ВЗРЫВОНЕПРОНИЦАЕМЫЙ КОРПУС С ВНУТРЕННИМ СБРОСОМ ДАВЛЕНИЯ
EXPLOSION-PROOF CASE WITH INTERNAL PRESSURE RELIEF

Предметом изобретения является взрывозащищенный корпус, прежде всего корпус с видом взрывозащиты Exd.
Корпуса с видом взрывозащиты Ex-d зачастую применяются во взрывоопасных зонах. Такие корпуса выполнены настолько прочными, что выдерживают происходящее во внутренней полости корпуса воспламенение взрывчатой газовой смеси и последующее повышение давления. Кроме того, корпуса выполнены таким образом, что пламя или раскаленные, действующие как источники инициирования взрыва, частицы наружу попадать не могут. Если наличествуют зазоры, они должны иметь минимальную длину и не превышать максимальной ширины. Кроме того, имеющиеся отверстия корпуса снабжены элементами сброса давления, которые называются также пламезащитными фильтрами и которые предотвращают, что вспыхнувшее в корпусе пламя проникнет наружу и воспламенит наличествующую в окружающей среде взрывоопасную смесь.
Пример взрывозащищенного корпуса известен из DD 261063 A3. Показанный там корпус имеет в своей внутренней полости пористый элемент, например, из шлаковаты, стекловаты, или металла, или керамики, с открытыми сквозными порами или зазорами. Такой элемент должен приводить к снижению давления взрыва примерно на 90%.
Таким же образом в DE 19860286 В4 раскрыт предусмотренный для монитора корпус, внутренняя полость которого частично заполнена пористым демпфирующим материалом для снижения давления взрыва. Материал имеет множество маленьких в поперечном сечении, не закрытых, а сквозных каналов в форме пор и/или зазоров. Давление взрыва должно тем самым уменьшаться приблизительно до 10% давления взрыва, которое в противном случае возникло бы в пустом корпусе.
Аналогично в DE 102014433 В3 предусмотрено устройство планшетного компьютера в снабженном стеклянной пластиной взрывонепроницаемом корпусе, причем в планшетном компьютере расположен демпфирующий элемент с открытыми порами из минеральной ваты, кварцевой ваты, стекловаты, металловаты или т.п.
Ранее представленные решения корпуса требуют для снижения давления взрыва демпфирующие элементы значительного объема, при которых внутренняя полость корпуса используется недостаточно.
Из DE 102013109259 А1 известен, напротив, взрывозащищенный корпус с видом взрывозащиты "взрывонепроницаемая оболочка" (Ex-d), в корпусной стенке которого предусмотрен пористый элемент сброса давления, через который созданное в корпусе давление взрыва может проникать наружу.
Аналогичный принцип использован в корпусах согласно US 4,180,177, а также согласно DE 102010016782 В4.
Кроме того, из DE 102014116149 А1 известна предпочтительная конструкция элемента сброса давления. Он состоит из нескольких слоев тканой проволочной сетки с различными ориентацией и размером ячеек, причем эти слои посредством процесса спекания соединены друг с другом. В случае расположения таких корпусов в неблагоприятной среде, например в насыщенной пылью атмосфере или под непосредственном воздействии погодных условий, элементы сброса давления в отверстиях корпуса требуют особой защиты, например от загрязнения, инфицирования, коррозии и/или обледенения.
Задачей изобретения является предложить концепцию для взрывозащищенного корпуса, посредством которой можно предотвратить один или несколько из вышеназванных недостатков.
Эта задача решена посредством взрывозащищенного корпусного устройства согласно п. 1 формулы изобретения.
Корпусное устройство согласно изобретению имеет корпус, охватывающий внутреннюю полость, которая выполнена с возможностью установки компонентов, которые могут представлять собой источники инициирования взрыва. В корпусе или на нем предусмотрен разгрузочный объем. Таким образом, он может быть расположен во внутренней полости. Дополнительно или в качестве альтернативы, разгрузочный объем может быть расположен примыкающим снаружи или внутри к внутренней полости. При этом предусмотрено, по меньшей мере, одно сквозное отверстие, соединяющее внутреннюю полость с объемом сброса давления, причем в этом сквозном отверстии помещено газопроницаемое и огнепреградительное устройство. В его случае речь идет обычно о пористом, механически устойчивом элементе с множеством предпочтительно одно- или многократно разветвленных каналов пор, соединяющих друг с другом две обращенные одна от другой стороны элемента. Элемент сброса давления может представлять собой, например, пористый металлический элемент, пористый керамический элемент, пористый стеклянный элемент, спеченный из металлических частиц или керамических частиц элемент, или состоящий из нескольких соединенных друг с другом слоев проволочной сетки элемент.
Элемент сброса давления может быть приклеен, приварен или же механически, например, посредством зажимной рамки, зажимных болтов или подобным образом, соединен с компоновкой стенок. Элемент сброса давления может быть прикреплен к корпусной стенке или при первичном формообразовании корпусной стенки введен в нее.
Согласно изобретению с одной стороны огнепреградительного устройства находится та часть внутренней полости, в которой расположены образующие источники инициирования взрыва компоненты, тогда как с другой стороны огнепреградительного газопроницаемого устройства ограничен объем, свободный от образующих источники инициирования взрыва компонентов. Например, содержащая такие компоненты часть внутренней полости может относиться к взрывозащищенному корпусу Ex-d, тогда как объем сброса давления выполнен согласно другому виду взрывозащиты, например Ех-е. Таким образом, он может иметь открытые в окружающую среду отверстия. Однако в любом случае газопроницаемое огнепреградительное устройство недоступно для прямых воздействий окружающей среды и, тем самым, осаждению пыли, обледенению и т.д.
Последнее действительно, прежде всего, если объем сброса давления образован в расположенном во внутренней полости корпуса неполном корпусе. Комбинация газопроницаемого и огнепреградительного устройства, например в форме жесткого пористого элемента (например, спеченного элемента из слоев металлической сетки), с объемом сброса давления, уменьшает по сравнению с демпфирующими элементами, известными из уровня техники, требуемый объем устройства сброса давления. Оно в случае изобретения состоит из газопроницаемого огнепреградительного устройства и содержащего объем сброса давления неполного корпуса. Последний имеет по сравнению с пористым элементом тех же размеров более высокую поглощающую способность. Вследствие обусловленного расширением при охлаждении проникающего через пористый элемент количества газа объем сброса давления особенно сильно сбрасывает давление. Также сопротивление движению потока в свободном объеме сброса давления значительно меньше, чем сопротивление движению потока внутри пористого демпфирующего элемента, что, прежде всего, служит для сброса пика давления после возникновения взрыва.
Другие подробности предпочтительных форм выполнения изобретения являются предметом пунктов формулы изобретения, чертежа или описания. Показано на:
фиг. 1 - взрывозащищенный корпус с объемом сброса давления и расположенным между ними элементом сброса давления, схематическое изображение в разрезе,
фиг. 2-5 - другие формы выполнения взрывозащищенных корпусов соответственно с объемом сброса давления, схематическое изображение в разрезе,
фиг. 6 - взрывозащищенный корпус с двойными стенками со служащими как объем сброса давления внутренними полостями стенок, схематическое изображение в разрезе, и
фиг. 7 - взрывозащищенный корпус с двойными стенками с объемами в стенках, по меньшей мере, частично заполненными пористым материалом.
На фиг.1 показано корпусное устройство 10, к которому относятся корпус 11 и неполный корпус 12. Корпус 11 содержит один или несколько электрических или других компонентов 13, 14, 15, расположенных в охваченной корпусом 11 внутренней полости 16 и могущих образовать источники инициирования взрыва для возможно имеющейся там взрывчатой газовой смеси.
Обычно, корпус 11 состоит из металла, например стали или алюминия, однако он может также быть выполнен из подходящей пластмассы или полимерного композитного материала. Он примыкает непосредственно к неполному корпусу 12, который может состоять из того же или другого материала. Неполный корпус 12 также охватывает внутреннюю полость 17, в которой не расположены другие детали или компоненты или, по меньшей мере, детали или компоненты, которые могут представлять собой источники инициирования взрыва. Такими компонентами, в качестве примера, могут быть неподвижные контакты, например в форме электрических замыкающихся контактов. В таком случае корпус 11 выполнен, например, согласно виду взрывозащиты Ex-d (взрывонепроницаемая оболочка), это значит, что каждое соединение между внутренней полостью и окружающей средой выполнено огнепреградительным, причем корпусная стенка корпуса 11 выдерживает нагрузку от давления происходящего во внутренней полости 16 взрыва. Неполный корпус 12 может, наоборот, быть выполнен согласно другому виду взрывозащиты, например Ех-е, это значит, что во внутренней полости 17 не предусмотрены создающие источники инициирования взрыва детали.
Возможно также как корпус 11, так и неполный корпус 12 выполнять согласно одному и тому же стандарту, например как взрывонепроницаемую оболочку (Ex-d). В таком случае как в корпусе 11, так и в неполном корпусе 12 могут иметься создающие источники инициирования взрыва компоненты. Так бывает, прежде всего, если имеющиеся в обеих внутренних полостях 16, 17 потенциальные источники инициирования взрыва активны не одновременно.
Корпус 11 имеет в стенке 25 сквозное отверстие 18, соединяющее внутреннюю полость 16 с внутренней полостью 17. Стенка 25 представляет собой неотъемлемую составную часть корпуса 11 или неполного корпуса 12. В сквозном отверстии 18 или на нем предусмотрено огнепреградительное устройство 19, выполненное газопроницаемым и образованное, например, пористым элементом 20. Он может, например, представлять собой элемент из металловаты, элемент из керамической ваты или выполненный из тканой проволочной сетки, плетеной проволочной сетки, спрессованной проволоки или же подобным образом выполненный элемент. Прежде всего, пористый элемент 20 выполнен жестким на изгиб и по своей кромке 21 соединен с корпусной стенкой. Соединение предпочтительно не имеет зазора, так что протекающий через сквозное отверстие 18 газ не может обойти пористый элемент 20.
Ранее описанное корпусное устройство 10 может применяться во взрывоопасной окружающей среде. Если через дополнительно не показанные зазоры или другим путем взрывоопасные газы проникли во внутреннюю полость 16, а при известных обстоятельствах также в 17, то они на одном из компонентов 13-15 в случайный момент могут зажечь газ и привести к взрыву во внутренней полости 16. Корпус 11 не имеет отверстий или зазоров, через которые пламя или горячие частицы могли бы попасть наружу. Все стыки, зазоры и прочие не являющиеся газонепроницаемыми структуры являются огнепреградительными.
Инициированный во внутренней полости 16 взрыв ведет, прежде всего, к нагреванию и расширению имеющегося газового объема, что сопровождается повышением давления. Огнепреградительное устройство 19 вызывает, однако, сброс давления, позволяя потоку газа переходить из внутренней полости 16 во внутреннюю полость 17. Проникающие через пористый элемент 20 во внутреннюю полость 17 газы охлаждаются вследствие теплоотдачи в пористый элемент 20, а также вследствие расширения, например адиабатически и/или вследствие эффекта Джоуля-Томсона. Вследствие этого внутренняя полость 17 может принимать газовый объем, который больше, чем газовый объем, вышедший из внутренней полости 16 через сквозное отверстие 18. Таким образом, внутренняя полость 17 образует очень эффективный объем 22 сброса давления для внутренней полости 16.
Дополнительно, неполный корпус 12 закрывает огнепреградительное устройство 19 от воздействий окружающей среды, так что оно защищено, прежде всего, от запыленности, загрязнения, инфицирования, обледенения и подобных воздействий. Прежде всего, не допускаются воздействия окружающей среды, могущие привести к уменьшению газопроницаемости огнепреградительного устройства 19.
Как обращенная к внутренней полости 16 поверхность 23, так и обращенная к объему 22 сброса давления поверхность 24 долговременно защищены.
На фиг. 2 показана измененная форма выполнения корпусного устройства 10, в которой корпус 11 и неполный корпус 12 образованы общим элементом корпуса. Объем 22 сброса давления отделен от внутренней полости 16 перегородкой 25, которая является неотъемлемой составной частью элемента корпуса и в которой расположено сквозное отверстие 18 с расположенным в нем устройством 19 сброса давления. В свою очередь, относящийся к нему пористый элемент 20 может любым подходящим образом быть соединен с кромкой отверстия 18 сброса давления, например посредством приклеенной, привинченной, приваренной, припаянной или иначе соединенной обоймы 26, в которой удерживается пористый элемент 20.
Для всех форм выполнения действительно, что внутренняя полость 16 корпуса 11 предпочтительно больше, чем внутренняя полость 17 неполного корпуса 12. Не показанные компоненты, представляющие собой потенциальные источники инициирования взрыва, могут быть расположены во внутренней полости 16. Внутренняя полость 17 предпочтительно свободна от источников инициирования взрыва.
Другой вариант корпусного устройства 10 можно видеть на фиг. 3. Показанная там форма выполнения основана на корпусном устройстве 10 согласно фиг. 1, причем неполный корпус 12 имеет по меньшей мере одно отверстие 27, соединяющее внутреннюю полость 17 со свободной окружающей средой. Это отверстие 27 выполнено неогнепреградительным. Поэтому во внутренней полости 17 также нет источников инициирования взрыва. Любые расположенные там компоненты выполнены таким образом, что от них не может происходить взрыв. При этом речь может идти, например, о неподвижных контактах или других средствах. Образующие источники инициирования взрыва компоненты 13-15 расположены исключительно во внутренней полости 16.
Только в качестве примера в этой форме выполнения предусмотрено устройство 19 сброса давления, в котором пористый элемент 20 по кромке отверстия 18 соединен с материалом корпуса 11 посредством первичного формообразования, например, тем, что пористый элемент 20 при литье корпуса 11 был вложен в его литейную форму и частично охвачен материалом стенки корпуса. Такой вид устройства пористого элемента 20 в стенке 25 корпуса 11 или на ней может применяться в случае каждой из описанных выше и ниже форм выполнения. Это может быть как в том случае, если элемент 20 соединяет внутренние полости 16, 17 друг с другом, так и если пористый элемент 20 соединяет внутреннюю полость 16 с окружающей средой.
Форму выполнения с двойным сбросом давления можно видеть на фиг. 4. Там изображена структура корпуса по образцу корпусного устройства 10 согласно фиг. 2, причем пористый элемент 20 любым из вышеописанных образов может быть прикреплен в перегородке 25 или на ней. Опционально полость 17 неполного корпуса через отверстие 27 может быть соединена с окружающей средой.
Для наглядности опциональной возможности наличия проходов или зазоров между внутренней полостью 16 и окружающей средой на фиг. 4 показан ввод 28 для механической детали, например вала 29. выполненный между валом 29 и соответствующим корпусным вводом 28 зазор является узким и длинным, и поэтому огнепреградительным. Такие или аналогичные компоновки могут быть предусмотрены в случае всех описанных выше и ниже форм выполнения.
Корпус 11 может быть снабжен еще одним устройством 30 сброса давления, образованным пористым элементом 31. Он является газопроницаемым и огнепреградительным. Он может по конструкции и структуре совпадать с пористым элементом 20, так что на его описание соответственно дается ссылка. Кроме того, он любым из названных выше способов может быть соединен с корпусной стенкой.
В случае формы выполнения согласно фиг.4 пористый элемент 20 защищен от загрязнения и влияний атмосферных условий. Дополнительный элемент 30 сброса давления может быть выполнен значительно меньшим и расположен в подходящем месте корпуса, например на нижней стороне корпуса. За счет этого или посредством других мер, например разрывной защитной мембраны, он может быть защищен от воздействий окружающей среды. Такие мембраны могут при выходе потока газа разрываться и освобождать ему путь. Однако потом их нужно заменять. Из-за объема сброса давления небольшие детонации, однако, не приводят к разрушению такой защитной мембраны, так что частые замены мембраны не требуются.
Еще одна возможность выполнения объема 22 сброса давления в корпусе 11 или на нем показана на фиг.5. В случае изображенного там корпусного устройства 10 неполный корпус 12 расположен во внутренней полости 16 и, тем самым, охвачен корпусом 11. Компоновка стенок неполного корпуса 11 может быть полностью или частично образована пористым элементом 20, ограничивающим соответственно внутреннюю полость 17, при известных обстоятельствах вместе с корпусной стенкой корпуса 12. Ограниченная от внутренней полости 16 внутренняя полость 17, образующая объем 22 сброса давления, посредством элемента 20 сброса давления, в свою очередь, ограничена с огнепреграждением. Если во внутренней полости 16, например, на одном из компонентов 13-15 инициирован взрыв, возникает волна горячих сжатых газов, которые при проникновении в пористый элемент 20 охлаждаются и за счет этого уменьшаются в объеме. Таким образом, объем 22 сброса давления действует как демпфирующий объем для эффективного понижения пиков давления в корпусе 11.
Как показано на фиг. 6, возможно также выполнять корпусное устройство 10 как корпус с двойными стенками, причем охваченная внутренней корпусной стенкой 32 внутренняя полость 16 может принимать образующие источники инициирования взрыва компоненты 13, 14, 15. Между внутренней корпусной стенкой 32 и внешней корпусной стенкой 33 выполнены одна или несколько камер, внутренние полости 17 которых совместно образуют объем 22 сброса давления.
Внутренняя стенка 32 может быть снабжена некоторым количеством отверстий, так что все имеющиеся между корпусом 32, 33 камеры находятся в открытом соединении с внутренней полостью 16. В свою очередь, в отверстиях могут быть расположены элементы сброса давления или, как показано на фиг. 6, огнепреградительная облицовка 34 может предотвращать проскок пламени в камеры 17. При этом огнепреградительная облицовка образована предпочтительно одним или несколькими огнепреградительными пористыми элементами, например из металловаты, металлических спрессованных проволок, металлотканей, металлических спеченных элементов, керамических спеченных элементов или т.п. Вследствие охлаждающего действия и охлаждения при расширении проникающего через облицовку 34 газа объем 22 сброса давления действует как демпфирующий объем для предотвращения пиков давления.
Одновременно с помощью корпуса с двойными стенками можно получить особенно легкую и устойчивую конструкцию корпуса. Дальнейшие отверстия для прокладывания кабелей или механически подвижных деталей могут быть расположены на корпусном устройстве 10, пронизывая стенки 32, 33 корпуса. Однако эти отверстия также выполнены огнепреградительными, как принято в случае корпусов Ex-d.
Измененная форма выполнения корпусного устройства 10 показана на фиг. 7. Речь там идет опять о конструкции корпуса из двух оболочек с внутренней стенкой 32 и внешней стенкой 33, между которыми расположены отдельные камеры, совместно образующие внутреннюю полость 17 и, тем самым, объем 22 сброса давления. Внутренняя корпусная стенка 32 снабжена отверстиями, так что предпочтительно каждая из камер сообщается с внутренней полостью 16. Одна или несколько камер, по меньшей мере, частично или же полностью заполнены пористым материалом, чтобы вызывать охлаждение и, тем самым, уменьшение объема движущейся во внутренней полости 17 взрывной волны.
Корпусное устройство 10 согласно изобретению имеет внутреннюю полость 16 для установки компонентов 13, 14, 15, которые могут представлять собой источники инициирования взрыва. Помимо этого, корпусное устройство 10 имеет неполный корпус 12, расположенный в корпусе 11 или на корпусе 11, внутренняя полость 17 которого служит как объем 22 сброса давления. Обе внутренние полости 16, 17 соединены друг с другом через сквозное отверстие 18, в котором предусмотрено газопроницаемое и огнепреградительное устройство 19. Оно может быть образовано посредством пористого элемента 20, выполненного газопроницаемым и оказывающим на проходящий через него поток газа дросселирующее и охлаждающее действие.
ССЫЛОЧНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
10 корпусное устройство
11 корпус
12 неполный корпус 13-15 компоненты
16 внутренняя полость корпуса 11
17 внутренняя полость неполного корпуса 12
18 сквозное отверстие в корпусной стенке 11
19 огнепреградительное устройство
20 пористый элемент
21 кромка элемента 20
22 объем сброса давления
23 обращенная к внутренней полости 16 поверхность элемента
24 обращенная к внутренней полости 17 поверхность элемента
25 перегородка
26 обойма
27 отверстие
28 ввод
29 вал
30 устройство сброса давления
31 пористый элемент
32 внутренняя корпусная стенка
33 внешняя корпусная стенка
34 огнепреградительная облицовка