8.4. Предохранительные мембраны. Типы мембран, требования к их материалам

Мембранные предохранительные устройства (МПУ)

8.4. Предохранительные мембраны. Типы мембран, требования к их материалам
Продуктовая линейка  >  Мембранные предохранительные устройства (МПУ)

Общая информация об МПУ

Одним из направлений деятельности ГК «ЛЕННИИХИММАШ» является разработка и изготовление высокоточных мембранных предохранительных устройств (МПУ) и предохранительных мембран.

 Назначение данной продукции — применение на взрывоопасных и химически опасных предприятиях химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности, а также на объектах атомной и тепловой промышленности с целью защиты объектов технологического оборудования от опасных перегрузок избыточным и (или) вакуумметрическим давлением, создаваемых рабочими средами. МПУ используются в качестве самостоятельных предохранительных устройств или в сочетании с предохранительными клапанами. Специалисты  ГК «ЛЕННИИХИММАШ» обладают многолетним опытом и обширной научно-технической базой в области разработки и изготовления данной продукции. Понимая степень важности надежной работы мембран, в компании непрерывно совершенствуют техническое оснащение и технологии проверки эксплуатационной надежности. 

Изготавливаемые ГК «ЛЕННИИХИММАШ» в соостветсвии с ТУ 3615-006-79703874-209 мембранные предохранителые устройства полностью соответсвуют международным стандартам качества.

Технические характеристики

Давление срабатывания, МПа от 0,05 до 40
Диаметр проходного сечения, мм от 10 до 600
Рабочая температура, град. С. от -100 до +450
Точность давления срабатывания, % до 2 для МПРС  до 5-10 для МПУ

Особенности МПУ:

МПУ с разрывной мембраной
МПУ с разрывными мембранами (МР) применяются на жидких и газообразных средах. Рабочее давление воздействует на вогнутую (или плоскую) поверхность.

МПУ с хлопающей мембраной
Хлопающие мембраны работают на потерю устойчивости. МПУ с “хлопающими” мембранами (МХ) применяются на газообразных средах.

На жидких средах они применяются при наличии газовой подушки под мембраной объемом не менее 2,4 D3 , за исключением специальных “хлопающих” мембран, используемых для работы в жидких средах.

МПУ с “хлопающей” мембраной могут устанавливаться перед предохранительными клапанами при наличии между ними объема не менее 8 D3.

МПУРС
Для обеспечения сверхточного срабатывания ГК «ЛЕННИИХИММАШ» разработано мембранное предохранительное устройство с разрывным стержнем (МПУРС) патент РФ №2272207 от 02.07.2004 г.

Защитные покрытия
Для защиты мембран и воздействия от агрессивных сред нефтехимии и нефтепереработки ГК «ЛЕННИИХИММАШ» разработаны уникальные технологии нанесения на поверхность мембран и деталей МПУ антикоррозионных покрытий с использованием нитрида титана и фторполимерных материалов. А также технологии изготовления МПУ из фторполимерных материалов.

Разрешительные документы
МПУ и мембраны, изготавливаемые ГК «ЛЕННИИХИММАШ» эксплуатируются не только на взрывопожароопасных и химически опасных предприятиях химической,  нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности, а также на объектах тепловой и атомной энергетики. Для осуществления дейтельности в данном направлении компания обладает полным комплектом необходимых разрешительных документов :

Лицензия на изготовление оборудования для ядерных установок
Лицензия на конструирование оборудования для ядерных установок
Патент на предохранительное устройство для сосуда давления
Разрешение на изготовление и применение в Республике Беларусь технических устройств на объектах ГоспромнадзораСтраница 1, страница 2, страница 3
Сертификат соответствия системы менеджмента качестваСтраница 1, страница 2, страница 3, страница 4
Сертификат соответствия на мембранные предохранительные устройстваСтраница 1, страница 2
Аттестат на стенд гидравлических испытаний технических устройств, применяемых на опасных производственных объектахСтраница 1, страница 2

О лаборатории МПУ

Производство мембран ведется с использованием лазерной машины и современной цифровой измерительной техники.

Изготовление заготовок мембран Лазерный комплекс МЛ1-12

ГК «ЛЕННИИХИММАШ» имеет собственную аттестованную метрологической экспертизой стендовую базу.

Стенд Стенд

Источник: http://www.niihimmash.ru/produktovaja_linejka/membrannye_predohranitelnye_ustrojstva_mpu/

2. Предохранительные мембраны

8.4. Предохранительные мембраны. Типы мембран, требования к их материалам

Взависимости от характера разрушениямембраны подразделяют на следующиетипы:

1)разрывные(рис. 2.6а).Мембраны 1изготовляют из тонко­листового прокатаи устанавливают во фланцевых соединенияхпри помощи специальных зажимных колец2, 3.Их выполняют сплошными, с прорезями ис герметизирующей подложкой в видепленки из коррозионностойкого материалаили с вакуумной подложкой;

2)хлопающие(рис. 2.6б).Мембраны 1имеют форму сфериче­ского купола,выпуклая сторона которого обращена кзоне повы­шенного давления. Присрабатывании купол выворачивается вобратную сторону, ударяется о крестообразныйнож 2 и разру­шается. Используют длянизких давлений. Изготовляют изпла­стичного материала;

3)ломающиеся(рис. 2.6в).Мем­браны изготовляют из хрупкихма­териалов (чугуна, графита). Эти ПМнаименее инерционны, поскольку ихсрабатыванию не предшествует плас­тическаядеформация;

4)срезные(рис. 2.6г).Мембра­ны 1 при срабатывании срезаютсяпо острой кромке прижимного коль­ца2;изготавливаются из мягких ма­териалов.Во избежание деформаций прогиба мембранаимеет утолщение по всей рабочей части.Недостатком является большой разбросдавления срабатывания;

5)отрывные(рис. 2.6д).Мем­браны имеют форму колпачков сослабленным сечением в виде канав­киили проточки;

6)специальные(рис. 2.6е).Мембраны выпол­няются с разрывнымистержнями или болтами, с пружинныммеханизмом, а также стеклянными с ударнымме­ханизмом и др. Разра­батываютдля условий, не позволяю­щих использоватьтиповые конструк­ции ПМ.

3. Рекомендации по выбору пу

Четкостьфункционирования ПУ зависит от правильноговыбора наи­более подходящих типовдля кон­кретных условий эксплуатацииобо­рудования. Наиболее широкоеприменение находят пружинные ПК и ПМ.Грузовые и рычажно-пружинные ПК внастоящее время почти не применяют.Рычажно-грузовые клапаны довольноши­роко распространены в химической,нефтехимической и энерге­тическойотраслях промышленности.

Основным недостаткомПМ является то, что после их срабаты­ванияиз аппарата сбрасывается вся находящаясяв нем техноло­гическая среда, так каквыходное отверстие в мембране остаетсяоткрытым до замены разрушенной мембраны.Это ограничивает применение ПМ.

Основным недостаткомПК по сравнению с ПМ является боль­шаяих сложность, а следовательно, меньшаянадежность в экс­плуатации, особеннопри работе на средах, склонных кполимери­зации, осаждению, кристаллизации;меньшая герметичность за­твора,вследствие чего при протечкахтехнологической среды иногда наблюдаетсяпримерзание золотника к седлу; большаяинерционность действия, что не позволяетиспользовать ПК для защиты оборудованияот взрывов технологической среды.Указанные недостатки ПК и ПМ могут бытьв значительной мере устранены установкойПК совместно с ПМ, помещаемой перед ПК.

Для защиты аппаратовхимических и нефтехимических про­изводстврекомендуется применять пружинныеполноподъемные ПК прямого действия.

Предохранительныеклапаны других типов целесообразноис­пользовать в следующих случаях:

а) пружинные ирычажно-грузовые мало- и среднеподъемные– для гидравлических систем при небольшихили переменных рас­ходах различныхсред; при этом рычажно-грузовые ПК нельзяприменять на установках, подверженныхвибрации;

б)разгруженные пружинные ПК – для системс противодав­лением Р2>0,1Рри с переменным противодавлением;

в)пружинные ПК с подачей давления назолотник – для систем с небольшимаварийным расходом;

г) ПК непрямогодействия со вспомогательным управлением– для систем высокого давления, системс большим аварийным рас­ходом, привысоком требовании к герметичности,для узкого диапазона давлений приоткрытии, при возможности пригоранияили прилипания золотника к седлу.

Кроме того, вхимической промышленности существуеттребо­вание установки пружинных ПКна аппараты, содержащие взрывопожароопасныевещества и вещества, отнесенные к 1-муи 2-му классам опасности по ГОСТ12.1.007–86, а рычажно-грузовых предохранительныхклапанов – на аппараты, содержащиеней­тральные среды.

При выборе типаПМ для защиты конкретного аппарата,прежде всего, следует исходить из условиямаксимальной надежности защиты. Наиболеенадежными в этом отношении являютсяпре­дельно простые по конструкцииразрывные мембраны.

Предохранительныеразрывные мембраны со сплошным купо­ломрекомендуется применять при возможностирезкого повыше­ния давления или взрывасреды в аппарате; при требованииповы­шенной герметичности аппарата;при рабочих средах, склонных кполимеризации, осаждению, кристаллизации.

ПМдругих типов рекомендуется применятьв следующих случаях:

1. Разрывные мембраныс прорезями применяют при отсутствиипроката, нужного для изготовленияразрывных мембран со сплошным куполом.

2. Хлопающие мембраныпо сравнению с разрывными менее на­дежныиз-за более сложной конструкции и высокойчувствитель­ности даже к незначительнымповреждениям (вмятинам) купола. Однакохлопающие мембраны хорошо противостоятзнакопере­менным нагрузкам, в то времякак разрывные мембраны из тон­колистовогопроката таким свойством не обладают.

Основная область применения хлопающихмембран – защита от превыше­нияизбыточного давления аппаратов,работающих под вакуумом или подвергаемыхпериодическому вакуумированию.

Взависи­мости от материала мембрансуществует нижний предел их при­мененияпо давлению: мембраны из алюминия –0,02 МПа, из никеля – 0,03 МПа, изнержавеющей стали – 0,08 МПа.

3. Ломающиесямембраны применяют для условийдинамических и знакопеременных нагрузок.

4. Отрывные мембраныприменяют для аппаратов и на гидравли­ческихлиниях высокого и сверхвысокого давленияпри неболь­ших диаметрах сбросныхотверстий.

Для систем спеременным аварийным расходом, которыймо­жет резко возрасти в условияхпожара, непредусмотренной хими­ческойреакции или взрыва, рекомендуетсяпараллельная уста­новка пружинногоПК и ПМ.

В системах, для которых резкоеснижение давления и полный сброс рабочейсреды при срабатывании ПМ недопустимы,а ис­пользование ПК невозможно попричине забивки его проточной частипродуктами полимеризации, рекомендуетсяпоследователь­ная установка ПМ и ПК.

ПРИМЕР

Предохранительныеразрывные мембраны модели “Горгона”(см. фото) предназначены для герметизацииучастка трубопровода, соединяющегорезервуар с обратным клапаном ивысоконапорным пеногенератором. Рольгерметизирующего элемента в этойконструкции выполняет тонкая (0,15 мм)фторопластовая пленка, установленнаямежду фланцем трубы и собственно корпусомпредохранительной разрывной мембраны.

Присрабатывании системы подслойноготушения пожара высоконапорныйпеногенератор начинает вырабатыватьпену и создает на выходе давление пены,превышающее статическое давлениежидкости в резервуаре.

Под действиемэтого давления шибер мембраныповорачивается в сторону резервуара имногозубый нож, закрепленный на этомшибере, ровно без больших усилий разрываетфторопластовую пленку и открываетсвободный проход для поступления пеныв нижний слой жидкости в резервуаре.

Вотличие от известных отечественных изарубежных аналогов эта предохранительнаямембрана исключает попадание в трубопроводсобственных разрушаемых элементовраскрытия. Шибер мембраны надежнозакреплен на собственных полуосях и нипри каких обстоятельствах не попадаетв трубопровод.

Специальный многозубыйнож без больших усилий ровно по периметруразрезает предохранительную пленку,обеспечивая беспрепятственное поступлениепены в резервуар.

Многозубый нож, скрытыйпод специальной резиновой прокладкойв исходном состоянии, ни при какихобстоятельствах не повредитпредохранительную пленку при колебанияхатмосферного и внутритрубного давленияи обеспечит ее работоспособность напротяжении многих лет. Это техническоерешение защищено свидетельством наполезную модель RU 28386 U1 7F16RK 17/16.

Все деталипредохранительной мембраны “Горгона”изготовлены из коррозиостойких сталей.

Описание

Предохранительныеразрывные мембраны для систем подслойноготушения пожаров в резервуарах слегковоспламеняющимися жидкостямиэксплуатируется в наружных установкахи в помещениях во взрывоопасных зонахклассов 1 и 2 ГОСТ Р 51330.9, где возможнообразование паро- и газовоздушных смесейкатегорий IIА, IIВ групп Т1, Т2, Т3.

Служатдля герметизации пенопроводов.

Предохранительнаяпленка из сверхпрочного инертногоматериала гарантирует надежнуюгерметизацию пенопровода со сторонырезервуара, а специальный нож обеспечитее полный гарантированый разрыв ираскрытие мембраны при минимальномперепаде давлений. Дополнительномембрана работает как обратный клапан.

Сертификатпожарной безопасности ГПС МЧС РоссииN ССПБ.RU.ОП 014.Н.00283 N 002976 от 02.04.2003.

Конструкциязащищена свидетельством на полезнуюмодель RU N 28386 U1 7F16K 17/16.

Функции

  • Герметизация пенопроводов, соединяющихся с резервуаром с нефтью или нефтепродуктами от внешних пенопроводов.
  • Гарантированное удержание давления столба нефти или нефтепродуктов со стороны резервуара.
  • Прорыв разрывной диафрагмы и открытие проходного сечения пенопровода при срабатывании пеногенератора.
  • Герметичное перекрытие пенопровода при прекращении работы пеногенератора (обратный клапан).
Технические характеристикиМПР-150 МПР-200 МПР-250 МПР-300
Максимально допустимое давление со стороны резервуара, МПа0.30.30.30.3
Минимальный перепад давлений для разрыва диафрагмы с полным раскрытием мембраны, МПа0.020.020.020.02
Габаритные размеры, мм214×23270×23322×23372×23
Масса, кг3.65.07.39.4
Климатическое исполнениеY1Y1Y1Y1
Минимальный срок службы, лет5555

Основныегабаритные и присоединительные размеры

МПР-150МПР-200МПР-250МПР-300МПР-350
D280335390440
D1214270330372
d130185232279
d1135190237284
Масса, кг3,657,39,4
* Размеры в мм

Описаниеконструкции и принцип действия мембранногопредохранительного устройства

В состав МПУ входитпредохранительная мембрана и узел еёкрепления. В случае опасного повышениядавления в объекте мембрана срабатываети освобождает требуемую площадь сбросногосечения. После срабатывания мембранытребуется замена этой мембраны нановую из комплекта поставки.

При колебанияхдавления в сбросной системе в составмембранного предохранительногоустройства входит две последовательноустановленные мембраны: основная ивспомогательная. Вспомогательнаямембрана исключает влияние колебанийдавления в сбросной системе на требуемоедавление срабатывания основной мембраны.

Л.20-21

Источник: https://studfile.net/preview/1582732/page:40/

2. ПРАВИЛА РАЗРАБОТКИ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ МЕМБРАННЫХ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

8.4. Предохранительные мембраны. Типы мембран, требования к их материалам

2. Основные требования к мембранным
предохранительным устройствам

2.1. Область применения МПУ

2.1.1. Мембранные предохранительные устройства применяются для защиты объектов технологического оборудования от опасных перегрузок избыточным и (или) вакуумметрическим давлением, создаваемых рабочими средами.

2.1.2. МПУ используются:

а) в качестве самостоятельных предохранительных устройств;

б) в сочетании с предохранительными клапанами.

2.1.3. Типовые МПУ, схемы и требования к их установке на технологическом оборудовании приведены в приложении 2.

2.1.4. МПУ с разрывными мембранами (МР) применяются на жидких и газообразных средах.

2.1.5. МПУ с “хлопающими” мембранами (МХ) применяются нагазообразных средах. На жидких средах они применяются при наличии 3газовой подушки под мембраной объемом не менее 2,4 D , за yисключением специальных “хлопающих” мембран, используемых дляработы в жидких средах. МПУ с “хлопающей” мембраной могутустанавливаться перед предохранительными клапанами при наличии 3между ними объема не менее 8D . y

2.3. Требования к разработке МПУ и мембран

2.3.1. Основанием для разработки МПУ и мембран к ним является техническое задание (заказ), в котором указываются исходные данные и технические требования применительно к конкретным условиям эксплуатации мембранных предохранительных устройств и мембран.

2.3.2. Техническое задание на разработку МПУ оформляется заказчиком и согласовывается с разработчиком проекта или специализированной проектной организацией. Рекомендуемая форма технического задания приведена в приложении 3. Она может дополняться по согласованию между заказчиком и (или) исполнителем заказа.

2.3.3. Техническое задание не оформляется на МПУ и мембраны к ним, изготавливаемые по техническим условиям (ТУ), утвержденным в установленном порядке.

2.3.4. Результатом разработки МПУ и мембран к ним должно бытьудовлетворение условий по обеспечению требуемой пропускнойспособности МПУ Dy >= Dраб. >= Dрасч. с соблюдением требования по обеспечению давления разрыва(срабатывания) мембраны в заданном диапазоне давлений, т.е.:

при установке МПУ в качестве самостоятельных предохранительных устройств:

а) если скорость нарастания давления “взрыва” в аппарате во времени (dP/dt) составляет не более 10,0 МПа/с

Рраб. макс

б) если скорость нарастания давления “взрыва” в аппарате во времени (dP/dt) составляет более 10,0 МПа/с

Рраб. макс

при установке МПУ в сочетании с предохранительными клапанами

1,02 Рраб. макс < Рсраб. < 1,2 Рраб. макс.

Площадь минимального проходного сечения МПУ (Dрасч) рассчитывается разработчиком проекта. Данные расчета являются неотъемлемой частью технического задания на разработку МПУ.

Для аппаратов, в которых возможно образование взрывоопасных газо-, паро- и пылевоздушных смесей, площадь проходных сечений МПУ определяется в соответствии с нормативно-технической документацией по промышленной безопасности.

В случаях, когда возможен выход химической реакции из-под контроля и (или) неуправляемый аварийный приток среды и попадание легкокипящей жидкости в нагретый аппарат, площадь проходного сечения МПУ определяется гидро- и газодинамическими расчетами для полностью открытого запорно-регулирующего органа.

2.3.5. В техническую документацию на МПУ следует включать комплект технической документации на каждый элемент МПУ, а для приварных вакуумных МПУ – сборочный чертеж МПУ.

Если в МПУ предусмотрены противовакуумные опоры, то они должны обеспечивать необходимую пропускную способность, иметь форму, повторяющую форму мембраны, и в рабочем положении зазор между ними должен быть не более толщины мембраны.

Конструкция МПУ обеспечивает единственность варианта установки мембраны в МПУ и МПУ во фланцевое соединение; усилие зажима мембраны регламентируется.

2.3.6. Приемочные испытания МПУ проводятся в установленном порядке при участии представителей Госгортехнадзора России.

2.4. Требования к изготовлению МПУ и мембран

2.4.1. Изготовление МПУ и мембран осуществляется согласно техническому заданию заказчика (формы ТЗ приведены в приложении 3) с соблюдением требований, указанных в технической документации разработчика МПУ, относящихся к данному виду МПУ, в соответствии с техническими условиями и действующими стандартами.

2.4.2. Изготовленные МПУ и мембраны должны соответствовать требованиям, указанным в техническом задании, технических условиях, другой нормативно-технической документации, обеспечивающим качество изготовления.

2.4.3. Повторные партии мембран к МПУ могут изготавливаться по отдельному заказу и на основании ранее выданных разрешений на конкретную единицу номенклатуры.

2.4.4. Если разработчик МПУ одно предприятие, а изготовитель мембран – другое, то повторная партия мембран к изготовленному МПУ может производиться изготовителем мембран по технической документации предприятия – разработчика МПУ.

2.4.5. Элементы МПУ, сопрягаемые с мембраной (зажимные элементы, ножевые лезвия, противовакуумные опоры и др.), могут изготавливаться другими организациями по документации разработчика МПУ.

Источник: https://bazanpa.ru/gosgortekhnadzor-rossii-postanovlenie-n59-ot05062003-h730526/pravila/2/

8.4. Предохранительные мембраны. Типы мембран, требования к их

8.4. Предохранительные мембраны. Типы мембран, требования к их материалам
Предохранительные мембраны представляют собой специально ослабленные устройства с точно рассчитанным порогом разрушения по давлению.

По сравнению с предохранительными клапанами мембраны имеют следующие преимущества: обеспечивают герметичное закрытие сбросного отверстия (до срабатывания мембраны); могут применяться для защиты оборудования, содержащего высококоррозийные, кристаллизующие среды; менее инерционны; дешевы и просты в изготовлении.

Недостатки предохранительных мембран: однократность применения; сравнительно большая допускаемая разность между давлением срабатывания и рабочим давлением, что требует повышенного запаса прочности защищаемого оборудования.

Применение мембран вместо предохранительных клапанов (или совместно с ними) позволяет значительно повысить степень герметичности оборудования, что в условиях химической промышленности означает уменьшение потерь ценных продуктов и снижение загазованности производственных помещений и окружающей атмосферы.

На современных химических предприятиях применяются мембраны диаметром от 2 до 1300 мм на разрушающее давление от 0,002 до 215 МПа в диапазоне рабочих температур от -183 до +1500 0С.

Предохранительные мембраны с учетом характера их разрушения подразделяют на разрывные, ломающиеся, отрывные, срезные, выщелкивающие (рис. 12).

Рис, 12. Основные типы предохранительных мембран:

а – разрывная; б – ломающаяся; в – срезная;

г – отрывная; д – выщелкивающаяся

Разрывные мембраны изготавливаются из тонколистового металлического проката. Мембрана (рис. 12а) защемляется во фланцевом соединении с помощью зажимных колец.

При нагружении мембраны рабочим давлением она испытывает пластические деформации и приобретает куполообразную форму.

Куполообразную форму мембране часто придают также при изготовлении, что увеличивает быстродействие мембраны, позволяет обнаружить скрытые дефекты металла.

Возможность применения разрывных мембран ограничивается номенклатурой тонколистового металлического проката, выпускаемого промышленностью. Особенно трудно с помощью разрывных мембран защищать оборудование, работающее на низком давлении.

Ломающиеся мембраны изготавливаются из хрупких материалов (чугун, графит, стекло и т.п.) и поэтому их срабатыванию не предшествуют заметные пластические деформации.

Ломающиеся мембраны хорошо работают в условиях динамических и пульсирующих нагрузок.

Толщина мембраны может задаваться любой в процессе изготовления, что исключено при изготовлении разрывных мембран из стандартного тонколистового материала. Изготовление ломающихся мембран несложно.

Наиболее распространены в настоящее время ломающиеся мембраны из чугуна с выточкой (рис. 12б). Их используют для защиты котлов высокоорганических теплоносителей, трубопроводов аммиачно-метанольных производств, устанавливают перед предохранительными клапанами в цистернах с жидким хлором и другими агрессивными средами.

Ломающиеся мембраны весьма чувствительны к равномерности затяжки фланцевого соединения; при несоблюдении этого условия мембрана может разрушиться при монтаже. Основным недостатком ломающихся мембран является большой разброс давления срабатывания из-за невоспроизводимости механических свойств материала мембраны. Поэтому во многих случаях они не обеспечивают надежной защиты оборудования.

Срезные мембраны (рис. 12в) при срабатывании срезаются по острой кромке верхнего прижимного кольца. Материалом для изготовления мембран служит листовой алюминий, а прижимные кольца выполняют из стали. Срезные мембраны наиболее часто применяют для защиты сборников жидкого аммиака и метанола.

Отрывные мембраны применяют для защиты систем высокого давления (свыше 25 МПа) при диаметре сбросных отверстий 20-60 мм. Мембраны имеют форму колпачков (рис. 12г) с ослабленным сечением. Отрывные мембраны успешно используют для защиты аппаратов в производствах полиэтилена и некоторых других.

Выщелкивающиеся мембраны представляют собой тонкостенный сферический сегмент, припаянный или приклеенный к опорному кольцу, обращенный выпуклой поверхностью в сторону рабочего давления (рис. 12д).

При превышении давления в аппарате выше заданной величины сферический сегмент теряет устойчивость и мембрана выворачивается в другую сторону. Этот процесс происходит очень резко с хлопком, вследствие чего мембрана отрывается от кольца в месте припайки и уносится потоком сбрасываемого газа. Выщелкивание мембраны применяют для защиты аппаратов, работающих при низких давлениях и вакууме.

Материалы предохранительных мембран должны обладать следующими основными свойствами:

а) иметь стабильные механические свойства при рабочей температуре. Максимальное отклонение предела прочности при растяжении не должно превышать +5% от средней величины;

б) быть коррозионностойким в технологической среде, содержащейся в аппарате;

в) структура материала и его механические свойства не должны изменяться в процессе эксплуатации мембраны;

г) допуск на толщину проката (фольги, ленты), применяемого для изготовления мембран, должен быть минимальным.

Применение различных материалов для изготовления мембран ограничивается максимально допустимой рабочей температурой в месте их установки. При более высоких температурах возможны ложные срабатывания мембран при рабочем давлении вследствие значительной ползучести материала. Некоторые характеристики материалов, идущих на изготовление промышленных мембран, представлены в табл. 12 /1, 13/.

Таблица 12 Материал мембран
Максимальный рабочий диаметр, мм
Максимальная рабочая температура, 0С
Рс ? D, МПа мм
Предел прочности при одностороннем растяжении, МПа
Относительное удлинение при разрыве
Алюминий
400
100
10-40
40-120
0,03 – 0,2
Никель 140
480
44-400
450-550
0,02 – 0,1
Нержавеющая сталь
300
300
172
800-1000
0,05 – 0,2
Титан
140

170

300
300

300

300
48-96

270-320

687



Латунь
140
150
24-60
300-600
0,1 – 0,15 225
150
65-230 Бронза
65
150
30,5-79
400-900
0,03 – 0,2

Величина Рс ? D – произведение давления срабатывания Рс на рабочий диаметр мембраны D – является основным критерием для определения возможности изготовления мембраны из данного материала.

Источник: https://bookucheba.com/jiznedeyatelnosti-bjd-bezopasnost/predohranitelnyie-membranyi-tipyi-membran-18672.html

Типы мембранных материалов в аутдор-снаряжении

8.4. Предохранительные мембраны. Типы мембран, требования к их материалам

Современные мембранные материалы, применяемые в одежде и снаряжении для активного отдыха, — высокотехнологичный продукт многолетних исследований и испытаний. О том, какими способами можно добиться одновременно защиты от воды и ветра и сохранить дышащие свойства ткани — подробно в нашем материале.

Коротко о предназначении мембран

Мембрана — барьер, который пропускает одни вещества и не пропускает другие. Мембранные технологии используются в промышленности повсеместно, в том числе в производстве одежды, обуви и снаряжения для аутдор-активностей.

Так называемые климатические мембраны созданы с целью защитить пользователя от внешних воздействий — дождя, снега, ветра, низких температур — и сохранить при этом комфортные ощущения.

В условиях интенсивных нагрузок, хотя это, конечно, справедливо и для организма в состоянии покоя, это означает отведение наружу избыточной влаги, которая образуется в качестве продукта терморегуляции организма.

Следует понимать, что ни одна мембрана не способна обеспечить работу лишь в одном направлении.

Корректная работа мембраны, то есть отведение избыточной влаги изнутри на внешнюю поверхность ткани, обеспечивается при соблюдении необходимых условий — как правило, это означает наличие градиента температуры и влажности между условиями на внутренней и внешней поверхностях материала. В большинстве случаев при использовании мембранных тканей на природе такие условия создаются автоматически, и мембрана действительно «работает».

Способы нанесения мембраны

Мембрана — тончайший слой вещества, обеспечивающего барьерный эффект. Толщина мембраны Gore-Tex, например, составляет всего 0.01 мм. При такой толщине мембрана не может самостоятельно обладать необходимой прочностью, она, как правило, подстилает изнутри внешний слой ткани.

Какой бы ни была по свойствам мембрана, изначальная нагрузка ложится на внешний слой ткани. Внешний слой должен в идеале обладать гидрофобными, то есть влагоотталкивающими свойствами.

Его задача — допустить к мембране, находящейся за ним, как можно меньшее количество жидкой воды.

Этому способствуют и свойства внешней ткани и — во многом — водоотталкивающая пропитка (DWR), благодаря которой вода скатывается по поверхности внешнего слоя, не проникая внутрь.

По типу присоединения мембраны к внешней ткани выделяют:

  • Покрытия (coating) — жидкие растворы, которые наносятся на внутреннюю поверхность ткани. Это наиболее простой и гораздо менее дорогой способ нанесения мембраны по сравнению с ламинатами.

    При этом, мембранные покрытия часто обладают меньшим весом, так как не требуют внутреннего защитного слоя-подкладки, а только защитного покрытия (подобно 2.5-слойной конструкции ламинатов).

  • Ламинаты (laminate) — слоистые конструкции, в которых цельный слой мембраны приклеивается изнутри к внешнему слою ткани.

    Сегодня это основной принцип создания мембранных материалов для использования в сложных погодных условиях — ламинаты обладают значительно большей прочностью и долговечностью по сравнению с мембранными покрытиями.

    Мембранные ламинаты также демонстрируют более высокие показатели паропроницаемости по сравнению со схожими по химическим свойствам покрытиями. Так, говоря о мембранах практически всех самых известных производителей, мы подразумеваем именно мембранные ламинаты.

Типы строения мембранных материалов

В самом общем случае мембрана находится между внешним слоем, который обеспечивает первичную защиту от внешних воздействий, и внутренним, который находится на контакте с телом. Конструктивно, однако, эта задача может быть решена разными способами. При этом одни и те же типы конструкций могут использовать мембраны разного типа. О типах мембран — ниже.

Двухслойная конструкция мембранной ткани

Двухслойная конструкция (2-layer, 2L) — классическая конструкция, существующая с 1970-х годов и во многом по-прежнему актуальная. При двухслойной конструкции мембранная плёнка приклеивается изнутри к внешнему слою ткани.

То есть собственно внешняя ткань состоит из двух слоёв. При этом внутренняя сторона мембраны, находясь на контакте с телом, требует защиты — как уже говорилось, сама плёнка очень тонкая и уязвимая, а также не слишком приятная на ощупь.

Для этого используется подкладка из сплошного или сетчатого слоя ткани.

При создании неутеплённой одежды подобная конструкция обладает рядом недостатков — в частности, большим весом. В утеплённой одежде это по-прежнему основной стандарт: со внутренней стороны двухслойной мембранной ткани располагается утеплитель — пух или любой из синтетических утеплителей и затем подкладка.

2.5-слойная конструкция мембранной ткани

2.5-слойная конструкция (2.5-layer, 2.5L) — двухслойная конструкция, при которой на внутреннюю поверхность ткани наносится дополнительное защитное покрытие. Это покрытие часто является не сплошным, а наносится в виде отдельных точек или узорных элементов.

Таким образом появляется возможность использовать летние вещи из 2.5-слойной ткани непосредственно на контакте с кожей. В 2.

5-слойной конструкции пропадает необходимость внутреннего слоя ткани-подкладки — такая конструкция оказывается наиболее лёгкой и используется в одежде для треккинга, бега по пересечённой местности, езды на велосипеде и других видов аэробной активности.

Трёхслойная конструкция мембранной ткани

Трёхслойная конструкция (3-layer, 3L) — тип конструкции, при которой мембрана вклеивается между внешним и внутренним слоями ткани. Таким образом получается единый трёхслойный ламинат, в котором все три слоя объединены в один.

Это наиболее прочная и долговечная конструкция. Как правило, именно она используется для производства верхней одежды, используемой в горах и суровых погодных условиях. Классическим примером трёхслойной мембраны является Gore-Tex Pro.

Существуют и другие варианты строения — например, конструкция Z-liner от Gore, при которой мембрана склеивается со специальным слоем лёгкой ткани, и этот двойной слой остаётся несвязанным между внешним слоем ткани и подкладкой. Подобная конструкция даёт возможность использования самых разных материалов в качестве внешнего слоя и улучшенное сохранение тепла за счёт большего числа воздушных прослоек.

Gore-Tex C-Knit

По принципу работы мембраны, используемые при производстве аутдор-одежды, обуви и снаряжения, можно разделить на:

Основной принцип работы поровых мембран заключается в различных свойствах водяного пара и жидкой воды: в водяном паре расстояния между отдельными молекулами воды велики и каждая из молекул существует «сама по себе»; в жидкой воде расстояния между молекулами значительно меньше — здесь начинают превалировать силы поверхностного натяжения. Именно они удерживают жидкую воду в виде отдельных капель.

Поровые мембраны, как правило, состоят из тончайшей плёнки гидрофобного, то есть отталкивающего влагу, вещества с регулярной сетью мельчайших отверстий. Размер этих пор подобран таким образом, чтобы они пропускали молекулы водяного пара, но препятствовали проникновению водяных капель.

Наиболее известным примером поровых мембран является первое поколение знаменитой мембраны Gore-Tex от компании W.L. Gore and Associates. Gore-Tex — тончайшая микропористая мембрана, состоящая из вспененного политетрафторэтилена (ePTFE).

На каждый квадратный сантиметр мембраны Gore-Tex приходится свыше 1.4 миллиона микроскопических пор, размер которых подобран специальным образом. Эти поры в 20 000 раз меньше водяных капель, что делает мембрану полностью водонепроницаемой.

Однако они в 700 раз больше молекулы водяного пара и легко пропускают испарения наружу. Политетрафторэтилен (или тефлон) — крайне гидрофобное вещество — достаточно вспомнить поведение капли воды на сковородке с тефлоновым покрытием.

Это позволяет мембране дополнительно — после внешнего слоя ткани — отталкивать воду.

Фрагмент увеличенного изображения поровой мембраны на основе ПТФЭ

Одним из наиболее технологичных и современных примеров поровой мембраны является новая версия материала Gore-Tex Pro — мембранного материала для наиболее экстремальных погодных условий.

Существовавшая до 2013 года версия Gore-Tex Pro Shell имела защитный олеофобный полиуретановый слой, то есть была мембраной комбинированного типа (см. ниже). Новая мембрана Gore-Tex Pro вместо этого состоит из сэндвича — нескольких слоёв ПТФЭ.

Это позволило добиться значительного увеличения показателей паропроницаемости при традиционно высоком для тканей Gore-Tex уровне влагозащиты.

Старая версия Gore-Tex Pro Shell (слева) и новая версия Gore-Tex Pro (справа). В старой версии заметен защитный внутренний слой гидрофильного полиуретана (отмечен белым цветом). Вместо него справа заметно несколько отдельных слоёв ПТФЭ (серым цветом)

Другим примером используемой в настоящее время чистой, то есть незащищённой поровой мембраны, является мембрана eVent. eVent — единственная в мире гидрофобная поровая мембрана на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ) с интегрированной олеофобной защитой.

Главным преимуществом мембраны eVent являются непревзойдённые дышащие свойства при необходимо высоком уровне влагозащиты. В производстве мембраны eVent используется технология Direct Venting, прямой вентиляции.

Благодаря этому необходимость защищать мембрану от выделений с поверхности кожи (масел, соли и прочего) с помощью дополнительного полиуретанового покрытия волокон отпадает, в отличие от комбинированных мембран, таких, как современные версии Gore-Tex.

Благодаря олеофобной обработке волокон, слагающих мембрану, поры мембраны остаются открытыми постоянно. Мембраны eVent — единственные в мире на данный момент, обладающие не только гидрофобными, но и олеофобными качествами.

Одним из наиболее интересных примеров поровых мембран на сегодняшний день является мембрана NeoShell от компании Polartec.

В отличие от классических поровых мембран, которые производятся при помощи многократного растяжения нагретого политетрафторэтилена (ПТФЭ) или гидрофильного полиуретана (PU), NeoShell — электроспиннинговая мембрана, которая создаётся из тончайших полиуретановых волокон, формирующихся в единый массив с помощью электромагнитного поля.

Такая технология позволяет добиться большего, а главное — контролируемого расстояния между волокнами мембраны, что позволяет обеспечить двусторонний воздухообмен. Как следствие — лучшая паропроницаемость, особенно ощутимая в условиях нагрузок высокой интенсивности и помогающая избежать перегрева организма пользователя.

Результаты теста MVTR b1 до 33 000 г/м²/24ч превышают значения почти всех мембранных материалов на рынке.

При этом NeoShell обладает относительно невысокими показателями водостойкости (10 000 мм водяного столба) — по заверению Polartec, этого достаточно, чтобы считать ткань водонепроницаемой.

NeoShell можно считать первым удачным синтезом HardShell- и SoftShell-концепций и в целом одним из наиболее универсальных внешних материалов.

Беспоровые мембраны работают по совершенно другому принципу. Они представляют собой сплошную непористую плёнку гидрофильного, то есть притягивающего влагу, вещества, в подавляющем большинстве случаев — гидрофильного полиуретана.

В отличие от пористых мембран выведение водяного пара здесь осуществляется благодаря перемещению в теле мембраны частиц на молекулярном уровне (диффузии).

То есть, молекулы воды захватываются и ступенчато передаются от одной гидрофильной молекуле к другой и в итоге выводятся на внешнюю поверхность.

При этом капли воды, обладающие средним диаметром от 1 до 200 мкм, являются слишком большими, чтобы проникнуть через гидрофильную мембрану.

Один из самых успешных способов применения мембран на основе гидрофильного полиуретана — мембраны Dermizax японской компании Toray. Материалы Dermizax в течение многих лет применяются многими ведущими производителями одежды для альпинизма, треккинга, зимних видов спорта.

Сейчас Dermizax — это целая линейка материалов.

Последняя разработка — Dermizax NX — обеспечивает беспрецедентные показатели паропроницаемости — от 30 000 до 40 000 г/м²/24 часа с минимальной конденсацией влаги на внутренней поверхности при водонепроницаемости 20 000 мм водяного столба или выше.

Помимо Dermizax собственные беспоровые мембраны на основе гидрофильного полиуретана производят многие производители экипировки — The North Face, Patagonia, Marmot и другие. Одним из преимуществ полиуретановых мембран является относительно невысокая стоимость их производства. Беспоровые мембраны в целом долговечны и неприхотливы в использовании.

Неоспоримым преимуществом мембранных материалов подобного типа является эластичность — мембрана Dermizax, например, способна растягиваться на 200% собственной длины, что часто является определяющим при выборе одежды для аутдора.

Показатели паропроницаемости полиуретановых мембран начального уровня не слишком высоки — в районе 10 000-17 000 г/м²/24 часа. Поэтому такие мембраны в большинстве случаев не обеспечат необходимого комфорта при интенсивных нагрузках.

Кроме того, для того, чтобы гидрофильная мембрана начала отводить влагу от тела на внешнюю поверхность, должен быть создан значительный градиент влажности, то есть влажность на внутренней поверхности мембраны должна сильно превышать влажность воздуха снаружи.

Подобный градиент может создавать не совсем комфортные ощущения сырости внутри — этот факт часто приводят в качестве недостатка мембран подобного типа.

Основной проблемой микропористых мембран на основе чистого политетрафторэтилена является загрязнение пор грязью, жировыми выделениями тела и т.п.

Как следствие — рабочие качества снижаются и прежде всего страдают дышащие и водоотталкивающие свойства.

Это стало заметно на примере первого поколения материалов Gore-Tex — они обладали прекрасной паропроницаемостью, но теряли свойства после более-менее долгой эксплуатации.

Решение пришло в виде совмещения мембран двух типов: пористая мембрана на основе ПТФЭ служит основным барьером на пути жидкой влаги и способствует отведению водяного пара, а внутренний слой из беспорового гидрофильного полиуретана обеспечивает защиту ПТФЭ-мембраны от загрязнения.

При таком подходе толщина защитной полиуретановой мембраны в целом втрое меньше, чем толщина самостоятельной ПУ-мембраны. Тем не менее, это накладывает определённые ограничения на совокупные дышащие свойства материала. С другой стороны, подобная двойная конструкция обеспечивает долговечность и неприхотливость в использовании ткани.

Современные версии Gore-Tex и Gore-Tex Active — как раз комбинированного типа.

Фрагмент увеличенного изображения поперечного разреза мембраны комбинированного типа. Заметны пористый слой из ПТФЭ (сверху) и защитный беспоровый слой (снизу)

Итак, какую же мембранную ткань предпочесть? Однозначного ответа, очевидно, нет. В самом общем смысле наиболее надёжной функцией свойств мембраны, как это не печально, можно считать её стоимость. Следует иметь в виду, что стоимость собственно изделия и ткани — не всегда адекватно связаны напрямую.

Производители с историей, обладающие значительными техническими мощностями, уделяют много внимания тестам материалов, что не может не сказываться на производительности мембранных тканей.

Иными словами, старый-добрый Gore-Tex — почти наверняка надёжный вариант для широкого круга условий, в этом сомневаться не приходится.

При выборе одежды для использования в суровых погодных условиях — особенно если речь идёт о повышенной влажности и не слишком низких температурах — стоит, конечно, отталкиваться от Gore-Tex Pro. Ткань не только обеспечивает максимальную защиту от воды и эффективно отводит влагу, но и отлично защищена от порезов и истирания.

Что касается беспоровых мембран, мы не рекомендовали бы использовать их при интенсивных нагрузках, особенно если речь идёт о полиуретановых мембранах среднего уровня. Уровень паропроницаемости у таковых пока недостаточно высок. Однако, они отлично подойдут в качестве лёгкой одежды для плохой погоды, которая проводит основное время в рюкзаке.

При выборе повседневной одежды с функцией защиты от плохой погоды стоит в большей степени отталкиваться от максимально высокой паропроницаемости материала, поскольку подвергнуть одежду длительному воздействию дождя и снега в городских условиях не всегда получается. Тут хорошо показали себя eVent и Polartec NeoShell.

В магазине «Спорт-Марафон» представлены одежда, обувь и снаряжение из практически всех используемых на данный момент мембранных материалов. Отличный способ изучить всё и выбрать самое нужное, приходите!

Источник: https://sport-marafon.ru/article/biblioteka-tekhnologiy/tipy-membrannykh-materialov-v-autdor-snaryazhenii/

Book for ucheba
Добавить комментарий