Dispositif de protection d'une installation contre une élévation de pression telle que sa vitesse d'accroissement dépasse une valeur déterminée à Pavance
et susceptible de se produire dans une zone normalement fermée
de ladite installation
La présente invention a pour objet un dispositif de protection d'une installation contre une élévation de pression telle que sa vitesse d'accroissement dépasse une valeur déterminée à l'avance et susceptible de se produire dans une zone normalement fermée de ladite installation.
Ce dispositif est particulièrement intéressant pour protéger une zone fermée en mettant cette zone en communication avec l'atmosphère, à la suite d'un commencement d'explosion produisant une élévation rapide de pression. Conformément à l'invention ce dispositif de protection comprend des moyens détecteurs pour déceler tout accroissement de pression dans cette zone et des moyens pour réduire cette pression, ces derniers moyens étant normalement à l'état de repos et étant déclenchés par les moyens décelant l'augmentation de pression lorsque ceux-ci décèlent une vitesse d'accroissement de la pression supérieure à ladite valeur déterminée à l'avance.
Ce dispositif de protection peut être utilisé avantageusement pour la protection des installations dans lesquelles on manipule des poussières et des poudres explosives à l'état de fine subdivision, par exemple pour la protection des installations de broyage et de pulvérisation, des filtres tels que les cyclones par exemple, des appareils de précipitation électro-statique, étant donné le risque d'explosion dû à la production d'étincelles produites par des particules de fer, de silex, etc... Le dispositif de protection décrit peut être également appliqué à la protection d'installations où s'effectuent des réactions chimiques catalytiques et également à la protection des carters de moteur Diesel et des réservoirs à hydrocarbures.
Bien entendu, I'expression zone fermée n'implique pas une fermeture complète de la zone et de telles zones peuvent nécessairement comporter des conduites ou canalisations s'ouvrant dans ces zones, sans que la surface de ventilation ainsi assurée puisse suffire à empêcher l'élévation de pression due à une explosion ou à une autre cause fortuite, accroissement de pression auquel on veut précisément s'opposer.
On va maintenant décrire à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution de l'objet de l'invention appliquées à la protection d'une installation servant au traitement de poudres finement subdivisées comportant un risque d'explosion.
On décrira également une forme d'exécution de l'objet de l'invention appliquée à la protection d'un réservoir de combustible à bord d'un avion.
Sur les dessins ci-joints représentant ces formes d'exécution:
La fig. 1 est une vue schématique en élévation de l'installation équipée d'une première forme d'exécution de l'invention.
La fig. 2 en est une vue en plan.
La fig. 3 est une vue partielle en bout de la partie supérieure de l'installation.
La fig. 4 est une vue en élévation latérale, à échelle agrandie d'un dispositif agencé pour ouvrir la zone soumise à l'explosion.
La fig. 5 est une vue en coupe partielle suivant la ligne V-V de la fig. 4.
La fig. 6 est une vue en plan et en coupe partielle d'un disque d'éclatement en verre, utilisé dans la protection de l'installation.
La fig. 7 est une vue en élévation du disque représenté à la fig. 6.
La fig. 8 est une vue en élévation latérale et en coupe du disque d'éclatement d'une autre forme d'exécution.
La fig. 9 montre d'autres moyens pour réaliser le soulèvement du toit ou couvercle de l'installation.
La fig. 10 est une vue en élévation latérale et en coupe du dispositif de déverrouillage d'une autre forme d'exécution.
La fig. 11 est une vue partielle en élévation latérale et en coupe du dispositif de déverrouillage d'une variante.
La fig. 12 est une vue en perspective d'un réservoir de carburant d'avion comportant un dispositif de protection.
Les fig. 13 et 14 sont des vues détaillées d'organes que comprennent d'autres formes d'exécution et commandés par une charge explosive pour assurer le déverrouillage.
L'installation représentée aux fig. 1 à 3 est caractéristique, en ce qui concerne ses risques d'explosion, de beaucoup d'installations industrielles traitant des poudres et poussières finement subdivisées. Dans l'installation représentée, la poudre est produite dans un récipient principal 10 d'où l'air chargé de poudre est refoulé dans des compartiments à filtre 13 et 16, pour y être séparés de la poudre.
Comme représenté sur les fig. 1 à 3, cette installation comprend le récipient principal 10, qui est pratiquement fermé, l'extrémité inférieure du récipient s'ouvrant dans deux trémies de déchargement 10c recevant la poudre qui se dépose et se terminant sous forme de deux conduits relativement étroits 10b dont les extrémités se rejoignent au droit d'une vanne commune 11 de commande du déchargement; le récipient 10 est également relié par un conduit 12 s'ouvrant dans la paroi latérale dudit récipient, à l'admission d'un filtre cyclonique 13, dont la sortie est reliée par une canalisation 14, passant par un ventilateur 15, à un filtre à poche 16.
L'air chargé de poudre, en provenance du récipient 10, est aspiré à travers les filtres 13 et 16 qui se terminent tous deux, à leur extrémité inférieure, sous forme de trémies, dans lesquelles la poudre se dépose pour en être enlevée respectivement par ouverture des vannes 17 et 18 de commande de déchargement. Le dispositif dont cette installation est équipée est agencé en partant du principe que, bien qu'il y ait un danger d'explosion dans le récipient principal, ou dans les filtres, ou peut-être même dans les conduites de connexion, il est plus vraisemblable qu'une explosion se produise dans le récipient principal 10 ou dans les deux conduits 10b partant des trémies de déchargement 10c.
Alors qu'il serait possible de prévoir des moyens de détection du feu ou d'explosion dans chaque récipient, et également peut-être dans les conduites et de prévoir aussi un nombre suffisant de dispositifs déchargeant un produit d'étouffement dans chaque récipient ou conduit pour y supprimer complètement toute explosion, ces derniers dispositifs étant commandés par les moyens de détection montés dans le récipient ou la conduite à considérer, cette manière de faire peut être onéreuse ou désavantageuse pour d'autres raisons.
C'est ainsi qu'on a trouvé que, dans certaines installations, par exemple l'installation que l'on vient de décrire, il suffit de supprimer la pression produite par l'explosion sans supprimer l'explosion elle-même, pourvu que des précautions soient prises pour empêcher l'explosion de se propager, le long des conduites de connexion, vers les autres récipients.
Cette forme d'exécution comprend des moyens de détection 19, 20 et 21 respectivement dans le récipient 10 et dans les filtres 13 et 16.
Un quatrième moyen de détection 22 est prévu au point de jonction des conduites 10b sortant des trémies de déchargement 10c.
Ces moyens de détection sont tels qu'ils décèlent toute élévation de pression se produisant trop rapidement, c'est-à-dire à une vitesse plus rapide qu'une vitesse déterminée à l'avance, de manière à ne fonctionner qu'en cas d'explosion et non pas sous l'effet d'un accroissement de pression relativement lent. Ces moyens de détection peuvent d'ailleurs déceler, de plus, la flamme de l'explosion par la lumière qu'elle dégage, par exemple, par l'intermédiaire d'une cellule photo-électrique.
De tels moyens de détection sont connus et comprennent essentiellement un carter dont une extrémité ouverte est fermée par un diaphragme soumis à la pression de la zone à protéger.
Entre ce premier diaphragme et le fond du carter, est disposé un deuxième diaphragme qui, au lieu d'être continu comme le premier diaphragme, présente une petite lumière permettant une communication entre les deux parties du carter séparées par ce deuxième diaphragme.
Celui-ci comporte, de plus, un plot de contact faisant face à deux plots de contact isolés l'un par rapport à l'autre et disposés dans le fond du carter. Lorsque la pression dans la zone à protéger croît lentement, le premier diaphragme est légèrement repoussé vers l'intérieur du carter, mais le second diaphragme ne se déplace pas puisque l'air passe librement par la lumière qu'il présente, d'une face à l'autre de ce deuxième diaphragme, qui reste ainsi en équilibre.
Au contraire, s'il se produit un accroissement de pression rapide dans la zone à protéger, I'air ne peut traverser cette lumière assez rapidement pour maintenir l'équilibre d'une manière instantanée. Il s'ensuit que le second diaphragme est repoussé vers le fond du carter en appliquant le plot qu'il porte sur les deux plots qui lui font face, ce qui ferme un circuit électrique commandant le dispositif réagissant sur les causes qui ont produit cet accroissement rapide de pression.
Des dispositifs 23 sont prévus pour décharger un produit susceptible d'étouffer l'explo- sion, ces dispositifs étant montés au voisinage de l'extrémité supérieure des conduits correspondants 10b, de manière à s'ouvrir dans lesdits conduits. Un dispositif analogue 24 est monté de manière à fournir un produit susceptible d'étouffer une explosion dans le conduit 12.
Ainsi, si l'un des moyens de détection 19 à 22 décèle une explosion ou un feu, chacun de ces dispositifs 23, 24 décharge ce produit, pour empêcher toute propagation du feu ou de l'explosion vers le récipient principal ou en provenance de celui-ci, et pour empêcher tout dommage aux conduits de connexion. Cependant, aucune précaution n'est prise pour étouffer l'explosion dans les récipients 10, 13 et 16 mais, par contre, des dispositifs de réduction ou de détente de pression sont prévus pour chacun de ces récipients 10, 13 et 16, en vue d'y empêcher le développement d'une pression excessive.
Dans le cas du récipient principal 10, la suppression de la pression produite par l'explosion est assurée par l'ouverture du toit. Le toit est constitué par six panneaux 10a, trois de ceux-ci étant montés à charnière le long du bord supérieur d'une paroi du récipient 10, tandis que les autres panneaux sont montés à charnière sur l'autre paroi dudit récipient. Chaque panneau 10a est fixé à un bras 25 qui se prolonge extérieurement au récipient et est pourvu d'un poids 25a à son extrémité libre. La construction est telle qu'en l'absence d'un moyen de fixation quelconque, les poids 25a obligent les panneaux 10a à pivoter vers le haut et vers l'extérieur pour ouvrir le toit.
Cependant, un tel mouvement est normalement empêché par des contre-fiches 26 dont chacune est fixée à pivotement par une de ses extrémités, sur le point milieu du bras correspondant 25, l'autre extrémité de chaque contre fiche étant fixée à une paroi du récipient 10 par l'intermédiaire d'un organe de verrouillage 27 commandé par une charge explosive auxiliaire, comme représenté, avec plus de détails, sur les fig. 4 et 5; cet organe 27 comprend un tirant 28 dont la portion centrale est de diamètre plus petit que ses extrémités et contient une charge explosive sous forme d'un détonateur 29. Le support 30 de l'organe de verrouillage est fixé à la paroi du récipient 10 et comporte un bras de support supérieur 31 dans lequel une extrémité du tirant 28 est fixée.
La tête de celui-ci comporte également une boîte de jonction 32 par laquelle des connexions électriques en parallèle relient chacun des détecteurs 19 à 22 au circuit d'allumage du détonateur. L'extrémité inférieure du tirant 28 s'appuie librement contre un support inférieur 33 et présente un alésage 28a traversé par un axe 34 destiné à fixer l'extrémité en forme de fourche de la contre-fiche 26 au tirant 28.
Lorsque la charge explosive 29 est enflammée, la portion de diamètre réduit du tirant 28 est brisée, en libérant ainsi la partie inférieure dudit tirant, de sorte que l'extrémité inférieure de la contre-fiche 26 est libre de se mouvoir vers le bas sous l'action du poids 25a, ce qui assure également l'ouverture, par basculement, du panneau de toit 10a. Un écran de protection 35 est prévu pour arrêter les fragments du tirant 28 lorsqu'il a été brisé.
Dans une construction typique utilisant un tirant d'acier doux capable de supporter une tension de 150 kg par cm2, la charge était libérée environ un millième de seconde après application du courant d'amorçage.
Dans le cas du cyclone 13, la résistance inhérente de celui-ci est telle qu'il peut supporter une élévation importante de pression et une protection suffisante est assurée par des dispositifs susceptibles de provoquer une réduction de la pression (non représentés) qui ont une forme courante quelconque et qui ne doivent pas fonctionner nécessairement avec l'extrême rapidité des dispositifs décrits ci-dessus.
Dans le cas du filtre à poche 16, la réduction rapide de la pression est assurée par l'éclatement, commandé par l'explosion, de disques 40 montés sur les parois latérales du filtre. Ces disques sont, de préférence, constitués en verre trempé. Un tel verre est intérieurement renforcé, de façon qu'en rayant légèrement sa surface, le verre se brise en petits morceaux. Pour obtenir la rapidité requise de réduction de pression, on provoque le bris du verre au moyen d'une charge explosive disposée au voisinage du disque.
Cependant, dans certaines circonstances, la température à l'intérieur du récipient à protéger peut être telle que la chaleur à la surface extérieure d'un disque unique serait trop élevée pour la mise en place en toute sécurité d'une charge explosive au voisinage de ladite surface extérieure; la forme d'exécution comprenant le dispositif représenté sur les fig. 6 et 7 est conçue pour être utilisée dans de telles circonstances.
Comme représenté sur ces figures, deux disques de verre trempé 40a, 40b sont disposés dans une monture 41 fixée à l'extérieur de la paroi du filtre à poche 16 et autour d'une ouverture 1 6a de celui-ci. Les deux disques 40a, 40b sont écartés l'un de l'autre par des blocs 42 qui sont de préférence constitués en une matière présentant une faible conductibilité thermique; ces disques 40a, 40b et ces blocs 42 sont maintenus en place par des pattes 43 attachées à la monture.
Entre le disque de verre 40a et la périphérie de l'ouverture 16a est disposée une garniture annulaire. Un percuteur métallique 45 présente une tête 45a formée par un épaulement qui appuie sur une ouverture ménagée dans le disque extérieur 40b, un joint étanche étant disposé entre la tête 45a et le disque 40b. L'extrémité pointue du percuteur 45 est disposée à une courte distance du disque intérieur 40a. Un détonateur 46 est monté dans une douille 47, sa charge explosive se trouvant à une courte distance de la tête 45a et la douille 47 étant fixée à une boîte de jonction 48 assurant la connexion électrique entre les détecteurs d'explosion 18 à 22 et le détonateur 46. La boîte 48 est portée par la monture 41 par l'intermédiaire du pont 49, et elle comporte un écran de protection destiné à arrêter les fragments du détonateur projetés par son explosion.
L'allumage du détonateur 46 repousse le percuteur 45 vers le disque intérieur 40a et provoque l'éclatement des deux disques 40a, 40b, en assurant ainsi une réduction rapide de la pression par l'ouverture 16a. Les éléments décrits aux fig. 6 et 7 pourraient, par exemple, présenter les caractéristiques suivantes: diamètre des disques: 61 cm; épaisseur du disque intérieur: 4,8 mm; épaisseur du disque extérieur (40b): 3,1 mm; distance de l'extrémité du détonateur à la tête 45 du percuteur comprise entre 3,1 et 1,6 mm, de même que la distance de la pointe du percuteur à la surface du disque intérieur 40a. Avec une telle construction, les disques éclatent entre 2 et 3 millièmes de seconde après application du courant d'allumage.
Dans certains cas, un seul disque de verre peut suffire. Le percuteur sera alors supprimé et la charge explosive sera montée au voisinage du disque, de préférence près du centre de celui-ci.
La force de l'explosion résultant de l'allumage de la charge brisera alors le disque.
Les détecteurs d'explosion 19 à 22 (fig. 1 à 3) ont chacun leurs bornes ou circuits de sortie reliés en parallèle à une source d'énergie et aux charges explosives correspondant aux dispositifs d'étouffement 23 et 24, aux organes de verrouillage 27 et aux disques 40, respectivement. Grâce à ces connexions, si une explosion se produit dans l'un quelconque des récipients 10, 13 ou 16, ou au voisinage du point de jonction entre les conduits 10b, les différentes charges explosives seront allumées, ce qui assurera le soulèvement du toit du récipient 10, ainsi qu'une ventilation du filtre 16 par des ouvertures prévues à cet effet, ce qui empêche la pression dans le récipient 10 et dans le filtre 16 de subir un accroissement excessif.
En même temps, les conduits 10b, 10d et 12 reçoivent le produit d'étouffement, ce qui empêche toute propagation de l'explosion ou du feu. Le produit d'étouffement doit avantageusement être déchargé très rapidement.
Ces dispositifs 24 et 23 peuvent être montés, le cas échéant, dans une position inclinée pour s'ouvrir plus directement dans les conduites inclinées 10b et 12. Ces dispositifs déchargeant le produit d'étouffement peuvent comporter, comme représenté à la fig. 1, un collecteur 23a, respectivement 24a contenant le liquide servant à l'étouffement. Chaque collecteur est fermé à chaque extrémité par un diaphragme susceptible de se briser et l'extrémité inférieure de chaque collecteur s'ouvre dans les conduits correspondants 10b et 12. L'extrémité supérieure de chaque collecteur est reliée à la sortie d'un réservoir à gaz normalement bouché par un diaphragme susceptible de se briser sous l'action d'une explosion.
L'explosion assurant l'ouverture de ces différents diaphragmes est amorcée par l'intermédiaire des détecteurs 19 à 22. Lors de l'éclatement du diaphragme mentionné, le gaz libéré provoque la rupture des deux diaphragmes du collecteur avec, pour résultat, une décharge du produit d'étouffement dans les conduites 10b et 12. Suivant une variante, l'un de ces derniers diaphragmes ou les deux peuvent être brisés par l'explosion, en même temps que le diaphragme du réservoir à gaz.
La forme d'exécution illustrée par la fig. 8 comprend deux disques bombés 60a, 60b écartés l'un de l'autre; ces disques sont établis en un matériau cassant tel qu'une matière plastique, ou encore en un métal ductile, par exemple de l'argent ou du cuivre. En variante, la courbure pourrait être supérieure à celle représentée, de manière que les disques soient hémisphériques ou bien les disques pourraient être plans, comme montré en lignes brisées.
L'espace compris entre les disques est rempli d'un liquide 61, par exemple de l'eau. Un détonateur 62, ou autre charge explosant rapidement, est monté dans le liquide, de manière que lors du fonctionnement du détonateur, la pression explosive soit transmise par le liquide aux disques, en provoquant leur rupture, dans le cas d'un matériau cassant ou leur éclatement, dans le cas d'un matériau ductile.
Lorsque le dispositif de ventilation est susceptible d'être exposé à une température ambiante élevée, le détonateur ou la charge explosive est refroidi par une circulation continue de liquide dans l'espace compris entre les disques 60a et 60b. Le liquide peut être susceptible d'étouffer le feu, auquel cas il servira à éteindre la flamme explosive sortant par l'ouverture du dispositif de ventilation. D'ailleurs, certaines formes d'exécution sont prévues, comprenant des moyens contenant un fluide d'étouffement du feu et susceptibles d'être commandés de façon à projeter ce fluide.
La variante représentée à la fig. 9 est applicable à une installation comprenant un récipient 70, dont le toit 71 est monté à charnière en 71a; le toit a tendance à occuper la position représentée en traits mixtes, sous l'action d'un ressort 72 fixé, par une extrémité, au corps du récipient 70 et, par son autre extrémité, à un bras 73 prolongeant à l'arrière le toit 71. Le ressort 72 est normalement sous tension, car le toit est maintenu dans la position fermée par un verrouillage 74 commandé par explosion, tel que celui représenté sur les fig. 4 et 5, l'organe de verrouillage étant utilisé en position renversée par rapport à la position représentée sur lesdites fig. 4 et 5.
Comme ci-dessus, l'explosion de la charge contenue dans l'organe de verrouillage libérera la partie du tirant de verrouillage fixée au toit 71 et permettra un pivotement rapide de celui-ci sous l'action du ressort 72 et, par suite, une chute rapide de la pression dans le récipient.
Dans une autre variante, l'action du ressort peut être remplacée par celle d'un poids fixé à l'extrémité libre du bras 73.
La fig. 10 montre l'organe de verrouillage d'une autre forme d'exécution; cet organe de verrouillage est susceptible d'être libéré par explosion. Il comporte une chambre 80 présentant un couvercle 80a normalement maintenu en position fermée par un ressort à boudin 81 et monté à pivotement en 80b. Une charge explosive 82 est disposée dans un logement 83 prévu à l'intérieur de la chambre 80 et une boîte de jonction 84 relie la charge explosive 82 au circuit du détecteur. Ce couvercle 80a porte extérieurement une saillie en forme de crochet 85 susceptible de venir en prise avec une pièce de forme appropriée représentée schématiquement en traits mixtes en 86 et susceptible d'être écartée par des moyens appropriés, non représentés, pour ouvrir un évent ou un panneau de ventilation en s'écartant du crochet.
Dans ce dispositif, la mise à feu de la charge explosive 82 a pour résultat un déplacement du couvercle 80a vers le haut, en surmontant la réaction opposée par le ressort 81, de telle sorte que le crochet 85 s'écarte de la pièce 86 et permet à cette dernière d'effectuer le mouvement désiré d'ouverture d'un trou ou d'un panneau de ventilation.
Pour le verrouillage, on peut aussi prévoir un dispositif commandé par explosion qui imprime une impulsion à un élément, en vue d'obtenir l'ouverture d'un panneau de ventilation. C'est ainsi, par exemple, qu'au lieu du dispositif représenté sur la fig. 1, les panneaux de toit 10a sont équilibrés pour qu'ils puissent fermer normalement la partie supérieure du récipient 10, l'équilibre étant rompu par une impulsion appliquée par le dispositif de commande afin d'assurer l'ouverture de la partie supérieure du récipient. Suivant une autre variante, le dispositif de commande agit sur un mécanisme à leviers articulés à arc-boutement pour obtenir l'ouverture d'un panneau.
Un tel dispositif de commande est représenté sur la fig. 11; il comprend un cylindre 90 au-delà d'un fond 90a duquel fait saillie l'extrémité d'un piston 91; L'autre extrémité dudit piston est fixée à un élément de guidage 92 recevant une extrémité d'un ressort à boudin 93 dont l'autre extrémité s'appuie contre l'autre fond 90b du cylindre 90. Le piston 91 est relié par une chape 94 à une extrémité d'un tirant 95 semblable à celui utilisé dans le verrouillage des fig. 4 et 5. L'agencement des organes est tel que le ressort 93 est normalement maintenu sous compression.
Comme dans le cas du verrouillage précédemment décrit, L'allumage du détonateur brise le tirant 95, ce qui libère la chape de connexion 94 et le piston 91 qui se déplacent dans le cylindre sous l'action du ressort, le piston étant projeté rapidement vers l'avant jusqu'à ce que le guide 92 vienne au contact avec la face extrême 90a du cylindre.
Les dispositifs décrits ci-dessus sont particulièrement intéressants dans le cas des pressions faibles pour lesquelles on ne peut utiliser les disques d'éclatement habituels dont l'épaisseur serait, en ce cas, trop faible pour qu'ils puissent être utilisés en pratique. Ces dispositifs présentent, d'ailleurs, de grands avantages lorsqu'on les compare à ces disques d'éclatement. En effet, ces derniers doivent être établis et fabriqués avec le plus grand soin, lorsqu'ils sont destinés à fonctionner à l'intérieur d'une gamme étroite de pressions déterminées à l'avance. De plus, cette pression de fonctionnement peut varier suivant la température.
Au contraire, les dispositifs décrits ci-dessus sont commandés uniquement par le dispositif détecteur et indépendamment de la température, de telle sorte que les diaphragmes utilisés ne sont pas nécessairement très résistants et que l'on peut choisir la matière qui les constitue en se basant sur d'autres critères, par exemple leur résistance à la corrosion. Un autre avantage des dispositifs décrits consiste en ce que l'on peut faire fonctionner par un seul détecteur plusieurs organes de ventilation ou bien utiliser plusieurs détecteurs en parallèle, ce qui n'est évidemment pas le cas lorsqu'on utilise les disques d'éclatement classiques.
Ces dispositifs permettent d'assurer une réduction rapide de pression et sont largement utilisables pour la majorité des risques d'explosion, y compris, dans certains cas, les risques d'explosion dans les avions, pourvu qu'on tienne compte, bien entendu, des conditions aérodynamiques. Un exemple de l'application aux avions de ces dispositifs de protection contre les explosions sera décrit ci-après, en ce qui concerne les risques d'explosion dans les réservoirs de carburant à bord d'un avion.
Dans certaines circonstances, il n'est pas toujours possible d'étouffer une explosion dans un réservoir de carburant d'avion, avant que la pression n'ait atteint une valeur excessive. Sous ce rapport, il y a lieu de tenir compte de ce que les réservoirs de carburant d'avion ne peuvent parfois pas résister à une élévation de pression au-delà d'une pression de l'ordre de 0,21 kg par cl2 et de ce que l'élévation de pression due à la distribution d'un produit d'étouffement peut elle-même être de l'ordre de 0,07 kg par cm2, de telle sorte qu'il ne peut pas toujours être possible de limiter l'élévation de pression au faible taux nécessaire.
La forme d'exécution illustrée aux fig. 12 et 13 comprend un réservoir constitué par une poche en caoutchouc 100 montée dans l'aile 101 d'un avion, elle comporte un panneau métallique de ventilation 102 fixé, de manière étanche, dans une ouverture 100a prévue dans le réservoir 100.
Un cordon explosif 103 forme une boucle entre le panneau 102 et la partie voisine du revêtement de l'aile 101. L'allumage du cordon 103 est assuré par une amorce à mèche 104 dont la mise à feu est obtenue électriquement par l'intermédiaire des conducteurs électriques 105 reliés à des moyens décelant tout commencement d'incendie ou d'explosion, ou à des moyens permettant de détecter le passage d'une balle dans le réservoir.
Le panneau 102 est constitué par une tôle mince, par exemple, en cuivre, en argent ou en un autre métal se déchirant facilement, ou encore par du verre trempé ou par un autre matériau se cassant facilement. L'allumage du cordon explosif 103 brisera le panneau 102 et déchirera suivant un trou de dimensions correspondantes le revêtement adjacent de l'aile 101, en libérant ainsi les gaz d'explosion et en empêchant la pression de s'élever jusqu'à une valeur pour laquelle l'explosion du réservoir détruirait complètement l'aile.
Il est également possible de prévoir un panneau semblable au panneau 102 dans l'aile 101 elle-même pour faciliter la formation d'une ouverture de réduction de la pression. Lorsqu'un tel panneau est prévu dans l'aile, on supprime le panneau du réservoir et dispose le panneau de l'aile, de telle manière que, lors de sa rupture, il permette au réservoir de se dilater et de se vider par l'ouverture ainsi produite pour empêcher la pression dans le réservoir d'endommager l'avion.
Suivant une autre variante, un seul panneau de ventilation fait partie d'une paroi du réservoir et constitue également une partie de l'aile ou du fuselage de l'avion.
Pour éviter l'irruption de carburant en feu hors du réservoir, un produit d'étouffement est distribué dans le réservoir; on retarde également légèrement l'ouverture du panneau de ventilation, ce qui permet d'étouffer l'explosion avant que le panneau de ventilation se soit ouvert.
En dehors d'une distribution du produit d'étouffement dans le réservoir du carburant lui-même, il peut être avantageux, dans certains cas, de distribuer le produit d'étouffement dans les zones voisines lorsqu'on risque que du carburant puisse pénétrer dans lesdites zones voisines, au cours de la réduction de pression.
Les spécialistes de l'aviation se rendront compte que de tels panneaux de ventilation ne peuvent être prévus que lorsque les conditions aérodynamiques le permettent car, sinon, l'ouverture d'un panneau de ventilation, par exemple dans une aile d'un avion, peut aboutir à des résultats désastreux. Cependant, on peut prendre certaines dispositions en vue de réduire la perturbation soudaine apportée à l'assiette de l'avion, par exemple en prévoyant l'association avec l'ouverture du panneau de ventilation de l'ouverture d'un autre panneau de détente ouvert dans une autre partie de l'avion pour assurer la compensation aérodynamique. De plus, lorsque le
Device for protecting an installation against a rise in pressure such that its rate of increase exceeds a value determined in advance
and likely to occur in a normally closed area
of said installation
The present invention relates to a device for protecting an installation against a rise in pressure such that its rate of increase exceeds a value determined in advance and liable to occur in a normally closed area of said installation.
This device is particularly advantageous for protecting a closed zone by putting this zone in communication with the atmosphere, following the onset of an explosion producing a rapid rise in pressure. According to the invention, this protection device comprises detection means for detecting any increase in pressure in this zone and means for reducing this pressure, the latter means being normally in the rest state and being triggered by the means detecting the pressure. increase in pressure when these detect a rate of increase in pressure greater than said value determined in advance.
This protection device can be used advantageously for the protection of installations in which dust and explosive powders in the state of fine subdivision are handled, for example for the protection of grinding and spraying installations, filters such as cyclones. for example, electrostatic precipitation devices, given the risk of explosion due to the production of sparks produced by particles of iron, flint, etc. The protection device described can also be applied to the protection of installations where catalytic chemical reactions take place and also the protection of diesel engine crankcases and hydrocarbon tanks.
Of course, the expression closed zone does not imply complete closure of the zone and such zones may necessarily include conduits or ducts opening into these zones, without the ventilation surface thus provided being sufficient to prevent the ventilation. rise in pressure due to an explosion or some other fortuitous cause, an increase in pressure which we specifically want to oppose.
Several embodiments of the object of the invention will now be described by way of example, applied to the protection of an installation serving for the treatment of finely subdivided powders comprising a risk of explosion.
An embodiment of the subject of the invention applied to the protection of a fuel tank on board an airplane will also be described.
On the attached drawings showing these embodiments:
Fig. 1 is a schematic elevational view of the installation equipped with a first embodiment of the invention.
Fig. 2 is a plan view.
Fig. 3 is a partial end view of the upper part of the installation.
Fig. 4 is a side elevational view, on an enlarged scale, of a device arranged to open the zone subjected to the explosion.
Fig. 5 is a partial sectional view along the line V-V of FIG. 4.
Fig. 6 is a plan view and partial section of a glass bursting disc, used in the protection of the installation.
Fig. 7 is an elevational view of the disc shown in FIG. 6.
Fig. 8 is a side elevational view in section of the burst disc of another embodiment.
Fig. 9 shows other means for lifting the roof or cover of the installation.
Fig. 10 is a side elevational view in section of the unlocking device of another embodiment.
Fig. 11 is a partial side elevational view in section of the unlocking device of a variant.
Fig. 12 is a perspective view of an aircraft fuel tank comprising a protection device.
Figs. 13 and 14 are detailed views of members that include other embodiments and controlled by an explosive charge to ensure unlocking.
The installation shown in fig. 1 to 3 is characteristic, with regard to its explosion risks, of many industrial installations dealing with finely subdivided powders and dusts. In the installation shown, the powder is produced in a main receptacle 10 from which the powder-laden air is forced into filter compartments 13 and 16, in order to be separated there from the powder.
As shown in Figs. 1 to 3, this installation comprises the main container 10, which is practically closed, the lower end of the container opening into two unloading hoppers 10c receiving the powder which is deposited and ending in the form of two relatively narrow conduits 10b of which the ends meet at the level of a common unloading control valve 11; the container 10 is also connected by a duct 12 opening into the side wall of said container, to the inlet of a cyclonic filter 13, the outlet of which is connected by a pipe 14, passing through a fan 15, to a filter pocket 16.
The powder-laden air, coming from the container 10, is sucked through the filters 13 and 16 which both end, at their lower end, in the form of hoppers, in which the powder is deposited to be removed respectively by opening of the unloading control valves 17 and 18. The device with which this installation is equipped is arranged on the assumption that, although there is a danger of explosion in the main vessel, or in the filters, or perhaps even in the connecting pipes, it is more It is likely that an explosion will occur in the main vessel 10 or in the two conduits 10b leading from the unloading hoppers 10c.
While it would be possible to provide means for detecting fire or explosion in each container, and also perhaps in the pipes and also to provide a sufficient number of devices discharging a smothering product in each container or pipe in order to completely suppress any explosion therein, these latter devices being controlled by the detection means mounted in the container or the pipe to be considered, this way of proceeding can be expensive or disadvantageous for other reasons.
It has thus been found that, in certain installations, for example the installation which has just been described, it suffices to remove the pressure produced by the explosion without suppressing the explosion itself, provided that Precautions are taken to prevent the explosion from spreading along the connecting lines to other receptacles.
This embodiment comprises detection means 19, 20 and 21 respectively in the container 10 and in the filters 13 and 16.
A fourth detection means 22 is provided at the junction point of the pipes 10b leaving the unloading hoppers 10c.
These detection means are such that they detect any rise in pressure occurring too quickly, that is to say at a speed faster than a speed determined in advance, so as to operate only in the event of explosion and not under the effect of a relatively slow increase in pressure. These detection means can moreover detect, moreover, the flame of the explosion by the light which it gives off, for example, by means of a photoelectric cell.
Such detection means are known and essentially comprise a casing, one open end of which is closed by a diaphragm subjected to the pressure of the zone to be protected.
Between this first diaphragm and the bottom of the casing, there is a second diaphragm which, instead of being continuous like the first diaphragm, has a small lumen allowing communication between the two parts of the casing separated by this second diaphragm.
The latter further comprises a contact pad facing two contact pads isolated from one another and arranged in the bottom of the housing. When the pressure in the area to be protected increases slowly, the first diaphragm is pushed back slightly towards the inside of the casing, but the second diaphragm does not move since the air passes freely through the lumen it presents, on one side to the other of this second diaphragm, which thus remains in equilibrium.
On the contrary, if there is a rapid increase in pressure in the zone to be protected, the air cannot pass through this lumen quickly enough to maintain equilibrium instantly. It follows that the second diaphragm is pushed back towards the bottom of the casing by applying the stud which it bears to the two studs facing it, which closes an electrical circuit controlling the device reacting to the causes which produced this increase. rapid pressure.
Devices 23 are provided for discharging a product liable to suffocate the explosion, these devices being mounted near the upper end of the corresponding conduits 10b, so as to open into said conduits. A similar device 24 is mounted so as to provide a product capable of suppressing an explosion in the duct 12.
Thus, if one of the detection means 19 to 22 detects an explosion or a fire, each of these devices 23, 24 discharges this product, to prevent any propagation of the fire or of the explosion towards the main container or coming from. this, and to prevent damage to the connecting conduits. However, no precaution is taken to smother the explosion in the containers 10, 13 and 16 but, on the other hand, pressure reduction or pressure relief devices are provided for each of these containers 10, 13 and 16, with a view to prevent the development of excessive pressure.
In the case of the main vessel 10, the pressure produced by the explosion is suppressed by opening the roof. The roof consists of six panels 10a, three of these being hinged along the upper edge of one wall of container 10, while the other panels are hinged on the other wall of said container. Each panel 10a is attached to an arm 25 which extends outwardly from the container and is provided with a weight 25a at its free end. The construction is such that in the absence of any fastening means the weights 25a cause the panels 10a to pivot up and out to open the roof.
However, such movement is normally prevented by struts 26 each of which is pivotally fixed by one of its ends, on the midpoint of the corresponding arm 25, the other end of each strut being fixed to a wall of the container. 10 by means of a locking member 27 controlled by an auxiliary explosive charge, as shown, in more detail, in FIGS. 4 and 5; this member 27 comprises a tie rod 28, the central portion of which has a smaller diameter than its ends and contains an explosive charge in the form of a detonator 29. The support 30 of the locking member is fixed to the wall of the container 10 and comprises an upper support arm 31 in which one end of the tie rod 28 is fixed.
The head thereof also comprises a junction box 32 through which electrical connections in parallel connect each of the detectors 19 to 22 to the ignition circuit of the detonator. The lower end of the tie 28 rests freely against a lower support 33 and has a bore 28a through which a pin 34 is intended to fix the fork-shaped end of the strut 26 to the tie 28.
When the explosive charge 29 is ignited, the reduced diameter portion of the tie rod 28 is broken, thereby releasing the lower part of said tie rod, so that the lower end of the strut 26 is free to move downwards under the action of the weight 25a, which also ensures the opening, by tilting, of the roof panel 10a. A protective screen 35 is provided to stop the fragments of the tie rod 28 when it has been broken.
In a typical construction using a mild steel tie rod capable of withstanding a tension of 150 kg per cm 2, the load was released about a thousandth of a second after the ignition current was applied.
In the case of cyclone 13, the inherent strength of the latter is such that it can withstand a significant increase in pressure and sufficient protection is provided by devices capable of causing a reduction in pressure (not shown) which have a any current form and which need not necessarily operate with the extreme speed of the devices described above.
In the case of the pocket filter 16, the rapid reduction in pressure is ensured by the bursting, controlled by the explosion, of discs 40 mounted on the side walls of the filter. These discs are preferably made of tempered glass. Such glass is internally reinforced, so that by lightly scratching its surface, the glass shatters into small pieces. To obtain the required speed of pressure reduction, the glass is broken by means of an explosive charge placed in the vicinity of the disc.
However, under certain circumstances the temperature inside the container to be protected may be such that the heat at the outer surface of a single disc would be too high for the safe placement of an explosive charge in the vicinity of. said outer surface; the embodiment comprising the device shown in FIGS. 6 and 7 is designed for use in such circumstances.
As shown in these figures, two tempered glass discs 40a, 40b are arranged in a frame 41 fixed to the outside of the wall of the pocket filter 16 and around an opening 16a thereof. The two discs 40a, 40b are spaced apart from each other by blocks 42 which are preferably made of a material having low thermal conductivity; these discs 40a, 40b and these blocks 42 are held in place by tabs 43 attached to the frame.
Between the glass disc 40a and the periphery of the opening 16a is arranged an annular gasket. A metal striker 45 has a head 45a formed by a shoulder which rests on an opening made in the outer disc 40b, a tight seal being arranged between the head 45a and the disc 40b. The pointed end of the striker 45 is disposed a short distance from the inner disc 40a. A detonator 46 is mounted in a socket 47, its explosive charge being a short distance from the head 45a and the socket 47 being attached to a junction box 48 providing the electrical connection between the explosion detectors 18 to 22 and the detonator 46. The box 48 is carried by the mount 41 by means of the bridge 49, and it comprises a protective screen intended to stop the fragments of the detonator projected by its explosion.
The ignition of the detonator 46 pushes the striker 45 towards the inner disc 40a and causes the bursting of the two discs 40a, 40b, thus ensuring a rapid reduction of the pressure through the opening 16a. The elements described in fig. 6 and 7 could, for example, have the following characteristics: diameter of the discs: 61 cm; inner disc thickness: 4.8mm; thickness of the outer disc (40b): 3.1 mm; distance from the end of the detonator to the firing pin head 45 of between 3.1 and 1.6 mm, as well as the distance from the tip of the firing pin to the surface of the inner disc 40a. With such a construction, the disks burst between 2 and 3 thousandths of a second after application of the ignition current.
In some cases, a single glass disc may suffice. The striker will then be removed and the explosive charge will be mounted in the vicinity of the disc, preferably near the center thereof.
The force of the explosion resulting from the ignition of the charge will then break the disc.
The explosion detectors 19 to 22 (fig. 1 to 3) each have their terminals or output circuits connected in parallel to an energy source and to the explosive charges corresponding to the suffocating devices 23 and 24, to the locking devices 27 and disks 40, respectively. Thanks to these connections, if an explosion occurs in any of the containers 10, 13 or 16, or in the vicinity of the junction point between the conduits 10b, the various explosive charges will be ignited, which will ensure the lifting of the roof of the container 10, as well as ventilation of the filter 16 through openings provided for this purpose, which prevents the pressure in the container 10 and in the filter 16 from being excessively increased.
At the same time, the conduits 10b, 10d and 12 receive the suffocation product, which prevents any propagation of the explosion or fire. The suffocating product should advantageously be discharged very quickly.
These devices 24 and 23 can be mounted, if necessary, in an inclined position to open more directly into the inclined conduits 10b and 12. These devices discharging the choking product can comprise, as shown in FIG. 1, a collector 23a, 24a respectively containing the liquid used for suffocation. Each manifold is closed at each end by a diaphragm liable to break and the lower end of each manifold opens into the corresponding conduits 10b and 12. The upper end of each manifold is connected to the outlet of a reservoir. gas normally blocked by a diaphragm liable to rupture under the action of an explosion.
The explosion ensuring the opening of these different diaphragms is initiated by the intermediary of the detectors 19 to 22. When the above-mentioned diaphragm bursts, the released gas causes the rupture of the two diaphragms of the manifold with, as a result, a discharge. smothering product in lines 10b and 12. Alternatively, one or both of these latter diaphragms may be broken by the explosion, together with the diaphragm of the gas tank.
The embodiment illustrated by FIG. 8 comprises two curved discs 60a, 60b spaced apart from each other; these discs are made of a brittle material such as plastic, or else of a ductile metal, for example silver or copper. Alternatively, the curvature could be greater than that shown, so that the discs are hemispherical or the discs could be planar, as shown in broken lines.
The space between the discs is filled with a liquid 61, for example water. A detonator 62, or other rapidly exploding charge, is mounted in the liquid, so that during operation of the detonator, the explosive pressure is transmitted by the liquid to the disks, causing them to rupture, in the case of a brittle material or their bursting, in the case of a ductile material.
When the ventilation device is liable to be exposed to a high ambient temperature, the detonator or the explosive charge is cooled by a continuous circulation of liquid in the space between the discs 60a and 60b. The liquid may be capable of smothering the fire, in which case it will be used to extinguish the explosive flame coming out of the ventilation opening. Moreover, certain embodiments are provided, comprising means containing a fire-smothering fluid and capable of being controlled so as to project this fluid.
The variant shown in FIG. 9 is applicable to an installation comprising a receptacle 70, the roof 71 of which is hinged at 71a; the roof tends to occupy the position shown in phantom, under the action of a spring 72 fixed, by one end, to the body of the container 70 and, by its other end, to an arm 73 extending at the rear the roof 71. The spring 72 is normally under tension, since the roof is held in the closed position by an explosion-controlled locking 74, such as that shown in FIGS. 4 and 5, the locking member being used in the inverted position relative to the position shown in said FIGS. 4 and 5.
As above, the explosion of the load contained in the locking member will release the part of the locking tie rod fixed to the roof 71 and allow rapid pivoting of the latter under the action of the spring 72 and, consequently, a rapid drop in pressure in the vessel.
In another variant, the action of the spring can be replaced by that of a weight fixed to the free end of the arm 73.
Fig. 10 shows the locking member of another embodiment; this locking member is liable to be released by explosion. It comprises a chamber 80 having a cover 80a normally held in the closed position by a coil spring 81 and pivotally mounted at 80b. An explosive charge 82 is disposed in a housing 83 provided within the chamber 80 and a junction box 84 connects the explosive charge 82 to the detector circuit. This cover 80a carries on the outside a hook-shaped projection 85 capable of engaging a piece of suitable shape shown diagrammatically in phantom lines at 86 and capable of being moved apart by suitable means, not shown, to open a vent or a vent. ventilation panel away from the hook.
In this device, the firing of the explosive charge 82 results in the cover 80a moving upwards, overcoming the reaction opposed by the spring 81, so that the hook 85 moves away from the part 86 and allows the latter to perform the desired movement of opening a hole or a ventilation panel.
For locking, it is also possible to provide an explosion-controlled device which impulses an element, with a view to obtaining the opening of a ventilation panel. Thus, for example, instead of the device shown in FIG. 1, the roof panels 10a are balanced so that they can normally close the upper part of the container 10, the balance being broken by an impulse applied by the control device to ensure the opening of the upper part of the container. . According to another variant, the control device acts on an articulated lever mechanism with overhanging to obtain the opening of a panel.
Such a control device is shown in FIG. 11; it comprises a cylinder 90 beyond a bottom 90a from which the end of a piston 91 protrudes; The other end of said piston is fixed to a guide element 92 receiving one end of a coil spring 93, the other end of which rests against the other bottom 90b of the cylinder 90. The piston 91 is connected by a yoke 94 at one end of a tie rod 95 similar to that used in the locking of FIGS. 4 and 5. The arrangement of the members is such that the spring 93 is normally kept under compression.
As in the case of the locking previously described, the ignition of the detonator breaks the tie rod 95, which releases the connection yoke 94 and the piston 91 which move in the cylinder under the action of the spring, the piston being rapidly projected towards forward until the guide 92 comes into contact with the end face 90a of the cylinder.
The devices described above are particularly advantageous in the case of low pressures for which it is not possible to use the usual bursting discs, the thickness of which would, in this case, be too small for them to be able to be used in practice. These devices present, moreover, great advantages when compared to these bursting discs. Indeed, the latter must be established and manufactured with the greatest care, when they are intended to operate within a narrow range of pressures determined in advance. In addition, this operating pressure may vary depending on the temperature.
On the contrary, the devices described above are controlled only by the detector device and independently of the temperature, so that the diaphragms used are not necessarily very resistant and that one can choose the material which constitutes them based on on other criteria, for example their resistance to corrosion. Another advantage of the devices described consists in the fact that it is possible to make several ventilation members operate by a single detector or else to use several detectors in parallel, which is obviously not the case when using the bursting discs classic.
These devices allow rapid pressure reduction and are widely used for the majority of explosion hazards, including, in some cases, explosion hazards in airplanes, provided that account is taken, of course, aerodynamic conditions. An example of the application to airplanes of these explosion protection devices will be described below, with regard to the risks of explosion in the fuel tanks on board an airplane.
Under certain circumstances, it is not always possible to quell an explosion in an airplane fuel tank, before the pressure has reached an excessive value. In this connection, it should be taken into account that aircraft fuel tanks sometimes cannot withstand a pressure rise beyond a pressure of the order of 0.21 kg per cl2 and that the pressure rise due to the dispensing of a choking product may itself be of the order of 0.07 kg per cm2, so that it may not always be possible to limit the pressure rise at the low rate required.
The embodiment illustrated in FIGS. 12 and 13 comprises a tank consisting of a rubber bag 100 mounted in the wing 101 of an aircraft, it comprises a metal ventilation panel 102 fixed, in a sealed manner, in an opening 100a provided in the tank 100.
An explosive bead 103 forms a loop between the panel 102 and the neighboring part of the skin of the wing 101. The ignition of the bead 103 is ensured by a wick primer 104, the ignition of which is obtained electrically by means of the electrical conductors 105 connected to means detecting any onset of fire or explosion, or to means making it possible to detect the passage of a bullet through the tank.
The panel 102 is made of a thin sheet, for example, of copper, silver or other easily tearing metal, or of tempered glass or other easily breaking material. Ignition of the explosive cord 103 will shatter the panel 102 and tear through a hole of corresponding dimensions the adjacent skin of the wing 101, thus releasing the explosion gases and preventing the pressure from rising to a value. for which the tank explosion would completely destroy the wing.
It is also possible to provide a panel similar to panel 102 in the wing 101 itself to facilitate formation of a pressure reducing opening. When such a panel is provided in the wing, the tank panel is removed and the wing panel is arranged in such a way that, when it breaks, it allows the tank to expand and empty through the The opening thus produced to prevent pressure in the tank from damaging the aircraft.
According to another variant, a single ventilation panel forms part of a wall of the tank and also constitutes part of the wing or of the fuselage of the airplane.
To prevent burning fuel from the tank, a smothering product is dispensed into the tank; the opening of the ventilation panel is also slightly delayed, which allows the explosion to be suppressed before the ventilation panel has opened.
Apart from distributing the smother into the fuel tank itself, it may be advantageous in some cases to distribute the smother to neighboring areas when there is a risk that fuel may enter the tank. said neighboring areas, during pressure reduction.
Aviation specialists will realize that such ventilation panels can only be provided when aerodynamic conditions permit because, otherwise, opening a ventilation panel, for example in a wing of an airplane, can lead to disastrous results. However, certain measures can be taken to reduce the sudden disturbance to the attitude of the aircraft, for example by providing for the association with the opening of the ventilation panel of the opening of another trigger panel. open in another part of the aircraft to provide aerodynamic compensation. In addition, when the