La présente invention a pour objet une enveloppe de sécurité pour un équipement pouvant produire une explosion et concerne plus particulièrement la protection d'un équipement des conséquences d'une explosion intérieure et des flammes qui lui sont associées.
La solution traditionnelle à cette protection implique l'utilisation d'enveloppes qui sont rigoureusement déterminées en ce qui concerne la résistance, les ouvertures vers l'atmosphère, etc. Par exemple, la description de British Standard N" 229 qui se rapporte à ce sujet nécessite qu'une enveloppe d'équipement résistant aux flammes soit assez forte pour contenir une pression d'explosion intérieure de l'ordre de 7 kg/cm2 et détermine également les jeux, tels que ceux entourant les arbres traversant l'enveloppe, qui doivent être obtenus pour empêcher le passage des flammes. Cependant, une telle détermination est désavantageuse, augmentant de manière importante le poids et le coût de l'équipement.
Une solution plus récente pour résister aux flammes a impliqué l'utilisation de ce qu'on appelle des barrières de flammes. Une barrière de flammes consiste fondamentalement en un réseau métallique ou une autre matière poreuse qui permettra le passage de gaz à travers elle, tout en empêchant le passage de flammes. Une telle barrière est incorporée dans la paroi de l'enveloppe de l'équipement qui doit être utilisé dans une atmosphère inflammable et peut causer une explosion. Ensuite, si l'allumage du gaz se produisait à l'intérieur du carter, les produits gazeux de l'explosion peuvent s'échapper, tandis que la flamme ne peut pas se propager au-delà du carter vers l'atmosphère extérieure où une explosion et du feu supplémentaires pourraient se produire.
Cependant cette solution n'est pas totalement satisfaisante du fait que la barrière de flammes permettra l'entrée de poussière, de gaz corrosif, d'eau ou d'autres matières étrangères à l'équipement, et peut être rendue elle-même moins efficace à moins d'être contrôlée et nettoyée fréquemment. Cette difficulté peut être réduite dans une certaine proportion en ménageant un couvercle pour la barrière de flammes qui s'ouvre à la suite d'une élévation de pression à l'intérieur du carter associé. Cependant, on remarquera que ceci entraîne encore la nécessité d'un contrôle fréquent pour garantir que le couvercle est capable de s'ouvrir et un problème existe encore en ce qui concerne l'entrée de matières étrangères.
L'objet de l'invention est une enveloppe de sécurité pour équipement pouvant produire une explosion, caractérisée en ce qu'elle comprend des parois formant une enceinte sans orifice,
I'intérieur de l'enceinte présentant deux compartiments, un compartiment servant à loger l'équipement, L'autre compartiment constituant une chambre d'expansion pour les gaz résultant de la combustion et de l'explosion, et l'espace libre du second compartiment étant d'un volume au moins égal à l'espace libre du premier compartiment quand il est occupé par l'équipement, et un pare-flamme perméable aux gaz et absorbant la chaleur permettant le passage des gaz du premier compartiment au second.
Ain si, si l'équipement produit une explosion dans l'enveloppe, les produits gazeux de l'explosion peuvent passer à travers le pareflamme dans la chambre d'expansion et réduire ainsi l'élévation de pression qui pourrait autrement fracturer l'enveloppe. Un autre facteur contribuant à réduire cette élévation de pression provient de la propriété d'absorber la chaleur du pare-flamme qui agit pour refroidir les gaz. On peut noter aussi que toute flamme est contenue dans le compartiment de l'équipement, puisqu'elle ne peut pas passer dans la chambre d'expansion à travers le pareflamme, et ne peut pas passer dans l'atmosphère extérieure par suite de l'absence d'orifices dans l'enveloppe.
Si l'espace libre de la chambre d'expansion est d'un volume au moins égal à celui de compartiment d'équipement quand il est occupé par cet équipement, les propriétés de l'enveloppe sont suffisantes pour permettre une réduction importante de la résistance des parois de l'enveloppe comparée à la résistance qui serait nécessaire par ailleurs pour éviter une fracture par explosion.
Le dispositif pare-flamme peut être incorporé à une cloison et constitué par exemple d'un treillis métallique. En variante, le pare-flamme peut être constitué d'un corps de matériau mousse poreux dont les vides libres constituent la chambre d'expansion.
Un tel matériau mousse est de préférence un métal pour sa capacité à absorber la chaleur comprenant de préférence au moins 20 pores/cm.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemples, différentes formes d'exécution de l'enveloppe objet de la présente invention.
La fig. I représente schématiquement une première forme d'exécution.
La fig. 2 représente également schématiquement une variante de la fig. 1 comportant une barrière de flammes en forme de bloc.
La fig. 3 représente une autre forme d'exécution.
La fig. 4 représente une variante de la fig. 3.
La forme d'exécution de la fig. 1 comporte une première enceinte 1 renfermant un équipement 2 tel que des instruments électriques, et une seconde partie de logement ou couvercle 3 de forme creuse. L'enceinte et le couvercle sont munis de brides ou agencés d'une autre manière autour de leurs bords associés pour faciliter la liaison étanche en 4, pour former une enceinte unifiée.
En même temps une cloison 5 comportant une zone de métal déployé ou mousse 6 est située entre l'enceinte et le couvercle pour servir de barrière de flammes séparant l'espace libre 7 à l'intérieur de l'enceinte de celui 8 à l'intérieur du couvercle.
On peut noter que l'espace 8 est normalement plus grand que l'espace 7.
La fig. 2 représente une variante de la fig. 1 dans laquelle la barrière de flammes de la cloison est remplacée par un bloc de métal mousse poreux 9 servant à remplir pratiquement l'espace 8 du couvercle. Le bloc 9 peut être mis en place de n'importe quelle manière, par exemple il peut être collé ou fixé d'une autre manière dans l'espace du couvercle ou en ménageant un bord solide pour l'emprisonner entre l'enceinte et les bords du couvercle par exemple, de sorte que le bloc est fixé en permanence ou amoviblement en place.
L'espace libre à l'intérieur du bloc 9 serait évidemment semblable à l'espace 8 en fig. 1 de sorte que le volume total du bloc sera normalement plus grand que l'espace 8 et impliquera un couvercle également plus grand.
La forme d'exécution de la fig. 3 représente un moteur électrique ou similaire présentant une enceinte 10 renfermant un stator annulaire 1 1 disposé autour d'un rotor 12 à partir duquel un arbre 13 traverse l'enceinte. L'arbre passe à travers un palier 14 de manière impenétrable aux flammes de sorte que l'enceinte est efficacement fermée dans le but poursuivi.
Une enceinte secondaire 15 de forme annulaire est placée autour de l'arbre à l'intérieur du carter pour former et séparer un espace de dilatation 16 par rapport à l'espace libre restant 17 dans la première enceinte. L'enceinte secondaire est partiellement formée par une zone annulaire 18 de métal déployé ou mousse regardant axialement vers l'intérieur par rapport au rotor.
Les mêmes considérations que précédemment en ce qui concerne les proportions de volume et d'espace 16 et 17 s'appliquent dans ce cas. L'enceinte 15 peut également être remplacée par un bloc annulaire 19 de métal mousse poreux disposé convenablement dans le carter du moteur et le couvercle 10a comme indiqué en fig. 4.
L'enveloppe décrite est applicable en particulier à des situa
tions où l'équipement est utilisé dans des conditions industrielles sévères et où une absence de protection si un allumage se produi
sait à l'intérieur de l'équipement pourrait provoquer du feu ou
une explosion. Un exemple type d'équipements à protéger est un
équipement électrique et un équipement présentant des parties mobiles avec des risques d'allumage par étincelle ou autres. Un
exemple principal d'un tel équipement est représenté par des mo
teurs électriques qui constituent un des articles potentiellement
soumis à des risques étant habituellement utilisés dans des condi
tions atmosphériques inflammables.
Les avantages de l'enveloppe décrite découlent de l'absence d'exigence stricte pour des boîtiers et enceintes lourds et coûteux et l'atténuation des difficultés concernant l'entrée de matières étrangères et la nécessité d'inspections fréquentes qui en découlent.
Le dispositif décrit permet normalement de monter une bar rière de flammes à l'entrée d'un récipient creux de forme et de volume tels qu'elle s'ajustera à l'intérieur d'un carter d'équipement réellement fermé, ou formera un prolongement pour fermer un carter qui est autrement ouvert. Dans ce but, le dessin normal ou précédent d'un carter peut devoir être modifié de sorte qu'un récipient de volume adéquat peut être inséré ou ajouté. Cette modification peut également être souhaitable pour réduire le volume libre enfermé qui doit être protégé, c'est-à-dire le volume libre enfermé total moins le volume du récipient.
La fonction du récipient est premièrement d'agir comme un réservoir capable de contenir sans développement d'une pression excessive, des gaz d'explosion qui sont accumulés à travers la barrière de flammes. Secondairement, le récipient peut servir à réduire ou diminuer l'espace fermé qui nécessite une protection. Le récipient puisse être de n'importe quelle forme pourvu que son volume permette de garantir une pression d'explosion suffisamment basse.
Bien qu'il peut être avantageux d'utiliser un récipient comme décrit ci-dessus, ceci n'est pas essentiel. S'il y a un espace libre suffisant à l'intérieur d'une enceinte, il peut être possible d'ajuster une barrière de flammes de forme appropriée pour séparer cet espace dans des proportions appropriées comme par exemple entre des régions dans lesquelles existent et n'existent pas des risques d'explosion. Les barrières de flammes peuvent également être ajustées comme parois de séparation ou dans des parois de séparation d'un équipement construit sous forme d'une combinaison de parties distinctes, tel que le cas se rencontre fréquemment dans des constructions de tableaux de commande sur des bâtis à casiers. Naturellement, dans ce dernier cas, les barrières de flammes ne devraient pas être dans les parois extérieures de l'ensemble.
La barrière de flammes est de préférence en métal ou en une autre matière présentant une bonne conductivité thermique. Ceci est avantageux du fait que les gaz d'explosion sont refroidis en traversant la barrière avec une réduction de pression résultante.
La forme la plus conventionnelle de réseaux étendus ou autres à partir d'un matériau métallique pour barrières de flammes est bien adaptée à l'utilisation dans la présente enveloppe, bien que les matériaux en métal mousse poreux développés récemment puissent se montrer également utilisables. En effet, cette dernière matière donne la possibilité supplémentaire de fournir un espace de dilatation en forme d'un bloc de matière à l'intérieur d'une enceinte d'équipement plutôt que par l'utilisation d'une séparation formant barrière de flammes entre l'espace d'équipement et l'espace de dilatation dans une enceinte telle que mentionnée ci-dessus.
On remarquera évidemment que cette matière mousse présentera une dimension de pore qui permet le passage de gaz mais pas de flamme. Une telle dimension de pore peut être normalement d'au moins 20 pores sur une longueur d'un centimètre.
Il est utile d'illustrer l'efficacité de l'enveloppe par un exemple.
L'explosion d'un mélange propane-air à 4% par volume à l'intérieur d'une enceinte de 9440 cm3 produira une pression maximum d'environ 7 kg/cm2. Si ce mélange explose dans le même volume mais est dispersé dans un récipient de 28320 cm3 au moyen d'une barrière de flammes qui ne produit pas de refroidissement important, la pression maximum serait d'environ 1,75 kg/cm2. Des essais exécutés avec cette dernière disposition mais en utilisant une barrière métallique, ont provoqué une pression de 0,5 kg/cm2 seulement. Dans un autre essai utilisant les mêmes volumes avec une barrière de refroidissement, un mélange éthylène/air à 6,5% par volume brûlant plus rapidement a explosé pour produire une pression d'environ 0,63 kg/cm2. Naturellement, si le rapport 3:1 du rapport enceinte à récipient dans les exemples ci-dessus était augmenté, la pression d'explosion résultante diminuerait en conséquence.
The subject of the present invention is a safety enclosure for equipment capable of producing an explosion and more particularly relates to the protection of equipment from the consequences of an internal explosion and the flames associated with it.
The traditional solution to this protection involves the use of enclosures which are rigorously determined with regard to resistance, openings to the atmosphere, etc. For example, the description of British Standard No. 229 which relates to this subject requires that an envelope of flame resistant equipment be strong enough to contain an internal explosion pressure of the order of 7 kg / cm2 and determines also the clearances, such as those surrounding trees passing through the casing, which must be obtained to prevent the passage of flames.However, such a determination is disadvantageous, greatly increasing the weight and cost of the equipment.
A more recent solution to resist flames has involved the use of so called flame barriers. A flame barrier is basically a metallic lattice or other porous material that will allow the passage of gas through it, while preventing the passage of flames. Such a barrier is incorporated into the wall of the enclosure of equipment which is to be used in a flammable atmosphere and may cause an explosion. Then, if the ignition of the gas occurs inside the crankcase, the gaseous products of the explosion can escape, while the flame cannot propagate beyond the crankcase towards the external atmosphere where a additional explosion and fire could occur.
However, this solution is not entirely satisfactory since the flame barrier will allow the entry of dust, corrosive gas, water or other material foreign to the equipment, and may itself be made less efficient. unless inspected and cleaned frequently. This difficulty can be reduced to a certain extent by providing a cover for the flame barrier which opens following a rise in pressure inside the associated casing. However, it will be appreciated that this still results in the need for frequent checking to ensure that the cover is able to open and a problem still exists with the entry of foreign material.
The object of the invention is a safety enclosure for equipment capable of producing an explosion, characterized in that it comprises walls forming an enclosure without orifice,
The interior of the enclosure having two compartments, one compartment used to house the equipment, the other compartment constituting an expansion chamber for the gases resulting from combustion and explosion, and the free space of the second compartment having a volume at least equal to the free space of the first compartment when it is occupied by the equipment, and a gas-permeable and heat-absorbing flame arrester allowing the passage of gases from the first compartment to the second.
So, if the equipment causes an explosion in the envelope, the gaseous products of the explosion can pass through the flame arrester into the expansion chamber and thereby reduce the pressure build-up which could otherwise fracture the envelope. Another factor contributing to reducing this pressure rise comes from the heat absorbing property of the flame arrester which acts to cool the gases. It may also be noted that any flame is contained in the equipment compartment, since it cannot pass into the expansion chamber through the flame arrester, and cannot pass into the outside atmosphere as a result of the absence of openings in the casing.
If the free space of the expansion chamber is of a volume at least equal to that of the equipment compartment when occupied by this equipment, the properties of the envelope are sufficient to allow a significant reduction in resistance of the walls of the casing compared to the resistance which would otherwise be necessary to avoid an explosion fracture.
The flame arrestor device can be incorporated into a partition and consist, for example, of a metal mesh. As a variant, the flame arrester may consist of a body of porous foam material, the free voids of which constitute the expansion chamber.
Such a foam material is preferably a metal for its capacity to absorb heat preferably comprising at least 20 pores / cm.
The appended drawing represents, by way of examples, various embodiments of the envelope which is the subject of the present invention.
Fig. I schematically represents a first embodiment.
Fig. 2 also shows schematically a variant of FIG. 1 with a block-shaped flame barrier.
Fig. 3 shows another embodiment.
Fig. 4 shows a variant of FIG. 3.
The embodiment of FIG. 1 comprises a first enclosure 1 containing equipment 2 such as electrical instruments, and a second housing part or cover 3 of hollow shape. The enclosure and the cover are flanged or otherwise arranged around their associated edges to facilitate the sealed connection at 4, to form a unified enclosure.
At the same time a partition 5 comprising an area of expanded metal or foam 6 is located between the enclosure and the cover to serve as a flame barrier separating the free space 7 inside the enclosure from that 8 to the inside the cover.
It can be noted that space 8 is normally larger than space 7.
Fig. 2 shows a variant of FIG. 1 in which the flame barrier of the partition is replaced by a block of porous foamed metal 9 serving to substantially fill the space 8 of the cover. The block 9 can be put in place in any way, for example it can be glued or fixed in some other way in the space of the cover or by leaving a solid edge to trap it between the enclosure and the edges of the cover for example, so that the block is permanently or removably fixed in place.
The free space inside the block 9 would obviously be similar to the space 8 in fig. 1 so that the total volume of the block will normally be larger than the space 8 and will imply a cover also larger.
The embodiment of FIG. 3 shows an electric motor or the like having an enclosure 10 containing an annular stator 11 arranged around a rotor 12 from which a shaft 13 passes through the enclosure. The shaft passes through a bearing 14 impenetrable to flames so that the enclosure is effectively closed for the intended purpose.
A secondary enclosure 15 of annular shape is placed around the shaft inside the casing to form and separate an expansion space 16 with respect to the remaining free space 17 in the first enclosure. The secondary enclosure is partially formed by an annular zone 18 of expanded metal or foam looking axially inwards with respect to the rotor.
The same considerations as above with regard to the proportions of volume and space 16 and 17 apply in this case. The enclosure 15 can also be replaced by an annular block 19 of porous foam metal suitably disposed in the motor housing and the cover 10a as indicated in FIG. 4.
The envelope described is applicable in particular to situations
tions where the equipment is used in severe industrial conditions and where there is no protection if ignition occurs
knows inside the equipment could cause fire or
an explosion. A typical example of equipment to be protected is a
electrical equipment and equipment with moving parts with risks of ignition by sparks or others. A
main example of such equipment is represented by mo
electrical cores which constitute one of the potentially
subject to risks usually being used in condi
flammable atmospheric reactions.
The advantages of the disclosed enclosure derive from the lack of strict requirement for heavy and expensive enclosures and enclosures and the alleviation of difficulties regarding the entry of foreign material and the consequent need for frequent inspections.
The device described normally allows a flame barrier to be mounted at the inlet of a hollow container of such shape and volume that it will fit inside a truly closed equipment housing, or form a extension to close a housing which is otherwise open. For this purpose, the normal or previous design of a housing may need to be modified so that a container of adequate volume can be inserted or added. This modification may also be desirable to reduce the enclosed free volume that needs to be protected, i.e. the total enclosed free volume minus the volume of the container.
The function of the container is primarily to act as a reservoir capable of containing, without the development of excessive pressure, explosion gases which are accumulated through the flame barrier. Secondarily, the container can serve to reduce or decrease the enclosed space which requires protection. The container can be of any shape provided that its volume makes it possible to guarantee a sufficiently low explosion pressure.
Although it may be advantageous to use a container as described above, this is not essential. If there is sufficient free space inside an enclosure, it may be possible to adjust a suitably shaped flame barrier to separate this space in appropriate proportions such as, for example, between regions in which exist and. there is no risk of explosion. Flame barriers can also be fitted as partition walls or in partition walls of equipment constructed as a combination of separate parts, as is frequently encountered in control panel constructions on racks. with lockers. Of course, in the latter case, the flame barriers should not be in the exterior walls of the assembly.
The flame barrier is preferably made of metal or some other material having good thermal conductivity. This is advantageous because the explosion gases are cooled as they pass through the barrier with a resulting pressure reduction.
The more conventional form of sprawling or other arrays from metallic flame barrier material is well suited for use in the present enclosure, although recently developed porous foamed metal materials may also be suitable for use. Indeed, the latter material gives the additional possibility of providing an expansion space in the form of a block of material within an equipment enclosure rather than by the use of a separation forming a flame barrier between the equipment space and the expansion space in an enclosure as mentioned above.
It will obviously be noted that this foam material will have a pore size which allows the passage of gas but not of a flame. Such a pore size can normally be at least 20 pores over a length of one centimeter.
It is useful to illustrate the efficiency of the envelope by an example.
The explosion of a 4% by volume propane-air mixture inside a 9440 cm3 enclosure will produce a maximum pressure of approximately 7 kg / cm2. If this mixture explodes in the same volume but is dispersed in a 28320 cm3 container by means of a flame barrier which does not produce significant cooling, the maximum pressure would be approximately 1.75 kg / cm2. Tests carried out with the latter arrangement, but using a metal barrier, produced a pressure of only 0.5 kg / cm2. In another run using the same volumes with a cooling barrier, a faster burning 6.5 vol% ethylene / air mixture exploded to produce a pressure of about 0.63 kg / cm2. Of course, if the 3: 1 ratio of the enclosure to container ratio in the above examples was increased, the resulting explosion pressure would decrease accordingly.