DE102007023381B4

DE102007023381B4 - Device for preventing the penetration of a flame and / or explosion front

Info

Publication number: DE102007023381B4
Application number: DE200710023381
Authority: DE
Inventors: Christoph Cernay
Original assignee: MTU Aero Engines GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2007-05-18
Filing date: 2007-05-18
Publication date: 2012-12-06
Anticipated expiration: 2027-05-19
Also published as: DE102007023381A1

Abstract

Vorrichtung zur Verhinderung des Durchschlagens einer Flamm- und/oder Explosionsfront von einem ersten Raum in einen zweiten Raum im Bereich von beweglichen, beide Räume verbindenden Elementen in Form von Wellen, Stangen und Hebeln in Lagern und Führungen, wobei in dem ersten Raum brennbare Stoffe gespeichert und/oder gelagert sind, und wobei in dem zweiten Raum Personal zur Überwachung und/oder Steuerung des Betriebs im ersten Raum anwesend sein kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens eine Bürstendichtung (1, 16) in druck- und hitzebeständiger Ausführung umfasst, welche in einem der Lager oder in einer der Führungen (15) angeordnet ist.Device for preventing the penetration of a flame and / or explosion front from a first room into a second room in the area of movable elements connecting the two rooms in the form of shafts, rods and levers in bearings and guides, with combustible substances being stored in the first room and / or are stored, and where in the second room personnel can be present to monitor and / or control the operation in the first room, characterized in that the device comprises at least one brush seal (1, 16) in a pressure and heat-resistant design, which is arranged in one of the bearings or in one of the guides (15).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verhinderung des Durchschlagens einer Flamm- und/oder Explosionsfront von einem ersten Raum in einen zweiten Raum im Bereich von beweglichen, beide Räume verbindenden Elementen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a device for preventing the penetration of a flame and / or explosion front from a first space into a second space in the region of movable elements connecting the two spaces, according to the preamble of claim 1.

Die Explosionsgefahr in Räumen hängt primär von den dort vorhandenen bzw. verwendeten Stoffen ab. Besonders gefährlich sind brennbare Gase und Stäube, aber auch brennbare Flüssigkeiten mit hohem Dampfdruck. Die Brand- bzw. Explosionsgefahr wird durch einen überhöhten Sauerstoffanteil der Raumatmosphäre noch gesteigert. Beispiele für solche Räume sind Prüfstände, Lackier- bzw. Beschichtungsanlagen, elektrochemische Anlagen, Trocknungsanlagen, Silos, Elektromotoren etc.. Falls möglich, ist in solchen Räumen während des Betriebs kein Personal anwesend. Der Betrieb wird jedoch häufig aus Nachbarräumen von Personal überwacht bzw. gesteuert. Ein weiterer Fall ist der, dass in Nachbarräumen größere Mengen brennbarer Stoffe gespeichert sind, z. B. in Tanklager. Zwischen derartigen Räumen, von denen zumindest einer explosionsgefährdet ist, gibt es zum Teil Verbindungen über bewegliche, beide Räume verbindende Elemente wie z. B. Wellen, Stangen und Hebel in Lagern und Führungen. Für den Fall einer Explosion im ersten Raum muss das Durchschlagen einer Flamm- bzw. Explosionsfront über die beweglichen, beide Räume verbindenden Elemente in den zweiten Raum sicher verhindert werden. Dies erfordert ausreichend druck- und hitzebeständige Dichtungen, welche die Beweglichkeit der verbindenden Elemente nicht unnötig erschweren bzw. behindern sollten. Handelsübliche, gummielastische Dichtungselemente sind hierfür nur wenig geeignet. Relativ starre, metallische Dichtungselemente, wie Kolben- und Gleitringe, führen zu erhöhter Reibung, Verschleiß und eingeschränkter Beweglichkeit. Bei faltenbalgartigen Ausführungen besteht wiederum die Gefahr einer mangelhaften Druckbeständigkeit.The danger of explosion in rooms depends primarily on the substances present or used there. Particularly dangerous are flammable gases and dusts, but also flammable liquids with high vapor pressure. The risk of fire or explosion is increased by an excessive oxygen content of the room atmosphere. Examples of such rooms are test benches, painting or coating plants, electrochemical plants, drying plants, silos, electric motors, etc. If possible, no staff is present in such areas during operation. However, the operation is often monitored and controlled from neighboring rooms by personnel. Another case is that in neighboring rooms larger quantities of combustible substances are stored, eg. B. in tank farm. Between such spaces, of which at least one is at risk of explosion, there are some connections via movable, both spaces connecting elements such. As shafts, rods and levers in bearings and guides. In the event of an explosion in the first room, the penetration of a flame or explosion front into the second room must be reliably prevented via the movable elements connecting the two rooms. This requires sufficient pressure and heat resistant seals, which should not impede or impede the mobility of the connecting elements unnecessarily. Commercially available, rubber-elastic sealing elements are not very suitable for this purpose. Relatively rigid, metallic sealing elements such as piston and seal rings result in increased friction, wear and limited mobility. In bellows-type designs there is again the risk of poor pressure resistance.

Aus den Schriften US 6 257 588 B1 und EP 1 760 270 A2 ist es bekannt, Wellen bzw. Rotoren mittels Bürstendichtungen gegenüber Fluiden wie Luft, Verbrennungsabgasen, Dampf, Wasserstoff, Ölnebel etc. abzudichten. Diese Dichtungen sind für eine hohe Lebensdauer unter den normalen Betriebsbedingungen der Maschinen, wie z. B. Dampf- und Gasturbinen, ausgelegt. Dabei können die Bürstendichtungen mit anderen Dichtungsarten, wie z. B. Labyrinthdichtungen, kombiniert werden.From the scriptures US Pat. No. 6,257,588 B1 and EP 1 760 270 A2 It is known to seal waves or rotors by means of brush seals against fluids such as air, combustion exhaust gases, steam, hydrogen, oil mist, etc. These seals are designed for a long service life under the normal operating conditions of the machinery, such. As steam and gas turbines designed. The brush seals with other types of seals, such as. B. labyrinth seals, combined.

Aus der Schrift GB 1 586 362 A sind Brandschutztüren, -klappen etc. bekannt, bei welchen im Spalt zwischen dem beweglichen und dem statischen Element ein unter Hitzeeinwirkung aufschäumendes, d. h. expandierendes Material vorgesehen ist. Das schäumende Material kann in geeigneter Weise mit Bürstendichtungen kombiniert, sein, z. B. als Beschichtung auf den Borsten. Das Dichtungsmaterial ist am beweglichen und/oder am statischen Element fixiert.From the Scriptures GB 1 586 362 A Fire doors, flaps, etc. are known in which in the gap between the movable and the static element a foaming under heat, ie expanding material is provided. The foaming material may suitably be combined with brush seals, e.g. B. as a coating on the bristles. The sealing material is fixed to the movable and / or the static element.

Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung zur Verhinderung des Durchschlagens einer Flamm- bzw. Explosionsfront von einem ersten Raum in einen zweiten Raum im Bereich von. beweglichen, beide Räume verbindenden Elementen in Form von Wellen, Stangen und Hebeln in Lagern und Führungen vorzuschlagen, welche ausreichend druck- und hitzebeständig ist und die Kinematik der verbindenden Elemente de facto nicht einschränkt.In contrast, the object of the invention is to provide a device for preventing the penetration of a flame or explosion front from a first room into a second room in the range of. movable, connecting both spaces elements in the form of waves, rods and levers in bearings and guides to propose, which is sufficiently resistant to pressure and heat and the kinematics of the connecting elements de facto not limited.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst, in Verbindung mit den gattungsbildenden Merkmalen in dessen Oberbegriff. Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung wenigstens eine Bürstendichtung in druck- und hitzebeständiger Ausführung, welche in einem der Lager oder in einer der Führungen angeordnet ist. Die Hitzebeständigkeit einer Bürstendichtung lässt sich über die Art der verwendeten Werkstoffe beeinflussen, wobei Metalle bzw. keramische Lösungen die höchste Sicherheit bieten. Für die Druckfestigkeit spielen neben den Werkstoffen die Bauweise und die Dimensionierung eine entscheidende Rolle. Die mindestens eine Bürstendichtung kann so ausgeführt werden, dass sie im Normalbetrieb, d. h. bei keinem oder geringem Druckunterschied zwischen den beiden Räumen, nicht als Dichtung wirkt und nur im Explosionsfall aktiviert wird. Sie kann aber auch so ausgeführt werden, dass Sie im Normalbetrieb und im Explosionsfall als Dichtung wirkt.This object is achieved by the features characterized in claim 1, in conjunction with the generic features in the preamble. According to the invention, the device comprises at least one brush seal in pressure and heat resistant design, which is arranged in one of the bearings or in one of the guides. The heat resistance of a brush seal can be influenced by the type of materials used, with metals or ceramic solutions offering the highest level of safety. In addition to the materials, the design and dimensioning play a decisive role for the compressive strength. The at least one brush seal can be designed so that in normal operation, d. H. with no or little pressure difference between the two rooms, does not act as a seal and is only activated in the event of an explosion. However, it can also be designed so that it acts as a seal in normal operation and in the event of an explosion.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Preferred embodiments of the device are characterized in the subclaims.

Die Erfindung wird anschließend anhand der Zeichnungen noch näher erläutert. Dabei zeigen in vereinfachter, nicht maßstäblicher Darstellung:The invention will be explained in more detail with reference to the drawings. In a simplified, not to scale representation:

1 einen Teillängsschnitt durch eine Führung einer Welle mit einer im Explosionsfall aktivierbaren Bürstendichtung; 1 a partial longitudinal section through a guide of a shaft with an activatable in case of explosion brush seal;

2 einen vergleichbaren Teillängsschnitt für eine modifizierte Ausführung. 2 a comparable partial longitudinal section for a modified design.

Die dargestellte Vorrichtung mit einer Bürstendichtung 1 befindet sich zwischen zwei Räumen mit im Normalbetrieb annähernd gleichen Drücken p1 und p2. Die Bürstendichtung 1 ist in einer Führung 15 statisch angeordnet und wirkt mit einer Welle 8 zusammen. Im Betrieb rotiert die Welle 8 zumindest zeitweise um Ihre Achse 9. Die Bürstendichtung 1 umfasst ein Gehäuse 5 mit zwei Stirnwänden 6 und 7. Die Borsten 2 sind um ein Kernelement 3 geführt und mittels eines Klemmelements 4 fixiert. Das Klemmelement 4 ist wiederum im Gehäuse 5 befestigt. Im dargestellten Fall ist es gewünscht, dass die Bürstendichtung 1 im Normalbetrieb inaktiv, ist und somit weder Reibung noch Verschleiß auftreten. An der Welle 8 sind zwei umlaufende Vorsprünge 10, 11 mit Dichtflächen 12, 13 angeordnet. Man erkennt, dass die Borsten berührungsfrei zwischen den Dichtflächen 12, 13 stehen. Die freien Enden der Borsten 2 sind auch zu einer die Dichtflächen 12, 13 verbindenden Umfangsfläche 14 der Welle 8 beabstandet und berührungsfrei. Falls beispielsweise in Folge einer Explosion der Druck p1 stark gegenüber p2 ansteigt, werden die Borsten 2 nach rechts ausgelenkt und legen sich an die Dichtfläche 13 an. Die Stirnwand 7 des Gehäuses 5 ist radial bis nahe an den Vorsprung 11 herangeführt, so dass sich die Borsten 2 bei ausreichender Druckdifferenz auch an die Stirnwand 7 anlegen können. Aufgrund des kleinen radialen Spaltes zwischen der Stirnwand 7 und dem Vorsprung 11, besteht keine Gefahr, dass die Borsten 2 durch den Explosionsdruck durch den Spalt hindurchgepresst werden und ihre Dichtwirkung verlieren. Die Dichtwirkung im Explosionsfall muss nicht hermetisch sein, es muss nur sichergestellt sein, dass der Druck- und Temperaturausgleich langsam erfolgen kann und keine Flammen durchschlagen. Die Borsten 2 könn- ten aber auch mit einem Material beschichtet sein, welches bei hohen Temperaturen schmilzt und die Borsten 2 miteinander sowie mit angrenzenden Dichtflächen dichtend verklebt. Auf diese Weise wäre eine weitere Erhöhung der Dichtwirkung möglich.The illustrated device with a brush seal 1 is located between two rooms with approximately the same pressures in normal operation p1 and p2. The brush seal 1 is in a leadership 15 arranged statically and acts with a wave 8th together. In operation, the shaft rotates 8th at least temporarily around your axis 9 , The brush seal 1 includes a housing 5 with two end walls 6 and 7 , The bristles 2 are a core element 3 guided and by means of a clamping element 4 fixed. The clamping element 4 is again in the housing 5 attached. In the illustrated case, it is desired that the brush seal 1 during normal operation is inactive, and thus neither friction nor wear occur. At the wave 8th are two circumferential projections 10 . 11 with sealing surfaces 12 . 13 arranged. It can be seen that the bristles contactlessly between the sealing surfaces 12 . 13 stand. The free ends of the bristles 2 are also one of the sealing surfaces 12 . 13 connecting peripheral surface 14 the wave 8th spaced and non-contact. If, for example, as a result of an explosion, the pressure p1 rises sharply relative to p2, the bristles become 2 deflected to the right and lie against the sealing surface 13 at. The front wall 7 of the housing 5 is radial to near the projection 11 introduced so that the bristles 2 with sufficient pressure difference also to the front wall 7 can create. Due to the small radial gap between the end wall 7 and the lead 11 , there is no danger of the bristles 2 be pressed through the gap by the explosion pressure and lose their sealing effect. The sealing effect in the event of an explosion does not have to be hermetic, it must only be ensured that the pressure and temperature compensation can be slow and that no flames penetrate. The bristles 2 but could also be coated with a material that melts at high temperatures and the bristles 2 glued together and with adjacent sealing surfaces sealing. In this way, a further increase in the sealing effect would be possible.

Gemäß 2 soll die Bürstendichtung 16 auch im Normalbetrieb als Dichtung wirken. Dazu sind die Borsten 17 mit ihren freien Enden bis auf die Umfangsfläche 24 der Welle 22 herabgezogen. Auf diese Weise ist stets eine gewisse Mindestdichtwirkung gegeben. Die Bürstendichtung 16 ist als geschweißte – oder gelötete – Variante dargestellt. Dabei sind die Borsten 17 im Gehäuse 18 über eine Schweißnaht 21 befestigt. Das Gehäuse 18 besteht aus zwei Teilen, die ebenfalls über die Schweißnaht 21 verbunden sind. Die Stirnwände 19, 20 des Gehäuses 18 sind radial so weit herunter gezogen, dass auch bei hohen Druckdifferenzen kein Durchbiegen der Borsten in den Spalt zwischen Stirnwand und Welle 22 erfolgt. Die Welle 22 ist hier mit glatter, zylindrischer Umfangsfläche 24 ausgeführt. Die an der Welle 22 anliegenden Borsten 17 werden im Explosionsfall durch den sogenannten ”Blow-Down” radial noch erheblich stärker gegen die Welle 22 gedrückt, was die Dichtwirkung stark erhöht.According to 2 should the brush seal 16 also act as a seal in normal operation. These are the bristles 17 with their free ends up to the peripheral surface 24 the wave 22 pulled down. In this way, there is always a certain minimum sealing effect. The brush seal 16 is shown as a welded - or soldered - variant. Here are the bristles 17 in the case 18 over a weld 21 attached. The housing 18 consists of two parts, also over the weld 21 are connected. The end walls 19 . 20 of the housing 18 are pulled radially so far down that even at high pressure differences no bending of the bristles in the gap between the end wall and shaft 22 he follows. The wave 22 is here with a smooth, cylindrical peripheral surface 24 executed. The on the shaft 22 adjacent bristles 17 become in the explosion case by the so-called "blow-down" radially even stronger against the shaft 22 pressed, which greatly increases the sealing effect.

Die Erfindung ist von der Bauart der Bürstendichtung prinzipiell unabhängig. Die Borsten können radial, wie dargestellt, axial, oder in beliebigen Winkel dazwischen angeordnet sein. Es kann auch eine sogenannte Haken-Bürstendichtung mit abgewinkelten Borsten verwendet werden. Diese Variationsmöglichkeiten sind dem Fachmann klar und müssen nicht näher erläutert werden.The invention is fundamentally independent of the type of brush seal. The bristles may be disposed radially, as shown, axially, or at any angle therebetween. It can also be a so-called hook-brush seal with angled bristles are used. These variations are obvious to the person skilled in the art and need not be explained in more detail.

Claims

Device for preventing the penetration of a flame and / or explosion front from a first room into a second room in the area of movable elements connecting the two rooms in the form of shafts, rods and levers in bearings and guides, wherein combustible materials are stored in the first room and / or are stored, and wherein in the second room personnel for monitoring and / or control of the operation in the first room may be present, characterized in that the device comprises at least one brush seal ( 1 . 16 ) in pressure- and heat-resistant execution, which in one of the bearings or in one of the guides ( 15 ) is arranged.

Device according to claim 1, characterized in that the parts ( 2 . 3 . 4 . 5 . 17 . 18 ) of the at least one brush seal ( 1 . 16 ) made of metal, ceramic and / or plastic.

Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one brush seal ( 1 . 16 ) is designed and arranged in such a way that increases its pressure effect under pressure and / or temperature.

Device according to claim 3, characterized in that the bristles ( 2 ) of the at least one brush seal ( 1 . 16 ) in relation to at least one sealing surface ( 12 . 13 . 24 ) are arranged so that they stronger against a sealing surface with increasing pressure difference between the two spaces ( 12 . 13 . 24 ), possibly by the so-called "blow-down".

Apparatus according to claim 3, characterized in that the bristles of the at least one brush seal at least in the region of their surfaces consist of a material which melts under the action of heat and the bristles glued together and with adjacent sealing surfaces.

Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the bristles ( 2 . 17 ) of the at least one brush seal ( 1 . 16 ) in the region of at least one rotationally symmetric ( 24 ) and / or at least one flat sealing surface ( 12 . 13 ) are arranged.

Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the bristles ( 2 ) of the at least one brush seal ( 1 ) around Core element ( 3 ) and by clamping ( 4 ) are fixed by friction.

Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the bristles ( 17 ) of the at least one brush seal ( 16 ) by welding ( 21 ) or soldering are fixed.