EP0236638A1 - Pressostat compensé en température et extincteur à sécurité de fonctionnement équipé d'un tel pressostat. - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a temperature compensated pressure switch and a fire extinguisher with operating safety. It also relates to a method for filling a pressure switch according to the invention. It finds application in the aeronautical field of fire fighting in fast discharge extinguishing devices.
- the extinguisher being subjected to very variable temperature conditions according to the place, the time and the altitude, the pressure which reigns inside the extinguisher also varies according to a complex thermodynamic law.
- the extinguishers in question include two gaseous agents: - a propellant such as nitrogen, and - an anti-fire agent such as halon.
- the present invention provides a solution to these problems. It also stands out for its great simplicity of means, which makes it relatively less expensive than conventional solutions. Indeed, the present invention relates to a temperature compensated pressure switch.
- the pressure switch has a first chamber, filled with a reference mixture with thermodynamic characteristics similar to that of a mixture filling a chamber to be controlled.
- an extinguisher provided with a safety device, comprising a propellant and an extinguishing agent in gaseous forms, characterized in that it comprises a sealed chamber filled with a mixture of thermodynamic characteristic similar to that of the two agents in the extinguisher, a system measuring the differential pressure existing between the interior of the sealed chamber and the interior of the extinguisher itself and a device actuated by the differential pressure measurement system and generating a signal alarm when the differential pressure exceeds a threshold value.
- the invention also relates to a method for filling pressure switches according to the invention. The process consists of filling a filling tank with the reference mixture and then creating a primary vacuum on the pressure switches to be filled. The assembly is introduced into a thermostat at a temperature higher than the critical temperature of the reference mixture. At equilibrium, the filling tank is connected to the pressure switches to be filled. When equilibrium is reached, the pressure switches are sealed and returned to room temperature.
- the casing 2 of the fire extinguisher has a hole through which a housing 3 is passed.
- the housing 3 includes a chamber 4 filled with a gas mixture whose thermodynamic behavior in pressure and temperature is similar to that contained in the fire extinguisher itself.
- the gas mixture in chamber 4 must therefore have a pressure-temperature characteristic identical to that of the gases contained in the extinguisher.
- the two curves can be identical or obtained by a simple constant translation.
- the mixture of the chamber 4 is that contained in the extinguisher.
- a special feature of the chamber 4 is that it is perfectly sealed. Leaks in a fire extinguisher are often caused by the manufacturing technique. Indeed, high pressure fire extinguishers often have seals by a flat seal. Very small leaks at this level can lead to pressure differences of around ten percent in five years, which are incompatible with safety standards. Chamber 4 is constructed so as to avoid these leaks.
- the chamber 4 is a part of the housing 3.
- the latter comprises a volume 5 which communicates through orifices 6, 7 with the interior of the extinguisher.
- the volume 5 is adjacent to the chamber 4.
- the chamber 4 has a wall 21, 24 adjacent to the volume 5 and therefore supports on one side a pressure P1 in the chamber 4 and on the other a pressure P2 in the volume 5 and so in fire extinguisher 1.
- the wall 21, 24 has two parts, one of which 24 is fixed relative to the volume 5, and the other mobile 21.
- the mobile part 21 is connected to the fixed part 24 by a bellows 22 for example hydroformed stainless steel of the Calorstat type which serves both as a seal and as a calibration spring.
- the shaft 30 is made in one piece with the movable wall 21 so as to avoid sealing problems. He also wears a finger 9 mounted at the end of the shaft 30 on a stop 11. The finger 9 passes through an orifice in a third compartment 31 of the housing 3. This compartment 31 contains a microswitch 8 which is actuated only for a stroke of the finger 9 corresponding to a critical pressure difference.
- the microswitch 8 it is necessary for the microswitch 8 to work in an environment close to that of the free atmosphere, that is to say of the atmosphere external to the extinguisher.
- a sealing means must be provided between these two compartments.
- a stainless steel bellows 17 has been placed which provides a chamber 25 in communication with the third compartment 31, the chamber 25 surrounding the shaft 30 and protecting it from the contents of the fire extinguisher 1.
- the shaft 30 transmits the position of the plate 21. This position results from the balance of forces between the pressures applied to the effective sections of the bellows 17, 22, 23 and the stiffness of these same bellows.
- the bellows 17 and 23 are subjected to the same internal pressure (pressure in the chamber 31) through the passage sections 12 and 13.
- the bellows 17 is rigidly connected to the part 18.
- the bellows 23 is rigidly connected to the part 32
- the parts 18 and 32 are rigidly linked together.
- the cross sections of the bellows 17 and 23 having the same value, the pressure fluctuations in the chamber 31 do not influence the position of the plate 21.
- the shaft 30 rises until triggering the swich 8.
- a second microswitch is placed for example on the stop 32 to detect the descent of the shaft 30 when the bellows 23 leaks.
- the safety device is fixed and a flat seal 20 is arranged so as to ensure the seal.
- the interface 19 is constituted by a thread in order to make the safety device removable. The orifice is closed during the test by a corresponding threaded plug.
- the filling of the chamber 4 is ensured by a tube 15.
- the fillings of the extinguisher 1 and of the chamber 4 ensure there the same thermodynamic mixtures (same temperature pressure variations).
- the tube is welded at 16.
- the characteristic of the invention which makes the filling pressure of the enclosure to be checked equal to that of the pressure switch avoids the risks of leakage on closing 16.
- the invention therefore also relates to a method for filling a temperature compensated pressure switch according to the invention.
- a filling tank is first loaded from the primary vacuum to a given mass of mixture which is defined to obtain at the end of filling the mixing ratio and the desired thermodynamic conditions.
- At least one pressure switch is put on primary vacuum and connected to an access valve (initially closed) to the filling tank.
- the assembly is placed in a climatic chamber brought to a higher temperature equal to the critical temperature of the mixture.
- thermodynamic equilibrium is awaited, then the access valve is closed and the filling tube 15 of each pressure switch is closed, which returns to ambient temperature.
- the cycle is determined so that the molar composition and the pressure in the pressure switch at the end of filling correspond to the desired values.
- the invention applies to the monitoring of pressurized gas storage capacities both for on-board installations on air, space or land vehicles, as well as for fixed installations such as refinery storage tanks.
- the invention applies to the inflation bottles of the inflatable lifeboats on board the devices.
- the pressure switch is formed around a Bourdon tube immersed in the capacity to be monitored, the capacity of which is filled with the reference mixture.
- the tube is of calibrated stiffness and movable so as to drive an actuating lever of a microcontact analogous to the contact (8) so as to generate the alarm signal warning the central security that the controlled enclosure undergoes a drop in pressure due to leakage.
- This pressure drop is not due to a variation in the outside atmosphere since the pressure switch is said to be temperature compensated.
- the pressure switch always includes a balancing chamber intended to balance, that is to say cancel, the pressure variations of the external atmosphere of the pressure switch.
- the pressure drop information is transmitted to a micro-contact inside the capacity to be monitored which is subject to external pressure conditions.
- the installation of a balancing system based on the principle of that of the figure removes the influence of external pressure on the system.
- the microswitch 8 is replaced by an electrical device which provides a functional signal of the position of the mobile 30, that is to say of the pressures acting on the parts of the pressure switch linked to the mobile 30.
- the derived signal is calibrated and continuously supplies the value of the controlled differential pressure.
Abstract
Description
- La présente invention concerne un pressostat compensé en température et un extincteur à sécurité de fonctionnement. Elle concerne aussi un procédé de remplissage d'un pressostat selon l'invention. Elle trouve application dans le domaine aéronautique de lutte contre le feu dans les appareils par extinction à décharge rapide.
- Dans un avion, les ensembles de lutte contre le feu ne jouent jamais qu'une fois et ceci rarement sur toute une flotte d'avions. Ainsi un extincteur a très peu de chances d'être actionné. Mais quand il l'est, il doit fonctionner aussi bien cinq ou dix ans après qu'au jour de sa fabrication. Or les méthodes de fabrication des extincteurs entraînent le risque de fuites à débits très faibles. L'extincteur peut après un temps très long se trouver inutilisable ou inefficace. Pour remédier à cet état, l'art antérieur présente une solution qui consiste à mesurer en permanence la pression interne de l'extincteur et à la comparer à une pression de seuil. Dès que la mesure devient inférieure à la valeur de la pression limite, un microcontact monté sur le capteur fournit un signal d'alarme transmis à la centrale de sécurité de l'avion.
- Mais l'extincteur étant soumis à des conditions de température très variables selon le lieu, l'époque et l'altitude, la pression qui règne à l'intérieur de l'extincteur varie aussi selon une loi thermodynamique complexe. D'autre part, les extincteurs dont il est question comportent deux agents gazeux :
- un agent de propulsion comme de l'azote, et
- un agent anti-feu comme du halon. - Or les gaz sont en général miscibles et il faudrait tenir compte de leurs interactions.
- La présente invention apporte une solution à ces problèmes. Elle se signale aussi par une grande simplicité de moyens ce qui la rend relativement moins coûteuse que les solutions classiques. En effet, la présente invention concerne un pressostat compensé en température. Le pressostat comporte une première chambre, emplie d'un mélange de référence à caractéristique thermodynamique semblable à celle d'un mélange emplissant une enceinte à controler. Elle concerne aussi un extincteur muni d'un dispositif de sécurité, comportant un agent propulsif et un agent d'extinction sous formes gazeuses, caractérisé en ce qu'il comporte une chambre étanche emplie d'un mélange de caractéristique thermodynamique semblable à celle des deux agents dans l'extincteur, un système mesurant la pression différentielle existant entre l'intérieur de la chambre étanche et l'intérieur de l'extincteur proprement dit et un dispositif actionné par le système de mesure de la pression différentielle et engendrant un signal d'alarme quand la pression différentielle dépasse une valeur de seuil. L'invention concerne aussi un procédé de remplissage de pressostats selon l'invention. Le procédé consiste à remplir un réservoir de remplissage avec le mélange de référence puis à faire un vide primaire sur les pressostats à remplir. L'ensemble est introduit dans un thermostat à une température supérieure à la température critique du mélange de référence. A l'équilibre, le réservoir de remplissage est connecté aux pressostats à remplir. Quand l'équilibre est atteint, les pressostats sont scellés et sont remis à la température ambiante.
- D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'aide de la description et de la figure annexée qui représente en coupe un exemple de réalisation d'un extincteur selon la présente invention.
- A la figure, on a représenté la seule partie 1 de l'extincteur qui porte le dispositif pour assurer la sécurité de fonctionnement de l'extincteur. L'enveloppe 2 de l'extincteur comporte un perçage à travers lequel un boîtier 3 est passé. Le boîtier 3 comprend une chambre 4 rempli d'un mélange gazeux dont le comportement thermodynamique en pression et température est semblable à celui contenu dans l'extincteur proprement dit. Le mélange gazeux dans la chambre 4 doit donc présenter une caractéristique pression-température identique à celle des gaz contenus dans l'extincteur. Les deux courbes peuvent être identiques ou obtenues par une simple translation constante. Dans l'exemple de réalisation, le mélange de la chambre 4 est celui contenu dans l'extincteur.
- Une particularité de la chambre 4 est qu'elle est parfaitement étanche. Les défauts d'étanchéité d'un extincteur sont souvent provoqués par la technique de fabrication. En effet, les extincteurs haute pression comportent souvent des étanchéïtés par un joint plat. Les fuites très faibles à ce niveau peuvent amener en cinq ans des écarts de pression de dix pour cent environ incompatibles avec les normes de sécurité. La chambre 4 est construite de manière à éviter ces fuites.
- Dans l'exemple de réalisation, la chambre 4 est une partie du boîtier 3. Celui-ci comporte un volume 5 qui communique par des orifices 6 , 7 avec l'intérieur de l'extincteur. Le volume 5 est adjacent à la chambre 4. La chambre 4 comporte une paroi 21 , 24 adjacente au volume 5 et supporte donc d'un côté une pression P1 dans la chambre 4 et de l'autre une pression P2 dans le volume 5 et donc dans l'extincteur 1.
- Pour mesurer la pression différentielle P1-P2, la paroi 21 , 24 comporte deux parties dont l'une 24 est fixe relativement au volume 5, et l'autre mobile 21. La partie mobile 21 est reliée à la partie fixe 24 par un soufflet 22 par exemple hydroformé en inox du type Calorstat qui sert à la fois d'étanchéité et de ressort de tarage.
- On conçoit ainsi que l'axe 30 solidaire de la paroi mobile 21 se déplace d'une quantité fonction de la différence de pression P2-P1 entre les deux compartiments 4 , 5. Comme les mélanges ont le même comportement thermodynamique, cette différence de pression ne dépend pas de la température et le dispositif de sécurité est donc bien compensé en température.
- L'arbre 30 est réalisé d'une seule pièce avec la paroi mobile 21 de façon à éviter les problèmes d'étanchéité. Il porte aussi un doigt 9 monté en bout d'arbre 30 sur une butée 11. Le doigt 9 passe à travers un orifice dans un troisième compartiment 31 du boîtier 3. Ce compartiment 31 contient un microcontact 8 qui n'est actionné que pour une course du doigt 9 correspondant à une différence de pression critique.
- Dans cette hypothèse, on sait que les fuites de l'extincteur le rendent inutilisable et un générateur 10 émet un signal à une centrale de sécurité montée dans l'avion par exemple.
- Dans un exemple de réalisation, il faut que le microcontact 8 travaille dans un environnement proche de celui de l'atmosphère libre, c'est-à-dire de l'atmosphère extérieure à l'extincteur.
- Comme l'arbre 30 traverse le boîtier 3 à la séparation entre le volume 5 au second compartiment et le troisième compartiment 31; il faut disposer un moyen d'étanchéité entre ces deux compartiments. On a disposé un soufflet en inox 17 qui ménage une chambre 25 en communication avec le troisième compartiment 31, la chambre 25 entourant l'arbre 30 et le protégeant du contenu de l'extincteur 1.
- L'arbre 30 transmet la position du plateau 21. Cette position découle de l'équilibre des forces entre les pressions appliquées sur les sections efficaces des soufflets 17, 22, 23 et des raideurs de ces mêmes soufflets.
- Les soufflets 17 et 23 sont soumis à la même pression intérieure (pression dans la chambre 31) de par les sections de passage 12 et 13. Le soufflet 17 est lié rigidement à la partie 18. Le soufflet 23 est lié rigidement à la partie 32. Les parties 18 et 32 sont liées rigidement entre elles. De plus les sections efficaces des soufflets 17 et 23 ayant même valeur, les fluctuations de la pression dans la chambre 31 n'influent pas sur la position du plateau 21.
- Si l'extincteur présente une fuite à faible débit entre la chambre P2 à la pression de l'extincteur et la chambre 25 à la pression de l'extérieur, l'arbre 30 remonte jusqu'à déclencher le swich 8. Dans un exemple de réalisation, on a prévu aussi le cas où le soufflet 23 présentait une fuite entre les champbres 14 et 4. Un second microcontact est disposé par exemple sur la butée 32 pour détecter la descente de l'arbre 30 à la fuite du soufflet 23.
- A l'interface 19 du boîtier 3 et de l'enveloppe 2 de l'extincteur 1, on fixe le dispositif de sécurité et on dispose un joint plat 20 de manière à assurer l'étanchéïté.
- Dans les cas où l'enveloppe 2 est soumise à des essais de réception à très hautes pressions, il n'est pas question de faire subir au dispositif de sécurité de tels efforts. Aussi l'interface 19 est constituée par un filetage afin de rendre le dispositif de sécurité amovible. L'orifice est refermé pendant l'essai par un bouchon fileté correspondant.
- Dans un exemple de réalisation, le remplissage de la chambre 4 est assuré par un tube 15. Dans un exemple de réalisation, les remplissages de l'extincteur 1 et de la chambre 4 y assurent les mêmes mélanges thermodynamques (mêmes variations pression température). A la fin du remplissage, le tube est soudé en 16.
- En particulier, la caractéristique de l'invention qui fait la pression de remplissage de l'enceinte à controler égale à celle du pressostat évite les risques de fuite à la fermeture 16.
- Le remplissage du pressostat avant sa pose sur l'enceinte à controler pose un problème délicat. En effet, le mélange dans la chambre 4 doit avoir un rapport de mélange et une pression parfaitement adaptés et donc déterminés par les caractéristiques du mélange dans l'enceinte à controler. L'invention concerne donc aussi un procédé de remplissage d'un pressostat compensé en température selon l'invention. Selon le procédé, un réservoir de remplissage est d'abord chargé depuis le vide primaire jusqu'à une masse donnée de mélange qui est définie pour obtenir à la fin du remplissage le rapport de mélange et les conditions thermodynamique désirées. Au moins un pressostat est mis au vide primaire et connecté à un robinet d'accès (initialement fermé) au réservoir de remplissage. L'ensemble est placé dans une enceinte climatique portée à une température supérieure égale à la température critique du mélange. On attend ensuite l'équilibre thermodymanique du mélange puis on ouvre le robinet d'accès au réservoir de façon à remplir les thermostats. On attend l'équilibre thermodynamique puis on referme le robinet d'accès et on scelle le tube 15 de remplissage de chaque pressostat qui retourne à la température ambiante. Le cycle est déterminé de manière à ce que la composition molaire et la pression dans le pressostat à la fin du remplissage correspondent à des valeurs désirés.
- L'invention s'applique à la surveillance des capacités de stockage de gaz sous pression aussi bien pour des installations embarquées sur des véhicules aériens, spatiaux ou terrestres, que pour des installations fixes comme des réservoirs de stockage de raffineries. En particulier l'invention s'applique aux bouteilles de glonflage des canots pneumatiques de sauvetage embarqués sur les appareils.
- Dans un autre mode de réalisation, le pressostat est constitué autour d'un tube de Bourdon plongé dans la capacité à surveiller dont la capacité est rempli du mélange de référence. Le tube est de raideur étalonnée et mobile de manière à entraîner un levier d'actionnement d'un microcontact analogue au contact (8) de manière à engendrer le signal d'alarme avertissant la centrale de sécurité que l'enceinte contrôlée subit une baisse de pression dûe à une fuite. Cette baisse de pression n'est pas dûe à une variation de l'atmosphère extérieure puisque le pressostat est dit compensé en température. A cette fin, le pressostat comporte toujours une chambre d'équilibrage destinée à équilibrer, c'est-à-dire à annuler, les variations de pression de l'atmosphère extérieure du pressostat. Dans le cas d'un pressostat à tube de Bourdon, l'information de chute de pression est transmise à un micro contact à l'intérieur de la capacité à surveiller qui est soumis aux conditions extérieures de pression. La mise en place d'un système d'équilibrage basé sur le principe de celui de la figure supprime l'influence de la pression extérieure sur le système.
- Dans un autre mode de réalisation, le microcontact 8 est remplacé par un dispositif électrique qui fournit un signal fonction de la position du mobile 30 c'est-à-dire des pressions agissant sur les parties du pressostat liées au mobile 30. Le signal dérivé est étalonné et fournit en permanence la valeur de la pression différentielle contrôlée.
Claims (21)
- à remplir un réservoir de remplissage avec une masse prédéterminée de mélange de référence ;
- à réaliser un vide primaire dans les pressostats à remplir ;
- puis à disposer l'ensemble dans un thermostat à une tem pérature supérieure à la température critique du mélange de référence ;
- à attendre que l'équilibre thermodunamique soit établi ;
- à connecter ensuite les pressostats au réservoir de remplissage ;
- à attendre que l'équilibre thermodynamique soit établi ;
- puis à sceller les pressostats et les faire retourner à la température ambiante.
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