключена возможность дальнейшего повышения давления в сосуде.

На рисунке 3.5 изображена схема работы предохранительного водяного затвора низкого давления, устанавливаемого на ацетиленовых генераторах для предотвращения их взрыва. При обратном ударе взрывчатая смесь попадает в затвор, при этом часть воды вытесняется по газоотводной трубке 4. Когда обнаружится конец трубки 5, газ начнет выходить в атмосферу. После того как избыток газа выйдет по трубке 5 и давление упадет, затвор начнет нормально работать.

Большую опасность представляет появление электрического тока на частях оборудования, которые при нормальных режимах не находятся под напряжением. Для предотвращения нарастания тока до опасных величин на частях оборудования применяют плавкие предохранители. При достижении силы тока сверх установленных пределов предохранитель расплавляется и прерывает электрическую цепь. На более ответственных установках для защиты применяют автоматические отключатели.

Рисунок 3.5 – Схема работы водяного затвора низкого перепада давления: а) при нормальной работе; б) при обратном ударе; 1 – корпус; 2 – воронка; 3 – запорный клапан; 4 – газоотводящая трубка; 5 – предохранительная трубка; 6 – контрольный клапан