ПРИСПОСОБЛЕНИЕ СБРОСА ДАВЛЕНИЯ, СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И СНАБЖЕННЫЙ ИМ ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННЫЙ КОРПУС
PRESSURE RELEASE DEVICE, METHOD FOR ITS MANUFACTURE AND EXPLOSION-PROOF CASING SUPPLIED WITH THEM

Изобретение относится к приспособлению сброса давления и к корпусу с таким приспособлением сброса давления. Прежде всего, изобретение относится к взрывозащищенным корпусам с видом взрывозащиты "взрывонепроницаемая оболочка", которая обозначается как вид взрывозащиты ex-d.
Корпуса конструктивного выполнения "взрывонепроницаемая оболочка» зачастую имеют так называемое приспособление сброса давления, через которое возникшее в корпусе избыточное давление может попадать в атмосферу. Такие приспособления сброса давления обычно имеют пористый газопроницаемый элемент, который хотя и является газопроницаемым, однако предотвращает проскок пламени или раскаленных частиц вследствие узости и длиныпронизывающих его пор.
Из DE 102010016782 A1 известно приспособление сброса давления с таким пористым элементом, имеющим первую, направленную к внутренней полости корпуса, сторону и вторую, обращенную к окружающей среде, сторону. Приспособление сброса давления имеет, кроме того, мембрану, которая расположена между окружающей средой и второй стороной элемента сброса давления, чтобы не допускать пыль и влагу в элемент сброса давления. За счет этого должно быть предотвращено, что поры элемента сброса давления заполняются пылью, влага ведет к деградации, возникновению плесени или другому повреждению, или образуются биологические налеты, которые могут отрицательно влиять на функционирование или являются, по меньшей мере, неэстетичными. Если в корпусе инициируется взрыв, и поток газа проходит через элемент сброса давления, мембрана разрывается и открывает путь к окружающей среде. Мембрана по краям снабжена манжетой и посредством нее удержана на патрубке приспособления сброса давления. Если мембрана разрушена, ее следует заменить, из-за чего манжета должна быть соединена с приспособлением сброса давления с возможностью отсоединения. Вследствие этого может происходить непреднамеренное удаление мембраны с приспособления сброса давления. Кроме того, мембрана от воздействия извне может рваться или получать повреждение, например, когда на мембрану нажимает какой-то предмет.
Задачей изобретения является создание упрощенного приспособления сброса давления.
Эта задача решена посредством приспособления сброса давления по п. 1 формулы изобретения и корпуса по п. 12 формулы изобретения. Кроме того, способ по п. 13 формулы изобретения предлагает целесообразную схему размещения мембраны на приспособлении сброса давления.
Предлагаемое в изобретении приспособление сброса давления содержит: пористый газопроницаемый элемент, имеющий первую сторону, при использовании обращенную к объему, содержащему по меньшей мере один потенциальный источник инициирования взрыва, и вторую сторону, при использовании обращенную от указанного объема, и мембрану, расположенную с прилеганием к пористому газопроницаемому элементу, причем мембрана выполнена многослойной и содержит прилегающую к пористому газопроницаемому элементу пленку, представляющую собой бумагу, синтетическую пленку, металлическую фольгу, композиционную пленку, композиционный материал из пластика и металла или ткань.
Такой пористый газопроницаемый элемент расположен на месте выхода газа, через которое газ из расширяющегося, например, вследствие взрыва, объема может поступать в атмосферу или в улавливающий объем. На расположенной в направлении потока ниже по потоку стороне пористого газопроницаемого элемента, которая обращена к окружающей среде, расположена мембрана, прилегающая к пористому элементу. Эта мембрана закрывает поры газопроницаемого элемента, так что загрязнение и влага извне не попадают в пористый газопроницаемый элемент. Вследствие прилегания мембраны к пористому элементу тот поддерживает мембрану, так что мембрана защищена от удара и подобной идущей извне нагрузки.
Предпочтительно, мембрана расположена на пористом газопроницаемом элементе с прилипанием, причем прилипание, по меньшей мере, настолько сильное, что мембрана при перепадах давления, таких, какие бывают при надлежащей эксплуатации, не отделяется от пористого газопроницаемого элемента. За счет этого обеспечивается, что защита мембраны, созданная опиранием на пористый газопроницаемый элемент, сохраняется надолго.
Мембрана, предпочтительно, по меньшей мере, в некоторых местах и, по меньшей мере, так прочно может прилипать к пористому элементу, что она в течение предусмотренного срока службы приспособления сброса давления бесконтрольно не теряется или не отделяется от пористого газопроницаемого элемента. Однако, прилипание, с другой стороны, предпочтительно, настолько слабо, что она отделяется от пористого газопроницаемого элемента, когда на нем имеется перепад давления, который превышает пренебрегаемый, имеющийся в течение нормальной эксплуатации перепад давления. При нормальной эксплуатации могут возникать небольшие перепады давления, когда в корпусе, на котором расположено приспособление сброса давления, происходит вызванное условиями работы нагревание или охлаждение.
Ведущий к отделению мембраны от пористого газопроницаемого элемента перепад давления, предпочтительно, в любом случае меньше, чем перепад давления, ведущий к повреждению, деформации или разрушению присоединенного корпуса. Например, перепад давления может быть меньше, чем 5 бар, 3 бар, 1 бар, несколько сотен миллибар или же меньше, чем 100 мбар. Прилипание мембраны к пористому элементу может основываться на адгезии и/или на зацеплении с геометрическим замыканием мембраны с поверхностной шероховатостью или с порами пористого газопроницаемого элемента.
Предпочтительно, адгезионная прочность мембраны на пористом газопроницаемом элементе меньше, чем прочность мембраны на разрыв. За счет этого посредством проходящего через пористый газопроницаемый элемент потока газа может достигаться обширное отделение мембраны от пористого газопроницаемого элемента, так что мембрана в случае взрыва сдувается полностью и освобождает пористый газопроницаемый элемент на всем поперечном сечении для потока газа.
Предпочтительно мембрана выполнена влагонепроницаемой и содержит пленку, которая расположена на пористом газопроницаемом элементе с прилипанием с возможностью снятия. Мембрана может быть изготовлена на пористом газопроницаемом элементе посредством первичного формообразования. Она может также подготавливаться в предварительно изготовленной форме, например, как листовая заготовка пленки, и располагаться с прилипанием на пористом газопроницаемом элементе и при необходимости на соединенной с ним детали. Пленка на обращенной к пористому элементу стороне может быть снабжена средством, улучшающим адгезию. Пленка может также представлять собой гибкую самоклеящуюся пленку. Пористый газопроницаемый элемент при этом является, предпочтительно, плоским или просто выпуклым, таким как, например, цилиндрически выпуклым. Он может также иметь несколько взаимно параллельных граней. Пленка может такжепредставлять собой термоусадочную пленку. В этом случае она особо пригодна для нанесения на пористый газопроницаемый элемент, который выполнен объемным, например, сферически выпуклым.
В качестве материала пленки в принципе пригодны все эластомеры и полимеры, или другие пластмассы, а также смеси из них, которые в неотвержденной или не полностью отвержденной форме и таким образом, как в тестообразной или жидкой исходной форме могут наноситься на пористый газопроницаемый элемент без того, что неотвержденный материал проникает, засоряя, в поры пористого газопроницаемого элемента. Для обеспечения этого пористый газопроницаемый элемент перед нанесением мембраны может снабжаться затрудняющим смачивание веществом, например, перед распылением мембраны на подлежащую распылению поверхность пористого газопроницаемого элемента может распыляться или наноситься иным образом разделяющее средство, например, масло, масляная суспензия, силикон, силиконовая суспензия или т. п.
После нанесения мембранного материала на пористый газопроницаемый элемент и при необходимости на области несущей или окружающей его детали мембранный материал высушивается. Высушивание может происходить посредством проветривания летучих растворителей и/или посредством образования сетчатой структуры и таким образом отверждения прекурсорного материала. Образование сетчатой структуры может само по себе вызываться течением времени или посредством соответственно вызывающих образование сетчатой структуры воздействий. Такими воздействиями могут быть влияние на мембранный материал воздуха, влаги, тепла, излучения, света или воздействие химических веществ, которые содержатся в мембранном материале или наносятся на мембрану.
Мембрана может быть выполнена однослойной или многослойной. В простейшем случае мембрана представляет собой распыленную на пористый газопроницаемый элемент резиновую или эластомерную мембрану из материала, который используется, например, в области автомобильных кузовов, как напыляемая пленка. Такой материал распыляется на пористый газопроницаемый элемент извне и "высушивается", причем из распыленного материала образуется необходимая мембрана.
Как указано выше, мембрана выполнена многослойной и содержит пленку, которая прилегает к пористому элементу частью поверхности или всей поверхностью. При изготовлении мембраны, например, эта пленка, которая может представлять собой бумагу, синтетическую пленку, металлическую фольгу, ткань, композиционный материал из пластика и металла, налагается на пористый газопроницаемый элемент и такое устройство затем обрызгивается еще жидким мембранным материалом. Такое устройство облегчает отделение мембраны от пористого газопроницаемого элемента и позволяет использовать схему согласно изобретению, когда уже особо низкие перепады давления должны приводить к отделению мембраны или, когда необходима особо низкая диффузионная проницаемость.
Мембрана может содержать, помимо пленки, слой резины, распыленной на пленку в жидком состоянии и затем отвержденной.
Схему согласно изобретению, можно применять на элементах сброса давления формы, сформированных практически произвольным образом. Они могут быть выполнены как объемные элементы, например, цилиндры, сферы, пирамиды, многогранники или же при необходимости как плоские элементы. За счет этого схема согласно изобретению, открывает широкое поле для применений, которые до сих пор не удавалось получать экономично и конструктивно.
Мембрана может участками простираться по несущей элемент детали и быть расположена на ней с прилипанием. Такая деталь может представлять собой, например, корпусную стенку, на которой расположен пористый газопроницаемый элемент. Особо большие элементы сброса давления, которые, если смотреть снаружи, расположены позади направляющей поток решетки, посредством разбрызгивания мембранного материала также могут снабжаться мембраной.
Мембрана может содержать функциональные элементы, которые, например, контролируют целостность мембраны или другие фактические обстоятельства. Так бывает при введении в мембрану токопроводов, датчиков температуры, датчиков давления или т.п. Например, для этого может служить многослойная конструкция мембраны, например, сначала распыляется первый слой отверждающегося материала на пористый газопроницаемый элемент, затем располагаются функциональные элементы, и затем распыляется еще один слой из схватывающегося и/или высыхающего материала. Такие многослойные структуры могут использоваться для того, чтобы регистрировать отделение и разрыв мембраны и из них генерировать, например, передаваемый на контрольный пункт сигнал.
Возможны другие варианты изобретения. Конструктивные формы изобретения следуют из чертежа, пунктов формулы и описания. Показано на:
фиг. 1 – корпус с приспособлением сброса давления согласно изобретению, схематическое изображение в перспективе,
фиг. 2 – приспособление сброса давления корпуса согласно фиг. 1, в вертикальном разрезе,
фиг. 3 – фрагмент устройства сброса давления согласно фиг. 2,
фиг. 4 – измененная конструктивная форма приспособления сброса давления на корпусе, в вертикальном разрезе,
фиг. 5 – измененная конструктивная форма элемента сброса давления с мембраной и дополнительным функциональным элементом,
фиг. 6 – приспособление сброса давления согласно изобретению, фрагментарное изображение с большим увеличением,
фиг. 7 – видоизмененная конструктивная форма приспособления сброса давления в разрезе аналогично фиг. 6.
На фиг. 1 показан корпус 10 в частично вскрытой форме в перспективе, охватывающий внутреннюю полость 11, в которой там могут быть размещены символически показанные компоненты 12, 13, могущие при эксплуатации, например, вследствие тепловыделения, искрения, излучения или иных воздействий, служить в качестве источников инициирования взрыва (источников воспламенения). Корпус 10 отделяет такие источники 12, 13 инициирования взрыва от окружающей среды 14 для предотвращения распространения пламени или взрывов, происходящих во внутренней полости 11, в окружающую среду 12. Предпочтительно, корпус 10 представляет собой корпус с видом взрывозащиты "взрывонепроницаемая оболочка" (ex-d). Однако, прежде всего, чтобы при происходящем во внутренней полости взрыве обеспечивать возможность быстрого выравнивания давления и, тем самым, быстрого сброса, возникшего в корпусе 10 избыточного давления, предусмотрено приспособление 15 сброса давления, которое на фиг. 1 сугубо в качестве примера показано расположенным на корпусе 10 сбоку. Однако приспособление 15 сброса давления может быть расположенным также на любой другой поверхности корпуса 10. Также корпус 10 может иметь несколько таких приспособлений 15 сброса давления одинакового или разного размера.
В примере приспособление 15 сброса давления действует между внутренней полостью 11 и окружающей средой 14. Однако с таким же успехом можно располагать приспособление 15 сброса давления между внутренней полостью 11 и закрытым наружу объемом сброса давления, который временно или длительно отделен от окружающей среды 14. В свою очередь, объем сброса давления может быть снабжен приспособлением сброса давления.
Конструкция приспособления сброса давления точнее следует из фиг. 2 и 3. Согласно им стенка корпуса образует деталь 16, на которой непосредственно или опосредствованно закреплен элемент 17 сброса давления. В данном варианте осуществления элемент 17 сброса давления приварен к детали 16, причем между деталью 16 и пористым элементом 17 расположен проходящий по его периметру кольцевой сварной шов 18. Однако в рамках изобретения подходят все другие возможности соединения образующей деталь 16 корпусной стенки с элементом 17 сброса давления. Например, элемент 17 сброса давления может быть расположен в обойме, которая, в свою очередь, соединена, например, привинчена, приварена, приклеена или зафиксирована на ней иным образом, с деталью 16. Также элемент 17 сброса давления, если корпус 10 изготовлен методом литья или иным способом исходного формообразования, например, по аддитивной технологии, может быть заделан краями в деталь 16, то есть в корпусную стенку.
В данном варианте осуществления элемент 17 сброса давления расположен на отверстии 19 сброса давления, через которое внутренняя полость 11 соединена с окружающей средой 14. Это отверстие 19 сброса давления может иметь любую подходящую форму, например, прямоугольную или квадратную форму с острыми или закругленными углами, овальную форму, форму круга или любую другую подходящую форму. Также пористый газопроницаемый элемент 17 может сам занимать всю упомянутую поверхность стенки корпуса 10, то есть сам образовывать стенку или сам занимать несколько стенок.
В варианте осуществления отверстие сброса давления посредством решетки 20 разделено на несколько отдельных отверстий, как изображено на фиг. 1 пунктиром. Решетка 20 может служить для разделения, проходящего через пористый газопроницаемый элемент 17 потока газа на несколько составляющих потоков и таким образом для выравнивания потока, а также для опирания пористого газопроницаемого элемента 17. В других конструктивных формах решетка 20 может также отсутствовать.
Пористый газопроницаемый элемент 17 может представлять собой любой подходящий пламегасящий газопроницаемый элемент сброса давления, такой как, например, металловату с открытыми порами, спеченный элемент из металла, спеченный из металлических проволок элемент, причем проволоки могут быть расположены, например, наподобие нетканого материала или войлока неупорядоченно, или лежащих же друг на друге стопок ткани или плетеного полотна. Также пористый газопроницаемый элемент 17 может быть образован керамическим элементом, металлизированным керамическим элементом, спеченным из керамических волокон или иных керамических частиц, или соединенным органическими вяжущими элементом или т. п.
Служащий для сброса давления элемент 17 снабжен, как видно на фиг. 2 и 3, выполненной, предпочтительно, влагонепроницаемой мембраной 21, которая, предпочтительно, всей поверхностью покрывает элемент 17 на его обращенной к окружающей среде 14 стороне 22 (см. фиг. 3). Мембрана 21 может при этом проходить также краями поверх детали 16 и перекрывать ее по окружающему отверстие 19 сброса давления краю. За счет этого мембрана 21 герметизирует отверстие 19 сброса давления, прежде всего, от доступа влаги.
Предпочтительно, мембрана 21 создается на корпусе 10, также таким образом на приспособлении 15 сброса давления посредством первичного формообразования. Элемент 17 и при необходимости несущая его деталь образуют таким образом основание, в некотором смысле форму, на которой мембрана 21 образовывается и таким образом подвергается первичному формообразованию. В простейшем случае мембрана 21 создается посредством нанесения прекурсорного состава на элемент 17 сброса давления и край отверстия 19 сброса давления, например, посредством распыления или же надпечатки, накатывания, нанесения кистью или подобным способом. Мембрана 21 может при этом, в зависимости от технологического процесса, изготовляться с по существу постоянной толщиной слоя или же с меняющимися толщинами слоя. Материал наносится на ту сторону пористого газопроницаемого элемента 17, на которой в случае обязательного сброса давления существует самое низкое давление.
Аморфный тестообразный или жидкий прекурсорный состав может представлять собой, например, частично структурированный или неструктурированный эластомер, или полимер, или т. п., такой как, например, имеющийся в продаже под названием распыляемая "жидкая резина". Также любая другая наносимая, прежде всего распыляемая, пленка может найти применение, если только она образует имеющий возможность снятия с пористого газопроницаемого элемента 17 слой.
Корпус 10 с приспособлением 15 сброса давления согласно изобретению, работает следующим образом.
При подготовке корпуса 10 мембрана 21 распылена снаружи, перекрывая край отверстия, на отверстие 19 сброса давления и на расположенный на нем элемент 17, так что отверстие 19 сброса давления посредством образовавшейся мембраны 21 закрыто наружу. За счет этого пресекается загрязнение и при необходимости следующее за засорением пор элемента 17 проникновение пыли или влаги в элемент 17. Для этого дается ссылка на фиг. 6, на которой показан элемент 17 на своей обращенной к мембране 21 стороне в разрезе. Материал мембраны 21 покрывает поры 23, 24, 25, 26, глубоко не проникая в них. Мембрана 21 прилипает при этом к пористому элементу 17 так прочно, что непреднамеренное отпадание мембраны 21 с пористого газопроницаемого элемента 17 и корпуса 10 исключено.
Если корпус 10, например, через имеющиеся щели или иные отверстия, наполнила взрывчатая газовая смесь, и она воспламенилась или взорвалась, или горит один из компонентов 12, 13, то во внутренней полости 11 возникает избыточное давление относительно окружающей среды 14, которое ведет к перепаду давления на элементе 17 сброса давления. Вследствие него мембрана 21 отделяется от элемента 17, так что мембрана 21 может отделяться от него, раздуваться и при этом разрываться. За счет этого теперь разрушенная мембрана 21 открывает путь для вытекающего из внутренней полости газа. Однако, вследствие длины и узости пор 23-26 элемент 17 предотвращает проскок пламени наружу.
После такого события мембрана 21 подлежит замене. В простейшем случае это происходит посредством повторного распыления мембранного материала, например, жидкой резины, на отверстие 19 сброса давления и лежащий под ним пористый газопроницаемый элемент 17.
В ранее описанном изобретении возможны многочисленные варианты. Первый вариант показан на фиг. 7 с выполненной многослойной мембраной 21. К ней в примере согласно фиг. 7 относятся пленка 27 и распыленный на нее, состоящий, например, из жидкой резины и затем отвержденный слой 21a. Пленка 27 прилегает со слабым прилипанием и при необходимости с очень слабым прилипанием к пористому элементу 17 и покрывает его по части площади или по всей площади. Распыленный слой 21a может прилипать к пленке 27 или же лишь свободно прилегать к ней. Слой 21a может иметь равномерную толщину или различные толщины. Прежде всего, в средней области пленки 27 она может быть предусмотрена более тонкой или в некоторых местах, прежде всего в средней области, совсем отсутствовать.
Такая конструкция пригодна, прежде всего, для случаев применения, в которых мембрана 21 должна при очень малых перепадах давления освобождать путь потоку через элемент 17 сброса давления.
В другом варианте этой конструктивной формы слой 21a может также ограничиваться краевой областью пленки 27, так что слой 21 создает влагонепроницаемое соединение между пленкой 27 и деталью 16.
На фиг. 4 показана конструктивная форма с объемно сформированным, служащим для сброса давления элементом 17, который лишь в качестве примера показан как полусферический купол. Однако, возможны также цилиндрические формы с плоским или закругленным концом, формы многогранников, формы в виде конуса или в виде усеченного конуса, и аналогичные. Обращенная к окружающей среде 14 внешняя сторона элемента 17 снова снабжена распыленной мембраной 21, которая образует отделяемую пленку. В остальном, настоящее описание вариантов осуществления применяется согласно фиг. 1-3, а также фиг. 6 и 7.
Еще один, также применимый для всех указанных конструктивных форм вариант показан на фиг. 5. Там на пористый газопроницаемый элемент 17 распылена мембрана 21, которая содержит дополнительный функциональный элемент 28. Он, как показано, может представлять собой проводящую полоску, которая нанесена на мембрану 21 или внедрена в нее. В качестве проводящей полоски может, например, служить образованная из электропроводного лака токопроводящая дорожка, полоска металлической фольги или т. п. Если мембрана 21 удаляется с элемента 17 сброса давления и мембрана 21 разрывается, это может быть зарегистрировано функциональным элементом 28. Например, соответствующая проводящая полоска может разорваться, и это регистрируется посредством контрольной цепи и оповещается дальше.
Функциональные элементы могут также быть встроены в конструкцию мембраны согласно фиг. 7. Например, пленка 27 может нести функциональный элемент, например, электронные детали, токоведущие дорожки, электронные схемы и т. п., которые затем покрываются слоем 21a.
Следует отметить, что мембрана 21, в целом, может быть также подготовлена в форме листовой заготовки предварительно изготовленной пленки, которая является гибкой и располагается с прилеганием к элементу 17, на приспособлении 15 сброса давления. Для этого пленка может быть покрыта с одной стороны адгезионным составом, который способствует прилипанию к пористому элементу 17. В качестве альтернативы пленка может быть выполнена самоклеящейся. Пленка может быть выполнена как термически формуемая пленка, например, как термоусадочная пленка или как пленка, которая от тепла размягчается и накладывается на элемент 17 для прилипания к нему.
Приспособление 15 сброса давления согласно изобретению, содержит газопроницаемый элемент 17, на котором прилеплена мембрана 21, которая, предпочтительно, выполнена влагонепроницаемой. Мембрана 21 может представлять собой одно- или многослойную резиновую мембрану, которая, например, изготовлена посредством нанесения жидкой резины на элемент 17 сброса давления и при необходимости несущую его, обрамляющую его деталь 16.
Перечень ссылочных обозначений:
10 корпус
11 внутренняя полость
12, 13 компоненты
14 окружающая среда
15 приспособление сброса давления
16 деталь
17 пористый газопроницаемый элемент / элемент сброса давления
18 сварной шов
19 отверстие сброса давления
20 решетка
21 мембрана
21a слой резины, распыленной на пленку
22 обращенная к окружающей среде сторона элемента 17
23-26 поры
27 пленка
28 функциональный элемент.