Огнепреградитель
Огнепреградитель (ОП) предназначен для гашения паровоздушных горючих смесей, например, в сбросных свечах и позволяет снизить сопротивления потоку газовой смеси, уменьшить габариты ОП, повысить время сохранения работоспособности при воздействии пламени. В корпусе ОП с входным и выходным отверстиями установлены в осевом направлении огнепреграждающие элементы (ОЭ) с бипористой структурой, содержащие группу открытых крупных пор для протекания газа и дополнительно группу открытых мелких пор или капилляров в перемычках пор для заполнения жидкостью за счет капиллярного эффекта. Между ОЭ и корпусом расположены перегородки из малопроницаемого для газа изделия или материала с каналами для прохода газа, которые выполнены в разных перегородках с образованием зигзагообразного лабиринта. Огнепреграждающие элементы и перегородки частично погружены в жидкость ванны, образованной в нижней части корпуса. В огнепреграждающих элементах в направлении от входного к выходному отверстиям корпуса наибольший размер поровых каналов увеличен. ОЭ могут быть выполнены из высокопористого открытоячеистого термостойкого материала на основе дублирования структуры открытоячеистого пенополиуретана из керамики или металла (ВПЯМ). Перегородки могут быть выполнены из проницаемого для жидкости изделия с мелкими порами или капиллярам для заполнения жидкостью за счет капиллярного эффекта, например, прессованных волокон, или ткани, или войлока из керамики или металла. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Область применения - противопожарная техника, используемая для гашения паровоздушных горючих смесей, например, в сбросных свечах.
Известен огнепреградитель (ОП), содержащий проницаемые для потока газа огнепреграждающие насадки (элементы) (ОЭ). ОЭ имеют высокое сопротивление потоку газовой среды, т.к. для ОЭ используют пористые изделия - в виде засыпки мелкозернистого тугоплавкого материала, пористую металлокерамику с пористость не более 30...50%, сетки, волокнистые материалы. Для огнепреграждения быстрогорящих смесей, например водород-кислород (воздух), необходим ОЭ с размером каналов до 0,02 мм в зависимости от рабочего давления при условии постоянства критерия Пекле = 65. Габариты ОЭ и ОП при этом должны быть значительны при больших расходах среды. Чтобы ОЭ не прогорали, толщина их должна быть значительной, а это увеличивает сопротивление потоку среды.
Задача изобретения - снижение сопротивления потоку газовой смеси, уменьшение габаритов ОП, повышение времени сохранения работоспособности при воздействии пламени. Поставленная задача решается тем, в огнепреградителе, содержащем огнепреграждающие элементы, выполненные из проницаемого для газа пористого изделия, расположенные в корпусе с входным и выходным отверстиями, огнепреграждающие элементы выполнены с бипористой структурой и содержат группу открытых "крупных" пор для протекания газа и дополнительно группу открытых "мелких" пор или капилляров в перемычках пор для заполнения жидкостью за счет капиллярного эффекта, а между огнепреграждающими элементами и корпусом расположены перегородки из малопроницаемого для газа изделия или материала с каналами для прохода газа, которые выполнены в разных перегородках так, что образуют зигзагообразный лабиринт для прохода газа, а огнепреграждающие элементы и перегородки частично погружены в жидкость ванны, кроме того:
- в огнепреграждающих элементах в направлении от входного к выходному отверстиям корпуса наибольший размер поровых каналов увеличивают,
- огнепреграждающие элементы выполнены из высокопористого открытоячеистого термостойкого материала на основе дублирования структуры открытоячеистого пенополиуретана из керамики или металла,
- перегородки выполнены из проницаемого для жидкости изделия с "мелкими" порами или капиллярам для заполнения жидкостью за счет капиллярного эффекта, например, прессованных волокон, или ткани, или войлока из керамики или металла.
На чертеже показан поперечный разрез ОП.
ОП содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 отверстиями, в котором установлены в осевом направлении ОЭ 4, 5, 6, все или часть из них выполнены с бипористой структурой (БС) и содержат группу открытых "крупных" пор для протекания газа и дополнительно группу открытых "мелких" (микро) пор или капилляров в перемычках пор для заполнения жидкостью за счет капиллярного эффекта. Между ОЭ 4, 5, 6 и между ОЭ 4, 6 и корпусом 1 расположены перегородки (П) 7, 8, 9, 10 из малопроницаемого (или непроницаемого) для газа изделия или материала с каналами (К) 11, 12, 13, 14 для прохода газа, которые выполнены в разных П так, что образуют зигзагообразный лабиринт для прохода газа. ОЭ 4, 5, 6 и П 7, 8, 9, 10 частично погружены в негорючую жидкость 15 ванны 16, образованную в нижней части 17 корпуса 1. В ОЭ 4, 5, 6, в направлении от входного 2 к выходному 3 отверстиям корпуса 1 наибольший размер поровых каналов увеличивают.
ОЭ 4, 5, 6, могут быть выполнены из высокопористого открытоячеистого термостойкого материала на основе дублирования структуры открытоячеистого пенополиуретана из керамики или металла (ВПЯМ) на основе дублирования структуры открытоячеистого пенополиуретана (см. Пористые проницаемые материалы. Справочник. Под ред. Белова С.В. - М: Металлургия, 1987, 383 с.). Материал обладает очень низким сопротивлением потоку газа. Это может быть тугоплавкий керамический и металлический материал. Отличие этого материала от всех известных в том, что пористость его составляет до 95...98%, а внутренняя структура имеет канальную пористость. Применение в качестве ОЭ ВПЯМ с БС является новым. Здесь уникальное сочетание свойств - низкое сопротивление потоку газа и возможность смачивания насыщения микропорового пространства и наружной поверхности пор негорючей жидкостью за счет капиллярного эффекта. При этом эффект смачивания поддерживается автоматически, пока есть негорючая жидкость 16 в ванне 15.
П 7, 8, 9, 10 могут быть выполнены из проницаемого для жидкости изделия с "мелкими" порами или капиллярам для заполнения жидкостью за счет капиллярного эффекта, например, прессованных волокон, или ткани, или войлока из керамики или металла. Жидкость свободно может перетекать через зазоры сопряжения "П 7, 8, 9, 10 - корпус 1" (или в П 7, 8, 9, 10 выполнены специальные каналы для взаимного перетока жидкости). При этом вышеуказанный зазор не должен превышать гарантированный размер пор для ОЭ, который стоит за ним по потоку.
ОЭ 4, 5, 6 имеют зазор сопряжений с корпусом 1, меньший в несколько раз, чем наибольший размер пор стоящего перед ним ОЭ в осевом направлении от входного 2 к выходному 3 отверстиям корпуса 1 для исключения проскока пламени через зазор сопряжения.
Работа устройства.
Газовая смесь подается к входному отверстию 2, проходит через сеть пор ОЭ 4, 5, 6 к выходному отверстию 3 корпуса 1. При загорании газовой смеси у выходного отверстия 3 основное термическое воздействие принимает на себя ОЭ 6, толщина и наибольший размер пор которого выбраны наибольшими из соображения наибольшого времени сохранения работоспособности при воздействии пламени, причем наибольший размер пор ОЭ 5 может быть большим гарантированного размера пор, а для ОЭ 6 - большим критического размера пор. Возможные проскоки пламени через ОЭ 6 гасятся в ОЭ 5, а если проскок будет и через него, то пламя гарантированно задерживается ОЭ 4, который имеет размер пор меньше или равный гарантированному размеру пор из условия критерия Пекле. Назначение ОЭ 5, 6 в отрыве пламени от основного ОЭ 4 и локализации его основного термического воздействия на ОЭ 5, 6. При этом надежность и долговечность ОЭ 4 значительно возрастает. Принцип отрыва пламени от основного ОЭ 4 и локализации его на вспомогательных более крупнопористых ОЭ 5, 6 позволяет значительно продлить время сохранения работоспособности при воздействии пламени ОЭ 4, так как есть возможность выполнить его небольшой толщины для снижения сопротивлению потоку газовой смеси и исключить перегрев, преждевременное прогарание. Это повышает долговечность ОП в целом.
Применение для ОЭ 4, 5, 6, ВПЯМ позволяет значительно снизить сопротивление потоку газовой смеси и уменьшить габариты ОП. Применение данного материала в ОП неизвестно. Пористостью в 95...98% не обладает ни один известный материал для ОП, поэтому применение ВПЯМ является новым и позволяет достигнуть эффекта значительного снижения сопротивления потоку газа и снизить габариты ОП по сравнению с применением традиционных пористых материалов. Наличие канальной пористости, присущей только этому материалу, способствует распространению пламени не только в осевом направлении, но и в перпендикулярном оси направлении, что увеличивает путь пламени и способствует более быстрому его гашению. При этом происходит разгрузка по давлению изнутри пористого изделия и увеличение его газопроницаемости, что способствует гашению пламени. "Эффективным способом сокращения продолжительности существования стационарных пламен и даже полного предотвращения их образования является увеличение газопроницаемости ОЭ и снижения роста давления в оболочке, называемое разгрузкой давления". (см. Розловскимй А.И. Основы техники взрывобезопасности при работе с горючими газами. - М.: Химия, 1980, с.327). В настоящее время можно получать ВПЯМ от 5 до 0,1 мм для ОЭ для различных смесей газов. Расположение перегородок (П) 7, 8, 9, 10 между ОЭ 4, 5, 6, и корпусом 1 из малопроницаемого для газа изделия или материала с каналами (К) 11, 12, 13, 14 для прохода газа, которые выполнены в разных П так, что образуют зигзагообразный лабиринт для прохода газа, увеличивают путь для проскока пламени по сложному зигзагообразному лабиринту, что способствует его гашению, при этом уменьшаются габариты ОЭ 4, 5, 6 по толщине, т.к. путь пламени идет не нормально, а под углом к торцам ОЭ 4, 5, 6. Выполнение ОЭ 4, 5, 6 с БС и наличием группы открытых "мелких" пор или капилляров в перемычках пор для заполнения негорючей жидкостью за счет капиллярного эффекта обеспечивает постоянное смачивание всей наружной и внутренней поверхности перемычек пор ОЭ 4, 5, 6. При проникновении пламени негорючая жидкость нагревается и превращается в пар, при этом происходит потеря энергии и охлаждение пламени и его затухание. Испаренная влага немедленно восстанавливается, т.к. поступает автоматически из ванны 15 по капиллярам и микропорам ко всей поверхности перемычек пор.
Так как П 7, 8, 9, 10 могут иметь группу открытых "мелких" (микро) пор или капилляров для заполнения негорючей жидкостью за счет капиллярного эффекта и частично погружены в негорючую жидкость 15 ванны 16, то они также смачиваются и улучшают смачивание ОЭ 4, 5, 6 и способствуют охлаждению пламени.
Огнепреградитель обладает крайне низким сопротивлением потоку газу, имеет малые габариты, повышенное временя сохранения работоспособности при воздействии пламени за счет пропитки негорючей жидкостью ОЭ и увеличения пути проскока пламени по зигзагообразному лабиринту и развитой внутренней канальной пористости ОЭ.
Огнепреградитель может использоваться в различных отраслях народного хозяйства.
1. Огнепреградитель, содержащий огнепреграждающие элементы, выполненные из проницаемого для газа пористого изделия, расположенные в корпусе с входным и выходным отверстиями, отличающийся тем, что огнепреграждающие элементы выполнены с бипористой структурой и содержат группу открытых крупных пор для протекания газа и дополнительно группу открытых мелких пор или капилляров в перемычках пор для заполнения жидкостью за счет капиллярного эффекта, а между огнепреграждающими элементами и корпусом расположены перегородки из малопроницаемого для газа изделия или материала с каналами для прохода газа, которые выполнены в разных перегородках так, что образуют зигзагообразный лабиринт для прохода газа, а огнепреграждающие элементы и перегородки частично погружены в негорючую жидкость ванны.
2. Огнепреградитель по п.1, отличающийся тем, что в огнепреграждающих элементах в направлении от входного к выходному отверстиям корпуса наибольший размер поровых каналов увеличивают.
3. Огнепреградитель по п.1, отличающийся тем, что огнепреграждающие элементы выполнены из высокопористого открытоячеистого термостойкого материала на основе дублирования структуры открытоячеистого пенополиуретана из керамики или металла.
4. Огнепреградитель по п.1, отличающийся тем, что перегородки выполнены из проницаемого для жидкости изделия с мелкими порами или капиллярами для заполнения жидкостью за счет капиллярного эффекта, например, прессованных волокон или ткани, или войлока из керамики или металла.
