ОГНЕЗАЩИТНЫЙ ФИЛЬТР
FIRE-PROOF FILTER

Изобретение относится к огнезащитному фильтру, прежде всего огнезащитному фильтру для применения в качестве элемента сброса давления во взрывозащищенных корпусах с видом взрывозащиты Ex-d.
Из DE 102014116149 А1 известен огнезащитный фильтр, имеющий довольно большое количество слоев проволочной ткани с разными размерами ячеек и толщинами проволок и, предпочтительно, также с разной ориентацией. Вследствие меняющегося размера ячеек и углового смещения по отношению друг к другу образуются лабиринтообразные проходы, с одной стороны предотвращающие проскок пламени, а с другой стороны, дающие хорошую газопроницаемость. Отдельные слои соединены друг с другом, например, посредством спекания. Однако оказалось, что в подобных огнезащитных фильтрах при импульсной нагрузке от давления, которая может возникать вследствие происходящих в корпусе взрывов, по центру протекание происходит сильнее, чем в близких к кромке зонах.
Задачей изобретения является предложить огнезащитный фильтр с улучшенной проницаемостью.
Z
MAX
Z
MAX
Эта задача решена в соответствии с изобретением посредством огнезащитного фильтра, состоящего из нескольких слоев проволочной ткани, размер m ячеек которых задан в диапазоне Μ размера ячеек и которые имеют проволоки, диаметр d которых находится в заданном диапазоне D диаметров проволок, и по меньшей мере одного промежуточного слоя, который имеет проволоки и размер m ячеек которого больше, чем наибольший размер mячеек, находящийся в пределах заданного диапазона Μ размера ячеек, причем следующие друг за другом слои проволочной ткани имеют различные ориентации, а диаметр d проволок в промежуточном слое по меньшей мере в 1,5 раза больше, чем наибольший диаметр d, находящийся в пределах заданного диапазона D диаметров проволок.
MAX
Таким образом, предлагаемый в изобретении огнезащитный фильтр имеет несколько слоев проволочной ткани, размер ячеек которой не превышает предельного значения d. Количество слоев проволочной ткани в любом случае больше двух, предпочтительно речь идет о пяти слоях или более, задающих выполненные по типу лабиринта поры. Огнезащитный фильтр согласно изобретению имеет по меньшей мере два таких образованных соответственно несколькими слоями проволочной ткани неполных элемента, между которыми расположен промежуточный слой с размером ячеек, который больше, чем наибольший находящийся в пределах заданного диапазона размера ячеек обоих неполных элементов размер ячеек. Расположенный между обоими неполными элементами промежуточный слой образует слой распределения давления, допускающий направленный поперек главного направления протекания, например, радиально направленный поток, и тем самым приводящий внутри промежуточного слоя к выравниванию давления. Выравнивание давления может, прежде всего в случае импульсной нагрузки от давления, приводить к улучшенному использованию поверхности элемента сброса давления и, таким образом, к уменьшению его сопротивления движению потока. За счет этого пики давления уменьшаются более эффективно, чем до сих пор.
Посредством неразъемного соединения обоих неполных элементов с промежуточным слоем получается, кроме того, особо прочный элемент сброса давления, который может быть выполнен на большой площади поверхности.
MAX
Z
MAX
Как указано выше, слои проволочной ткани имеют проволоки, диаметр которых лежит в заданном диапазоне D диаметров проволок, верхнюю границу d которого предпочтительно не превышает ни одна из проволок слоев проволочной ткани обоих неполных элементов. Однако промежуточный слой имеет проволоки диаметром d, который больше, чем наибольший находящийся в пределах заданного диапазона D диаметров проволок диаметр d.
Z
MAX
Предпочтительно, дополнительно или в качестве альтернативы, чтобы размер m ячеек промежуточного слоя был по меньшей мере в 1,5 раза больше, чем наибольший находящийся в пределах заданного диапазона Μ размера ячеек размер m ячеек. Каждая из обеих указанных мер приводит к низкому сопротивлению для поперечных потоков в промежуточном слое и, таким образом, к хорошему выравниванию давления в промежуточном слое. Поэтому, вызванный ударной волной поток распространяется в промежуточном слое, так что расположенный ниже по потоку в направлении R протекания неполный элемент используется на большей площади, чем было бы без промежуточного слоя.
Промежуточный слой может представлять собой ткань или решетку из перекрещивающихся проволок, или же может быть образован эквивалентной структурой. Существенной является возможность образования поперечных потоков.
Другие подробности предпочтительных форм исполнения изобретения являются предметом пунктов формулы изобретения, а также чертежа и прилагаемого описания. Показано на:
фиг. 1 корпус огнезащитного фильтра согласно изобретению, схематическое изображение в поперечном разрезе,
фиг. 2 фрагмент поперечного сечения огнезащитного фильтра согласно фиг. 1,
фиг. 3 и 4 - диаграммы для наглядного представления размеров ячеек и диаметров проволок в огнезащитном фильтре согласно фиг. 1 и 2,
фиг. 5 фрагмент огнезащитного фильтра согласно фиг. 1 в перспективе, покомпонентный вид,
фиг. 6 - слои проволочной ткани огнезащитного фильтра согласно фиг. 1-5 в перспективе, раздельный покомпонентный вид,
фиг. 7 огнезащитный фильтр согласно фиг. 1 в корпусной стенке, схематическое изображение в поперечном разрезе, при попадании ударной волны.
На фиг. 1 схематически показан элемент 10 сброса давления, выполненный с возможностью прикрепления, например, в корпусной стенке взрывозащищенного корпуса или на таковой для обеспечения возможности быстрого выравнивания давления между внутренней полостью корпуса и окружающей средой. Элемент 10 сброса давления имеет первое количество слоев 11 проволочной ткани, образующее первый неполный элемент 12. Предусмотрено еще одно количество слоев 13 проволочной ткани, неразъемно соединенных друг с другом и образующих второй неполный элемент 14. Соответственно в обоих неполных элементах 12, 14 соединенные друг с другом слои проволочной ткани, предпочтительно, соединены, например по краям, сваркой, прежде всего, однако, соединены посредством спекания, так что существует огромное множество распределенных по поверхности слоев 11 или же 13 проволочной ткани точек соединения.
Между обоими пористыми неполными элементами 12, 14 расположен промежуточный слой 15, предпочтительно выполненный как слой проволочной ткани и далее, предпочтительно, соединен с обоими неполными элементами 12, 14, предпочтительно, неразъемно, например, посредством спекания. В этом случае неполные элементы 12, 14 образуют с промежуточным слоем 15 единый спеченный элемент. Кроме того, элемент 10 сброса давления на своих обеих стоящих перпендикулярно направлению R протекания плоских сторонах может быть снабжен слоями 16, 17 проволочной ткани, состоящими, например, из проволочной ткани, совпадающей с промежуточным слоем 15, или же ее размер ячеек или ее диаметр проволок соответствуют таким же условиям, что и промежуточный слой 15.
Z
MIN
MAX
MAX
MAX
Z
Z
MAX
На фиг. 2 показан увеличенный фрагмент II, охватывающий промежуточный слой 15, неполный элемент 12 и облицовочный слой 16. Как изображено на фиг. 2 в несколько увеличенном виде, при этом диаметр d проволоки 18 промежуточного слоя 15 значительно больше, чем каждый диаметр проволок в неполном элементе 12 (фиг. 4). Неполный элемент 12 содержит в любом случае больше двух, предпочтительно много слоев 11 проволочной ткани, предпочтительно занимающих соответственно все поперечное сечение неполного элемента 12. Диаметры d имеющихся в слоях 11 проволочной ткани проволок 19 лежат согласно фиг. 4 в диапазоне D диаметров проволок, простирающемся от минимального диаметра d до максимального диаметра d. Нижняя граница d диаметров проволок лежит около 0,1 мм, тогда как верхняя граница d, предпочтительно, лежит максимум около 1 мм. Диаметр d проволоки 18 промежуточного слоя 15 задан вне этого диапазона D диаметров проволок. Диаметр d проволоки 18 промежуточного слоя 15 по меньшей мере в 1,5 раза больше наибольшего диаметра d диапазона D диаметров проволок. Соответствующее действительно для проволоки 20 облицовочного слоя 16.
Z
В промежуточном слое 15 диаметры отдельных проволок могут чрезвычайно варьироваться. Однако действительно, что по меньшей мере определяющие расстояние между обоими неполными элементами 12, 14 проволоки, как, например, проволока 18, имеют диаметр d вне диапазона D диаметров проволок.
MIN
MAX
MIN
МАХ
Z
MAX
Аналогичные условия относительно размера m ячеек в неполном элементе 12 и в промежуточном слое 15. Размер m ячеек несущих тканых слоев 11 лежит в неполном элементе 12 в диапазоне Μ размера ячеек, простирающемся от минимального размера m ячеек до максимального размера m ячеек. Минимальный размер m ячеек лежит в области одной десятой миллиметра, тогда как максимальный размер m ячеек лежит в области одного миллиметра. Размер m ячеек промежуточного слоя больше, чем максимальный встречающийся в неполном элементе 12 размер m ячеек, предпочтительно по меньшей мере в 1,5 раза больше.
Предпочтительно, для неполного элемента 14 действительны соответствующие условия. При этом, однако, количество слоев 11 проволочной ткани может отличаться от количества слоев 13 проволочной ткани в неполных элементах 12, 14.
Z
На фиг. 5 показана конструкция элемента 10 сброса давления, фрагментарный покомпонентный вид. Как видно, к промежуточному слою 15 с обеих плоских сторон его прилегают слои 11 и 13 проволочной ткани неполных элементов 12 и 14. Они, как уже видно на фиг. 2, могут быть изготовлены с различной толщиной проволок и к тому же иметь различную ориентацию. Наряду с различными толщинами проволок отдельные слои неполных элементов 12 и 14 имеют соответственно, по меньшей мере, предпочтительно, различные размеры m ячеек. В то время как отдельные слои неполных элементов 12, 14 имеют размеры m ячеек, лежащие в диапазоне Μ размера ячеек, размеры mячеек промежуточного слоя 15 лежат вне этого диапазона Μ размера ячеек.
На фиг. 6 показана, предпочтительно неодинаковая, угловая ориентация трех слоев 11 неполного элемента 12. В каждом слое тканая проволочная сетка состоит соответственно из параллельных друг другу проволок основы и нескольких перекрещивающихся с ними параллельных проволок утка. Хотя несовпадающие формы также возможны, неполный элемент 12 в настоящем варианте осуществления выполнен круглым, так что отдельные слои 11 относительно центральной оси 21 представляют собой диски. Вокруг этой центральной оси 21 отдельные слои соответственно повернуты на угол β по отношению друг к другу, так что, например, проволоки утка лежащих друг на друге слоев 11 соответственно повернуты на угол β по отношению друг к другу. Тем самым получается распределенный по поверхности и в каждой контактной поверхности различный рисунок точек соприкосновения, в которых отдельные слои в процессе спекания физически соединены друг с другом. Проволоки одного слоя накрывают ячейки других слоев, так что получается пористый элемент с многократно изогнутыми под углом непрямыми сквозными порами.
На фиг. 7 показано функционирование элемента 10 сброса давления в случае происходящего во внутренней полости 22 корпуса взрыва. В корпусной стенке 23 расположен элемент 10 сброса давления, чтобы позволять быстрое выравнивание давления, начиная из внутренней полости 22, в окружающую среду.
0
1
2
На фиг. 7 показан такой взрыв 24 вблизи корпусной стенки 23, при котором распространяющаяся как скачок уплотнения ударная волна 25 в разные моменты времени показана с помощью трех дуг окружности. В ранний момент времени t ударная волна 25 попадает в элемент 10 сброса давления. Соответственно горячие газы проникают через неполный элемент 12 и в момент времени t попадают на промежуточный слой 15. Здесь впервые возможен большеобъемный поперечный поток, посредством которого скачок давления, как показано стрелками 26, 27, распространяется относительно центральной оси 21 радиально наружу. Распространившаяся ударная волна проникает через второй неполный элемент 14 широким фронтом, как на фиг. 7 показано меньшей кривизной символизирующей ударную волну дуги t окружности. За счет этого элемент сброса давления испытывает проникновение на увеличенной поверхности. Поток концентрируется меньше в центральной области, и общее сопротивление движению потока падает.
Огнезащитный фильтр 10 согласно изобретению имеет два состоящих из слоев 11 проволочной ткани неполных элемента 12, 14, соединенных друг с другом посредством промежуточного слоя 15 из особо крупноячеистой проволочной ткани. Предпочтительно, крупноячеистая тканая проволочная сетка состоит из толстой проволоки. Как диаметр проволоки, так и размер ячеек этого промежуточного слоя 15, предпочтительно, значительно больше, чем размеры ячеек и диаметры проволок использованных для неполных элементов 12, 14 проволок.
Элемент 10 сброса давления согласно изобретению сочетает высокую механическую стойкость с высокой безопасностью по проскоку пламени и одновременно очень низким сопротивлением движению потока.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
10 элемент сброса давления / огнезащитный фильтр
11 слои проволочной ткани
12 первый неполный элемент
13 слои проволочной ткани
14 второй неполный элемент
15 промежуточный слой
16, 17 облицовочные слои
18 проволока промежуточного слоя 15
19 проволока неполного элемента 12
20 проволока облицовочного слоя 16
21 центральная ось
22 внутренняя полость
23 корпусная стенка
24 взрыв
25 ударная волна
26, 27 стрелки
0
2
t-tмоменты времени распространяющейся ударной волны 25
R направление протекания.