ПЛАМЕГАСИТЕЛЬ Российский патент 2004 года по МПК A62C4/00 

Настоящее изобретение относится к пламегасителям.

Предпосылки создания изобретения

Пламегасители используются либо для предотвращения распространения внутреннего взрыва, чтобы он не смог воспламенить окружающую взрывоопасную атмосферу либо для предотвращения воспламенения внутренней взрывоопасной атмосферы, с которой необходимо осторожно обращаться внутри системы, внешним пламенем или взрывом.

В большинстве случаев сквозь агрегат или установку необходимо пропускать поток воздуха. В некоторых агрегатах или установках имеются внутренние источники воспламенения, и если в поток попадет воспламеняющийся газ или пары, может произойти внутренний взрыв. В некоторых случаях существует риск засасывания извне газов или паров в потенциально взрывоопасной концентрации. В других случаях, когда легковоспламеняющиеся материалы закачиваются, например, под воздействием вакуума, потенциально взрывоопасная атмосфера может являться составляющей технологического процесса. Для предотвращения распространения внутренних взрывов в таких случаях на трубопроводы устанавливаются пламегасители, которые называются “концевые пламегасители”.

Многие агрегаты и установки конструируются как замкнутые системы, внутри которых обычно применение потенциально взрывоопасных атмосфер. Агрегаты и установки, используемые в таких технологических процессах, проектируются так, чтобы в них отсутствовал внутренний источник воспламенения. Многие такие агрегаты и установки должны осуществлять выпуск в атмосферу. В этих случаях пламегасители устанавливаются на концах выпускных линий, чтобы предотвратить попадание внешнего пламени или взрыва внутри агрегата или установки. Пламегасители такого типа называются “входные пламегасители”.

В каждом из указанных технологических процессов поток потенциально взрывоопасного газа или паров может поджигаться с тем, чтобы достичь горения, а не взрыва. Горение с высокой температурой может происходить очень близко от поверхности пламегасителя и пламегаситель должен обладать способностью предотвращать воспламенение газа или паров на защищаемой стороне от такого пламени. Пламегасители такого типа называются “пламегасители непрерывного действия”.

Пламегасители могут иметь конструкцию, способную противостоять двум типам взрывов. Если взрыв распространяется со скоростью, не превышающей скорость звука для данного газа или пара в воздухе, такой взрыв называется “быстрым горением”. Если взрыв распространяется со скоростью звука, он называется “детонация” и обычно характеризуется резким звуком, вызванным наличием ударной взрывной волны. Проходы, необходимые для предотвращения передачи детонации во внешнюю взрывоопасную атмосферу гораздо меньше, чем проходы, необходимые для остановки быстрого горения и длина огневых проходов значительно больше. Детонационные пламегасители оказывают значительное сопротивление газовому потоку.

Большинство пламегасителей вышеописанных типов изготовлены из нескольких расположенных рядом друг с другом тонких панелей из ячеистого материала, который сгорает, если останется в ситуации непрерывного горения слишком долго. Пламегасители, выполненные из тонкого ячеистого материала, не выдерживают давления обоих типов взрывов без деформации. Однако такие пламегасители, выполненные из тонкого ячеистого материала, оказывают меньшее сопротивление газовому потоку.

Известные конструкции пламегасителей с трудом поддаются механической очистке, применение загрязненного потока газов или паров, приводит к засорению таких пламегасителей и влечет применение химических способов очистки. Например, выхлопные газы дизельного двигателя могут забить пламегаситель всего за 8 часов. Необходимость в регулярном снятии и очистке пламегасителей не приветствуется, поскольку это является дополнительной операцией обслуживания, часто влекущей за собой остановку агрегата или установки и необходимость держать на складе запас пламегасителей. На дизельных двигателях иногда требуется устанавливать пламегасители, например, на вилочных погрузчиках, работающих в чувствительных к пламени зонах.

Сущность изобретения

Согласно настоящему изобретению предлагается пламегаситель, содержащий канал для потока, в котором расположено множество выровненных стержней так, что среда, текущая в канале, должна проходить между стержнями.

В такой конструкции используется простая геометрия, которая легко может быть воспроизведена. Таким образом, она отвечает европейским требованиям, устанавливающим, что такие устройства должны иметь правильную геометрическую форму и размеры, которые можно проверить. Для создания элемента пламегасителя используются ряды стержней, расположенных идеально рядом друг с другом и образующих естественную поверхность, над которой воздух может протекать с минимальным сопротивлением потоку. Стержни могут иметь любой размер и зазоры между ними можно выбирать так, чтобы задерживать взрывы различных газов и паров в воздухе. Диаметр стержней можно менять, чтобы пламегаситель противостоял различным уровням давления взрыва. Таким образом, имеется возможность создавать пламегасители и для быстрого горения, и для детонационных взрывов.

Стержни предпочтительно имеют круглое сечение, однако это не существенно и можно использовать другие профили, например многоугольного или эллиптического сечения, в зависимости от предлагаемого применения.

Стержень имеет большую площадь поверхности, что важно при задержании распространения взрыва, поскольку эта поверхность является эффективным теплообменником, который поглощает большое количество тепловой энергии, выделяемой при взрыве. Стержни могут выполняться из цельного материала, например из прутка или из пустотелых труб. Если используются трубы, в них может размещаться охлаждающая жидкость, которая делает пламегаситель еще более эффективным при непрерывном горении. Большинство известных пламегасителей не способны функционировать, если их температура превышает 100°С, и нет пламегасителей, эффективных при температуре выше 200°С. Таким образом, обычные пламегасители неэффективны при потоках горячего воздуха. Пламегасители согласно настоящему изобретению могут охлаждаться и, тем самым, решают эту проблему, и, кроме того, ничто не препятствует размещению вверх по потоку дополнительных труб большего диаметра и с большим расстоянием между ними. Они могут являться частью пламегасителя и дополнительно отбирать тепло из потока горячих газов до того, как этот поток достигнет пламегасителя. Стержни, размещаемые вверх по потоку, могут иметь форму простых труб или оребренных труб в зависимости от требуемой интенсивности теплообмена.

Большинство пламегасителей имеют непрерывный открытый канал, где пламя может перемещаться только в одном направлении. Такие каналы расслаивают поток газа и лишают очаг горения доступа воздуха. Это является достоинством, но одновременно увеличивает сопротивление потоку. Эти пламегасители, кроме того, являются “сквозными”, и поэтому высокоскоростные взрывы часто проходят сквозь них. Пламегасители согласно настоящему изобретению поэтому предпочтительно конструируются так, что стержни в параллельных рядах смещены относительно стержней в соседнем ряду. Поэтому траектория движения газа или фронта взрыва через такой лабиринт является зигзагообразной. Такое зигзагообразное перемещение и тот факт, что газ должен течь по траектории, находящейся под углом к нормальной оси, означают, что длина траектории перемещения пламени увеличивается и пламегаситель работает более эффективно. Углы смещения могут быть различными. Примерами являются 30 и 60 градусов, но эти примеры не являются исчерпывающими. Непрерывное зигзагообразное перемещение приводит к ускорению и замедлению потока, что способствует возникновению небольшой турбулентности.

Другое основное преимущество пламегасителя стержневого типа заключается в том, что он может очищаться механически, простым введением ленточного абразивного устройства, которое предпочтительно проходит по каждому стержню для его очистки. Абразивное устройство может работать автоматически или под воздействием ручных манипуляций.

Краткое описание чертежей

Ниже следует описание различных иллюстративных вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.

Фиг.1 - горизонтальное сечение первого варианта осуществления настоящего изобретения по линии I-I на фиг.2.

Фиг.2 - горизонтальный вид этого варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг.3 - горизонтальный вид по стрелке III на фиг.2.

Фиг.4 - горизонтальное сечение второго варианта осуществления настоящего изобретения по линии IV-IV на фиг.5.

Фиг.5 - горизонтальный вид второго варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг.6 - вид по стрелке VI на фиг.5.

Фиг.7 - горизонтальное сечение третьего варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг.8 - вид по стрелке VIII на фиг.7.

Фиг.9 - боковой вид третьего варианта осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание вариантов настоящего изобретения

На фиг.1, 2 и 3 показан первый вариант осуществления настоящего изобретения. Пламегаситель 10 содержит пару боковых стенок 12, 14, которые расположены в общем случае параллельно друг другу и формируют между собой канал 16, сквозь который проходит воздух в направлении F. Верхняя и нижняя грани канала 16 определяются верхней и нижней стенками 18 и 20. Они крепятся к боковым стенкам 12, 14 болтами, например, обозначенными позицией 22.

В канале 16 установлен набор параллельных стержней 24 круглого сечения. Они установлены поперек направления перемещения потока F в шестигранном порядке так, что стержни одного ряда смещены относительно стержней соседнего ряда. Таким образом, единственный путь по каналу 16 проходит в щелях между стержнями 24, т.е. по траектории, которая в определенной точке должна отклоняться от прямой линии, параллельной стенкам канала. Стержни 24 расположены близко друг к другу, недостаточно близко, чтобы перекрыть поток воздуха по каналу 16, но достаточно близко, чтобы потребовалось значительное отклонение. Как показано на чертеже, свободный зазор между стержнями меньше диаметра стержней и предпочтительно составляет менее половины диаметра стержней.

Боковые стенки 12, 14 имеют углубления 26, 28, расположенные рядом с комплектом стержней. Это значит, что ближайшие к стенкам 12, 18 стержни несколько заглублены в боковую стенку, как видно на фиг.2. Это предотвращает возникновение прямого линейного прохода вдоль стенок 12, 14.

Наконец, к верхней стенке 18 прикреплена рукоятка 30, облегчающая манипуляции с пламегасителем. Эта рукоятка может также крепиться к одной из стенок 12, 14.

Очевидно, что данный вариант осуществления изобретения является простой и бесхитростной конструкцией пламегасителя, которая, тем не менее, обеспечивает хорошие показатели гашения пламени в комбинации с жесткой конструкцией, способной противостоять ударам при использовании. Кроме того, стержни 24 легко можно заменить трубами, в которых можно поместить подходящую охлаждающую жидкость, как отмечено выше.

Фиг.4, 5 и 6 иллюстрируют второй вариант осуществления настоящего изобретения. В общем случае, этот вариант идентичен описанному выше со ссылками на фиг.1, 2 и 3. Одинаковые детали показаны одинаковыми позициями.

В этом втором варианте осуществления изобретения в наборе стержней 24 установлен скребок 32. В этом скребке 32 выполнено множество круглых отверстий, соответствующих стержням 24 круглого сечения. Таким образом, скребок 32 может располагаться “внутри” набора стержней 24. К скребку 32 нижними концами прикреплены множество стержней 24', которые своими верхними концами крепятся к рукоятке 30 и проходят сквозь отверстия в верхней стенке 18. Таким образом, при подъеме рукоятки 30 вверх, скребок 32 протягивается по набору стержней 24 и соскабливает отложения с их поверхностей. После того, как рукоятка 30 будет вытянута до конца, и скребок 32 дойдет до нижней поверхности стенки 18, рукоятку 30 можно отжать вниз, перемещая скребок обратно к нижней стенке 20. Если во время этого процесса сквозь пламегаситель 10 идет поток воздуха, отложения, соскобленные скребком 32 со стержней 24, будут затянуты потоком и вынесены из корпуса пламегасителя 10.

Таким образом, второй вариант осуществления настоящего изобретения сохраняет преимущества первого и, кроме того, позволяет регулярно очищать пламегаситель. Обычные пламегасители для удаления таких отложений требуют погружения в химические растворы. В общем, это не практично при регулярном или частом обслуживании. Таким образом, пламегасители по этому варианту осуществления настоящего изобретения могут использоваться для “грязных” выхлопных систем, например выхлопных систем дизельных двигателей, что позволяет использовать такие двигатели во взрывоопасных атмосферах.

На фиг.7 и 8 показан третий вариант осуществления настоящего изобретения. В этом варианте пара боковых стенок и верхняя и нижняя стенки заменены трубой 50. Такой узел предназначен для использования в трубопроводах, при этом обруч придает дополнительную прочность, если существует опасность детонации с высоким давлением. Таким образом, канал проходит по трубе 50, в которой установлен набор круглых стержней 52 разной длины, хотя можно использовать и стержни квадратного или многоугольного сечения. Стержни 52 расположены поперек направления потока F в таком порядке, где чередующиеся ряды стержней 52 совмещены, а ряды, расположенные между ними, смещены на половину шага стержней. Таким образом, единственной траекторией по каналу является проход в щелях между стержнями 52, отклоняющийся от прямой, параллельной окружающему ободу 50 в некоторых точках.

Стержни 52 в общем случае установлены недостаточно плотно, чтобы перекрыть поток, но достаточно плотно, чтобы для их огибания потребовалось существенное отклонение. Там, где вертикальные стержни 52 на внешней стороне набора расположены близко к трубе, в трубе выполнены углубления (например, 54), чтобы в этой точке трубы под углом 90 градусов от оси стержня максимальный зазор между внешними стержнями и стенкой трубы соответствовал или не превышал размеров других зазоров в наборе стержней.

При использовании в трубопроводах диаметр трубчатого канала 50, содержащего набор стержней 52, вероятно, будет значительно превышать диаметр трубопровода, на который устанавливается пламегаситель. Таким образом, необходимо снабдить каждый пламегаситель концентрическим переходником 56 и на впускном, и на выпускном концах пламегасителя, как показано на фиг.9. Каждый переходник оснащается фланцем (напр. 58, 60) на обоих концах. На узком конце переходника фланец 58 представляет номинальный диаметр отверстия трубопровода, в который встраивается пламегаситель и может быть стандартным фланцем. На широком конце переходника также устанавливается стандартный фланец 60, представляющий номинальный диаметр отверстия трубы 50, в которой расположен набор стержней 52. Таким образом, каждый переходник может состоять из стандартного переходника 56 плюс два стандартных фланца 58, 60. Конструкция в идеале является цельносварной, а труба 50 удерживается между широкими концами переходников на шпильках с высокой прочностью на разрыв и гайками.

Пламегаситель может выполняться из разных материалов Нержавеющая сталь и другие ферросплавы могут способствовать рассеиванию тепла, но, хотя в некоторых технологических процессах это может быть преимуществом, это не существенно для работы устройства согласно настоящему изобретению. Соответственно могут применяться и другие материалы - цветные металлы и сплавы, керамика, некоторые виды пластмасс и композиты ферросплавов и/или другие материалы.

Очевидно, что в вышеописанные варианты осуществления настоящего изобретения могут быть внесены различные изменения, невыходящие за рамки настоящего изобретения. Например, размеры, расположение и пр., описанные в связи с третьим вариантом осуществления изобретения, могут применяться к первому и второму вариантам и наоборот.

Пламегаситель содержит канал, в котором расположено множество стержней, ориентированных так, что среда, протекающая по каналу, должна проходить между стержнями. Ряды стержней используются для создания пламегасящего элемента, близкорасположенные стержни создают естественную поверхность, над которой газовый поток может протекать, испытывая минимальное сопротивление. Стержни могут быть любого размера и щели между ними могут подбираться под взрывы различных газов и паров в воздухе. Диаметр стержней может меняться для противостояния различным уровням давления взрыва, что позволяет создавать пламегасители как для быстрого горения, так и для детонирующих взрывов. Стержни могут быть сплошными или пустотелыми, выполненными из труб. Если используются трубы, в них может иметься охлаждающая жидкость, что приводит к повышенной эффективности пламегасителя в условиях непрерывного горения. Вверх по потоку могут устанавливаться дополнительные трубы большего диаметра и с большими зазорами между ними. Стержни в параллельных рядах могут быть смещены относительно соседнего ряда. Углы такого смещения могут меняться, например, между 30 и 60 градусами, но эти величины не являются исчерпывающими. Пламегаситель может механически очищаться простым пластинчатым скребком, который проходит по каждому стержню, очищая его. Скребок может работать либо вручную, либо автоматически. Изобретение повышает эффективность пламегасителя. 2 с. и 16 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Пламегаситель, содержащий канал, в котором размещен двухмерный набор смежных стержней круглого сечения, каждый из которых по существу выровнен относительно других стержней и размещен поперек направления потока так, что среда, текущая по каналу, проходит между стержнями.2. Пламегаситель по п.1, в котором стержни расположены рядами.3. Пламегаситель по п.1 или 2, где стержни выполнены из сплошного материала.4. Пламегаситель по п.1 или 2, в котором стержни выполнены в форме труб.5. Пламегаситель по п.4, в котором трубы выполнены с возможностью содержания охлаждающей жидкости.6. Пламегаситель по любому из пп.1-5, в котором трубы, несущие охлаждающую жидкость, расположены вверх по потоку относительно множества остальных труб.7. Пламегаситель по п.6, в котором трубы, расположенные вверх по потоку, выполнены оребренными.8. Пламегаситель по любому из пп.1-7, в котором стержни расположены рядами, расположенными поперечно стержням и направлению потока, при этом каждый ряд смещен относительно соседнего ряда, создавая тем самым зигзагообразные проходы.9. Пламегаситель по п.8, в котором смещение составляет угол от 30 до 60°.10. Пламегаситель по любому из пп.1-9, содержащий скребковое устройство, расположенное между стержнями для удаления отложений с них.11. Пламегаситель по п.10, в котором скребковое устройство соединено с ручным приводом.12. Пламегаситель по п.10, в котором скребковое устройство соединено с механическим приводом, обеспечивающим его автоматическую работу.13. Пламегаситель по п.12, в котором имеется таймер, запускающий механический привод после некоторого интервала.14. Пламегаситель по любому из пп.1-13, в котором канал выполнен цилиндрическим и ось цилиндра совпадает с направлением потока.15. Пламегаситель по существу, как описано выше со ссылками или как показано на прилагаемых чертежах.16. Узел пламегасителя по любому из пп.1-15 с переходником, прикрепленным, по меньшей мере, к одной его стороне, для согласования номинального размера канала.17. Узел по п.16, в котором переходники установлены на обеих сторонах пламегасителя.18. Узел по любому из пп.16 и 17, в котором переходник или каждый переходник крепится к пламегасителю посредством фланцев на каждой детали, которые свинчены друг с другом.