PL192297B1 - Tłumik płomieni - Google Patents

Abstract

1. T lumik p lomieni, zawierajacy kana l prze- p lywowy otoczony scianami, znamienny tym, ze w kanale przep lywowym (10) jest usytuowa- ny dwuwymiarowy zestaw s asiaduj acych ze sob a pr etów (24, 52) o ko lowym przekroju po- przecznym, przy czym ka zdy pr et (24, 52) jest umieszczony w jednej linii z innym pr etem (24, 52) i poprzecznie do kierunku przep lywu p lynu, który przemieszcza si e pomi edzy pr eta- mi (24, 52). PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest tłumik płomieni.

Tłumiki płomieni są stosowane zwłaszcza dla powstrzymania wewnętrznej eksplozji instalacji gazowej, tak że nie spowoduje ona zapłonu otaczającej atmosfery wybuchowej. Tłumiki płomieni są stosowane również dla zapobieżenia wybuchowi, który mógłby być spowodowany przez zewnętrzny płomień i który spowodowałby zapłon wewnętrznej atmosfery wybuchowej.

W przypadku instalacji gazowych konieczne jest, aby powietrze przepływało przez instalację lub urządzenie. Niektóre instalacje lub urządzenia mają wewnętrzne źródła zapłonu, ale tu również występuje możliwość zaistnienia wewnętrznego wybuchu, jeśli gaz lub para zostanie wprowadzona do strumienia. W pewnych przypadkach istnieje niebezpieczeństwo, że gazy lub pary, w potencjalnie wybuchowych koncentracjach, zostaną wprowadzone z zewnątrz. Znane są przypadki, gdy materiały palne są pompowane na przykład w wyniku działania próżni, gdy możliwe jest, wystąpienie potencjalnie wybuchowej atmosfery jako części procesu zachodzącego w instalacji. W celu uniknięcia wydostania się wewnętrznych wybuchów, tłumiki płomieni są umieszczane w przewodach rurowych i są nazywane Tłumikami Płomieni Końca Przewodu.

Znane są liczne instalacje i urządzenia zaprojektowane jako zamknięte układy, w których normalne jest występowanie potencjalnie wybuchowej atmosfery. Ta instalacja i urządzenie stosowane w tych przypadkach są zaprojektowane tak, że nie zawierają wewnętrznych źródeł zapłonu. Instalacje tego typu muszą wymieniać powietrze z atmosferą. W takich przypadkach, tłumiki płomieni są zwykle zamontowane na końcu przewodu wentylacyjnego w celu zapobieżenia przedostania się zewnętrznego ognia lub wybuchu do instalacji lub urządzenia. Tłumiki płomienia tego typu są zwane Przewodowymi Tłumikami Płomienia.

W opisanych powyżej instalacjach możliwe jest, ż e przepływający potencjalnie wybuchowy gaz lub para ulegnie zapłonowi, tak że będzie się paliła, a nie wybuchnie. Spalanie w wysokiej temperaturze może wystąpić bardzo blisko powierzchni tłumika płomieni i tłumik płomieni musi być w stanie zapobiec zapłonowi gazu lub pary po bezpiecznej stronie tłumika płomieni. Tłumiki płomieni tego typu są zwane Tłumikami Płomieni Ciągłego Spalania.

Znane tłumiki płomieni są zaprojektowane tak, że radzą sobie z dwoma typami wybuchów. Jeśli wybuch następuje z prędkościami mniejszymi od prędkości dźwięku dla danego gazu lub pary w powietrzu, wybuch jest zwany deflagracją. Jeśli wybuch następuje z prędkością dźwięku, zwany jest detonacją i zwykle charakteryzuje się ostrym hukiem, na skutek obecności fali udarowej. Kanały, potrzebne do zapobieżenia, aby detonacja przedostała się do zewnętrznej wybuchowej atmosfery są dużo mniejsze niż kanały potrzebne do ograniczenia deflagracji, a długość drogi płomienia jest znacznie większa. Tłumiki płomienia detonacji wykazują dużą oporność dla przepływu gazu.

Większość znanych tłumików płomieni ma ciągłą, otwartą drogę, którą płomień musi poruszać się w jednym kierunku. Takie kanały rozwarstwiają przepływ gazu, powodując, że eksplozji zaczyna brakować powietrza. Jest to korzystne, ale jednocześnie zwiększa oporność na przepływ. Tłumiki mają widoczne prześwity i dlatego wybuchy o dużych prędkościach często przelatują przez nie.

Większość tych znanych tłumików płomieni jest skonstruowana z kilku, sąsiadujących blisko jedna od drugiej płyt z cienkich materiałów, które palą się, jeśli zbyt długo są pozostawione w pobliżu ciągłego ognia. Tłumiki płomieni wykonane z cienkiego materiału są również mniej odporne na oba typy wybuchów ciśnieniowych. Tłumiki płomieni wykonane z lekkich materiałów wykazują jednak mniejszy opór dla przepływu.

Na przykład z opisu patentowego US 2068421 znany jest tłumik płomieni, w którym elementy powstrzymujące eksplozję mają postać szeregu pofałdowanych aluminiowych arkuszy. Arkusze są ułożone w jednej linii, a ich pofałdowanie jest poprzeczne do kierunku przepływu i są one połączone tak, że formują szereg wąskich, nie prostych kanałów przepływu poprzez tłumik. Ponieważ płomienie usiłują przedostawać się poprzez instalację, powierzchnie przewodzenia zasysają ciepło poza płomienie i wygaszają je. Wąskie ukształtowanie kanałów oznacza, że każdy element tłumiący ma tylko zasysać ciepło z małej objętości tłumika. W celu uzyskania wymaganych właściwości termicznych, aluminiowe arkusze są cienkie. Aluminium jest wewnętrznie miękkie, zwłaszcza w podwyższonej temperaturze, która jest bliska temperatury punktu topienia wynoszącej około 750° tak, że gdy nastąpi eksplozja aluminiowe arkusze przemieszczą się. Każdy arkusz jest z pionowymi występami, wystającymi na zewnątrz i dotyka sąsiedni arkusz. W alternatywnym przykładzie tu opisanym, występuje zestaw sąsiadujących ze sobą prętów jako elementów tłumiących. Pomiędzy prętami są szczeliny. Te szczeliPL 192 297 B1 ny zapewniają boczne rozprzestrzenianie się płomieni. Pokazane ścieżki nie są kołowe. Boczne odchylenia są w przybliżeniu takie jak szerokość ścieżki, tak, że wystarczy tylko 45 stopniowe odchylenie.

W opisie patentowym FR 526178 ujawniony jest tł umik pł omieni, w którym, w kanale przepł ywowym są umieszczone pręty o przekroju sześciokątnym.

Żadna z istniejących postaci tłumika płomieni nie może być czyszczona środkami mechanicznymi, co oznacza, że jeśli występuje przepływ zanieczyszczonego gazu lub pary, takie tłumiki płomieni zatykają się i muszą być czyszczone chemicznie. Na przykład, rura wydechowa silnika wysokoprężnego może zatkać tłumik płomienia w ciągu zaledwie 8 godzin. Konieczność regularnego demontażu i czyszczenia tł umików płomieni nie jest korzystna, ponieważ stanowi dodatkową czynność konserwacyjną, która często oznacza, że instalacja lub urządzenie musi zostać wyłączone i zwykle wymaga konserwacji stosu tłumików płomieni. Silniki wysokoprężne mogą czasem wymagać tłumika płomieni na przykład, kiedy są zainstalowane w wózku jezdniowym widłowym, działającym w zagrożonej strefie.

Tłumik płomieni, według wynalazku, zawierający kanał przepływowy otoczony ścianami, charakteryzuje się tym, że w kanale przepływowym jest usytuowany, dwuwymiarowy zestaw sąsiadujących ze sobą prętów o kołowym przekroju poprzecznym, przy czym każdy pręt jest umieszczony w jednej linii z innym prętem i poprzecznie do kierunku przepływu płynu, który przemieszcza się pomiędzy prętami.

Pręty są usytuowane w kanale przepływowym w rzędach. Korzystnym jest, gdy pręty są pełne, a w szczególnoś ci gdy prę ty są rurami.

Rury są przystosowane do przenoszenia chłodziwa. Korzystnie rury przenoszące chłodziwo są usytuowane przed szeregiem rur. Szereg rur korzystnie ma żebra.

Pręty korzystnie są usytuowane w rzędach poprzecznych do tłumika i do kierunku przepływu, przy czym każdy rząd jest przesunięty względem sąsiedniego rzędu, zaś przepływ ma okrężną drogę.

Przesunięcie jest pod kątem zawartym pomiędzy 30° a 60°.

Korzystnym jest, gdy tłumik zawiera urządzenie skrobiące osady, usytuowane pomiędzy prętami.

Urządzenie skrobiące jest połączone z ręcznie obsługiwanym elementem napędowym, a w szczególności urządzenie skrobiące jest połączone z napędzanym elementem napędowym i jest obsługiwane automatycznie.

Korzystnie tłumik zawiera wyzwalacz czasowy dla elementu napędowego.

Kanał przepływowy jest cylindryczny, przy czym oś cylindra jest równoległa do kierunku przepływu.

Tłumik korzystnie zawiera reduktor nominalnego rozmiaru kanału przepływowego zamocowany co najmniej do jednego boku tłumika.

Reduktor jest korzystnie zamocowany po obu stronach tłumika.

Określony lub każdy reduktor jest zamocowany do tłumika za pomocą kryz na każdej części tłumika, które są połączone ze sobą śrubami.

Proponowany tłumik płomieni ma prostą konstrukcję, która może być łatwo powtarzalna z dużą precyzją. Spełnia zatem wymagania europejskie, które żądają, aby takie urządzenie miało regularny kształt geometryczny i wymiary, które można kontrolować. Rzędy prętów są używane do konstrukcji tłumika płomieni, są w idealnie równych odstępach i stanowi to naturalną powierzchnię, nad którą powietrze może przepływać z minimalnym oporem dla przepływu. Pręty mogą mieć dowolny rozmiar, a przerwy mię dzy nimi mogą zostać dobrane w celu tł umienia wybuchów wynikają cych z róż nych gazów lub par w powietrzu. Średnica prętów może być zmieniana w celu uzyskania wytrzymałości na różne poziomy ciśnienia wybuchu. Możliwe jest zatem zastosowanie tłumika płomienia zarówno dla deflagracji jak i detonacji.

Pręt ma duże pole powierzchni, co jest ważne przy tłumieniu wybuchu, ponieważ jest to efektywna powierzchnia wymiany ciepła, która absorbuje większość energii cieplnej, wyzwalanej przez wybuch. Pręty mogą zostać wykonane z materiału stałego, takiego jak rury złożone lub wnękowe lub rury. Jeśli stosowane są rury, mogą zawierać płyn chłodzący, zwiększający odporność tłumika na ciągły płomień. Większość znanych tłumików płomieni nie może działać, jeśli ich temperatura przewyższy 100°C, a żaden nie jest efektywny powyżej 200°C. Tradycyjne tłumiki płomieni nie są zatem efektywne, jeśli ma miejsce przepływ gorącego powietrza. Tłumiki płomieni według niniejszego wynalazku mogą zatem być chłodzone w celu rozwiązania tego problemu, a dodatkowe rury o większej średnicy i dystansie między nimi mogą zostać umieszczone przed nimi. Mogą one tworzyć fragment tłumika płomieni i przejmować dodatkowe ciepło ze strumienia gorących gazów, zanim osiągną właściwy tłumik płomieni. Pręty stosowane przed tłumikiem mogą być albo w postaci zwykłych rur, albo rur żebrowanych, zależnie od poziomu wymaganego przekazu ciepła.

PL 192 297 B1

Konstrukcja tłumika płomieni według niniejszego wynalazku powoduje, że gaz lub front wybuchu musi skręcać, aby przejść przez labirynt. To działanie odchylające i fakt, że gaz musi podążać drogą pod kątem do normalnej osi oznacza, że długość drogi płomienia rośnie, co czyni tłumik płomieni bardziej efektywnym. Odpowiednie kąty przesunięcia mogą się zmieniać. Przykładowymi wartościami są kąty między 30 a 60 stopni, ale nie wyczerpuje to wszystkich możliwości. Ciągłe działanie odchylające powoduje również, że gaz przyspiesza i zwalnia, co wywołuje małą zawartość turbulencji.

Dodatkową istotną zaletą tłumika płomieni typu prętowego jest to, że umożliwia mechaniczne czyszczenie, po prostu przez prowadzenie liniowego urządzenia skrobiącego. Jest on przesuwany nad każdym prętem w celu oczyszczenia pręta. Urządzenie skrobiące może być obsługiwane ręcznie lub automatycznie. Tradycyjne tłumiki wymagają zanurzenia w roztworach chemicznych w celu usunięcia takich osadów. Ogólnie, nie jest to praktyczne na poziomie rutynowego lub częstego stosowania. Tłumik płomieni według obecnego wynalazku może być instalowany w brudnych układach wydechowych, takich jak układy silników wysokoprężnych, pozwalając na stosowanie takich silników w strefach zagroż enia.

Przedmiot wynalazku jest opisany w przykładach wykonania na podstawie rysunku, na którym fig. 1 przedstawia poziomy przekrój poprzeczny przez pierwszy przykład wykonania tłumika według wynalazku, poprowadzony wzdłuż linii I-I oznaczonej na fig. 2, fig. 2 przedstawia widok poziomy tłumika, fig. 3 przedstawia widok poziomy patrząc w kierunku strzałki III oznaczonej na fig. 2, fig. 4 przedstawia poziomy przekrój poprzeczny przez drugi przykład wykonania tłumika według wynalazku, poprowadzony wzdłuż linii IV-IV oznaczonej na fig. 5, fig. 5 przestawia widok poziomy drugiego przykładu wykonania tłumika, fig. 6 przedstawia widok tłumika patrząc w kierunku strzałki VI oznaczonej na fig. 5, fig. 7 przedstawia poziomy przekrój poprzeczny trzeciego przykładu wykonania tłumika, fig. 8 przedstawia widok tłumika w kierunku strzałki VIII oznaczonej na fig. 7, zaś fig. 9 przedstawia widok z boku trzeciego przykł adu wykonania tł umika.

Na fig. 1, 2 i 3 przedstawiono pierwszy przykład wykonania niniejszego wynalazku. Tłumik płomieni 10 zawiera parę ścian bocznych 12,14, które są równoległe, zaś pomiędzy nimi utworzony jest kanał przepływowy 16, przez który przepływa powietrze w kierunku oznaczonym strzałką F. Krawędzie górna i dolna kanału przepływowego 16 są utworzone przez ściany górną i dolną 18 i 20. Są one przymocowane do bocznych ścian 12, 14 przy pomocy śrub 22.

Zestaw równoległych prętów 24 o kołowym przekroju poprzecznym jest umieszczony w kanale przepływowym 16. Pręty są ułożone poprzecznie do kierunku przepływu, oznaczonym strzałką F w układzie heksagonalnym, tak że pręty w jednym rzędzie są przesunięte względem prętów w sąsiednim rzędzie.

Zatem, jedyna droga przez kanał przepływowy 16 prowadzi przez szczeliny pomiędzy prętami 24, przy czym droga odchyla się w pewnym miejscu od prostej linii, równoległej do ścian kanału. Pręty 24 są ciasno ułożone, niedostatecznie, aby zamknąć przepływ powietrza przez kanał 16, ale dostatecznie ciasno, aby wywołać jego znaczne odchylanie. Wolna przestrzeń pomiędzy prętami jest mniejsza niż średnica prętów, korzystnie mniejsza niż połowa średnicy.

Boczne ścianki 12, 14 mają zagłębienia w 26, 28 w pobliżu zestawu prętów 24. Oznacza to, że pręty najbliższe bocznych ścianek 12, 18 są nieco zagłębione w boczną ściankę, jak to przedstawiono na fig. 2. Nie pozwala to na przepływ gazu wzdłuż prostej linii i wzdłuż ścianek 12, 14.

Do górnej ścianki 18 jest przymocowany uchwyt, ułatwiający przenoszenie tłumika. Może on zostać również przymocowany do jednej ze ścianek bocznych 12, 14.

Pręty 24 mogą być łatwo zastąpione przez rury, które mogą być wyposażone w odpowiednie chłodziwo.

Fig. 4,5 i 6 przedstawiają drugi przykład wykonania tłumika według wynalazku. Ten przykład wykonania jest identyczny z opisanym powyżej w odniesieniu do fig. 1, 2 i 3. Identyczne oznaczniki liczbowe są zatem wykorzystywane do oznaczenia analogicznych części.

W drugim przykładzie wykonania, płyta skrobiąca 32 jest usytuowana wewnątrz zestawu prętów 24. Płyta skrobiąca 32 zawiera zestaw otworów o kołowym przekroju poprzecznym, odpowiadających prętom 24 o kołowych przekrojach poprzecznych. Może zatem być umieszczona wewnątrz zestawu prętów 24. Liczne pręty 24' są przymocowane dolnymi końcami do płyty skrobiącej 32, zaś górnymi końcami do uchwytu 30, przechodząc przez otwory w górnej ściance 18. Zatem, kiedy uchwyt 30 jest pociągnięty do góry, płyta skrobiąca 32 jest ciągnięta przez zestaw prętów 24, zaś osady z powierzchni mijanych prętów są zdrapywane. Kiedy uchwyt 30 zostanie wyciągnięty maksymalnie i płyta skrobiąca 32 będzie w sąsiedztwie dolnej powierzchni górnej ścianki 18, uchwyt 30 można wcisnąć, przesuwając płytę skrobiącą z powrotem w stronę dolnej ścianki 20. Jeśli powietrze przepływa przez

PL 192 297 B1 tłumik 10 podczas tego procesu, osady zdrapane z prętów 24 przez płytę skrobiącą 32 zostaną przechwycone przez powietrze i usunięte poza tłumik 10.

Zatem, drugi przykład wykonania wynalazku zachowuje zalety pierwszego, a jednocześnie umożliwia czyszczenie tłumika w sposób rutynowy.

Trzeci przykład wykonania wynalazku jest przedstawiony na fig. 7 i 8. W tym przykładzie wykonania, para ścianek bocznych i ścianki górna i dolna są zastąpione przez rurę 50. Układ taki jest odpowiedni dla stosowania w rurach, przy czym obręcz zwiększa wytrzymałość w przypadku, gdy mogą występować wysokociśnieniowe detonacje. Droga przepływu jest zatem wewnątrz rury 50, przy czym wewnątrz drogi przepływu jest dostarczony zestaw równoległych prętów kołowych 52 o różnej długości, chociaż kwadratowe lub wieloboczne pręty mogą zostać zastosowane. Pręty 52 są montowane poprzecznie do kierunku przepływu oznaczonego strzałką F w układzie, w którym naprzemienne rzędy prętów 52 są wyrównane, zaś rzędy między nimi są przesunięte o połowę średnicy pręta. Zatem jedyna droga przez kanał przepływowy prowadzi szczelinami między prętami 52, przy czym droga jest odchylona w pewnym miejscu od prostej linii równoległej do otaczającej obręczy 50.

Pręty 52 są ciasno ułożone, niedostatecznie, aby zamknąć przepływ powietrza, ale dostatecznie ciasno, aby wywołać znaczne odchylenie. W miejscach, gdzie pionowe pręty 52 zewnętrznych boków zestawu są blisko rury, rura posiada zagłębienia (np. w 54) w celu zapewnienia, że w punkcie rury, znajdującym się pod kątem 90° od osi pręta, maksymalna szczelina między zewnętrznymi prętami a ścianką rury ma wymiary porównywalne lub nie większe niż inne szczeliny w zestawie.

Średnica rury przepływowej 50, zawierającej zestaw prętów 52, jest zwykle znacznie większa niż średnica rury, w której tłumik ma być zainstalowany. Dlatego każdy tłumik jest wyposażony w koncentryczny reduktor 56 zarówno na wlocie jak i na wylocie tłumika, jak przedstawiono na fig. 9. Każdy reduktor 56 zawiera kryzy (np. 58, 60) na obu końcach. W wąskim końcu kryzy 58 reprezentują nominalny otwór rury, do której tłumik może zostać zainstalowany i mogą być typu BS10 lub innymi, standardowymi kryzami. W szerszym końcu reduktora również standardowa kryza 60 reprezentuje nominalny otwór rury przepływowej 50, która zawiera zestaw prętów 52. Zatem każdy zestaw reduktora może zawierać standardowy reduktor 56 plus dwie standardowe kryzy 58, 60. Konstrukcja jest korzystnie całkowicie zespawana i rura przepływowa 50 jest przymocowana między szerszymi końcami dwu zestawów reduktorów przy pomocy śrub odpornych na rozciąganie i nakrętek.

Tłumik może zostać wykonany z różnych materiałów. Stal nierdzewna i inne stopy ferromagnetyczne mogą wspomagać rozpraszanie ciepła, ale chociaż może to być korzystne w pewnych zastosowaniach, nie jest istotne dla działania wynalazku. Odpowiednio, inne materiały mogą zostać wykorzystane, takie jak nieferromagnetyczne metale i stopy, ceramiki, pewne tworzywa sztuczne i związki stopów ferromagnetycznych i/lub innych materiałów.

Należy zauważyć, że wiele zmian można wprowadzić do opisanych powyżej przykładów wykonania, bez odchodzenia od istoty niniejszego wynalazku. Na przykład wymiary, odstępy itd., omawiane w odniesieniu do trzeciego przykładu wykonania, mogą zostać zastosowane w pierwszym i drugim przykładzie wykonania i vice versa.

Claims (17)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Tłumik płomieni, zawierający kanał przepływowy otoczony ścianami, znamienny tym, ż e w kanale przepływowym (10) jest usytuowany dwuwymiarowy zestaw są siadują cych ze sobą prętów (24, 52) o kołowym przekroju poprzecznym, przy czym każdy pręt (24, 52) jest umieszczony w jednej linii z innym prętem (24, 52) i poprzecznie do kierunku przepływu płynu, który przemieszcza się pomiędzy prętami (24, 52).
2. 2. Tłumik według zastrz. 1, znamienny tym, że pręty (24, 52) są usytuowane w kanale przepływowym w rzędach.
3. 3. Tłumik według zastrz. 2, znamienny tym, że pręty (24, 52) są pełne.
4. 4. Tł umik wedł ug zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, ż e prę ty (24) są rurami.
5. 5. Tłumik według zastrz. 4, znamienny tym, że rury są przystosowane do przenoszenia chłodziwa.
6. 6. Tłumik według zastrz. 5, znamienny tym, że rury przenoszą ce chłodziwo są usytuowane przed szeregiem rur.
7. 7. Tłumik według zastrz. 6, znamienny tym, że szereg rur ma żebra.

   PL 192 297 B1
8. 8. Tłumik według zastrz. 1, znamienny tym, że prę ty (24, 52) są usytuowane w rzędach poprzecznych do tłumika i do kierunku przepływu, przy czym każdy rząd jest przesunięty względem sąsiedniego rzędu, zaś przepływ ma okrężną drogę.
9. 9. Tłumik według zastrz. 8, znamienny tym, że przesunięcie jest pod kątem zawartym pomiędzy 30° a 60°.
10. 10. Tłumik według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera urządzenie skrobiące osady, usytuowane pomiędzy prętami (24).
11. 11. Tłumik według zastrz. 10, znamienny tym, że urządzenie skrobiące jest połączone z ręcznie obsługiwanym elementem napędowym.
12. 12. Tłumik według zastrz. 10, znamienny tym, że urządzenie skrobiące jest połączone z napędzanym elementem napędowym i jest obsługiwane automatycznie.
13. 13. Tłumik według zastrz. 12, znamienny tym, że zawiera wyzwalacz czasowy dla elementu napędowego.
14. 14. Tłumik według zastrz. 2, znamienny tym, że kanał przepływowy jest cylindryczny, przy czym oś cylindra jest równoległa do kierunku przepływu.
15. 15. Tłumik według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera reduktor (56) nominalnego rozmiaru kanału przepływowego zamocowany co najmniej do jednego boku tłumika.
16. 16. Tłumik według zastrz. 15, znamienny tym, że reduktor (56) jest zamocowany po obu stronach tłumika.
17. 17. Tłumik według zastrz. 15 albo 16, znamienny tym, że określony lub każdy reduktor (56) jest zamocowany do tłumika za pomocą kryz na każdej części tłumika, które są połączone ze sobą śrubami.