КОРПУС С ЗАЛИТЫМ УСТРОЙСТВОМ СБРОСА ДАВЛЕНИЯ
BODY WITH EMBEDDED PRESSURE RELIEF APPARATUS

Предметом изобретения являются литые корпусы, в частности, металлические литые корпусы, по меньшей мере, с телом сброса давления.
В области взрывозащиты известны взрывозащищенные корпусы с устройствами сброса давления.
Для этого DE 10 2013 109 259 A1 описывает корпус с пористым телом, помещенным в приемную часть. Приемной частью может служить стенка или участок стенки взрывозащищенного корпуса. Краевая зона пористого тела соединена с геометрическим замыканием и/или неразъемно с приемной частью 25. Геометрическое замыкание получается путем проникновения материала литья в поры пористого тела, состоящего из нерегулярно расположенных, перевитых друг с другом металлических волокон. Слишком глубокое проникновение материала литья в пористое тело предотвращается с помощью барьера, расположенного в краевой зоне пористого тела. Сам процесс литья – это литье под давлением или процесс литьевого прессования.
Кроме этого, из DE 10 2013 109 260 A1 известно выполнение всех частей корпуса, например, стенки корпуса, крышки корпуса или днища корпуса, из пористого материала, образованного нерегулярно перевитыми друг с другом волокнами.
Крупногабаритные корпусы вида «взрывонепроницаемая оболочка» могут быть выполнены как алюминиевые литые корпусы. Такие корпусы предусматриваются для широкого спектра применения, так что к ним предъявляются высокие требования, например, также к диапазону рабочих температур. Имеющиеся на корпусе зазоры не должны допускать прорыва пламени при любых температурах, возникающих при использовании. Необходимо обеспечить, чтобы пламя, искры или тому подобное, не могли попасть из внутреннего пространства корпуса наружу во взрывоопасное окружающее пространство. Поэтому корпус, а также устройство сброса давления должны выдерживать давление взрыва.
Исходя из этого, задачей изобретения является предоставление корпуса вида «взрывонепроницаемая оболочка», пригодного для широкого диапазона рабочих температур.
Эта задача решается с помощью корпуса по пункту 1 формулы изобретения.
Соответствующий изобретению корпус состоит по меньшей мере из двух частей корпуса, из которых по меньшей мере одна является литая часть, имеющая отверстие для выравнивания давления. В этом отверстии для выравнивания давления расположено тело сброса давления, имеющее две обращенные друг от друга плоские стороны. Одна из плоских сторон контактирует с окружающим пространством, в то время как другая плоская сторона обращена к внутреннему пространству корпуса. Согласно изобретению часть корпуса выполнена так, что она перекрывает тело сброса давления на его обеих плоских сторонах и, таким образом, имеет с ним макроскопическое геометрическое замыкание. Соответственно перекрывающий тело сброса давления участок части корпуса простирается вдоль всего края тела сброса давления предпочтительно непрерывно. Дополнительно имеется микроскопическое геометрическое замыкание, поскольку при изготовлении корпуса жидкий материал корпуса прилегает к шероховатой или пористой поверхности тела сброса давления и также немного проникает в поры. Благодаря этому обеспечивается краевое уплотнение тела сброса давления.
С помощью этого решения тела сброса давления с большой поверхностью могут располагаться в частях корпуса корпусов большого объема, которые могут иметь предпочтительно несколько литров, а также несколько десятков литров внутреннего объема. Соответствующее изобретению решение создает надежную фиксацию тела сброса давления в части корпуса и позволяет сократить толщину стенки корпуса и установить толщину его стенки независимо от толщины тела сброса давления, что может быть использовано для экономии материала и веса. Кроме того, становится возможной механически надежная и одновременно защищенная от прорыва пламени фиксация тел сброса давления с очень большой поверхностью также в корпусах, которые применимы в очень широком диапазоне температур. Это действительно и тогда, когда литая часть изготовлена из материала с очень высоким коэффициентом температурного расширения, такого как, например, алюминий, и когда тело сброса давления имеет существенно отличный от него коэффициент теплового расширения, поскольку оно состоит, например, из нержавеющей стали. Например, тело сброса давления может состоять из нескольких слоев ткани из нержавеющей стали, соединенных друг с другом с помощью процесса спекания. Таким образом, они образуют газопроницаемое, жесткое тело, имеющее другую температурную характеристику по сравнению с алюминиевой литой частью.
Состоящей, например, из алюминия литой частью может быть, в частности, изготовленная литьем под действием силы тяжести, в частности, литьем в песок, литая часть. При этом возникает соединение с геометрическим замыканием между литой частью и телом сброса давления.
Предпочтительно материалы для части корпуса и тела сброса давления выбраны так, что температура плавления материала части корпуса ниже, чем температура плавления тела сброса давления, при этом жидкий материал части корпуса не имеет или имеет лишь малую склонность к смачиванию материала, в частности, поверхности тела сброса давления. При этом под «поверхностью» понимается как видимая снаружи поверхность, так и поверхность проволоки внутри тела, т.е. поверхность пор. Для этого предпочтительно воздерживаются от удаления, в частности, имеющихся на плоских сторонах тела сброса давления слоев оксида или других слоев пассивации. Предпочтительно угол контакта между материалом корпуса и материалом тела сброса давления равен, по меньшей мере, 90° (=π/2), предпочтительно больше, чем 150°. Предпочтительно это исключает смачивание поверхности тела сброса давления жидким материалом стенки (например, алюминием) во время процесса литья, так что заполнение пор с помощью капиллярного воздействия исключается. Также исключается формирование паяного соединения, по меньшей мере, на плоских сторонах или в целом, по меньшей мере, в значительной степени, т.е. зоны легирования между жидким материалом стенки (например, алюминием) и материалом тела сброса давления. Благодаря этому соединение между телом сброса давления и литой частью является как микроскопическим, так и макроскопическим, предпочтительно чисто с геометрическим замыканием. Микродвижения вследствие различных температурных расширений не ведут к разрыву материала и образованию начал трещин. Это обеспечивает механическую целостность корпуса, в частности, соединения между корпусом и телом сброса давления. Таким образом, динамическая нагрузка, в частности, возникающая при взрыве внутри в корпусе нагрузка от давления, возрастает независимо от температуры корпуса. Также может быть точно исключено и лишь временное возникновение и высвобождение зазоров, которые могли бы допустить прорыв пламени вдоль края тела сброса давления. Микроскопическое и макроскопическое сцепление между телом сброса давления и литой частью может допускать микроскопические движения из–за различных тепловых расширений части корпуса и пористого тела, не влияя отрицательно на защиту от прорыва пламени или не приводя к разрывам корпуса.
Но возможно также местами допустить смачивание тела сброса давления жидким материалом стенки, например, на периферийной поверхности периметра тела сброса давления. Она, как поверхность среза, может быть с металлическим блеском. Имеющееся здесь соединение пайкой между материалом корпуса и телом сброса давления может быть безопасным.
Предпочтительно корпус имеет две части корпуса, упирающиеся друг в друга на поверхности раздела, ориентированной параллельно плоским сторонам тела сброса давления. Это позволяет изготовить корпус или, соответственно, часть корпуса в литейной форме для литья под действием силы тяжести, при этом литейная форма должна иметь лишь внешнюю форму и сердцевину, однако не должна иметь подвижные заслонки или тому подобные.
Тело сброса давления представляет собой предпочтительно жесткое тело, состоящее предпочтительно из нескольких соединенных друг с другом с помощью спекания слоев проволочной ткани. Отдельные слои проволочной ткани имеют предпочтительно проволоки основы и проволоки утка, находящиеся друг с другом в полотняном переплетении. Отдельные слои смещены относительно друг друга и/или переплетены, чтобы создать имеющие вид лабиринта проходы для газа. Путем спекания проволоки основы и/или утка отдельных слоев соединены друг с другом, поэтому тело спекания является в значительной мере жестким. Получающийся модуль упругости и/или модуль упругости при изгибе тела сброса давления может отличаться от модуля упругости и/или модуля упругости при изгибе стенки корпуса.
Другие подробности предпочтительных форм исполнения изобретения являются предметом зависимых пунктов, чертежа или описания. Показано:
Фиг. 1 - соответствующий изобретению корпус на схематичном изображении в перспективе,
Фиг. 2 - соответствующий изобретению корпус по фиг. 1 на упрощенном продольном разрезе,
Фиг. 3 - фрагментами увеличенное изображение корпуса по фиг. 2 для наглядного представления места сопряжения между телом сброса давления и корпусом,
Фиг. 4 - место сопряжения между телом сброса давления и корпусом, на увеличенном изображении в разрезе,
Фиг. 5 - еще более увеличенный фрагмент фиг. 4.
На фиг. 1 наглядно изображен корпус 10, выполненный как взрывозащищенный корпус по типу «взрывонепроницаемая оболочка» (ex–d). Он окружает внутреннее пространство 11, видное из фиг. 2, в котором могут быть размещены не показанные наглядно электрические и/или электронные элементы или компоненты, которые могут представлять собой источники воспламенения для имеющейся вне корпуса, способной к взрыву газовой смеси.
К корпусу относятся по меньшей мере две части 12, 13 корпуса, окружающие внутреннее пространство 11. По меньшей мере в одной из обеих частей 12, 13 корпуса выполнено выравнивающее давление отверстие 14, в котором расположено тело 15 сброса давления. Оно является предпочтительно имеющим форму пластины, ровным спеченным телом с первой, обращенной наружу плоской стороной 16 и второй, обращенной к внутреннему пространству 11 плоской стороной 17. Обе плоские стороны 16, 17 занимают предпочтительно соответственно всю поверхность выравнивающего давление отверстия 14 и имеют на всей поверхности отверстия защищенных от прорыва пламени каналов, проходящих через тело 15 сброса давления. Предпочтительно тело 15 сброса давления образовано сваренными друг с другом, или соответственно, соединенными путем спекания ровными слоями из металлической ткани. Металлическая ткань изготовлена предпочтительно из нержавеющей проволоки.
Часть 12 корпуса, как представлено на фиг. 1 и 2, может иметь только одно тело 15 сброса давления или также несколько таких тел сброса давления. Предпочтительно тело 15 сброса давления расположено таким образом, чтобы его плоские стороны 16, 17 были расположены параллельно плоскости 18 раздела, на которой части 12, 13 корпуса упираются друг в друга и на которой они соединены друг с другом. Для этого могут служить все пригодные техники соединения. Для этого на фиг. 1 обозначены винтовые соединения 19. Альтернативно или дополнительно половины 12, 13 корпуса могут быть друг с другом склеены, приварены или прижаты.
Часть 13 корпуса может быть принципиально выполнена аналогично или также, как часть 12 корпуса. В частности, она может содержать одно или несколько тел сброса давления, также соединенных с частью 13 корпуса, как и тело 15 сброса давления соединено с частью 12 корпуса.
Соответствующее изобретению соединение между телом 15 сброса давления и частью 12 корпуса отдельно наглядно представлено на фиг. 3.
Часть 12 корпуса представляет собой это литую часть из полимерного материала или металла, предпочтительно алюминиевую литую часть, изготовленную способом литья под действием силы тяжести, например, способом литья в песок. Она имеет толщину W стенки, которая предпочтительно больше 7 мм и окружает внутреннее пространство размером по меньшей мере в один литр. Стенка корпуса может иметь равномерную толщину или быть снабжена ребрами или прочими придающими жесткость выступами. При этом толщину W стенки следует измерять вне утолщенной области 20, окружающей отверстие 14 сброса давления. Эта утолщенная область 20 имеет внешнюю, предпочтительно, по меньшей мере, участками ровную поверхность 21 и обращенную к внутреннему пространству 11, предпочтительно также, по меньшей мере, участками ровную поверхность 22, между которыми следует измерять толщину D утолщенной области 20. В частности, толщину D, как изображено на фиг. 3, следует измерять в непосредственной близости с периферийной поверхностью 23 тела 15 сброса давления. Периферийная поверхность 23 соединяет внешнюю плоскую сторону 16 с внутренней плоской стороной 17. Она образована, например, поверхностью среза, на которой тело 15 сброса давления вырезано из более крупного композитного материала. Периферийная поверхность 23, как плоская сторона 16 и плоская сторона 17, может иметь открытые поры.
Тело 15 сброса давления краевой зоной 24 заделано в утолщенную область 20 и удерживается в ней. При этом лежащая посередине между плоскими сторонами стенки корпуса средняя плоскость М1 лежит, например, на той же высоте, что и средняя плоскость М2, заключенная посередине между плоскими сторонами 16, 17 тела 15 сброса давления. В этом случае средние плоскости М1, М2 образуют общую плоскость. Однако, также возможно сместить относительно друг друга обе средние плоскости М1, М2, поэтому утолщенная область 20 относительно средней плоскости М1 сформирована асимметрично, и/или тело 15 сброса давления относительно стенки корпуса расположено эксцентрически. Таким образом, может учитываться предпочтительное направление нагрузки от давления, например, когда утолщенная область 20 на своей внешней стороне 21 имеет толщину D1, которая больше, чем толщина D2 утолщенной области 20 на ее внутренней стороне, измеренная соответственно по краевой зоне 24. Однако, у наглядно представленной на фиг. 3 формы исполнения толщины D1 и D2 одинаковые.
Утолщенная область 20 простирается по краевой зоне 24 тела 15 сброса давления на расстояние S1, которое предпочтительно больше по меньшей мере 5 мм. Это расстояние S1 определяет ширину краевой зоны 24, уложенной в утолщенную область 20. Выходя от периферийной поверхности 23, утолщенная область 20 простирается до неутолщенной области стенки корпуса на расстояние S2. Оно предпочтительно точно такое же, как и расстояние S1 или же короче его.
Толщина D1 и/или D2 соответствующей утолщенной области составляет предпочтительно по меньшей мере 4 мм. Измеряемая между обеими плоскими сторонами 16, 17 толщина D3 тела 15 сброса давления может находиться предпочтительно в диапазоне от 2 до 10 мм.
Фиг. 4 показывает соединение между краевой зоной 24 и материалом корпуса на фрагментарном упрощенном изображении. Как видно, материал корпуса примыкает как на плоской стороне 16 (и соответственно 17), так и на периферийной поверхности 23 к телу 15 сброса давления, не проникая глубоко в тело сброса давления. Однако создается микросцепление между материалом корпуса и проволоками тела 15 сброса давления, т.е. геометрическое микрозамыкание.
Температура плавления материала части 12 корпуса ниже, чем температура плавления тела 15 сброса давления. Жидкий материал части 12 корпуса не имеет или имеет лишь малую склонность к смачиванию материала тела 15 сброса давления. Например, это достигается с помощью формирования пары материалов: нержавеющая сталь (для тела 15 сброса давления) и алюминиевый сплав (для части 12 корпуса). Наглядно изображенный на фиг. 5 угол α контакта предпочтительно больше 90°, особенно предпочтительно больше 120°, 150° или 160°. В значительной степени исключено образование зон сплавления и паяных соединений между частью 12 корпуса и телом сброса давления. Поэтому возможны микроскопические относительные движения без возникновения слишком больших локальных напряжений сдвига в структуре части 12 корпуса на поверхности касания между частью 12 корпуса и телом 15 сброса давления. Это исключает образование микротрещин в структуре части корпуса, которые, в противном случае, могли бы привести к растрескиванию и надолго снизить механическую допускаемую нагрузку корпуса, также допускаемую нагрузку импульсами давления.
При описанных условиях часть 12 корпуса можно стабильно и надежно применять в широком диапазоне температур, например, от –60°C до +80°C. Вызванный во внутреннем пространстве 11 взрыв остается ограниченным внутренним пространством 11. Независимо от того, преобладают ли на месте соединения между телом 15 сброса давления и уплотненной областью 20 части 12 корпуса обусловленные температурой напряжение растяжения или сжатия, соответствующие, имеющие вид удара нагрузки давлением не ведут к раскрытию швов или трещинам, через которые могли бы насквозь проходить пламя или раскаленные частицы.
При изготовлении части 12 корпуса тело 15 сброса давления вкладывается в полость литейной формы, и затем формовочный стержень размещается на теле 15 сброса давления. При последующем заполнении жидким материалом корпуса, в частности, металлом, например, алюминием или алюминиевым сплавом, он заполняет имеющийся между формовочным стержнем и литейной формой зазор и формирует, тем самым, часть 12 корпуса, включая утолщенную область 20. В ней жидкий материал корпуса обтекает краевую зону 24 тела 15 сброса давления, при этом он проникает по поверхности в отверстия тела 15 сброса давления. Таким образом, возникает микросцепление. Если тело 15 сброса давления состоит из нержавеющей проволоки, а материалом части 12 корпуса является алюминий или алюминиевый сплав, то это, во всяком случае, местами обычным образом вовсе не приводит к смачиванию между телом 15 сброса давления и жидким металлом части 12 корпуса. Таким образом, поверхностное напряжение жидкого материала формы препятствует более глубокому проникновению материала стенки корпуса в тело 15 сброса давления. Таким образом, и у больших корпусов, требующих значительного времени охлаждения, препятствуют тому, чтобы тело 15 сброса давления заполнялось жидким металлом с помощью капиллярных эффектов и, тем самым, сужалось или закупоривалось. Более того, поры тела 15 сброса давления также и в краевой зоне 24 остаются свободными от алюминия или прочего материала корпуса.
Соответствующий изобретению корпус 10 имеет, по меньшей мере, тело 15 сброса давления, расположенное в выравнивающем давление отверстии 14 одной из частей 12, 13 корпуса. Для закрепления тела 15 сброса давления в, или соответственно, на части 12 корпуса предусмотрена утолщенная область 20, перекрывающая краевую зону тела 15 сброса давления вдоль всей периферийной поверхности 23 тела 15 сброса давления на обеих плоских сторонах 16, 17 тела 15 сброса давления. Получающаяся при этом глубина S1 проникновения, которую следует измерять параллельно плоским сторонам 16, 17, предпочтительно больше, чем толщина D1, D2 охватывающей краевую зону 24 части утолщенной области 20. Тело 15 сброса давления состоит из спеченной проволочной ткани. Благодаря комбинации этих мер достигается как микроскопическое, так и макроскопическое соединение с геометрическим замыканием между телом 15 сброса давления и частью 12 корпуса. Это соединение является стабильным долгое время и прочным на сжатие в широком диапазоне температур.
Ссылочные обозначения:
10
Корпус
11
Внутреннее пространство
12, 13
Части корпуса
14
Выравнивающее давление отверстие
15
Тело сброса давления
16
Внешняя плоская сторона тела 15 сброса давления
17
Внутренняя плоская сторона тела 15 сброса давления
18
Плоскость раздела
W
Толщина стенки части 12 корпуса
19
Винтовые соединения
20
Утолщенная область вокруг выравнивающего давление отверстия 14
21
Внешняя поверхность утолщенной области 20
22
Внутренняя поверхность утолщенной области 20
D
Толщина утолщенной области 20
23
Периферийная поверхность тела 15 сброса давления
M1
Средняя плоскость стенки корпуса
M2
Средняя плоскость тела 15 сброса давления
24
Краевая зона тела 15 сброса давления
D1, D2
Толщина утолщенной области 20
S1
Расстояние, или соответственно, глубина проникновения тела сброса давления в часть 12 корпуса
S2
Расстояние от периферийной поверхности 23 до неутолщенной стенки корпуса