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.