Modellgestützte Optimierung des Schutzsystems Explosionsklappe zur kontrollierten Druckentlastung verfahrenstechnischer Apparate bei Staubexplosionen

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Die Explosionsdruckentlastung mit Hilfe von Explosionsklappen ist eine weit verbreitete Technik, um die schädigende Wirkung von (Staub)explosionen auf Anlagen oder Gebäude zu begrenzen. Explosionsklappen haben Vor- und Nachteile gegenüber alternativen Systemen wie z.B. Berstscheiben. Solche Nachteile sind die Massenträgheit der Klappen, die Gefahr des Klappenabrisses aufgrund zu schwach ausgelegter Scharniere, störende Aufbauten auf Decken, Dächern oder Dachböden aufgrund der Präsenz von Explosionsklappen oder etwa Klappenverschlüsse, deren mechanische Eigenschaften das reproduzierbare, präzise Öffnen von Explosionsklappen bei einem definierten Ansprechdruck unmöglich machen.

Gegenstand dieser Arbeit ist die Entwicklung von Lösungen, um Explosisonsklappen im Hinblick auf die genannten Nachteile zu optimieren.

Basierend auf einer experimentellen Untersuchung der Kraftwirkung auf Explosionsklappenscharniere in Abhängigkeit von Klappenträgheitsmoment und Explosionsheftigkeit wird eine Modellrechnung entwickelt, mit der die mechanischen Größen, die während des Druckentlastungsvorganges an einer Explosisonsklappe auftreten, beschrieben werden können. Unter anderem liefert das Modell für jeden Zeitpunkt Winkelgeschwindigkeit und -beschleunigung der Klappe und damit die an den Klappenscharnieren angreifenden Kräfte. Dadurch ist es möglich, bereits während der Konstruktion von Explosionsklappen die zugehörigen Scharniere ausreichend stark auszulegen.

Ein Verfahren für die Reichweitenberechnung abgerissener Explosionsklappen wird aufgezeigt: Sind Scharnierbruchlasten bekannt, liefert das Modell definierte Anfangsbedingungen für eine numerische Flugbahnberechnung. Der Entstehungsprozess eines Explosionsklappentypus wird beschrieben, der ohne Aufbauten auf und um die Entlastungsöffnung herum auskommt. Für die Planung dieser Explosionsklappe wird die oben erwähnte Modellrechnung genutzt.

Eine neuartige Explosionsklappe mit einem elektromagnetischen Verschluss wird unter Anwendung des eingangs beschriebenen Modells entwickelt. Die elektronische Klappensteuerung nutzt ein vom zu schützenden Behälter kommendes Druckmesssignal, um den Klappenverschluss bei Erreichen des Ansprechdrucks sehr schnell abzuschalten. Mit dieser Technik ist der Ansprechdruck präzise einstell-, realisier- und sehr gut reproduzierbar.

Weiterhin wird dargelegt, wie mit Hilfe der eingangs erwähnten Modellrechnung EU-Baumusterprüfungen von Explosionsklappen großer Dimension im Modellmaßstab durchgeführt werden können.

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Dokumententyp:
Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Fakultäten und Einrichtungen:
Fakultät für Maschinenbau und Sicherheitstechnik » Sicherheitstechnik » Dissertationen
Dewey Dezimal-Klassifikation:
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 600 Technik
Beitragender:
Barth, Uli [Betreuer(in), Doktorvater]
Sprache:
Deutsch
Kollektion / Status:
Dissertationen / Dokument veröffentlicht
Promotionsantrag am:
22.06.2019
Dateien geändert am:
06.04.2020
Datum der Promotion:
13.02.2020
Medientyp:
Text