[實用新型]一種基于泡沫金屬材料吸收反射波的阻火器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201520729400.6
• 申請日: 2015-09-18
• 公開（公告）號: CN204996025U
• 公開（公告）日: 2016-01-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬宏昊;王魯慶;薛冰;沈兆武
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學技術(shù)大學
• 主分類號: A62C4/02
• 分類號: A62C4/02
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;顧煒

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于火災技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于泡沫金屬材料吸收反射波的阻火器。

背景技術(shù)

阻火器現(xiàn)今被廣泛應用于石油、天然氣及許多化工領(lǐng)域。阻火器的結(jié)構(gòu)分為阻火芯、阻火器外殼及部件。在阻火芯的兩側(cè)存在長數(shù)十厘米的空腔，空腔內(nèi)壁可添加附屬物。阻火器旨在在流阻一定的前提下，盡可能提高阻火速度。

可燃氣體在管道內(nèi)被點燃時，產(chǎn)生向前傳播的燃燒波，與管道壁面碰撞會產(chǎn)生反射波。當速度較低時，反射波會干擾波陣面，使湍流燃燒的強度增大，火焰?zhèn)鞑ニ俣妊杆僭黾印．斔俣群芨邥r，燃燒波為爆轟波，反射波(橫波)的產(chǎn)生和發(fā)展能夠促進爆轟波的穩(wěn)定傳播，從而使火焰速度增加。

泡沫金屬材料具有一定的強度，具有“迷宮式”的空隙，且孔隙率很高，能夠在極大程度上吸收反射波。金屬泡沫材料具有大量的三維貫通孔隙結(jié)構(gòu)，燃燒波波沿迷宮式的小孔道進入到多孔材料內(nèi)部，在其傳播過程中引起包含在孔隙內(nèi)部氣體的振動，與粗糙的孔筋發(fā)生摩擦，將一部分能量轉(zhuǎn)化為熱能；一部分能量傳播至管道剛性壁面又被反射回到多孔材料內(nèi)部，反射波進入小孔道結(jié)構(gòu)中，再次帶動孔道內(nèi)氣體震動與多孔材料粗糙孔筋發(fā)生摩擦，能量被繼續(xù)轉(zhuǎn)化、消耗。如此反復循環(huán)，與反射、散射等效應相互作用，有效地消耗燃燒波能，起到抑制反射波產(chǎn)生和發(fā)展的作用。

爆燃至爆轟的轉(zhuǎn)化過程是由沖擊波壓縮導致的，現(xiàn)有阻火器壁面對沖擊波沒有吸收作用，因此并不能阻止此過程的發(fā)展。某些特定的情況下，阻火器雖然阻火，但是由于爆轟波的傳播與高溫氣體的通過，阻火器下游的氣體仍可能被點燃，這種情況下，阻火芯后方的泡沫金屬可吸收橫波，破壞其爆轟波的結(jié)構(gòu)，使其壓力降低。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的在于：由于現(xiàn)有阻火器對爆燃轉(zhuǎn)爆轟的過程沒有抑制作用，且對爆轟波結(jié)構(gòu)無破壞作用，因此無法降低火焰速度。針對此不足，在阻火器空腔內(nèi)壁鑲嵌泡沫金屬材料，提供一種基于泡沫金屬材料吸收反射波的阻火器，能夠吸收管道壁面產(chǎn)生的反射波，降低火焰速度，從而使阻火器的性能得到優(yōu)化，在工業(yè)生產(chǎn)中安全性得到提升。

本實用新型通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：一種基于泡沫金屬材料吸收反射波的阻火器，該阻火器由外殼、阻火芯及泡沫金屬層組成，外殼內(nèi)部為阻火器空腔，泡沫金屬層鑲嵌在阻火器空腔內(nèi)壁上，泡沫金屬層為吸能部件，與阻火器空腔內(nèi)壁保持齊平或略微凸出；阻火芯由外殼的中心部位，并由兩側(cè)擠壓固定。

本實用新型的泡沫金屬層3為吸能部件，其由泡沫金屬材料構(gòu)成，如現(xiàn)今應用較為廣泛的泡沫鋁、鎳及其合金。泡沫金屬材料從結(jié)構(gòu)上可以分為閉孔和通孔兩類。由于通孔型泡沫金屬具有大量的三維貫通孔隙結(jié)構(gòu)，對反射波的吸收性能優(yōu)于閉孔型泡沫金屬，因此選擇通孔型泡沫金屬。而不同對孔徑尺寸對能量的吸收性能不同，總體上說，孔徑尺寸越大，對反射波的吸收性能越差。但是孔徑尺寸很小會導致表面波阻抗與氣體波阻抗失調(diào)，絕大部分燃燒波會在進入空隙之前反射掉。研究表明，孔徑尺寸在亞毫米級最佳。

該阻火器的工作原理如下：當管道內(nèi)的燃燒波傳至管壁貼有泡沫金屬層3的位置時，反射波可被吸收，從而降低火焰?zhèn)鞑ニ俣取τ诘退偃紵ǎ菽饘賹?將反射波吸收，從而使湍流火焰的發(fā)展程度降低，火焰速度降低；對于爆轟波，其反射波(橫波)被吸收，導致沖擊波與化學反應區(qū)完全解耦，爆轟波速將降低，在某些情況下甚至會出現(xiàn)逆DDT過程，即爆轟波衰減為爆燃波，從而使火焰速度在很大程度上降低。

本發(fā)明所涉及的吸能部件尺寸需要根據(jù)所使用的阻火器來合理設(shè)計。為減少阻火器本身的流阻，泡沫金屬層3需要鑲嵌的阻火器空腔壁內(nèi)，而不是直接固定。為保證阻火器本身的強度，泡沫金屬層3厚度為阻火器外殼1厚度的1/5～1/3。理論上講，泡沫金屬層3越長，火焰速度降低程度越大。但是阻火芯2兩側(cè)的空腔長度是一定的，因此設(shè)計時需根據(jù)阻火器空腔長度來確定泡沫金屬層的長度。在保證阻火器強度等性能的情況下，其長度越大，阻火效果越好。

進一步的，所述的泡沫金屬層由泡沫金屬材料構(gòu)成，泡沫金屬材料為泡沫鋁、泡沫鎳或泡沫鋁鎳合金。

進一步的，泡沫金屬層厚度為阻火器外殼厚度的1/5～1/3。

進一步的，根據(jù)阻火器空腔長度來確定泡沫金屬層的長度。

本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：

(1)、本實用新型在流阻不變的前提下，可降低火焰速度，換言之，阻火性能提升。

(2)、本實用新型在火焰速度一定的前提下，可以縮短阻火芯的厚度，節(jié)省成本，提高生產(chǎn)效率。

附圖說明

圖1為本實用新型一種基于泡沫金屬材料吸收反射波的阻火器的結(jié)構(gòu)示意圖。