ЖИДКОСТНЫЙ ЗАТВОР ДЛЯ ЭЛЕКТРОЛИЗНО-ВОДНОГО ГЕНЕРАТОРА Российский патент 2013 года по МПК C25B1/04 

Изобретение относится к газопламенной обработке материалов водородно-кислородным пламенем, когда водородно-кислородную смесь (гремучий газ) получают электролизом воды в электролизно-водном генераторе (термин «электролизно-водных генератор» - по ГОСТ 2601-84, термин №160).

Предохранительный затвор, предотвращающий попадание взрывной волны в электролизер генератора при обратном ударе пламени, является обязательным элементом конструкции электролизно-водного генератора. Обратные клапаны различных конструкций не пригодны для этого, так как взрывная волна в водородно-кислородной смеси распространяется столь быстро, что клапан не успевает срабатывать. Сухие предохранительные затворы также не удается использовать для этой цели, так как их узкие каналы постепенно забиваются щелочью, которая всегда есть в газе, идущем из генератора. Поэтому для предохранения электролизно-водных генераторов используют жидкостные предохранительные затворы.

Большинство известных конструкций жидкостных предохранительных затворов основано на всплывании отдельных, не соприкасающихся пузырьков газа в слое жидкости (чаще всего, воды), который задерживает взрывную волну при обратном ударе (авторское свидетельство №703563, кл. С10Н 21/12; патент РФ №2118982 кл. С10Н 21/12). Такие затворы надежно работают при небольших расхода газовой смеси. При увеличении расхода газа образуются цепочки сцепленных между собой всплывающих пузырьков и даже сплошные газовые потоки (газовые шнуры), по которым пламя беспрепятственно проходит через воду при обратном ударе. Обеспечить всплывание газа в воде в виде отдельных пузырей при больших расходах сложно. В конструкции по упомянутому выше авторскому свидетельству №703563, кл. С10Н 21/12, поток газа пропускают через колпачок с тангенциальными отверстиями, который вращается под воздействием струй газа, выходящих из него, предотвращая образование газовых шнуров. Этот же колпачок играет роль обратного клапана, препятствующего выбросу воды в трубу подвода газа. Общие недостатки всех подобных жидкостных затворов - унос жидкости в виде капель или брызг и необходимость частого обслуживания. Как правило, уровень воды требуется проверять не реже двух раз в смену и после каждого обратного удара, а обратный клапан два раза в месяц разбирать, промывать и чистить (Стрижевский И.И., Заказнов В.Ф. Промышленные огнепреградители. М.: Химия, 1966, страницы 116-117, 123,131).

Наиболее близким, принятым за прототип предлагаемого затвора, является жидкостный предохранительный затвор со змеевиковым замедлителем (Konschak М., Scheruhn W. Предохранительные затворы и их значение при сварке и резке. Schweissen und Schneiden. 1953, 5. №5). Он состоит из двух частично заполненных водой сообщающихся емкостей, верхние части которых, незаполненные водой, соединены длинной, свернутой в змеевик, трубой. Газ поступает в одну из емкостей ниже уровня воды, через обратный клапан, проходит через воду, затем по трубе, соединяющей емкости, поступает в верхнюю часть второй емкости (выше уровня воды в ней) и через патрубок этой емкости выходит на потребление. При обратном ударе скачок давления во второй емкости выдавливает из нее часть воды в первую емкость и под напором воды обратный клапан перекрывает поток газа раньше, чем по змеевиковой трубе до него дойдет пламя. Газ в первую емкость подведен так, что при увеличении расхода образуется газовый шнур. Поэтому единственным исполнительным элементом этого затвора, выполняющим отсечку пламени от газового тракта, является обратный клапан. Кроме того, конструкция слишком громоздка для встраивания в электролизно-водный генератор.

Техническим эффектом предлагаемого жидкостного затвора являются компактность, ликвидация уноса жидкости, возможность работать при давлении водородно-кислородной смеси 1,0 МПа и более, и отсутствие подвижных частей, что делает ненужным частое обслуживание. В частности, нет обратного клапана.

Схематическое изображение предлагаемого жидкостного затвора приведено на фиг.1. Вариант конструкции затвора приведен на фиг.2.

Как видно из фиг 1, он состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1, разделенного перегородками 2 и 3 на три объема - А, Б и В. К перегородке 2 приварен патрубок 4, к перегородке 3 - патрубок 5. Объемы Б и В соединены длинной трубкой 6. При этом трубка 6 может быть не петлеобразной, как на фиг.1, а свернутой в змеевик, что делает конструкцию компактнее. Объем Б и патрубок 5 заполнены жидкостью 7, например, водой, до уровня контрольного патрубка с крышкой 8. На стенках объемов А и В закреплены патрубки (или штуцеры) 9 и 10 для подвода и отвода газа соответственно. Внутри объема В перед входами в патрубок 10 и трубку 6 установлены экраны 11 и 12. В качестве рабочей жидкости при положительных температурах эксплуатации используют воду, а при отрицательных - низкозамерзающие жидкости, например, автомобильные антифризы или керосин.

При работе электролизно-водного генератора водородно-кислородная смесь через патрубок 9 поступает в объем А, проходит через патрубки 4 и 5 в объем Б, из него - по трубке 6 в объем В и через щтуцер 10 уходит на потребление. Таким образом, газ в этом затворе проходит над водой, а не через воду. Поэтому унос воды нулевой. При обратном ударе взрывная волна через штуцер 10 проходит в объем В, давление в объеме В резко возрастает, выдавливая воду в патрубок 5, и за время пока взрывная волна по трубке 6 дойдет до объема Б, уровень воды в патрубке 5 поднимется выше торца патрубка 4, отсекая взрывную волну от электролизера. Полость А при обратном ударе задерживает воду, выброшенную из патрубка 4.

На фиг.2 показаны конструкции затвора, в котором нижний конец патрубка 4 находится ниже уровня воды в патрубке 5, когда газ не идет через затвор. Как видно из фиг.2, нижний конец патрубка 4, прикрепленного к верхней перегородке 2, погружен в жидкость 7. В этом случае газ при малых расходах проходит через жидкость в патрубке 5. При увеличении расхода газа возрастает разность давлений в патрубке 5 и в полости В, вследствие чего уровень жидкости в патрубке опускается ниже конца патрубка 4 и затвор работает точно так же, как и в предыдущем случае. Уноса жидкости и в этом варианте конструкции нет, потому что при малых расходах капли полностью задерживаются в полости В, а при больших расходах газ проходит над жидкостью, а не через нее.

Попаданию рабочей жидкости из водяного затвора в электролизер при остывании последнего препятствует объем А: всасываемая жидкость задерживается в нем и при включении электролизера стекает обратно в объем В.

В соответствии с изложенным, были изготовлены водяные затворы, рассчитанные на давление водородно-кислородной смеси 0,5 МПа и расход 1,5, 4,5 и 7,5 нм³/час. Испытания подтвердили 100%-ную надежность задержания детонационной волны при обратном ударе, отсутствие уноса жидкости при работе электролизно-водного генератора и необходимость проверки уровня жидкости в затворе не чаще, чем после 5-7 обратных ударов.

Затвор представляет собой вертикальный цилиндр, разделенный двумя горизонтальными перегородками на три объема. К центру обеих перегородок снизу прикреплены патрубки, расположенные концентрично друг в друге. Нижний объем частично заполнен жидкостью. При этом конец патрубка, прикрепленного к нижней перегородке, опущен в жидкость в нижнем объеме корпуса, а патрубок, прикрепленный к верхней перегородке, проходит через средний объем корпуса в патрубок, прикрепленный к нижней перегородке, и либо не доходит до поверхности жидкости в наружном патрубке, либо заканчивается в нескольких сантиметрах ниже поверхности жидкости. Нижний и средний объемы корпуса соединены по газу длинной трубкой. Техническим эффектом предлагаемого жидкостного затвора являются компактность, повышение надежности работы за счет ликвидация уноса жидкости, а также возможность работы при давлении водородно-кислородной смеси 1,0 МПа и более, при отсутствии подвижных частей, что облегчает обслуживание установки электролизера. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Жидкостный затвор для электролизно-водного генератора, включающий вертикальный цилиндрический корпус с верхним и нижним днищами, патрубками для входа и выхода водородно-кислородной смеси и патрубком с крышкой для контроля уровня жидкости в затворе, отличающийся тем, что корпус затвора разделен горизонтальными перегородками на три объема по высоте, обе перегородки снабжены жестко закрепленными снизу, в центре патрубками, расположенными концентрично друг в друге, при этом нижняя часть патрубка нижней перегородки размещена в жидкости, залитой в корпус до патрубка контроля уровня жидкости, патрубок верхней перегородки расположен над уровнем жидкости, а средний и нижний объемы корпуса соединены посредством трубопровода (возможно, змеевика).

2. Жидкостный затвор для электролизно-водного генератора по п.1, отличающийся тем, что конец патрубка, прикрепленного к верхней перегородке, погружен в жидкость.