CZ31626U1 - Zařízení pro tlumení vnitřního přetlaku - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technickým řešením je zařízení pro tlumení vnitřního přetlaku.

Dosavadní stav techniky

V dosavadní technické praxi se často objevují nestandardní stavy různých zařízení, kdy dochází k rychlému nárůstu tlaku. Tento nárůst tlaku může být způsoben fyzikálními příčinami, zvýšením teploty, přetížením elektrické součásti, nebo chemickými příčinami, jakými jsou deflagrační hoření či vznik výbušných směsí. Typickým příkladem může být vznik výbušně směsi prachu a oleje uvnitř strojovny kolejového vozidla. V takových případech hrozí porušení vnějšího obalu, které představuje značné nebezpečí pro jeho okolí, případně může dojít i k větším škodám na samotném zařízení. V mnoha případech nelze těmto stavům předcházet preventivními opatřeními aktivní bezpečnosti a je nutné použít prvek pasivní bezpečnosti, který pomáhá zmírnit následky.

V případě že se jedná například o těsný potrubní systém s dostatečně dimenzovanými částmi, je možné použít jednoduchý přetlakový ventil. Často se však lze setkat s výbuchem velkých netěsných zařízení s malou tloušťkou stěny v poměru tloušťka stěny/rozměr < 1/1000, to můžou bát kupříkladu sila, kontejnery, rozměrné elektrické rozvodné skříně atd.

U rozměrných zařízení obvykle dochází k porušení při poměrně malém vnitřním přetlaku, cca. p>0,01 MPa, nicméně vzhledem k rozměrům zařízení je energie výbuchu značná. Nejproblematičtější jsou především děje, při kterých dochází k rychlému nárůstu tlaku v časech desítek či stovek milisekund. Pro zabránění porušení zařízení je nutné upustit velké množství natlakováného média. Velké objemové toky pak kladou nároky na rozměry otvoru umožňujícího upuštění média (doporučuje se alespoň 1/3 stěny krychle u zařízení která mají přibližně tento tvar). Při velkých rychlostech vznikají také požadavky na nízké odpory a ztráty a z problému se stává částečně i úloha proudění. Proto není vhodné vytvářet dlouhé členité cesty pro únik natlakovaného média. U dopravních prostředků představují zároveň samostatný problém účinky vnějšího podtlaku, kupříkladu aerodynamické účinky při míjení dvou vozidel, které nesmí aktivovat ochranu. Situace se stává bezvýchodná především, pokud se tyto účinky vnějšího podtlaku od aerodynamiky blíží účinkům vnitřního přetlaku při havárii.

Současní výrobci využívají více či méně účinné prvky ochrany. U zděných budov je možné celou zeď nahradit konstrukcí z překližky a zajistit ochranné pásmo v jejím okolí. U spaloven biomasy je možné dostatečně dimenzovat krátké a rozměrné potrubí, které může zůstat trvale otevřené. U elektrických rozvaděčů se často používají plastové nýty s malou pevností, které umožňují uvolnění větší části stěny. Největší problém tyto děje představují pro dopravní prostředky. Kromě lodní dopravy je obvykle konstrukce dopravních prostředků lehká a není možné její vyztužování, kupříkladu silniční vozidlo s poměrem tloušťka stěny/rozměr > 1/1000 a zároveň je konstrukce zatížena i aerodynamicky, a to vnějším podtlakem. Často se zde využívají různé klapky, žaluzie, odfuky a ventily které však v mnoha případek poskytují jen malou ochranu a obvykle jsou spojeny se značnými náklady a dalšími technickými komplikacemi. Problémem také zůstává to, že pokud se otevře velký otvor, jeho vyčnívající část nedokáže odolat aerodynamickým silám a svým oddělením stále ohrožuje okolí. Samozřejmé záleží i na požadavcích zákazníků. Nicméně tato problematika v mnohých státech ještě není ošetřena normami a proto se ještě dnes vyskytují i zařízení bez jakýchkoliv ochran.

Podstata technického řešení

Technické řešení zařízení pro tlumení vnitřního přetlaku, sestává z alespoň jedné stěny, která je složena z elementů sestávajících z trubkového pouzdra vyplněného náplní. Náplň je tvořena auxetickým materiálem, čímž je zajištěna její vyšší citlivost na vnitřní přetlak oproti vnějšímu podtlaku. Auxetický materiál je charakterizován záporným Poissonovým číslem.

Výhodné je, pokud je v náplni ukotveno tyčovité těleso, které je zakončené rozvětvením přesahující vnitřní rozměr trubkovitého pouzdra. Tím je zajištěno, že v případě vnitřního přetlaku ne-1 CZ 31626 Ul dojde k vystřelení náplní skrz pouzdro do velké vzdálenosti, která je nastavena právě délkou tyčového tělesa do místa rozvětvením.

V některých případech může být výhodné, pokud je náplň mechanicky propojena s trubkovým pouzdrem. To může být realizováno kupříkladu lanem či řetězem ukotveným jak v pouzdře trubkovitého tělesa, tak v náplni.

Vnitřní přetlak, při kterém dojde k otevření je úměrný normálním silám, dle následujícího vztahu:

8.F_n.f ^P 3.f3.<V_max kde p je tlak při kterém dojde k otevření, F_n je normální síla vyvolaná přesahem náplně vůči pouzdru, f je součinitel smykového tření a d_max je největší průměr otvoru jedné buňky. Hraniční tlak pro otevření může být zajištěn změnou přesahu, součinitele tření, nebo velikostí buněk. Princip vytvoření celé stěny o libovolné velikosti prostřednictvím skládání jednotlivých buněk je patrný z Obr. 3.

Objasnění výkresů

Na obr. 1 je zobrazen izometrický pohled na element zařízení, na obr. 2 je znázorněn boční pohled na element stěny zařízení, na obr. 3 je zobrazena jedna stěna zařízení tvořená elementy, na obr. 4 je zobrazena tatáž stěna v případě působení vnitřního přetlaku, na obr. 5 je znázorněn boční pohled na stěnu.

Příklad uskutečnění technického řešení

Příkladné provedení zařízení pro tlumení vnitřního přetlaku sestává z uzavřeného boxu tvořeného stěnami S, které jsou složeny z elementů E. Elementy E jsou tvořeny z trubkového pouzdra P v podobě plechu s buněčnou strukturou vyplněného náplní N. Trubkové pouzdro P je na vnitřní straně opatřeno úkosy z důvodu usnadnění montáže a demontáže náplně N. Náplň N je tvořena auxetickým materiálem. V náplni N je ukotveno tyčovité těleso T zakončené rozvětvením R. Rozvětvení R přesahuje vnitřní rozměr trubkového pouzdra P.

Průmyslová využitelnost

Technické řešení lze uplatnit v konstrukci ochrany obsluhy a částí stroje, uzavřené nádoby nebo místnosti před účinky vnitřního přetlaku s rychlým nárůstem.

Claims (4)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zařízení pro tlumení vnitřního přetlaku, vyznačující se tím, že sestává z alespoň jedné stěny (S), která je složena z elementů (E) sestávajících z trubkového pouzdra (P) vyplněného náplní (N).
2. 2. Zařízení pro tlumení vnitřního přetlaku, podle nároku 1, vyznačující se tím, že náplň je tvořena auxetickým materiálem.
3. 3. Zařízení pro tlumení vnitřního přetlaku, podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že v náplni (N) je ukotveno tyčovité těleso (T) zakončené rozvětvením (R) přesahující vnitřní rozměr trubkového pouzdra (P).
4. 4. Zařízení pro tlumení vnitřního přetlaku, podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že náplň (N) je mechanicky propojena s trubkovým pouzdrem (P).