一种基于泡沫金属材料吸收反射波的阻火器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于火灾技术领域，特别涉及一种基于泡沫金属材料吸收反射波的阻火器。
【背景技术】
[0002]阻火器现今被广泛应用于石油、天然气及许多化工领域。阻火器的结构分为阻火芯、阻火器外壳及部件。在阻火芯的两侧存在长数十厘米的空腔，空腔内壁可添加附属物。阻火器旨在在流阻一定的前提下，尽可能提高阻火速度。
[0003]可燃气体在管道内被点燃时，产生向前传播的燃烧波，与管道壁面碰撞会产生反射波。当速度较低时，反射波会干扰波阵面，使湍流燃烧的强度增大，火焰传播速度迅速增加。当速度很高时，燃烧波为爆轰波，反射波(横波)的产生和发展能够促进爆轰波的稳定传播，从而使火焰速度增加。
[0004]泡沫金属材料具有一定的强度，具有“迷宫式”的空隙，且孔隙率很高，能够在极大程度上吸收反射波。金属泡沫材料具有大量的三维贯通孔隙结构，燃烧波波沿迷宫式的小孔道进入到多孔材料内部，在其传播过程中引起包含在孔隙内部气体的振动，与粗糙的孔筋发生摩擦，将一部分能量转化为热能；一部分能量传播至管道刚性壁面又被反射回到多孔材料内部，反射波进入小孔道结构中，再次带动孔道内气体震动与多孔材料粗糙孔筋发生摩擦，能量被继续转化、消耗。如此反复循环，与反射、散射等效应相互作用，有效地消耗燃烧波能，起到抑制反射波产生和发展的作用。
[0005]爆燃至爆轰的转化过程是由冲击波压缩导致的，现有阻火器壁面对冲击波没有吸收作用，因此并不能阻止此过程的发展。某些特定的情况下，阻火器虽然阻火，但是由于爆轰波的传播与高温气体的通过，阻火器下游的气体仍可能被点燃，这种情况下，阻火芯后方的泡沫金属可吸收横波，破坏其爆轰波的结构，使其压力降低。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的在于:由于现有阻火器对爆燃转爆轰的过程没有抑制作用，且对爆轰波结构无破坏作用，因此无法降低火焰速度。针对此不足，在阻火器空腔内壁镶嵌泡沫金属材料，提供一种基于泡沫金属材料吸收反射波的阻火器，能够吸收管道壁面产生的反射波，降低火焰速度，从而使阻火器的性能得到优化，在工业生产中安全性得到提升。
[0007]本实用新型通过以下技术方案实现:一种基于泡沫金属材料吸收反射波的阻火器，该阻火器由外壳、阻火芯及泡沫金属层组成，外壳内部为阻火器空腔，泡沫金属层镶嵌在阻火器空腔内壁上，泡沫金属层为吸能部件，与阻火器空腔内壁保持齐平或略微凸出；阻火芯由外壳的中心部位，并由两侧挤压固定。
[0008]本实用新型的泡沫金属层3为吸能部件，其由泡沫金属材料构成，如现今应用较为广泛的泡沫铝、镍及其合金。泡沫金属材料从结构上可以分为闭孔和通孔两类。由于通孔型泡沫金属具有大量的三维贯通孔隙结构，对反射波的吸收性能优于闭孔型泡沫金属，因此选择通孔型泡沫金属。而不同对孔径尺寸对能量的吸收性能不同，总体上说，孔径尺寸越大，对反射波的吸收性能越差。但是孔径尺寸很小会导致表面波阻抗与气体波阻抗失调，绝大部分燃烧波会在进入空隙之前反射掉。研究表明，孔径尺寸在亚毫米级最佳。
[0009]该阻火器的工作原理如下:当管道内的燃烧波传至管壁贴有泡沫金属层3的位置时，反射波可被吸收，从而降低火焰传播速度。对于低速燃烧波，泡沫金属层3将反射波吸收，从而使湍流火焰的发展程度降低，火焰速度降低；对于爆轰波，其反射波(横波)被吸收，导致冲击波与化学反应区完全解耦，爆轰波速将降低，在某些情况下甚至会出现逆DDT过程，即爆轰波衰减为爆燃波，从而使火焰速度在很大程度上降低。
[0010]本发明所涉及的吸能部件尺寸需要根据所使用的阻火器来合理设计。为减少阻火器本身的流阻，泡沫金属层3需要镶嵌的阻火器空腔壁内，而不是直接固定。为保证阻火器本身的强度，泡沫金属层3厚度为阻火器外壳1厚度的1/5?1/3。理论上讲，泡沫金属层3越长，火焰速度降低程度越大。但是阻火芯2两侧的空腔长度是一定的，因此设计时需根据阻火器空腔长度来确定泡沫金属层的长度。在保证阻火器强度等性能的情况下，其长度越大，阻火效果越好。
[0011 ] 进一步的，所述的泡沫金属层由泡沫金属材料构成，泡沫金属材料为泡沫铝、泡沫镍或泡沫招镍合金。
[0012]进一步的，泡沫金属层厚度为阻火器外壳厚度的1/5?1/3。
[0013]进一步的，根据阻火器空腔长度来确定泡沫金属层的长度。
[0014]本实用新型与现有技术相比的优点在于:
[0015](1)、本实用新型在流阻不变的前提下，可降低火焰速度，换言之，阻火性能提升。
[0016](2)、本实用新型在火焰速度一定的前提下，可以缩短阻火芯的厚度，节省成本，提高生产效率。
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型一种基于泡沫金属材料吸收反射波的阻火器的结构示意图。
[0018]图2为本实用新型实施例1的结构示意图。
[0019]图3为本实用新型实施例2的结构示意图。
[0020]图4为本实用新型实施例3的结构示意图。
[0021]图中附图标记含义为:1为外壳，2为阻火芯，3为泡沫金属层，4为铁丝线圈，5为厚度加倍的泡沫铝材料。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图以及具体实施例进一步说明本发明。
[0023]实施例1:
[0024]如图2所示，本实用新型一种基于泡沫金属材料吸收反射波的阻火器，该阻火器由外壳1、阻火芯2及泡沫金属层3组成。外壳1内部为阻火器空腔，泡沫金属层3为开孔型泡沫铝材料，孔径为30um，镶嵌在阻火器空腔内壁上，与空腔内壁保持齐平或略微凸出，厚度为阻火器外壳1厚度的1/5?1/3 ;阻火芯2由外壳1的大约中心部位，并由两侧挤压固定。阻火器入口直径可设计为d = 50mm,芯片直径为D = 100mm,即扩张比为2.0 ;纵向尺寸 h = 15mm, Η = 180mmo
[0025]实施例2:
[0026]另一种方式，如图3所示，在原有的基础上，将泡沫金属层改为铁丝线圈，由于线圈的易折叠性，可按4所示进行斜面加厚，并由一层铁网进行包覆加固。这种情况下，阻火器的流阻不会发生明显变化，但由于吸能层的加厚，阻火效果提高。阻火器入口直径可设计为d = 100mm,芯片直径为D = 260mm,即扩张比为2.6 ;纵向尺寸h = 20mm，Η = 260mm。
[0027]实施例3:
[0028]如图4所示第三种实施方式，将3为泡沫铝材料，并在原有基础上，在扩张部分将厚度加倍，即5处厚度为阻火器壁厚的2/3_2/5。这种情况下，由于多孔材料的加厚，阻火能力增加。阻火器入口直径可设计为d = 150mm，芯片直径为300mm，扩张比为2.0 ;纵向尺寸h = 25mm, Η = 30mmo
【主权项】
1.一种基于泡沫金属材料吸收反射波的阻火器，其特征在于:该阻火器由外壳(1)、阻火芯(2)及泡沫金属层(3)组成，外壳(1)内部为阻火器空腔，泡沫金属层(3)镶嵌在阻火器空腔内壁上，泡沫金属层(3)为吸能部件，与阻火器空腔内壁保持齐平或略微凸出；阻火芯⑵由外壳⑴的中心部位，并由两侧挤压固定。2.根据权利要求1所述的基于泡沫金属材料吸收反射波的阻火器，其特征在于:所述的泡沫金属层(3)由泡沫金属材料构成，泡沫金属材料为泡沫铝、泡沫镍或泡沫铝镍合金。3.根据权利要求1所述的基于泡沫金属材料吸收反射波的阻火器，其特征在于:泡沫金属层(3)厚度为阻火器外壳(1)厚度的1/5?1/3。4.根据权利要求1所述的基于泡沫金属材料吸收反射波的阻火器，其特征在于:根据阻火器空腔长度来确定泡沫金属层(3)的长度。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于泡沫金属材料吸收反射波的阻火器，该阻火器由外壳(1)、阻火芯(2)及泡沫金属层(3)组成，外壳(1)内部为阻火器空腔，泡沫金属层(3)镶嵌在阻火器空腔内壁上，泡沫金属层(3)为吸能部件，与阻火器空腔内壁保持齐平或略微凸出；阻火芯(2)由外壳(1)的中心部位，并由两侧挤压固定，同时保证气密性。本实用新型能够吸收管道壁面产生的反射波，降低火焰速度，从而使阻火器的性能得到优化。
【IPC分类】A62C4/02
【公开号】CN204996025
【申请号】CN201520729400
【发明人】马宏昊, 王鲁庆, 薛冰, 沈兆武
【申请人】中国科学技术大学
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年9月18日