DE3843436A1 - Verfahren und vorrichtung zur versorgung von verbrauchern mit acetylen oder verwandten brenngasen oder brenngasgemischen und anwendung - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur versorgung von verbrauchern mit acetylen oder verwandten brenngasen oder brenngasgemischen und anwendungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Versorgung von Verbrauchern mit Acetylen oder
verwandten Brenngasen oder Brenngasgemischen, also Gasen,
die im Regelfall aus Sicherheitsgründen nicht mit hohen
Drücken zur Verfügung gestellt werden.
Acetylen und andere, in ihren Eigenschaften zu Acetylen
verwandte Brenngase, wie Mischungen von Acetylen mit
anderen Brenngasen (z.B. mit Propan, Propylen,
Wasserstoff) oder wie andere Brenngase oder Gemische mit
positiver Bildungsenthalpie (z.B. Propylen), sind aufgrund
ihrer Eigenschaften, beispielsweise hohem Energieinhalt,
hoher Zündgeschwindigkeit, hoher Flammentemperatur,
besonders vorteilhafte Brenngase für autogene Verfahren.
Diesen Vorteilen steht der Nachteil gegenüber, daß
Acetylen und verwandte Brenngase schon bei vergleichsweise
geringem Überdruck und verhältnismäßig geringer
Zündenergie unter Umständen sogar explosionsartig
reagieren. Dies führt zu verschiedensten Konsequenzen im
Umgang mit diesen Gasen:
Beispielsweise wird reines Acetylen nicht wie andere
Kohlenwasserstoffbrenngase unter hohem Druck (bis zu
mehreren 100 bar) gasförmig oder verflüssigt in
Gasflaschen aufbewahrt, sondern es wird in Gasflaschen,
die mit einer porösen Masse ausgestattet sind, unter
Gegenwart eines Lösungsmittels mit vergleichsweise
niedrigem Druck ca. 17 bis 19 bar bei 15 C, gespeichert.
Beim Anwender wird Acetylen aus Sicherheitsgründen mit
noch niedrigeren Drücken - nur bis etwa 1,5 bar - den
Verbrauchern zugeführt. Daraus resultiert eine
Einschränkung der Anwendungsmöglichkeiten von Acetylen und
verwandten Brenngasen.
Als Ausweg aus dieser Problematik ist es bekannt,
beispielsweise gesamte Acetylenversorgungsanlagen auf den
Betrieb mit höheren Drücken umzustellen, wobei dazu eine
Umrüstung der Anlage und ein sich anschließendes amtliches
Erlaubnisverfahren notwendig sind. Dies stellt einen
erheblichen zeitlichen, finanziellen und technischen
Aufwand dar.
Die Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung besteht
deshalb darin, eine Versorgung mit Acetylen oder
verwandten Gasen zu gestalten, die mit möglichst geringem
Aufwand eine sichere Versorgung mit höheren Drücken
ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der
Acetylen oder sonstige Brenngasdruck erst im Bedarfsfall
und unmittelbar vor dem Verbraucher auf einen gewünschten,
höheren Wert, als er ansonsten aus der Versorgung zur
Verfügung steht, gesteigert wird.
Durch diese Vorgehensweise wird erreicht, daß nicht die
gesamte Versorgungsanlage auf einen höheren
Versorgungsdruck umgerüstet werden muß, sondern daß eine
Druckerhöhung nur an der Bedarfsstelle erfolgt. Infolge
der Druckerhöhung erst unmittelbar vor dem jeweiligen
Verbraucher sind bei konventionellen Versorgungsanlagen
praktisch keine zusätzlichen sicherheitstechnischen
Aufwendungen notwendig. Darüber hinaus wird der höhere
Druck nur dann erzeugt, wenn Acetylen verbraucht wird, mit
der Ausnahme von relativ kurzzeitigen Verbrauchs
unterbrechungen, in denen die Druckerhöhung auch aufrecht
erhalten werden kann. Dies bewirkt, daß sich nirgendwo in
der Versorgung, in Phasen in denen kein Brenngas
verbraucht wird, verdichtetes Brenngas befinden kann,
wodurch die Sicherheit des erfindungsgemäßen Verfahrens
gewährleistet wird.
In vorteilhafter Weise kann der Druck gemäß der Erfindung
auf bis zum 17-fachen Wert, vorzugsweise bis zum 7-fachen
Wert, gesteigert werden. Geht man von bekannten
Acetylenversorgungsanlagen aus, die mit Drücken bis etwa
1.5 bar arbeiten, so können damit Drücke bis ca.25 bar,
vorzugweise bis ca. 10 bar, erzeugt und somit wichtige
Druckbereiche abgedeckt werden. Dabei handelt es sich auch
um Druckbereiche, in denen das erfindungsgemäße Verfahren
in sicherer und zuverlässiger Weise betrieben werden kann.
Selbstverständlich kann das Verfahren auch in niedrigeren
Druckbereichen angewendet werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der
Erfindung werden vor der Druckerhöhung mehrere Brenngase,
beispielsweise Acetylen und andere Brenngase, vermischt.
Auf diese Weise können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
gefahrlos verschiedenste Gasgemische, beispielsweise
Gasgemische mit beliebigem Acetylenanteil zwischen 0 und
100%, hergestellt und mit höheren Drücken angewendet
werden. Wesentlich ist hierbei eben die Vermischung der
Gase auf niedrigem Druckniveau, da alle zu mischenden Gase
bei niedrigen Drücken stabiler sind und die stabileren
Gase dann auch bei höheren Drücken zu einer größeren
Stabilität des Gasgemisches führen.
Eine Druckerhöhungseinheit zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens ist gekennzeichnet durch
einen Verdichter mit parallel geschaltetem
Druckkontrollventil und einem dieser Parallelschaltung
vorgeschalteten Rückschlagventil sowie einem dieser
Parallalschaltung folgenden Druckminderer, an den sich die
Verbraucherleitung anschließt.
Mit einer so ausgestalteten Vorrichtung kann die
Druckerhöhung für das erfindungsgemäße Verfahren
durchgeführt werden.
In günstigen Weiterbildungen ist in der Verbraucherleitung
der Druckerhöhungseinheit eine Abzweigung mit
Sicherheitsventil vorgesehen und/oder in der Hauptleitung
der Druckerhöhungseinheit vor dem obengenannten
Rückschlagventil ein Überwachungsmanometer für den
Eingangsdruck angeordnet, das mit einem Leuchtsignal und
mit dem Verdichter verbunden ist. Die Abzweigung mit
Sicherheitsventil sorgt bei ausgangseitigen
Betriebsstörungen, z.B. Rückzündungen, für die Sicherheit
der Vorrichtung und eingangsseitig wird durch das dort
angeordnete Manometer der Eingangsdruck zur
Druckerhöhungseinheit kontrolliert und bei Absinken auf
nicht mehr ausreichende Werte für den Betrieb der Einheit
das Leuchtsignal ausgelöst sowie die Abschaltung des
Verdichters bewirkt. Diese Ausgestaltungsvariante ist
besonders vorteilhaft, da eine wesentliche
Funktionsvoraussetzung der Druckerhöhungseinheit darin
besteht, daß das Produkt p× V vor der Druckerhöhungs
einheit größer dem Produkt p× V nach der
Druckerhöhungsvorrichtung ist. Bei bekanntem Druck- und
Mengenbedarf darf deshalb ein bestimmter Vordruck nicht
unterschritten werden.
Besonders vorteilhaft kann darüberhinaus die Integration
der erfindungsgemäßen Druckerhöhungseinheit in ein
Verbrauchsgerät selbst sein. Dadurch erübrigt sich die
Anordnung und Kopplung zweier getrennter Vorrichtungen,
wobei Druckerhöhungseinheit und Verbraucher in optimaler
Weise aufeinander abgestimmt werden können.
Eine besonders vorteilhafte Anwendung des
erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in seinem Einsatz zum
Hochgeschwindigkeitsflammspritzen insbesondere mit
Acetylen und Brenngasgemischen mit Acetylen.
Beim Flammspritzen mit Acetylen und verwandten Brenngasen
ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren jetzt möglich,
auch mit diesen Brenngasen in höheren Druckbereichen zu
arbeiten und so mit Acetylenbrenngasen in den Bereich des
Hochgeschwindigkeitsflammspritzens vorzustoßen. Dies
eröffnet besondere Vorteile, da aufgrund der Zunahme der
gelieferten thermischen Energie durch Acetylen oder
verwandte Brenngase ein schnelleres und/oder stärkeres
Aufschmelzen des Spritzmaterials erreichbar ist oder auch
höhere Spritzpartikelgeschwindigkeiten möglich werden.
Dies führt zu qualitativ verbesserten Spritzschichten mit
beispielsweise höherer Verschleißfestigkeit.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der
Anwendung beim Hochgeschwindigkeitsflammspritzen wird auch
hier das Brenngasgemisch aus Acetylen und einem oder
mehreren anderen Brenngasen dadurch hergestellt, daß die
einzelnen Mischkomponenten vor der Druckerhöhung vermischt
werden. Dies schafft einerseits bezüglich der
Brenngaseigenschaften eine hohe Flexibilität, die sich mit
dem Mischungsverhältnis der beteiligten Brenngase
variieren läßt, und bedingt andererseits durch die
Mischung der Brenngaskomponenten vor der Druckerhöhung
eine zusätzliche sicherheitstechnische Verbesserung, da
ein Gemisch aus Acetylen und einem anderen Brenngas
stabiler ist als reines Acetylen.
Anhand der folgenden schematischen Zeichnungen wird das
erfindungsgemäße Verfahren und eine Druckerhöhungseinheit
sowie seine Anwendung beim Hochgeschwindigkeits-
Flammspritzen beispielhaft näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen
Acetylenversorgungssystems,
Fig. 2 den Aufbau einer Druckerhöhungseinheit im Detail;
Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Brennerkopf zum
Hochgeschwindigkeitsflammspritzen.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Ausgestaltung des
erfindungsgemäßen Verfahrens. Von einer mit einer
Acetylenquelle verbundenen Hauptverteilungsleitung 1 einer
Acetylenversorgungsanlage zweigen mehrere Zweigleitungen
2, 3 ab. Die Zweigleitung 2 ist über ein Absperrventil 4
und eine Gebrauchsstellenvorlage 5.1 mit einer
Druckerhöhungseinheit 6, die für die gewünschte
Druckerhöhung sorgt, verbunden. Ein- und Ausgangsseitig
sind bei der Druckerhöhungseinheit 6 Absperrventile 7 und
8 angeordnet und ausgangsseitig ist darüber hinaus eine
weitere Gebrauchsstellenvorlage 5.2 mit
Anschlußmöglichkeit für einen Verbraucher vorgesehen.
Zusätzlich kann ein Steueranschluß 9 für eine koordinierte
Schaltmöglichkeit von Druckerhöhungseinheit und
Verbraucher vorgesehen sein.
In Fig. 2 ist der Aufbau der Druckerhöhungseinheit 6 im
einzelnen dargestellt. Sie besteht aus einem in einer
Hauptleitung 10 angeordneten Verdichter 14, der mit einem
Überdruckventil 15 in einer Leitung 12 parallel geschaltet
ist. Nach dieser Parallelschaltung folgt in der
Hauptleitung 10 ein Kontrollmanometer 16 und ein
Druckminderer 17, mit dem der vom Verdichter 14 erzeugte
Druck auf das gewünschte Maß reduziert wird. Baut sich
zwischen dem in günstiger Ausgestaltung in verschiedene
Leistungsstufen schaltbaren Verdichter 14 und
Druckminderer 17 ein zu großer Druck auf, wird dieser
durch die Parallelleitung 12 und mit Hilfe des
Überdruckventils 15 zur Eingangsseite des Verdichters 14
hin abgebaut. Vor dem Verdichter und der Parallelleitung
12 ist ein Rückschlagventil 13 angeordnet, das ein
Rückfließen von Acetylen in die Versorgungsanlage
verhindert. Nach dem Druckminderer 17 schließt sich eine
Verbraucherleitung 11 an, in der aus Sicherheitsgründen,
beispielsweise bei Rückzündungen, eine Abzweigung 18 mit
einem weiteren Überdruckventil 19 vorgesehen ist. Darüber
hinaus ist eingangsseitig bei der Druckerhöhungseinheit in
der Hauptleitung 10 vor dem Rückschlagventil 13 ein
Manometer 20 angeordnet, mit dem der Eingangsdruck
überwacht wird. Das Manometer 20 ist andererseits mit
einer Leuchtanzeige 31 und dem Antrieb des Verdichters 14
verbunden, wodurch das Aufleuchten der Leuchtanzeige und
die Abschaltung des Verdichters bei einem eingangsseitig
zu niedrigen Druck bewirkt wird. Schließlich ist der
Verdichter 14 noch mit einem Ein- und Ausschalter 29
verbunden, wobei der Ein- und Ausschaltvorgang auch über
den Steueranschluß 9 und die Verbindung 30 bewirkt werden
kann.
Die erfindungsgemäße Druckerhöhungeinheit kann nun z.B. in
folgendem Fällen eingesetzt werden:
- a) es steht in einer Versorgungsanlage ein Fließdruck von 1.5 bar mit einem maximalen Durchsatz von 4 m3/h zur Verfügung. Daraus folgt, daß erfindungsgemäß ein Verbraucher beispielsweise mit etwa 6 bar und 1 m3/h versorgt werden kann.
- b) es steht ein Fließdruck von 0.5 bar mit 3 m3/h Durchsatz zur Verfügung. Damit kann beispielsweise eine Versorgung mit 1 bar und bis etwa 1.5 m3/h ausgeführt werden.
Mit Fig. 3 soll abschließend die Anwendung des
erfindungsgemäßen Verfahren zum Hochgeschwindigkeits-
Flammspritzen näher erläutert werden. Fig. 3 zeigt
schematisch einen Querschnitt durch den Vorderteil eines
Brennerkopfes zum Flammspritzen ohne die Versorgungsseite
für Brenngas und Spritzmaterial im einzelnen zu zeigen.
Bisher wird das Hochdruck- bzw. Hochgeschwindigkeits-
Flammspritzen mit nicht acetylenhaltigen Brenngasen,
beispielsweise Wasserstoff, Propan, Propylen, ausgeführt,
da dabei Brenngasdrücke über 1,5 bar zur Anwendung kommen.
Jetzt stehen Acetylendrücke über 1,5 bar zur Verfügung und
die Anwendung von Acetylen ist, wie im folgenden gezeigt
wird, mit besonderen Vorteilen verbunden. Wie aus Fig. 3
ersichtlich ist, wird das Acetylenbrenngas bei seiner
Anwendung beim Flammspritzen zusammen mit Sauerstoff in
eine Brennkammer 21 eingeführt, wobei die dazugehörenden
Zufuhrkanäle 22 eine leicht konische Ausrichtung besitzen,
so daß sich die eintretenden, brennenden Gasstrahlen in
der Brennkammer schneiden. In diesen Schnittpunkt hinein
wird ein weiterer Gasstrahl durch einen Zentralkanal 23
geführt. Dieser besteht aus einem Trägergas,
beispielsweise Stickstoff, und den darin transportierten,
metallischen Spritzpartikeln. Das Spritzmaterial wird in
der von Acetylen und Sauerstoff erzeugten Flamme 24
geschmolzen und die gesamte Mischung aus
Verbrennungsgasen, Trägergas und geschmolzenem
Spritzmaterial wird durch einen sich an die Brennkammer
anschließenden Hauptkanal 25 im Brennerkopf weitergeleitet
und verläßt diesen schließlich in Form eines
Spritzstrahles 27. Durch eine äußere Umhüllung 28 und eine
zwischen dieser äußeren Umhüllung und dem Zentralkanal und
der Brennkammer entstehenden Kanal 29 wird der Brennerkopf
gekühlt.
Bei der erfindungsgemäßen Ausführung des
Hochgeschwindigkeitsflammspritzens wird nun Acetylen mit
einem Druck von z.B. 5 bar zusammen mit einer
entsprechenden Menge Sauerstoff durch die Zufuhrkanäle 22
zur Brennkammer 21 geführt. Aufgrund dieser
Hochdruckzufuhr von Acetylen kann nun auch der Zufuhrdruck
des Trägergases ohne die Gefahr des Zurückdrängens des
Brenngasgemisches gesteigert werden und man gelangt so zum
Hochgeschwindigkeitsflammspritzen mit Acetylen. Dieser
Acetyleneinsatz beim Hochgeschwindigkeitsflammspritzen hat
weitgehende Vorteile. Zum einen können aufgrund der hohen,
beinhalteten thermischen Energie mit Acetylen und mit
Acetylengemischen höherschmelzende Spritzmaterialien
angewendet werden als mit anderen Brenngasen. Andererseits
ergeben sich kürzere Aufschmelzdauern für die anderen
Spritzmaterialien in einer Acetylenflamme, wodurch höhere
Spritzpartikelgeschwindigkeiten einstellbar sind, mit
denen widerum verbesserte Spritzschichtqualitäten erreicht
werden können, da eine höhere Spritzpartikel
geschwindigkeit größere Haftzugwerte und geringere
Porösität in der aufgespritzten Schicht bewirkt.
Zusammenfassend sei nochmals festgehalten, daß das
erfindungsgemäße Verfahren mit der dazugehörigen
Vorrichtung in sehr vorteilhafter Weise Acetylen und
verwandte Brenngase in höheren Druckniveaus zur Verfügung
stellt. Dabei ist insbesondere die vorteilhafte Anwendung
des Verfahrens beim Hochgeschwindigkeitsflammspritzen
hervorzuheben.
Claims (8)
1. Verfahren zur Versorgung von Verbrauchern mit Acetylen
oder verwandten Brenngasen oder Brenngasgemischen,
dadurch gekennzeichnet, daß der Acetylen- oder
Brenngasdruck erst im Bedarfsfall und unmittelbar vor
dem jeweiligen Verbraucher(n) auf einen gewünschten,
höheren Wert, als er ansonsten aus der Versorgung zur
Verfügung steht, gesteigert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Druck bis zum 17-fachen, vorzugsweise bis zum
7-fachen, des Ausgangsdruckes gesteigert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß verfahrensintern ein
Brenngasgemisch erzeugt wird, dadurch daß die
einzelnen Brenngase vor der Druckerhöhung auf
niedrigem Druckniveau vermischt werden.
4. Druckerhöhungseinheit zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens, gekennzeichnet durch
einen in einer Hauptleitung (10) angeordneten
Verdichter (14) mit einem parallel geschalteten
Druckkontrollventil (15) und einem dieser
Parallelschaltung vorgeschalteten Rückschlagventil
(13) sowie einem dieser Parallelschaltung folgenden
Druckminderer (17).
5. Druckerhöhungseinheit nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß in der Verbraucherleitung (11)
eine Abzweigung (18) mit einem Sicherheitsventil (19)
vorgesehen ist.
6. Druckerhöhungseinheit nach Anspruch 4 oder 5, dadurch
gekennzeichnet, daß in der Hauptleitung (10) vor dem
Rückschlagventil (13) ein Manometer (20) angeordnet
ist, das mit einem Leuchtsignal (31) und dem
Verdichter (14) in Verbindung steht.
7. Druckerhöhungseinheit nach Anspruch 4, 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, daß sie in ein Verbrauchsgerät
integriert ist.
8. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1, 2 oder 3 zum
Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen .
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