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Die
Erfindung betrifft eine Flammensperrenanordnung mit mindestens zwei
in Strömungsrichtung
eines brennbaren Gases hintereinander angeordneten Flammensperrelementen,
die eine Vielzahl von Spalten zum Auslöschen einer auf die Oberfläche eines
Flammensperrelementes auftreffende Flamme haben, und mit wenigstens
einem Abstandselement zwischen Flammensperrelementen, um einen Zwischenraum
zwischen aneinander angrenzenden Flammensperrelementen zu bewirken.
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Zum
Schutz gegen Explosionen, Detonationen und Dauerbrand werden flammendurchschlagssichernde
Armaturen mit einer sogenannten Flammensperre eingesetzt, die die
Fortpflanzung der Flammen von Explosionen, Detonationen oder Dauerbrand
und somit Flammendurchschläge
verhindert. Es sind eine Vielzahl unterschiedlicher Konstruktionen
von Flammensperren bekannt, die im Wesentlichen in die Kategorie
der statischen trockenen, statischen nassen und dynamischen Flammensperren eingeordnet
werden können.
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Der
Großteil
der heutzutage eingesetzten flammendurchschlagsicheren Armaturen
ist mit statisch-trockenen Flammensperren ausgerüstet. Hierbei handelt es sich
um Elemente, bei denen die Erkenntnis ausgenutzt wird, dass Flammen
in engen Spalten bei Einhaltung entsprechender Grenzabmessungen
nicht mehr reaktionsfähig
sind und somit zum Erlöschen
gebracht werden. Das Auslöschen
einer Flamme wird hierbei in der Regel durch einen innigen Kontakt
der Flamme mit kühlenden
Wänden, z.B.
durch Führung
der Flamme durch enge Spalte, erzielt.
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Derartige
Flammensperren können
als engmaschige Siebe, Plattensicherungen, Sintermetalle, Kugelschüttungen
und als sogenannte Bandsicherungen ausgeführt werden. Wesentlich ist,
dass die zur Sicherung gewählten
Spalte der Flammensperre reproduzierbar in sehr engen Toleranzbereichen
gehalten werden können.
Daher werden heutzutage in erster Linie Bandsicherungen eingesetzt,
die durch Aufwickeln von jeweils einem glatten und einem gewellten
Band gefertigt werden. Das gewellte Band ist mit geraden oder mit
links- oder rechtsgerichteten schrägen Riffelungen versehen, die
die Spaltweite definieren. Diese liegt im Bereich von 0,2 bis max.
1,5 mm je nach Explosionsgemisch.
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Je
nach Art der flammendurchschlagsicheren Armatur (Explosions-, Detonations- bzw. Dauerbrandsicherungen)
werden zwei, drei oder mehr Bandsicherungsscheiben als Flammensperrelemente
wahlweise in Kombination mit einem Umfassungskäfig zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit
zu einer kompletten Flammensperre zusammengefasst.
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Eine
gattungsgemäße Flammensperre
ist z.B. in der
EP
0 375 455 A2 offenbart. Es ist eine flammendurchschlagsichere
Armatur mit einer Flammensperre bestehend aus vier ein Strömungsrichtung
eines brennbaren Gases hintereinander angeordneten Flammensperrelementen
gezeigt. Zwischen den einzelnen Flammensperrelementen sind schmale
Zwischenräume
vorgesehen, die eine Expansionszone für das Gas in den Spalten liefern
und zu einer turbulenten Strömung
des Gases führen.
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Die
herkömmlichen
Abstandselemente werden herkömmlicherweise
beim Zusammenbau einer mehrfach geschichteten Flammensperre lose
zwischen die Flammensperrelemente gelegt. Die Abstandselemente sind
hierbei beispielsweise aus einem geschlossenen drei- oder mehreckigen
oder schlaufenähnlichen
Drahtring gebildet.
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Insbesondere
bei Flammensperren mit größeren Durchmessern
bieten die herkömmlichen
Abstandshalter nur eine unzureichende mechanische Festigkeit. Bei
einem Ausbau bzw. einer Reinigung können die relativ teuren Flammensperrelemente leicht
zerstört
werden. Bei starken Belastungen, insbesondere bei instabilen Detonationen,
werden die Flammensperrelemente bei dem Einsatz der herkömmlichen
Abstandshalter deformiert, sodass der Zwischenraum zwischen aneinander
angrenzenden Flammenfilterelementen reduziert wird.
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Aus
der WO 94/00179 A1 ist eine Flammensperranordnung mit hintereinander
angeordneten Flammensperrelementen bekannt, bei denen zwischen zwei
Flammensperrelementen ein turbulenzerzeugendes Bauteil als Abstandselement
eingelegt ist. Eine formschlüssige
Verbindung zwischen dem turbulenzerzeugenden Bauteil und den Flammensperrelementen
ist nicht gegeben.
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Aus
der
DE 86 06 239.5 ist
ein Zapfventil zum Schnellbefüllen
von Behältern
bekannt, bei der eine einlagige Flammendurchschlagssicherung an einem
Abgasstutzen mit einem Halteelement fixiert ist. Einen mehrschichtigen
Aufbau mit Abstandshaltern ist der Druckschrift nicht zu entnehmen.
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Aus
der deutschen Patentschrift
DE
66 18 01 ist eine trockene Gasrückschlagsicherung für autogene
Schweißanlagen
bekannt, bei dem eine Füllmasse
aus auf gerolltem, zusammengelegten oder gefalteten Wand aus Metall
durch eingesetzte Stifte gegen Durchbiegung gesichert ist.
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Aufgabe
der Erfindung war es daher, eine verbesserte gattungsgemäße Flammensperre
zu schaffen.
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Die
Aufgabe wird durch die Flammensperre mit den Merkmalen des Hauptanspruchs
dadurch gelöst,
dass das ein Abstandselement mindestens punktuell fest mit der Oberfläche eines
zugeordneten Flammensperrelementes verbunden ist Durch die feste
Verbindung eines Abstandselementes mit einem Flammensperrelement
wird die mechanische Festigkeit der Flammensperrelemente wesentlich
erhöht,
sodass auch Flammensperrelemente mit größeren Abmessungen, z.B. bis
zu 1.600 mm, ohne mechanische Beschädigungen ein- und ausgebaut, transportiert
und gereinigt werden können.
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Vorzugsweise
erfolgt die Verbindung der Abstandselemente punktuell, z.B. im Punktschweißverfahren,
sodass die zum Gas- und Flüssigkeitsdurchtritt
verfügbare
Oberfläche
des Flammensperrelementes nicht unnötig verringert wird.
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Die
Abstandselemente sind vorzugsweise so geformt, dass sie über die
gesamte Oberfläche
des entsprechenden Bandsicherungselementes verteilt Auflagepunkte
bilden, sodass eine Durchbiegung der Bandsicherungen bei Druckbelastung
verhindert wird. Im Unterschied hierzu bieten die herkömmlichen
Abstandselemente nur ungleichmäßig verteilte Auflageflächen, die
zudem teilweise nur im äußeren Umfangsbereich
der Flammensperrelemente Auflagepunkte bieten.
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Es
ist besonders vorteilhaft, wenn die Auflagepunkte eines Abstandselementes
auf der Oberfläche
des entsprechenden Flammensperrelementes gleichmäßig verteilt sind. Das Abstandselement
kann hierfür
z.B. gitterförmig
sein.
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Die
Abstandselemente können
aus Drahtgitter, Drahtgewebe und/oder aus Rundstäben gebildet sein.
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Vorzugsweise
erfolgt die Verbindung der Abstandselemente punktuell, z.B. im Punktschweißverfahren,
sodass die zum Gas- und Flüssigkeitsdurchtritt
verfügbare
Oberfläche
des Flammensperrelementes nicht unnötig verringert wird.
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Die
Abstandselemente sind vorzugsweise so geformt, dass sie über die
gesamte Oberfläche
des entsprechenden Bandsicherungselementes verteilt Auflagepunkte
bilden, sodass eine Durchbiegung der Bandsicherungen bei Druckbelastung
verhindert wird. Im Unterschied hierzu bieten die herkömmlichen
Abstandselemente nur ungleichmäßig verteilte Auflageflächen, die
zudem teilweise nur im äußeren Umfangsbereich
der Flammensperrelemente Auflagepunkte bieten.
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Es
ist besonders vorteilhaft, wenn die Auflagepunkte eines Abstandselementes
auf der Oberfläche
des entsprechenden Flammensperrelementes gleichmäßig verteilt sind. Das Abstandselement
kann hierfür
z.B. gitterförmig
sein.
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Die
Abstandselemente können
aus Drahtgitter, Drahtgewebe und/oder aus Rundstäben gebildet sein.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 – Querschnittsansicht
einer kompletten Flammensperre mit drei in Strömrichtung eines brennbaren
Gases hintereinander angeordneten Flammensperrelementen und punktverschweißtem Abstandselement;
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2 – Querschnittsansicht
eines Flammensperrelementes mit punktverschweißtem Abstandselement;
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3 – Draufsicht
auf das Flammensperrelement aus der 2;
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4 – Draufsicht
auf ein Abstandselement, das aus einem Drahtgewebe gebildet ist;
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5 – Querschnittsansicht
des Drahtgewebe-Abstandselementes aus der 4
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6 – Querschnittsansicht
eines Flammensperrelementes mit punktverschweißtem Drahtgewebe-Abstandselement;
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7 – Draufsicht
auf das Flammensperrelement mit punktverschweißtem Drahtgewebe-Abstandselement
aus der 6;
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8 – Ausschnitt
einer Draufsicht auf ein Flammensperrelement in der Ausführungsform
eines Bandsicherungselementes;
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9 – Querschnittsansicht
einer herkömmlichen
Flammensperre mit drei in Strömungsrichtung eines
brennbaren Gases hintereinander angeordneten Flammensperrelementen
und ungleichmäßig ausliegenden
Ab standselementen am äußeren und inneren
Umfang der Flammenfilterelemente;
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10 – Draufsicht
und Querschnittsansicht auf ein dreieckförmiges Abstandselement;
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11 – Draufsicht
und Querschnittsansicht eines schlaufenförmigen Abstandselementes;
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12 – Querschnittsansicht
einer Flammensperre mit drei in Strömungsrichtung eines brennbaren
Gases hintereinander angeordneten Flammensperrelementen, die durch
Druckbelastung deformiert sind.
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Die 1 lässt eine
Flammensperre 1 mit drei in Strömungsrichtung eines brennbaren
Gases hintereinander angeordneten Flammensperrelementen 2a, 2b, 2c erkennen,
die in einen Umfassungskäfig 3 eingebaut
sind. Der Umfassungskäfig 3 ist
zweiteilig, sodass die Flammensperrelemente 2a, 2b, 2c leicht
montiert und später
zum Auswechseln und Reinigen demontiert werden können. Die beiden Teile des
Umfassungskäfigs 3 werden
durch eine Schraubverbindung 4 zusammengehalten.
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Es
ist erkennbar, dass jeweils zwischen zwei aneinander angrenzenden
Flammensperrelementen 2a, 2b und 2b, 2c ein
Zwischenraum mit Hilfe von Abstandselementen 5 sichergestellt
wird.
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Wenn
eine Flamme auf die in der Regel kreisförmige Oberfläche der
Flammensperre auftritt, wird diese mit Hilfe einer Vielzahl von
Spalten in den Flammensperrelementen 2a, 2b und 2c so
stark abgekühlt,
dass sie zum Erlöschen
kommt. Durch die Zwischenräume
wird zudem eine turbulente Strömung
sichergestellt, die das Abkühlen
und Auslöschen
der Flamme unterstützt.
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Die 2 lässt eine
Querschnittsansicht eines Flammensperrbauteils mit einem Flammensperrelement 2 erkennen,
auf dessen Oberfläche
ein Abstandselement angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist das
Abstandselement 5 fest mit der Oberfläche des Flammensperrelementes 2 vorzugsweise
durch Punktschweissverbindungen 6 verbunden. Auf diese Weise
wird das Flammensperrbauteil stabilisiert und eine mechanische Beschädigung beim
Ausbau oder der Reinigung sowie eine Deformation des Flammensperrbauteils
beim Auftreffen einer Detonationswelle verhindert.
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Die 3 lässt das
Flammensperrbauteil aus der 2 in der
Draufsicht erkennen. Es wird deutlich, dass das Abstandselement 5 aus
einer Vielzahl paralleler Stäbe
besteht, die im Abstand zueinander angeordnet und gleichmäßig über die
gesamte Oberfläche
des Flammensperrelementes 2 verteilt Auflagepunkte für ein angrenzendes
Flammensperrbauteil bilden. Hierdurch wird eine Durchbiegung des Flammensperrelementes 2 bei
Druckbelastung, insbesondere beim Auftreffen einer Detonationswelle wirkungsvoll
verhindert.
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Die 4 lässt eine
vorteilhafte Ausführungsform
eines Abstandselementes 5 erkennen, das aus einem Drahtgewebe
gebildet ist. An den Kreuzungspunkten des Drahtgewebes wird das
Abstandselement 5 mit dem zugeordneten Flammensperrelement 2 punktverschweißt, wie
aus den Querschnittsansichten der 5 und 6 erkennbar
ist.
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Die 7 lässt eine
Draufsicht auf ein Flammensperrelement 2 mit dem drahtgitterförmigen Abstandselement 5 erkennen,
dass gleichmäßig an jedem
zweiten Kreuzungspunkt eine Punktschweißverbindung 6 mit
dem Flammensperrelement 2 aufweist.
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Die 8 lässt ein
Flammensperrelement 2 in der Ausführungsform eines Bandsicherungselementes
im Ausschnitt als Draufsicht erkennen. Das Bandsicherungselement
ist aus einem glatten Band 7 und einem darüberliegenden
geriffelten Band 8 gebildet, die spiralförmig aufgewickelt
sind. Das glatte Band 7 und das geriffelte Band 8 sind üblicherweise etwa
10 mm breit.
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Die
Riffelung in dem geriffelten Band 8 definiert die Spalten.
Die Spaltweite SW liegt je nach Medium, für die das Bandsicherungselement
konzipiert ist, im Bereich von weniger als 0,2 mm bis maximal 1,5
mm.
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Die 9 lässt eine
herkömmliche
Flammensperre 1 mit drei in Strömungsrichtung eines brennbaren
Gases hintereinander Flammensperrelementen 2a, 2b und 2c erkennen,
die in einem Umfassungskäfig 3 eingebaut
sind. Im Unterschied zu der erfindungsgemäßen Flammensperre 1 sind
die Abstandselemente 5 lose zwischen die Flammensperrelemente 2a, 2b und 2c eingelegt
und liegen nur ungleichmäßig auf
der Oberfläche
des entsprechenden Flammensperrelementes 2a, 2b oder 2c auf.
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Die 10 zeigt
eine Ausführungsform
eines herkömmlichen
dreieckförmigen
Abstandselementes 9, das lose zwischen die Flammensperrelemente 2 eingelegt
wird. Aus der Querschnittsdarstellung ist erkennbar, dass das Abstandselement 9 aus einem
Runddraht gebildet ist.
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Die 11 lässt eine
andere Ausführungsform
eines herkömmlichen
schlaufenförmigen
Abstandselementes 10 erkennen, das ebenfalls lose zwischen
die Flammensperrelemente 2 eingelegt wird und ungleichmäßig auf
der Oberfläche
des entsprechenden Flammensperrelementes 2 aufliegt. Die Querschnittsdarstellung
lässt erkennen,
dass das Abstandselement 10 ebenfalls aus einem Runddraht gebildet
ist und die Auflagefläche
im Querschnitt ungleichmäßig auf
der Oberfläche
des entsprechenden Flammensperrelementes 2 verteilt ist.
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Wie
aus der Querschnittsdarstellung einer Flammensperre 1 unter
Druckbelastung z.B. bei einer Detonation erkennbar ist, erfolgt
eine Verformung der Flammensperrelemente 2a und 2b unter
Druckbelastung, sodass die Zwischenräume zwischen den Flammensperrelementen 2a, 2b und 2c überbrückt werden.
Hierdurch kann es zu einem Flammendurchschlag kommen. Im Unterschied
zu der in der 1 dargestellten Flammensperre 1 mit
gleichmäßig über die
gesamte Oberfläche
des entsprechenden Flammensperrelementes 2 aufliegendem
Abstandselement 5 ist die Durch biegung der Flammensperrelemente 2a und 2b möglich, weil
die herkömmlichen Abstandselemente 9, 10 nur
teilweise eine Auflage für
das entsprechende Flammensperrelement 2a, 2b und 2c bilden.
Bei der Verbindung des dreieckförmigen
Abstandselementes 9 aus der 10 befinden sich
die Auflagepunkte nachteilig sogar nur im äußeren Umfangsbereich des Flammensperrelementes 2.
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Durch
die Verwendung des erfindungsgemäßen, gleichmäßig über die
gesamte Oberfläche
des entsprechenden Flammensperrelementes 2 aufliegenden
Abstandselementes 5 wird die Stabilität des Flammensperrbauteiles
erhöht
und ein konstanter Zwischenraum zwischen den aneinander angrenzenden
Flammensperrbauteilen auch bei Druckbelastung sichergestellt.