EP0765675B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Abschwächen einer Detonation in einem Behälter- bzw. Rohrleitungssystem - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Abschwächen einer Detonation in einem Behälter- bzw. Rohrleitungssystem Download PDF

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EP0765675B1
EP0765675B1 EP96115191A EP96115191A EP0765675B1 EP 0765675 B1 EP0765675 B1 EP 0765675B1 EP 96115191 A EP96115191 A EP 96115191A EP 96115191 A EP96115191 A EP 96115191A EP 0765675 B1 EP0765675 B1 EP 0765675B1
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EP
European Patent Office
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detonation
expansion chamber
subsidiary
conduction path
main
Prior art date
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EP96115191A
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English (en)
French (fr)
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EP0765675A3 (de
EP0765675A2 (de
Inventor
Helmut Prof. Dr.-Ing. Eichert
Frank Dipl.-Ing. Heinrich
Thomas Dipl.-Ing. Kratzel
Eberhard Dipl.-Ing. Pantow
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Leinemann GmbH and Co KG
Original Assignee
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Leinemann GmbH and Co KG
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Publication date
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Publication of EP0765675A3 publication Critical patent/EP0765675A3/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C13/00—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
    • F17C13/12—Arrangements or mounting of devices for preventing or minimising the effect of explosion ; Other safety measures
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C4/00—Flame traps allowing passage of gas but not of flame or explosion wave
    • A62C4/02—Flame traps allowing passage of gas but not of flame or explosion wave in gas-pipes

Definitions

  • the invention relates to a method for weakening a detonation in a container or piping system in which a starting detonation front divided and in an expansion room is merged again.
  • the invention further relates to a device for weakening a detonation in a container or piping system with a wall arrangement lying in the propagation path of the detonation front to divide and redirect the detonation front and with an expansion room in which the split detonation front again is merged.
  • the spread of an explosion of an ignitable gas mixture in a container or piping system can be used as a detonation or done as deflagration.
  • the flame propagation rate of Deflagrations are around 100 m / sec. and the combustion pressures in the direction of impact at up to 10 bar (at an outlet pressure the mixtures of 1 bar), while in the case of detonations flame propagation speeds of several 1,000 m / sec. and pressures can occur in the direction of impact of up to 100 bar.
  • detonation brakes are often or “detonation bumper” combined with a flame arrester, which has a large number of narrow and long gaps, in to whom the flame is cooled so much that it goes out is coming.
  • a detonation device consisting of a detonation brake and a flame arrester is known from DE-PS 1 192 980.
  • the propagating detonation front through a pipeline in the known device by the convex outside of a divided circular cylindrical wall and gets into a Expansion room with an enlarged one compared to the pipeline Volume.
  • the split detonation front can only take several Redirections against the flame arrester run in one Outlet connector is attached, which is 90 ° relative to the pipeline is angled, in which the detonation originally spreads Has.
  • the multiple redirections are required that a second semicircular cylindrical wall with a smaller one Diameter is provided, the mutually pointing fine wall pieces are arranged overlapping one another and thereby one Form a kind of labyrinth.
  • a similar device is known from DE-A 934 574 and DE-A 937 879.
  • the flame arrester is located in a 90 ° angle to the pipe Support.
  • a tapered nozzle is provided, which is a widening nozzle at a distance opposite.
  • At the edge of the tank there is a curved return line is directed back to the pipeline.
  • the main stream of incoming Gas flow flows through the tapered nozzle and produces it at the outlet Nozzle that is sucked away by the gases from the flame arrester should.
  • the main flow through the opposite nozzle is through the Return line led back and impinges there on a bypass of the explosion pressure starting, which flows laterally into the return line before entering the nozzle.
  • the device is used to protect against explosions and is not for use with detonations starting at significantly higher energy and speed are suitable.
  • the invention is therefore based on the object of a method and a device specify by which the attenuation of a detonation in a container or Piping system can be improved.
  • This object is achieved according to the invention with a method of the type mentioned at the outset solved by dividing the detonation front into a main front and there is a much smaller secondary front and that the main front with a longer term is directed into the expansion space, so that when the Main front in the expansion space of these combustion gases contains the side front.
  • the solution according to the invention is based on the fact that a preferred smaller part of the detonation front as a side front in the expansion space is directed and burns there, preferably in the form of a deflagration, so that the The main front essentially finds exhaust gases when entering the expansion space, which hinders the propagation of the detonation, making it regular disintegrates. This is ensured if the running time of the main front is relative to the secondary front is dimensioned so that the secondary front in the expansion space is already complete has decayed when the main front enters the expansion space.
  • the method according to the invention can be used in all container or pipe systems use to destroy or at least mitigate detonations.
  • the improved effect of the detonation attenuation according to the invention causes the flame arrester to have less narrow and / or few long flames must have an extinguishing column so that the one caused by the flame arrester Pressure drop for normal operating conditions is reduced.
  • the method according to the invention is particularly effective when the secondary front in the part of the expansion space on the outlet side, that is, for example, until short in front of a flame arrester located there, before entering the expansion room can. This caused the opposite front to burn off and enter the main front into the expansion chamber leads to an even improved and yet safer detonation mitigation.
  • a device of the beginning which functions according to the method according to the invention mentioned type is characterized in that the first route for the main front and a second line for a secondary front of the detonation front forms, the total cross section of the first conduction path being substantially larger is dimensioned as the total cross-section of the second route and the route are that the main front compared to the secondary front is delayed in the expansion space entry.
  • the overall cross section of the first conduction path is preferred at least four times the total cross-section of the second route.
  • the second route is in one preferred embodiment of at least one opening or at least one Line piece formed, the diameter of each below the critical diameter lies.
  • critical diameter is based on the knowledge that below a certain diameter of a pipe section butt front and flame front can no longer advance together and are therefore separated. Explanations of the term "critical pipe diameter” can be found in the article by Lee, J.H.S. Dynamic Parameters of Gaseous Detonations, Ann.Rev.Fluid.Mech. 16 (1984), pages 311 to 336.
  • the expansion space may be the most the wall arrangement in terms of flow through another end Flame arrester must be completed with flame-extinguishing columns.
  • the unnecessarily long delays avoids the main front, it is expedient if the second route the direct passage of the secondary front into the Expansion space allowed essentially without redirection. This is Particularly useful if the level has already been undershot the critical diameter for a flame front separation and shock front is taken care of, so that energy-consuming deflections are no longer required for the secondary front. Because the side front progresses essentially without delay, is that for the Main delay minimized required delay.
  • the second route can be in a simple embodiment by at least one in the direction of propagation of the detonation front lying opening of the wall arrangement can be formed.
  • the second route is through at least one in the direction of propagation the line section lying on the detonation front educated.
  • the line piece can expediently shortly before Flame arrest ends to counteract the burning of the Flame of the side front and the entry of the main front into the expansion space to ensure. With one in an angled Pipe piece arranged flame arrester, the line piece is expedient bent accordingly.
  • the wall arrangement of the The device according to the invention can in a manner known per se have circular cylindrical wall section which the Detonation front divided into two main fronts and redirected and the at least one opening or a line piece for the passage has the secondary front.
  • the Wall arrangement comprising a starting detonation front cup-shaped wall, in the bottom of which there is at least one opening or a line section as a second line path for the passage the secondary front is located, the first route on the Outside of the cylindrical sections of the cup-shaped wall runs.
  • the device shown in Figures 1 and 2 has a as Angle-shaped housing 1 with a possible Detonation input flange 2 and one to do so output flange 3 angled by 90 °.
  • Both Connection flanges 2,3 have walls 4,5, which face the inside of the housing 1 expand conically.
  • the wall 5 of the outlet flange 3 is located a level 6, on which a conventional flame arrester 7 is placed is.
  • the flame arrester 7 is made using an insert 8 of the housing 1 held in place
  • the insert 8 has one essentially circular cylindrical wall 9 through a transition piece 10 is expanded into a lower free edge 11, which at the Flame arrester 7 is present.
  • the circular cylindrical wall 9 faces the one on the input side Flange 2 opposite side a slot-shaped opening 12 on and is on the opposite end flange 3 Page completed by a flat plate 13.
  • the Insert 8 is screwed onto housing 1 as a whole Lid 14 kept sealed in place.
  • transition piece 10 In the transition piece 10 is located in the vertical central plane the input-side connecting flange 2 an opening 15 with a Diameter less than 1/4 of the diameter of the input side Flange 2 is and a much smaller Part of the expanded cross section of the housing 1 before takes circular cylindrical wall 9.
  • the circular-cylindrical wall 9 also faces the inlet bottle 2 opposite area to the side of the opening 12 radial reinforcing ribs 16 which extend radially up to the height of the free edge 11 extend.
  • a small part of the starting detonation front passes through the Opening 15 as a side front and goes directly into the expansion room 17, just before the flame arrester 7.
  • the opening 15 thus forms a second line path on which a side front the detonation front reaches the expansion space 17.
  • the side front reaches the expansion space in front of the main fronts 17.
  • the secondary front disintegrates in expansion room 17 and burns as deflagration. If the main fronts in the Expansion space, this is - at least partially, preferably completely - filled with exhaust gases, so that the main fronts in the expansion space 17 no more or only flammable gases still find small amounts of it and insufficient energy can record for reproduction. The main fronts also fall apart therefore in the expansion space 17 before it goes to the flame arrester 7 reach.
  • the flame arrester 7 therefore only needs for the much less dangerous deflagrations can be designed have significantly less narrow and / or less long gaps. This creates a lower flow resistance and the Maintenance of flame arrester 7 made easier.
  • the insert 8 ' also forms the cover 14 of the longitudinal housing 1 the circular cylindrical wall 9 'has a diameter which corresponds to the outer diameter of the flame arrester 7.
  • Another circular cylindrical wall section is aligned on the side 18, which is concentric with the circular cylindrical wall 9 ', but is arranged with a smaller diameter.
  • An opening 19 of the circular cylindrical wall section 18 points to the input side Connection flange 2, so that through the circular cylindrical wall 9 'partial main fronts formed by a through the opening 12, 19 formed labyrinth in the expansion space 17 'above the Arrest flame arrester 7.
  • the circular cylindrical Wall 9 '' formed as a semicircular section.
  • the second circular cylindrical wall section 18 is provided with radial ribs 16 ' provided together with the ends of the circular wall section 9 '' form inlet openings 12 ', which laterally the wall arrangement and together with the opening 19 cause multiple deflections of the main fronts.
  • the insert becomes 8 ′′ - as in the first embodiment - A separate lid 14 attached.
  • FIG. 7 points a housing 21 an input side lying in a common axis Connection flange 22 and connection flange on the output side 23 on.
  • the inlet flange 22 opens with a cylindrical pipe section 24 into the interior of the housing 21 and is overlapped there by a cup-shaped wall 25.
  • the cup-shaped wall 25 consists of a cylindrical Jacket wall 26 and one of the input-side connection flange 22 arched bottom 27.
  • annular gaps 28:29 formed a maze for one in the cup-shaped Wall 25 form an incoming detonation front, which from the cup-shaped wall 25 reflected over the inner annular gap 28 emerges and after deflection by 180 ° through the outer annular gap 29 enters an expansion chamber 30 through a flame arrester 7 is completed.
  • the flame arrester 7 is between two than Mounting flanges 31 inserted parts of the housing 21 inserted and clamped by screwing the mounting flanges 31, the part of the space not containing the expansion space 30 Housing 21 only the taper on the outlet flange 23 contains.
  • the side front is shown in the axis of the input-side connecting flange 22 lying opening 32 passed into the expansion space 30 without deflection.
  • FIG. 9 corresponds to that in FIG Figure 7 illustrated embodiment with the difference that instead of the opening 32, a line piece 32 'is provided by that the side front in closer proximity to the flame arrester 7 in the Expansion space 30 is initiated.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abschwächen einer Detonation in einem Behälter- bzw. Rohrleitungssystem, bei dem eine anlaufende Detonationsfront aufgeteilt und in einem Expansionsraum wieder zusammengeführt wird.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Abschwächen einer Detonation in einem Behälter- bzw. Rohrleitungssystem mit einer im Fortpflanzungsweg der Detonationsfront liegenden Wandanordnung zum Aufteilen und Umlenken der Detonationsfront und mit einem Expansionsraum, in dem die aufgeteilte Detonationsfront wieder zusammengeführt wird.
Die Ausbreitung einer Explosion eines zündfähigen Gasgemisches in einem Behälter- bzw. Rohrleitungssystem kann als Detonation oder als Deflagration erfolgen. Bei der Detonation überlagern sich die Flammenfront und die durch die Druckwelle der Explosion gebildete Stoßfront, während bei der Deflagration die Stoßwellen der Flammenfront vorauseilen. Die Flammenfortpflanzungsgeschwindigkeit von Deflagrationen liegen bei einigen 100 m/sec. und die Verbrennungsdrücke in Stoßrichtung bei bis zu 10 bar (bei einem Ausgangsdruck der Gemische von 1 bar), während bei Detonationen Flammenfortpflanzungsgeschwindigkeiten von mehreren 1.000 m/sec. und Drücke in Stoßrichtung von bis zu 100 bar auftreten können.
Es ist bekannt, die zerstörerische Wirkung von Detonationen durch Abschwächung bzw. Beendigung der Detonation zu vermeiden und vorzugsweise dabei die Flammen der Flammenfront der Detonation zum Erlöschen zu bringen. Häufig werden daher sogenannte "Detonationsbremsen" bzw. "Detonationsstoßfänger" mit einer Flammensperre kombiniert, die eine Vielzahl enger und langer Spalte aufweist, in denen die Flamme so stark abgekühlt wird, daß sie zum Erlöschen kommt.
Eine Detonationssicherung bestehend aus einer Detonationsbremse und einer Flammensperre ist durch die DE-PS 1 192 980 bekannt. Die sich durch eine Rohrleitung fortpflanzende Detonationsfront wird bei der bekannten Vorrichtung durch die konvexe Außenseite einer kreiszylindrisch ausgebildeten Wand aufgeteilt und gelangt in einen Expansionsraum mit einem gegenüber der Rohrleitung vergrößerten Volumen. Die aufgeteilte Detonationsfront kann erst nach mehreren Umlenkungen gegen die Flammensperre laufen, die in einem Ausgangstutzen befestigt ist, der um 90° gegenüber der Rohrleitung abgewinkelt ist, in der sich die Detonation ursprünglich ausgebreitet hat. Die mehreren Umlenkungen werden dadurch erforderlich, daß eine zweite halbkreiszylindrische Wand mit einem kleineren Durchmesser vorgesehen ist, wobei die zueinander zeigenden Feinwandstücke einander überlappend angeordnet sind und dadurch eine Art Labyrinth bilden. Bei diesen bekannten Vorrichtungen können die aufeinander zulaufenden Teil-Detonationsfronten eine Nachdetonation auslösen, insbesondere, wenn ungünstige Gemischbedingungen vorliegen. Es ist daher erforderlich, die Flammensperre so zu dimensionieren, daß sie auch in diesem Fall eine sichere flammenlöschende Wirkung aufweist. Die flammenlöschenden Spalte der Flammensperre müssen ausreichend lang und ausreichend eng dimensioniert sein, wodurch jedoch für den Normalbetrieb bei der Durchströmung des Betriebsmediums ein relativ hoher Druckverlust in Kauf genommen werden muß. Darüberhinaus entsteht durch enge und lange Durchtrittspalte ein erhöhter Wartungsaufwand.
Eine ähnliche Vorrichtung ist durch DE-A 934 574 und DE-A 937 879 bekannt. Die Flammensperre befindet sich hierbei in einem um 90° gegenüber der Rohrleitung abgewinkelten Stutzen. In einem topfartigen Gehäuse ist fluchtend mit der Rohrleitung eine sich verjüngende Düse vorgesehen, der mit Abstand eine sich erweiternde Düse gegenüberliegt. Am Rand des Behälters befindet sich eine gebogene Rückleitung, die zur zuführenden Rohrleitung zurück gerichtet ist. Der Hauptstrom der ankommenden Gasströmung fließt durch die sich verjüngende Düse und erzeugt am Ausgang dieser Düse einen Unterdruck, der durch die Gase von der Flammensperre abgesaugt werden sollen. Die durch die gegenüberliegende Düse laufende Hauptströmung wird durch die Rückleitung zurück geführt und prallt dort auf einen Nebenstrom des anlaufenden Explosionsdruckes, der vor dem Eintritt in die Düse seitlich in die Rückleitung einfließt. Durch die zusammenprallenden Strömungen wird der Explosionsdruck verringert. Über einen Pufferraum zwischen den Düsen und der Flammensperre kann das im Wesentlichen zum Stillstand gekommene Gas durch die Flammensperre abfließen. Die bekannte Vorrichtung dient zur Sicherung gegen anlaufende Explosionen und ist nicht für mit wesentlich höherer Energie und Geschwindigkeit anlaufende Detonationen geeignet.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Vorrichtung anzugeben, durch die die Abschwächung einer Detonation in einem Behälter- bzw. Rohrleitungssystem verbessert werden kann.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Aufteilung der Detonationsfront in eine Hauptfront und eine wesentlich kleiner ausgebildete Nebenfront erfolgt und dass die Hauptfront mit einer längeren Laufzeit in den Expansionsraum geleitet wird, sodass beim Eintritt der Hauptfront in den Expansionsraum dieser Verbrennungsgase der Nebenfront enthält.
Während die Wirkungsweise der bekannten Vorrichtungen zur Detonationsabschwächung darauf beruhten, dass die Detonationsfront möglichst effektiv und häufig umgelenkt wird, um so die Fortpflanzungsgeschwindigkeit herabzusetzen und Energie zu verbrauchen, beruht die erfindungsgemäße Lösung darauf, dass ein vorzugsweise kleinerer Teil der Detonationsfront als Nebenfront in den Expansionsraum geleitet wird und dort, vorzugsweise in Form einer Deflagration, abbrennt, so dass die Hauptfront beim Eintritt in den Expansionsraum im wesentlichen Abgase vorfindet, wodurch die Fortpflanzung der Detonation behindert wird, so dass diese regelmäßig zerfällt. Dies wird sichergestellt, wenn die Laufzeit der Hauptfront relativ zur Nebenfront so dimensioniert wird, dass die Nebenfront in dem Expansionsraum bereits vollständig zerfallen ist, wenn die Hauptfront in den Expansionsraum eintritt.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich in allen Behälter- bzw. Rohrleitungssystemen einsetzen, um Detonationen zu vernichten bzw. zumindest abzuschwächen. Für Verbindungsstellen in andere Systeme oder in den Außenbereich wird zweckmäßigerweise eine Kombination mit einer herkömmlichen Flammensperre vorgenommen, wobei die verbesserte Wirkung der erfindungsgemäßen Detonationsabschwächung dazu führt, dass die Flammensperre weniger enge und/oder wenige lange Flammen löschende Spalte aufweisen muß, so dass der durch die Flammensperre bewirkte Druckabfall für den normalen Betriebszustand verringert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders wirksam, wenn die Nebenfront in den ausgangsseitigen Teil des Expansionsraum geleitet wird, also beispielsweise bis kurz vor eine dort angeordnete Flammensperre, bevor sie in den Expansionsraum eintreten kann. Das dadurch bewirkte gegenläufige Abbrennen der Nebenfront und Eintreten der Hauptfront in die Expansionskammer führt zu einer noch verbesserten und noch sichereren Abschwächung der Detonation.
Eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren funktionierende Vorrichtung der eingangs erwähnten Art ist dadurch gekennzeichnet, dass die einen ersten Leitungsweg für Hauptfront und einen zweiten Leitungsweg für eine Nebenfront der Detonationsfront bildet, wobei der Gesamtquerschnitt des ersten Leitungswegs wesentlich großer ist als der Gesamtquerschnitt des zweiten Leitungswegs und die Leitungswege so dimensioniert sind, dass die Hauptfront gegenüber der Nebenfront verzögert in den Expansionsraum eintritt. Dabei ist der Gesamtquerschnitt des ersten Leitungswegs vorzugsweise mindestens vier mal so groß wie der Gesamtquerschnitt des zweiten Leitungswegs.
Um sicherzustellen, dass die Detonation der Nebenfront beim Eintritt in die Expansionskammer in eine Deflagration übergegangen ist, ist der zweite Leitungsweg in einer bevorzugten Ausführungsform aus wenigstens einer Öffnung oder wenigstens einem Leitungsstück gebildet, dessen Durchmesser jeweils unterhalb des kritischen Durchmessers liegt. Der Begriff "kritischer Durchmesser" legt die Erkenntnis zugrunde, dass unterhalb eines bestimmten Durchmessers eines Leitungsstücks Stoßfront und Flammenfront nicht mehr gemeinsam voranschreiten können und daher getrennt werden. Erläuterungen des Begriffes "kritischer Rohrdurchmesser" finden sich in dem Artikel von Lee, J.H.S. Dynamic Parameters of Gaseous Detonations, Ann.Rev.Fluid.Mech. 16 (1984), Seiten 311 bis 336.
Aus den oben erwähnten Gründen kann der Expansionsraum am bezüglich der Wandanordnung strömungsmäßig anderen Ende durch eine Flammensperre mit flammenlöschenden Spalten abgeschlossen sein.
Für einen kompakten Aufbau der Vorrichtung, die unnötig lange Verzögerungen der Hauptfront vermeidet, ist es zweckmäßig, wenn der zweite Leitungsweg den direkten Druchtritt der Nebenfront in den Expansionsraum im wesentlichen ohne Umlenkung erlaubt. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn bereits durch die Unterschreitung des kritischen Durchmessers für eine Trennung von Flammenfront und Stoßfront gesorgt wird, so daß energiezehrende Umlenkungen für die Nebenfront nicht mehr erforderlich sind. Da die Nebenfront im wesentlichen unverzögert fortschreitet, ist die für die Hauptfront benötigte Verzögerung minimiert.
Der zweite Leitungsweg kann in einer einfachen Ausführungsform durch wenigstens eine in Fortpflanzungsrichtung der Detonationsfront liegende Öffnung der Wandanordnung gebildet sein. Alternativ hierzu ist der zweite Leitungsweg durch wenigstens ein in Fortpflanzungsrichtung der Detonationsfront liegendes Leitungsstück gebildet. Das Leitungsstück kann zweckmäßigerweise kurz vor der Flammensperre enden, um die Gegenläufigkeit des Abbrennens der Flamme der Nebenfront und des Eintritts der Hauptfront in den Expansionsraum zu gewährleisten. Bei einer in einem abgewinktelten Rohrstück angeordneten Flammensperre ist das Leitungsstück zweckmäßigerweise entsprechend gebogen. Die Wandanordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann in an sich bekannter Weise einen kreiszylindrischen Wandabschnitt aufweisen, der die Detonationsfront in zwei Hauptfronten aufteilt und umlenkt und der wenigstens eine Öffnung bzw. ein Leitungsstück für den Durchtritt der Nebenfront aufweist.
In einer alternativen konstruktiven Ausführungsform weist die Wandanordnung eine eine anlaufende Detonationsfront umfassende becherförmige Wand auf, in deren Boden sich wenigstens eine Öffnung bzw. ein Leitungsstück als zweiter Leitungsweg für den Durchtritt der Nebenfront befindet, wobei der erste Leitungsweg an der Außenseite der zylindrischen Abschnitte der becherförmigen Wand verläuft.
Die Erfindung soll im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:
Figur 1 -
einen Vertikalschnitt durch ein erstes, als Winkelstück ausgeführtes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 2 -
einen Horizontalschnitt durch das erste Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1,
Figur 3 -
einen Vertikalschnitt durch ein als Winkelstück ausgebildetes zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 4 -
einen Horizontalschnitt durch das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3,
Figur 5 -
einen Vertikalschnitt durch ein drittes, als Winkelstück ausgeführtes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 6 -
einen Horizontalschnitt durch das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5,
Figur 7 -
einen Vertikalschnitt durch ein linear ausgebildetes viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 8 -
einen Vertikalschnitt durch ein linear ausgebildetes fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 9 -
einen Vertikalschnitt durch ein linear ausgeführtes sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Vorrichtung weist ein als Winkelstück ausgebildetes Gehäuse 1 mit einem bezüglich der möglichen Detonation eingangsseitigen Anschlußflansch 2 und einem dazu um 90° abgewinkelten ausgangsseitigen Anschlußflansch 3 auf. Beide Anschlußflansche 2,3 weisen Wandungen 4,5 auf, die sich zum Inneren des Gehäuses 1 hin konisch erweitern. In dem erweiterten Teil der Wandung 5 des ausgangsseitigen Anschlußflansches 3 befindet sich eine Stufe 6, auf die eine übliche Flammensperre 7 aufgelegt ist. Die Flammensperre 7 wird mit Hilfe eines Einsatzes 8 des Gehäuses 1 an ihrem Ort gehalten Der Einsatz 8 weist eine im wesentlichen kreiszylindrische Wandung 9 auf, die durch ein Übergangsstück 10 in einen unteren freien Rand 11 erweitert ist, der an der Flammensperre 7 anliegt.
Die kreiszylindrische Wandung 9 weist an der dem eingangsseitigen Flansch 2 gegenüberliegenden Seite eine schlitzförmige Öffnung 12 auf und ist auf der dem ausgangsseitigen Anschlußflansch 3 gegenüberliegenden Seite durch eine flache Platte 13 abgeschlossen. Der Einsatz 8 wird insgesamt durch einen auf das Gehäuse 1 aufgeschraubten Deckel 14 an Ort und Stelle abgedichtet gehalten.
Im Übergangsstück 10 befindet sich in der vertikalen Mittelebene des eingangsseitigen Anschlußflansches 2 eine Öffnung 15 mit einem Durchmesser, der weniger als 1/4 des Durchmessers des eingangsseitigen Anschlußflansches 2 beträgt und einen noch wesentlich geringeren Teil des erweiterten Querschnitts des Gehäuses 1 vor der kreiszylindrischen Wandung 9 einnimmt.
Die kreiszylindrische Wandung 9 weist ferner in dem dem Eingangsflasch 2 gegenüberliegenden Bereich seitlich von der Öffnung 12 radiale Verstärkungsrippen 16 auf, die sich radial bis zur Höhe des freien Randes 11 erstrecken.
Eine durch den eingangsseitigen Anschlußflansch 2 des Gehäuses 1 einlaufende Detonationsfront gelangt auf die kreiszylindrische Wandung 9 und wird dort aufgeteilt. Wegen der Symmetrie der Anordnung werden zwei Hauptfronten gebildet, die um die kreiszylindrische Wandung 9 und die Verstärkungsrippen 16 herumlaufen und durch die Öffnung 12 in den einen Expansionsraum 17 bildenden Innenraum der kreiszylindrischen Wandung 9 eintreten. Die Hauptfronten gelangen somit über den beschriebenen ersten Leitungsweg in den Expansionsraum 17 und zur Flammensperre 7.
Ein kleiner Teil der anlaufenden Detonationsfront tritt durch die Öffnung 15 als Nebenfront hindurch und gelangt direkt in den Expansionsraum 17, und zwar dicht vor der Flammensperre 7. Die Öffnung 15 bildet somit einen zweiten Leitungsweg, auf dem eine Nebenfront der Detonationsfront in den Expansionsraum 17 gelangt.
Da die Hauptfronten über den ersten Leitungsweg einen längeren Weg in den Expansionsraum 17 als die Nebenfront zurücklegen müssen, gelangt die Nebenfront zeitlich vor den Hauptfronten in den Expansionsraum 17. Die Nebenfront zerfällt im Expansionsraum 17 und brennt als Deflagration ab. Wenn die Hauptfronten in den Expansionsraum eintreten, ist dieser somit - zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig - mit Abgasen gefüllt, so daß die Hauptfronten im Expansionsraum 17 keine brennbaren Gase mehr oder nur noch geringe Mengen davon vorfinden und keine ausreichende Energie zur Fortpflanzung aufnehmen können. Auch die Hauptfronten zerfallen daher in dem Expansionsraum 17, bevor sie zur Flammensperre 7 gelangen.
Die Flammensperre 7 braucht somit nur noch für die wesentlich weniger gefährlichen Deflagrationen ausgelegt zu sein, kann also wesentlich weniger enge und/oder weniger lange Spalte aufweisen. Dadurch wird ein geringerer Strömungswiderstand gebildet und die Wartung der Flammensperre 7 erleichtert.
Bei dem in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel bildet der Einsatz 8' zugleich den Deckel 14 des Längsgehäuses 1 die kreiszylindrische Wandung 9' weist einen Druchmesser auf, der dem Außendurchmesser der Flammensperre 7 entspricht. Mit der Öffnung 12 auf der dem eingangsseitigen Anschlußflansch gegenüberliegenden Seite fluchtet ein weiterer kreiszylindrischer Wandabschnitt 18, der konzentrisch zu der kreiszylindrischen Wand 9', jedoch mit kleinerem Durchmesser angeordnet ist. Eine Öffnung 19 des kreiszylindrischen Wandabschnitts 18 zeigt zum eingangsseitigen Anschlußflansch 2, so daß die durch die kreiszylindrische Wand 9' gebildeten Teil- Hauptfronten durch ein durch die Öffnung 12, 19 gebildetes Labyrinth in den Expansionsraum 17' oberhalb der Flammensperre 7 gelangen.
In der Achse des eingangsseitigen Anschlußflansches 2 befindet sich in der kreiszylindrischen Wand 9' ein in den Expansionsraum 17' ragendes Leitungsstück 20, das mit einem Durchmesser unterhalb des kritischen Rohrdurchmessers eine Nebenfront ohne Umlenkung in den Expansionsraum 17' leitet, während die Hauptfront mehrfach umgelenkt und verzögert in den Expansionsraum 17' gelangen.
Bei dem in den Figuren 5 und 6 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel ist gegenüber dem zweiten Ausführungsbeispiel der Figuren 3 und 4 das Leitungsstück 20' nach unten abgewinkelt, um die Nebenfront in einer größeren näher zur Flammensperre 7 in den Expansionsraum 17' einzuleiten. Darüberhinaus ist die kreiszylindrische Wandung 9'' als halbkreisförmiger Abschnitt ausgebildet. Der zweite kreiszylindrische Wandabschnitt 18 ist mit radialen Rippen 16' versehen, die zusammen mit den Enden des kreisförmigen Wandabschnitts 9'' Eintrittsöffnungen 12' bilden, die sich seitlich an der Wandanordnung befinden und zusammen mit der Öffnung 19 die mehrfachen Umlenkungen der Hauptfronten bewirken. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Einsatz 8'' - wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel - eine separaten Deckel 14 befestigt.
Bei dem in Figur 7 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel weist ein Gehäuse 21 einen in einer gemeinsamen Achse liegenden eingangsseitigen Anschlußflansch 22 und ausgangsseitigen Anschlußflansch 23 auf. Der eingangsseitige Anschlußflansch 22 mündet mit einem zylindrischen Rohrstück 24 in den Innenraum des Gehäuses 21 und wird dort von einer becherförmigen Wand 25 überlappend übergriffen. Die becherförmige Wand 25 besteht aus einer zylindrischen Mantelwand 26 und einem vom eingangsseitigen Anschlußflansch 22 weggewölbten Boden 27. Zwischen dem rohrförmigen Leitungsstück 24 des eingangsseitigen Anschlußflansches 22 und der zylindrischen Wand 26 der becherförmigen Wand 25 einerseits wie zwischen der zylindrischen Wand 26 und dem Gehäuse 21 andererseits, sind Ringspalte 28,29 ausgebildet, die ein Labyrinth für eine in die becherförmige Wand 25 einlaufende Detonationsfront bilden, die aus der becherförmigen Wand 25 über den inneren Ringspalt 28 reflektiert austritt und nach Umlenkung um 180° durch den äußeren Ringspalt 29 in eine Expansionskammer 30 eintritt, die durch eine Flammensperre 7 abgeschlossen ist. Die Flammensperre 7 ist zwischen zwei als Befestigungsflansche 31 abgeschlossene Teile des Gehäuses 21 eingelegt und durch Verschraubung der Befestigungsflansche 31 verspannt, wobei das nicht den Expansionsraum 30 enthaltende Teil des Gehäuses 21 lediglich die Verjüngung auf den ausgangsseitigen Anschlußflansch 23 enthält.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Nebenfront durch eine in der Achse des eingangsseitigen Anschlußflansches 22 liegende Öffnung 32 in den Expansionsraum 30 ohne Umlenkung geleitet.
Bei dem in Figur 8 dargestellten Ausführungsbeispiel, das im wesentlichen mit dem in Figur 7 dargestellten Ausführungsbeispiel übereinstimmt, sind im Boden 27 der becherförmigen Wand 25 mehrere Öffnungen 32 symmetrisch zur Achse des eingangsseitigen Anschlußflansches 22 angeordnet, von denen in der vertikalen Schnittachse 3 Öffnung 32 zu sehen sind.
Das in Figur 9 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht dem in Figur 7 dargestellten Ausführungsbeispiel mit dem Unterschied, daß statt der Öffnung 32 ein Leitungsstück 32' vorgesehen ist, durch das die Nebenfront in größerer Nähe zur Flammensperre 7 in den Expansionsraum 30 eingeleitet wird.
Alle dargestellten Ausführungsbeispiele erlauben eine wirksame Schwächung bzw. Beendigung der Detonation und daher eine geringe Belastung der in diesen Ausführungsbeispielen vorgesehenen Flammensperren 7.

Claims (17)

  1. Verfahren zum Abschwächen einer Detonation in einem Behälter- bzw. Rohrleitungssystem, bei dem eine anlaufende Detonationsfront aufgeteilt und in einen Expansionsraum (17, 17', 30) wieder zusammengeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufteilung der Detonationsfront in eine Hauptfront und eine wesentlich kleiner ausgebildete Nebenfront erfolgt und dass die Hauptfront mit einer längeren Laufzeit in den Expansionsraum (17, 17', 30) geleitet wird, sodass beim Eintritt der Hauptfront in den Expansionsraum (17, 17', 30) dieser Verbrennungsgase der Nebenfront enthält.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufzeit der Hauptfront relativ zur Nebenfront so dimensioniert wird, dass die Nebenfront in dem Expansionsraum (17, 17', 30) bereits vollständig zerfallen ist, wenn die Hauptfront in den Expansionsraum (17, 17', 30) eintritt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Zerfallen der Detonation Gas zum Löschen einer etwaig noch bestehenden Flamme durch eine flammenlöschende Spalte aufweisende Flammensperre (7) geleitet wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenfront bezüglich der Hauptfront an einem gegenüberliegenden Ende in den Expansionsraum (17, 17', 30) geleitet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenfront bis kurz vor die Flammensperre (7) geleitet wird, bevor sie in den Expansionsraum (17, 17', 30) eintritt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Hauptfront gegenläufig zur Nebenfront im Expansionsraum (17, 17', 30) ausbreitet.
  7. Vorrichtung zum Abschwächen einer Detonation in einem Behälter- bzw. Rohrleitungssystem mit einer im Fortpflanzungsweg der Detonationsfront liegenden Wandanordnung zum Aufteilen und Umlenken der Detonationsfront und mit einem Expansionsraum (17, 17', 30) in dem die aufgeteilte Detonationsfront wieder zusammengeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandanordnung (9, 16; 9', 18; 9", 16', 18; 24, 25) einen ersten Leitungsweg für Hauptfront und einen zweiten Leitungsweg für eine Nebenfront der Detonationsfront bildet, wobei der Gesamtquerschnitt des ersten Leitungswegs wesentlich großer ist als der Gesamtquerschnitt des zweiten Leitungswegs und die Leitungswege so dimensioniert sind, dass die Hauptfront gegenüber der Nebenfront verzögert in den Expansionsraum (17, 17', 30) eintritt.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtquerschnitt des zweiten Leitungswegs weniger als 1/4 des Gesamtquerschnitts des ersten Leitungswegs beträgt.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Leitungsweg aus wenigstens einer Öffnung (15, 32) bzw. wenigstens einem Leitungsstück (20, 20', 32') gebildet ist, dessen Durchmesser jeweils unterhalb des kritischen Rohrdurchmessers liegt.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Expansionsraum (17, 17', 30) am bezüglich der Wandanordnung strömungsmäßig anderen Ende durch eine Flammensperre (7) mit flammenlöschenden Spalten abgeschlossen ist.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Leitungsweg den direkten Durchtritt der Nebenfront in den Expansionsraum (17, 17', 30) im wesentlichen ohne Umlenkung erlaubt.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Leitungsweg durch wenigstens eine in Fortpflanzungsrichtung der Detonationsfront liegende Öffnung (15, 32) gebildet ist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Leitungsweg durch wenigstens ein in Fortpflanzungsrichtung der Detonationsfront liegendes Leitungsstück (20, 20', 32') gebildet ist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitungsstück (20, 20', 32') kurz vor der Flammensperre (7) endet.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitungsstück (20') auf die in einem abgewinkelten Rohrstück angeordnete Flammensperre (7) abgebogen ist.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandanordnung eine kreiszylindrische Wand (9, 9') aufweist, die die Detonationsfront in zwei Hauptfronten aufteilt und umlenkt und wenigstens eine Öffnung (15) bzw. ein Leitungsstück (20, 20') für den Durchtritt der Nebenfront aufweist.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandanordnung eine die anlaufende Detonationsfront umfassende becherförmige Wand (25) aufweist, in deren Boden (27) wenigstens eine Öffnung (32) bzw. ein Leitungsstück (32') ein zweiter Leitungsweg für den Durchtritt der Nebenfront befindet, und dass der erste Leitungsweg (28,29) an der Außenseite der zylindrischen Abschnitte (26) der becherförmigen Wand (25) entlang verläuft.
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