DE3040278C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Druck­ entlastung von Behältern, die explosionsfähige Gemische, insbesondere Staub, enthalten, bestehend aus einem mit dem Behälter in Verbindung stehenden Sperrkörper, der im Explosionsfall eine Öffnung zum Entweichen der komprimier­ ten Gase freigibt.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 20 22 090 ist eine Einrichtung zum dauerbrandsicheren Entlüften von Tanks, insbesondere in Tankschiffen obiger Bauart bekannt, bei der der Sperrkörper außen mit einem in Schließrichtung wirkenden Gewicht oder Feder ausgerüstet ist. Auf der dem Gewicht oder der Feder gegenüberliegenden Seite, weist dieser Sperrkörper einen Schaft auf, der am äußeren Ende mit einem Weicheisen versehen ist, welches zwischen zwei in einem Gehäuse mit Abstand angeordneten Permanentma­ gneten kolbenartig beweglich geführt ist. Im Explosionsfall wird hierbei der gewicht- oder federbelastete Sperrkörper nach außen bzw. nach oben hin angehoben und dabei die vom Sperrkörper geschlossene Öffnung des Behälters freigege­ ben, so daß die Explosionsgase unter dem Sperrkörper zur Seite hin entweichen können. Um den Sperrkörper hierbei anzuheben, muß der Explosionsgasdruck nicht nur das Ge­ wicht des Sperrkörpers, sondern auch noch die Haftkraft des Permanentmagneten überwinden, wobei der Sperrkörper mit dem darunter befindlichen Weicheisen schlagartig bis zur obere Endstellung des Permanentmagnetes angehoben wird, wo er außer durch den Gasdruck auch noch von dem Magneten gehalten wird. Sobald der Explosionsgasdruck auf einen bestimmten Wert abgesunken ist, der geringer als der zum Öffnen des Sperrkörpers erforderliche Gasdruck ist, fällt der Sperrkörper wiederum schlagartig in die Schließlage und damit in die untere Endstellung des Permanentmagneten zurück, wobei das am Sperrkörper angeordneten Weicheisen am unteren Permanentmagneten anschlägt und von diesem wieder­ um festgehalten wird.

Bei diesen bekannten, in Wirkverbindung mit den Permanent­ magneten stehenden Sperrkörper ist daher nicht zu vermei­ den, daß es beim schlagartigen, ungedämpften Öffnungs- und Schließvorgang des Sperrkörpers zu Beschädigungen an den Permanentmagneten und/oder an der Wandung des Behälters kommt, was sich nicht nur hemmend auf den Öffnungs- und Schließvorgang des Sperrkörpers auswirken kann, sondern wodurch auch eine ausreichende Abdichtung des Behälters im Sperrbereich nach außen hin nicht mehr gewährleistet ist. Darüber hinaus ermöglicht diese bekannte Druckentlastungs­ vorrichtung auch keine Anpassung an unterschiedliche starke Explosionsdrücke.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 19 42 299 ist ferner ein Atmungsorgan für Behälter zur Lagerung brennbarer Flüssigkeiten bekannt, das im wesentlichen aus einem flüs­ sigkeitsbelasteten Ringmembranventil besteht. Auch hierbei treten im Explosionsfalle am Ventil, ähnlich wie bei gewichtsbelasteten Explosionslappen, hohe stoßartige mechanische Beanspruchungen auf, deren Größe von dem Explosionsdruck und der sich hierbei ergebenden Anfangsge­ schwindigkeit abhängt. Hinzu kommt, daß beim Schließvor­ gang das flüssigkeitsbelastete Ventil hart auf die Auf­ fangvorrichtung aufschlägt, so daß nicht nur mit einer Be­ schädigung des Ventils, sondern auch mit einer Beschädi­ gung der Auffangvorrichtung gerechnet werden muß. Dieses bekannte flüssigkeitsbelastete Ringmembranventil wird da­ her im Explosionsfall nicht nur sehr hohen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt, sondern es kann auch nicht an unterschiedlichen Arten von explosionsfähigen Gemischen angepaßt werden, welche unterschiedliche Explosionsdrücke mit sich bringen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Druckentlastung von Behältern, die explosionsfähige Fest­ stoff-Gemische enthalten, zu schaffen, die unter Vermei­ dung der oben angeführten Nachteile ein sicheres Öffnen und Schließen des Sperrkörpers bei geringstmöglicher mechanischer Beanspruchung gewährleistet.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Sperrkörper von einer am Behälter angeordneten, mit in der Weite nicht einstellbaren Öffnungen sowie mit in der Weite einstellbaren Öffnungen versehenen Staukammer umge­ ben ist und mit dieser in Wirkverbindung steht. Der Sperr­ körper kann auf diese Weise weitgehend ungehindert durch Dämpfungskräfte und unter größtmöglicher Beschleunigung öffnen, wodurch der maximal im Raum auftretende Druck in Grenzen gehalten wird. Durch die Dämpfungskräfte erfährt der Sperrkörper eine rasche Geschwindigkeitsreduzierung, die dadurch erzeugt wird, daß der Sperrkörper in die Stau­ kammer eindringt, wo er durch die in der Staukammer befindliche komprimierte Luft einen Gegendruck erfährt, der wiederum durch die über die Ausströmöffnungen austre­ tende Luft allmählich abgebaut wird. Hierbei kann insbe­ sondere durch die in ihrer Weite einstellbaren Öffnungen in der Staukammer der Abbremsweg des Sperrkörpers inner­ halb der Staukammer variiert werden, wodurch die erfin­ dungsgemäße Druckentlastungsvorrichtung sehr leicht an unterschiedliche Arten von explosionsfähigen Gemischen, welche unterschiedliche Explosiondrücke mit sich bringen, angepaßt werden kann.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erhält die Staukammer ein viskoses Dämpfungsmittel. Die Dämpfungs­ kräfte können auf diese Weise anstatt durch die Verdrän­ gung eines Gases, z. B. Luft und dessen gesteuertes Abströmen auch durch Verdrängung eines flüssigen Dämp­ fungsmittels erzeugt werden, das über die Ausströmöffnun­ gen abströmt. Zur Erzielung unterschiedlicher Bremswege können hierbei sehr vorteilhaft Dämpfungsmittel von unter­ schiedlichster Viskosität eingesetzt werden.

Auch können die Ausströmöffnungen gemäß der Erfindung mit Staueinrichtungen wie Lippen, Bürsten oder dergleichen ausgerüstet sein, so daß das der Staukammer entweichende Dämpfungsmittel eine zusätzliche Drosselung erfährt, wodurch auf den zeitlichen Druckverlauf und damit auf den Bremsweg innerhalb der Staukammer ebenfalls Einfluß genom­ men werden kann.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Staukammer mit Rückschlagventilen ausgerüstet, die während der Öff­ nungsphase geschlossen bleiben, aber während der Schließ­ phase sich unter der Wirkung einer Differenz zwischen dem Innendruck und der Staukammer und dem Außendruck öffnen. Auf diese Weise werden sehr vorteilhaft unterschiedliche Dämpfungskräfte während der Öffnungsphase einerseits und der Schließphase andererseits entwickelt, so daß dadurch ein rascher Schließvorgang gewährleistet ist.

Ferner ist gemäß der Erfindung die Staukammer mit Feder­ elementen ausgerüstet, welche in einem, durch das Ende der Öffnungsbewegung charakterisierten Endbereich der Staukam­ mer angeordnet sind. Auf diese Weise wird dem Sperrkörper in der Staukammer im Bereich der Richtungsumkehr ein zusätzlicher Impuls zur Beschleunigung des Schließvorgan­ ges erteilt. Die Federelemente haben die Aufgabe, den Schließvorgang zu unterstützen und nicht die Bewegung des Sperrkörpers während der Öffnungsphase abzubremsen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an­ hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorrichtung mit geradlini­ ger Bewegung des Sperrkörpers;

Fig. 2 eine Vorrichtung mit schwenkba­ rem Sperrkörper.

Mit (1) ist in Fig. 1 ein ein explosionsfähiges Gemisch enthaltender Raum bezeichnet, von welchem nur ein kleiner Teil im Aufriß dargestellt ist. Eine Wandung (2) des Rau­ mes (1) ist mit einem Rohrstutzen (3) versehen, auf wel­ chem ein Zwischenrohr (4) aufgesetzt ist. Der Querschnitt des Rohrstutzens (3) bildet eine Entlastungsöffnung (3′) für den Raum (1).

In dem Zwischenrohr (4) sind mehrere Halteelemente (5) an­ gebracht, welche in der Mitte dieses Zwischenrohres eine axiale Führung (6) für eine Stange (7) bilden. An der Stange (7) befestigt ist ein Sperrkörper (8), der an einem, dem Zwischenrohr (4) zugekehrten Ende einen Flansch (9) aufweist, der zu einem Flansch (10) des Zwischenrohres korrespondiert. Der Sperrkörper (8) hat die Aufgabe, die Entlastungsöffnung (3′) unter regulären Druckverhältnissen im Raum (1) gegen die Umgebung dicht abzuschließen. Im Flansch (10) ist ein Dichtungsring (11) eingelegt, wobei die erforderliche Anpreßkraft durch das Eigengewicht des Sperrkörpers (8) erzeugt wird.

Oberhalb des Sperrkörpers (8), durch mehrere Stützwinkel (12) an der Außenseite des Zwischenrohres (4) befestigt, befindet sich eine Staukammer (13), welche in ihrem oberen Bereich eine Bohrung aufweist, welche eine weitere axiale Führung (14) für die Stange (7) bildet.

Die Staukammer (13) ist in ihrer geometrischen Gestalt auf der Innenseite der äußeren Form des Sperrkörpers (8) ange­ paßt und bildet eine Dämpfungseinrichtung.

Tritt im Raum (1) eine Explosion auf, wird der Sperrkörper (8) zunächst eine kurze Strecke dämpfungsfrei angehoben, so daß durch die Entlastungsöffnung (3′) hindurch Gase und Stäube zur Reduzierung des Explosionsdruckes im Raum (1) austreten können. Sobald der Sperrkörper (8) in die Stau­ kammer (13) eintritt, werden Dämpfungskräfte, die eine rasche Abbremsung hervorrufen, wirksam. Die Außenmaße des Sperrkörpers (8) und die Innenmaße der Staukammer (13) sind hierbei so dimensioniert, daß sich eine ringspaltar­ tige Ausströmöffnung (15) von definierter Weite ergibt. Die Fläche dieser Ausströmöffnung (15) und die durch das radiale Spiel der axialen Führung (14) definierte weitere Ausströmöffnung (14′), sind so bemessen, daß sich unter Berücksichtigung der Aufwärtsbewegung des Sperrkörpers (8), insbesondere dessen Geschwindigkeit, dessen Masse und dem in der Staukammer (13) zur Verfügung stehenden Ab­ bremsweg ein bestimmter zeitlicher Verlauf des Druckauf­ baus bzw. -abbaus ergibt. Auf diese Weise strömt während der Öffnungsphase Luft über die Ausströmöffnungen (14′) und (15) ab. In der Zeichnung ist eine Position des Sperr­ körpers (8) während der Öffnungsbewegung in Richtung des Pfeiles (16) gestrichelt dargestellt. Hieraus ist die Lage der ringspaltartigen Ausströmöffnung (15) ersichtlich, durch welche während der Öffnungsbewegung Luft in Richtung der Pfeile (17) entweicht.

Mit (18) und (19) sind in der Wandung der Staukammer (13) angeordnete Rückschlagventile bezeichnet, welche während der Öffnungsphase geschlossen bleiben, hingegen während der Schließbewegung des Sperrkörpers (8) ein Einströmen von Luft ermöglichen und auf diese Weise den Schließvor­ gang beschleunigen. Der Schließvorgang wird weiterhin durch an der Innenseite des oberen Bereiches der Staukam­ mer (13) angebrachte Federelemente (20) und (21) beschleu­ nigt, welche dem Sperrkörper (8) einen zusätzlchen Impuls zur Abwärtsbewegung, d. h. zur Schließbewegung verleihen, der zweckmäßigerweise so bemessen werden sollte, daß min­ destens die Dämpfungskräfte überwunden werden, die sich der Abwärtsbewegung widersetzen. Die Ziffern (22) und (23) bezeichnen weitere, in der Wandung der Staukammer (13) angeordnete Ausströmöffnungen, welche vorzugsweise regel­ bar ausgestaltet sind.

Zweckmäßig ist es, besonders im Hinblick auf ein ungehin­ dertes Ausströmen, die Ausströmöffnungen im oberen Bereich des Stauraumes anzubringen. Von wesentlicher Bedeutung ist in jedem Fall, daß die Ausströmquerschnitte derart be­ schaffen sind, daß sich eine Abbremsung des Sperrkörpers unter geringstmöglicher mechanischer Beanspruchung bis zum Stillstand ergibt, wobei anschließend, sobald es die Druckverhältnisse in der Staukammer erlauben, eine Rich­ tungsumkehr gegebenenfalls unter Zuhilfenahme der erwähn­ ten Rückschlagventile (18) und (19) eingeleitet wird.

In Fig. 2 bezeichnet (24) einen ein explosionsfähiges Gemisch enthaltenden Raum (25) eine Entlastungsöffnung, in der ein ebener Sperrkörper (26) angeordnet ist. Der Sperr­ körper (26) ist um eine Achse (27) schwenkbar gelagert. Eine Staukammer (28) ist in ihrer Geometrie der Bewegungs­ bahn des Sperrkörpers (26), d. h. dessen Drehung um die Achse (27) angepaßt. Die Staukammer (28) besteht demzufol­ ge aus einer im wesentlichen rechteckigen Endwand (29), einer äußeren, zylindrischen Wand (30), sowie zwei Seiten­ wänden (31), von denen in der Zeichnung eine erkennbar ist, welche jeweils die Gestalt eines Kreisausschnittes hat.

Die Staukammer (28) ist durch eine Reihe von Stäben (32) an der Wandung (33) des Raumes (24) befestigt. Die Ausmaße des Sperrkörpers (26) sind im Verhältnis zu den Innenmaßen der Staukammer (28) derart bemessen, daß sich zwischen den Kanten des Sperrkörpers und den Wandungen der Staukammer eine bestimmte Spaltweite ergibt. Durch diese Spaltweite wird eine Ausströmöffnung (34) der Staukammer (28) defi­ niert, welche zwischen dem gestrichelt dargestellten, sich in Richtung des Pfeiles (35) zur Freigabe der Entlastungs­ öffnung (25) bewegenden Sperrkörper (26) und der zylin­ drischen Wand (30) der Staukammer (28) zum Teil erkennbar ist und durch welche während der Öffnungsphase Luft in Richtung der Pfeile (36) ausströmt.

Mit (37) sind weitere in der Wandung der Staukammer (28) angebrachte Ausströmöffnungen von vorzugsweise regelbarer Weite bezeichnet. Die Staukammer (28) ist darüber hinaus mit Rückschlagventilen (38), deren Durchlaßrichtung durch den Pfeil (39) angedeutet ist, sowie mit Federelementen (40) ausgerüstet.

Die Wirkungsweise der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung, insbesondere der Rückschlagventile (38) und der Federele­ mente (40) entspricht im übrigen derjenigen der unter Fig. 1 beschriebenen, so daß sich weitere Ausführungen hierzu erübrigen.

Die beschriebene Vorrichtung eignet sich insbesondere auch für Flammstrahlsperren, die üblicherweise nach langen Rohrleitungen vor Behältern, z. B. Filtern eingesetzt wer­ den.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Druckentlastung von Behältern, die explosionsfähige Gemische, insbesondere Staub, ent­ halten, bestehend aus einem mit dem Behälter in Ver­ bindung stehenden Sperrkörper, der im Explosionsfall eine Öffnung zum Entweichen der komprimierten Gase freigibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrkörper (8, 26) von einer am Behälter angeordneten, mit in der Weite nicht einstellbaren Öffnungen (14′, 15, 34) sowie mit in der Weite einstellbaren Öffnungen (22, 23, 37) versehenen Staukammer (13, 28) umgeben ist und mit dieser in Wirkverbindung steht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Staukammer (13, 28) ein viskoses Dämpfungs­ mittel enthält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Öffnungen (14′, 15, 34) der Stau­ kammer (13, 28) mit Staueinrichtungen wie Lippen, Bürsten oder dergleich ausgerüstet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Staukammer (13, 28) mit Rück­ schlagventilen (18, 19, 38) ausgerüstet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Staukammer (13, 28) mit Federelementen (20, 21, 40) ausgerüstet ist, welche in einem, durch das Ende der Öffnungsbewegung des Sperrkörpers (8, 26) charakterisierten Endbereich der Staukammer (13, 28) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrkörper (26) schwenkbar gelagert ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrkörper (8) geradlinig bewegbar gelagert ist.