СПРИНКЛЕРНАЯ СИСТЕМА ПОЖАРОТУШЕНИЯ И СПОСОБ РЕМОНТА ИЛИ МОДИФИКАЦИИ СПРИНКЛЕРНОЙ СИСТЕМЫ
SPRINKLER FIRE-EXTINGUISHING SYSTEM AND METHOD OF SPRINKLER SYSTEM REPAIR OR MODIFICATION

Изобретение в целом относится к спринклерной системе пожаротушения, содержащей трубы из хлорированного поливинилхлорида (ХПВХ). В приведенном в качестве примера варианте выполнения механическое соединение секций выполняется без использования компаунда, с применением герметизирующих элементов из упругого материала, химически совместимых с материалом ХПВХ.
Уровень техники.
Во многих зданиях, согласно законодательству, требуется наличие спринклерной системы пожаротушения. Кроме того, жилые здания все чаще оборудуются системами пожаротушения. Системы трубопроводов из ХПВХ идеально подходят для применения в спринклерных системах пожаротушения благодаря их устойчивости к коррозии, малому весу материала, простоте установки и другим привлекательным качествам.
Согласно существующим стандартам, соединение стыкуемых отрезков ХПВХ труб выполняется с использованием компаунда для создания между ними постоянного соединения. В некоторых случаях для затвердевания компаунда требуется значительное время. Кроме того, в ряде случаев возникает необходимость внести изменения в существующую пожарную спринклерную систему на основе ХПВХ или выполнить ремонт. При использовании компаунда необходимо, чтобы все изменения в сети выполнялись в отсутствие влаги.
На практике спринклерная система пожаротушения зачастую находится под постоянным давлением воды. В существующих системах, для внесения в систему изменений или ее ремонта, нужную секцию спринклерной системы пожаротушения требуется вывести из эксплуатации и осушить. Новые отрезки ХПВХ труб, которые должны быть установлены в систему, вклеиваются компаундом, для затвердевания которого требуется определенное время. После этого система вновь включается и испытывается. В ходе этого процесса, который может занимать сутки и более, по крайней мере часть спринклерной системы пожаротушения выведена из эксплуатации, и требуется альтернативная пожарная защита. Таким образом, необходим способ соединения отрезков ХПВХ труб, в котором сокращено время простоя, обусловленное существующей технологией соединения труб.
При использовании компаунда создается неразъемное соединение труб. Таким образом, неправильное совмещение и другие неблагоприятные условия не поддаются быстрому исправлению. Кроме того, в некоторых системах трубопроводов, например в местах приготовления пищи, требуется регулярная разборка для очистки. Таким образом, существует потребность в создании ХПВХ трубопроводной системы, в которой производится разъемное соединение отрезков труб.
В других системах трубопроводов, например, использующих металлические или пластиковые материалы, например ПВХ, можно использовать механические соединения с катаными трубами или трубами с кольцевыми канавками под кольцевые уплотнители. В некоторых механических соединениях используются кольцевые упругие герметизирующие элементы, плотно охватывающие стыки концов труб. Как правило, герметизирующие элементы выполняются из упругих материалов, использующих пластификаторы или иные добавки. Также для упрощения сборки часто используется смазка. Однако подобные известные технологии не могут быть непосредственно применены в трубопроводах из ХПВХ. В трубопроводах из ХПВХ могут возникнуть проблемы совместимости с пластификаторами и смазкой, выражающиеся в появлении трещин в материале трубы под действием напряжений.
В трубах из ПВХ создание торцевых канавок под уплотнительные кольца на концах труб называется "накаткой канавок". При накатке канавок материал вдавливается внутрь, образуя кольцевые канавки с наружной стороны. При этом смещение материала уменьшает внутренний диаметр трубы. Уменьшение внутреннего диаметра трубы влияет на поток текучей среды. Кроме того, особенности и свойства ХПВХ не очень подходят для процесса "накатки канавок".
В ряде других технологий создания канавок материал стенки трубы удаляется резцом или иным режущим инструментом. Например, канавки на металлических трубах могут создаваться режущим инструментом. Считается, однако, что канавки на ХПВХ трубах делать не следует. Спринклерные системы пожаротушения на основе ХПВХ должны соответствовать строгим стандартам безопасности UL (American Underwriters Laboratories-лаборатории по технике безопасности в США) и иным стандартам. Поскольку при нарезании канавок толщина стенки снижается, не рекомендуется делать таким образом канавки на трубах из ХПВХ, чтобы не ослаблять стенки трубы. Таким образом, существующие способы подготовки и герметизации трубопроводных систем не в полной мере подходят для систем с трубами из ХПВХ. Требуется разработка способа и процедур испытания для систем, использующих трубы из ХПВХ с канавками, включая согласованные процедуры оценки совместимости герметизации.
Кроме того, механические соединения часто предполагают сжатие для создания герметичного соединения между трубами и герметизирующим элементом. Силы сжатия, воздействующие на трубу из ХПВХ, не должны превышать заданного предела. Таким образом, для применения в спринклерных системах пожаротушения из фитингов из ХПВХ, использующих сжатие, требуется разработка механизма ограничения сил сжатия.
К другим полезным элементам или вариантам сети труб из ХПВХ относятся разветвители для соединения первого трубопровода с ортогонально проходящим трубопроводом. В существующих спринклерных системах пожаротушения с трубами из ХПВХ для врезки в систему требуется отключение системы с ее осушением. Для этого используются соответствующие гнездовые тройники в комбинации с гнездовыми соединителями, соединительными переходниками с канавками и фланцами. Тройник приклеивается к отрезанным концам труб с использованием компаунда. При выполнении врезки необходимо точно выполнять условия затвердевания компаунда. По аналогии со стыковкой труб, этот процесс требует прекращения работы спринклерной системы пожаротушения на длительное время, а также использования альтернативного способа противопожарной защиты. Таким образом, требуется создание тройников и разработка процедур для выполнения врезок, которые позволили бы сократить время простоя спринклерной системы пожаротушения, с одновременным соблюдением требований, устанавливаемых строгими стандартами пожарной безопасности.
В том случае, если совместно с системой ХПВХ трубопроводов используются механические элементы стыковки и соединения, эти элементы должны быть адаптированы к особенностям труб из ХПВХ. Должны соблюдаться требования по креплению и сжатию материала из ХПВХ. Таким образом, требуется создание крепежных элементов, совместимых со свойствами труб из ХПВХ.
Как было упомянуто выше, основной недостаток механического соединения элементов состоит в том, что эластомерные герметизирующие элементы часто сделаны из материалов, в состав которых входят пластификаторы и другие добавки, под действием которых может произойти деградация и ухудшение работы труб из ХПВХ. Таким образом, требуется разработка протокола совместимости для их использования с трубами из ХПВХ.
Кроме того, был разработан ряд стандартов по испытаниям на противопожарную защиту, специфичных для систем с пластиковыми трубами. Для введения механических соединительных элементов и адаптеров в такие системы необходимо, чтобы готовая система также удовлетворяла определенным эксплуатационным стандартам. Таким образом, требуется создание комбинированных систем, использующих пластиковые трубы и механические соединения, работа которых удовлетворяет требованиям существующих стандартов пожарной безопасности. Помимо этого, использование упругих элементов в пластиковых системах требует, чтобы трубы из ХПВХ удовлетворяли новым критериям эксплуатации, связанным с устойчивостью к растрескиванию под действием напряжений.
Существует необходимость в создании способов и устройств для использования труб из ХПВХ с кольцевыми канавками. Кроме того, требуется создание установки для прецизионного высверливания трубы из ХПВХ для выполнения прямой врезки.
В спринклерных системах пожаротушения часто используются стояки для запитки ветвей системы распределения. В качестве стояков для подачи воды в спринклерные системы пожаротушения зачастую используются металлические трубы. Проблема состоит в том, что трубы из ХПВХ не могут быть использованы в качестве стояков из-за того, что крепление ХПВХ должно производиться без его чрезмерного сжатия. В настоящее время максимальный диаметр труб из ХПВХ в пожарных спринклерных системах составляет около 50,8 мм (2 дюймов). Таким образом, потребуются трубы большего диаметра (до 101,6 мм (4 дюймов) с зажимным устройством, обеспечивающим использование труб с большим диаметром в качестве стояков.
Раскрытие изобретения.
В варианте выполнения, использованном для иллюстрации, система содержит группу отрезков труб для текучей среды, связанных потоком. Отрезки труб выполнены из композиции, состоящей из хлорированного поливинилхлорида (ХПВХ). Используемые здесь термины "композиция из ХПВХ" и "труба из ХПВХ" означают, что композиция из ХПВХ и труба из ХПВХ состоит из полимера, в котором сплошная фаза состоит из ХПВХ или в котором более 50% объема полимерных компонентов состоит из ХПВХ, предпочтительно, более 70%, и наиболее предпочтительно, более 80%. С ХПВХ полимером могут быть скомбинированы другие полимеры для повышения ударной прочности, улучшения условий протекания потока или иных свойств, однако эти другие полимеры используются в небольших количествах, обычно 5-15% по весу.
Кроме группы отрезков труб из хлорированного поливинилхлорида для прохождения по ним потока текучей среды, система содержит устройство бескомпаундного соединения прямых участков труб и устройство бескомпаундного соединения ответвлений труб, расположенных перпендикулярно относительно основной трубы.
Каждое из вышеназванных устройств содержит герметизирующий элемент, химически совместимый с материалом отрезков труб. На каждом по крайней мере одном отрезке из пары отрезков труб выполнена на заданном расстоянии от его конца замкнутая кольцевая канавка, между которой и концом отрезка трубы выполнена уплотнительная поверхность, на которую установлен герметизирующий элемент устройства бескомпаундного соединения прямых участков труб.
В месте ответвления труб выполнено отверстие, вокруг которого выполнена уплотнительная поверхность, на которую установлен герметизирующий элемент устройства бескомпаундного соединения ответвлений труб.
Устройство бескомпаундного соединения прямых участков труб может быть снабжено парой соединительных сегментов с дугообразным корпусом, имеющими первый конец, второй конец, внутреннюю вогнутую поверхность, расположенную проходящей между первым концом и вторым концом, и продольный канал, расположенный проходящим вдоль вогнутой поверхности и, по меньшей мере, одним средством разъемного соединения пары соединительных сегментов.
Герметизирующий элемент устройства бескомпаундного соединения прямых участков труб может располагаться внутри продольного канала каждого сегмента.
Устройство бескомпаундного соединения ответвлений труб может содержать расположенные друг против друга первую и вторую дугообразные секции, образующие между собой цилиндрическое пространство, охватывающее стенку главного отрезка трубы и, по меньшей мере, одно средство разъемного соединения расположенных напротив друг друга дугообразных секций.
Первая дугообразная секция может включать в себя вогнутую седловидную поверхность, в целом соответствующую наружной поверхности главного отрезка трубы, канал ответвления труб, расположенный в месте ответвления труб, размер которого перекрывает размер отверстия, центрирующий выступ трубы с фигурной кромкой, окружающий канал ответвления труб, и герметизирующий паз, в котором размещен герметизирующий элемент устройства бескомпаундного соединения ответвлений труб, выполненный из упругого материала, охватывающий центрирующий выступ трубы, и открытый со стороны седловидной поверхности.
Герметизирующий элемент устройства бескомпаундного соединения ответвлений труб может быть выполнен с, по меньшей мере, одним направляющим выступом, а герметизирующий паз может включать, по крайней мере, одно соответствующее ему направляющее углубление ориентирования герметизирующего элемента внутри герметизирующего паза.
Каждый соединительный сегмент с дугообразным корпусом устройства бескомпаундного соединения прямых участков труб может быть выполнен с ограничительными поверхностями, которые будут образовывать механизм ограничения чрезмерного сжатия каждой из пары отрезков труб из хлорированного поливинилхлорида.
Первая и вторая дугообразные секции устройства бескомпаундного соединения ответвлений труб также могут быть выполнены с ограничительными поверхностями, которые тоже будут образовывать механизм ограничения чрезмерного сжатия одного из главного отрезка трубы из хлорированного поливинилхлорида.
Система может включать в себя, по крайней мере, один стояк, выполненный из хлорированного поливинилхлорида, и устройство соединения стояка с отрезками труб, содержащее опорное приспособление, охватывающее стояк для его фиксации и снабженное парой хомутов, каждый из которых содержит дугообразную секцию, расположенную охватывающей стенку стояка примерно по дуге 180°, фланец, имеющий в целом плоскую поверхность со сквозным отверстием, в которое установлен первый крепежный элемент, расположенную проходящей от первого конца дугообразной секции, и расположенный с другого конца дугообразной секции вытянутый рычаг, имеющий сквозное отверстие, в которое установлен второй крепежный элемент. Поверхность фланца и вытянутый рычаг расположенных друг против друга хомутов вместе будут образовывать механизм ограничения сжатия стояка из хлорированного поливинилхлорида сверх заданных пределов.
Стояк может иметь диаметр в интервале от 5,08 см до 10,16 см.
Для системы, в которой устройство бескомпаундного соединения ответвлений труб обеспечивает герметичное соединение главного отрезка трубы со вторым ответвлением, перпендикулярно отходя от второго места ответвления труб, первая и вторая дугообразные секции могут быть, по существу, выполненными одинаково, в стенке трубы главного отрезка трубы тогда выполняется второе сквозное отверстие, расположенное во втором месте ответвления диаметрально противоположно с первым местом ответвления.
Система может содержать группу спринклерных головок, связанных текучей средой с группой отрезков труб.
В приведенном в качестве примера варианте выполнения после сборки устройство соединения прямых участков труб и, по крайней мере, одна пара отрезков труб составляют первый узел соединения труб, при этом первый узел соединения труб обеспечивает проведение функциональной проверки в соответствии с первым протоколом испытания. После сборки устройство соединения ответвлений труб, отрезок главной трубы и отрезок ответвляющейся трубы образуют второй узел соединения труб, при этом второй узел соединения труб обеспечивает проведение функциональной проверки в соответствии со вторым протоколом испытания.
В варианте выполнения, приведенном в качестве примера, предлагается способ ремонта или модификации спринклерной системы пожаротушения. В этом способе демонтируют участок спринклерной системы, содержащий сеть отрезков труб, в том числе труб из хлорированного поливинилхлорида, после чего соединяют, по меньшей мере, часть существующего отрезка с, по меньшей мере, одним дополнительным отрезком трубы из хлорированного поливинилхлорида посредством, по крайней мере, одного устройства механического соединения и восстанавливают поток текучей среды. При этом режут под прямым углом существующий отрезок трубы, удаляют заменяемый участок и получают, по крайней мере, один первый конец трубы, прорезают кольцевую канавку в стенке существующего отрезка трубы на заданном расстоянии от конца трубы, заготавливают второй отрезок трубы, имеющий кольцевую канавку в стенке трубы на заданном расстоянии от ее конца, и осуществляют герметичное скрепление существующего отрезка трубы и дополнительного отрезка трубы концами плотно встык посредством, по крайней мере, одного устройства механического соединения прямых участков труб. Для создания ответвления трубы вырезают отверстие в главном отрезке трубы в месте ответвления, заключают этот главный отрезок трубы в месте ответвления в, по крайней мере, одно устройство механического соединения ответвлений труб, с герметичным скреплением главного отрезка трубы вокруг отверстия, вводят другой отрезок трубы в выходной канал устройства механического соединения ответвлений труб с расположением соединяемых отрезков труб перпендикулярно друг к другу, после чего возвращают участок спринклерной системы пожаротушения на рабочее место.
В варианте выполнения, приведенном в качестве примера, в способе предлагается формование трубопроводов из исходной композиции на основе ХПВХ для использования в спринклерных системах пожаротушения; формование первых упругих герметизирующих элементов из материала, химически совместимого с исходной композицией на основе ХПВХ для использования с крепежными элементами для соединения трубопроводов и идентификацию их пригодности для использования совместно с этими трубопроводами.
Приведенный в качестве примера способ содержит формование трубопроводов, содержащих модифицированную композицию на основе ХПВХ, для использования в спринклерных системах пожаротушения; формование вторых упругих герметизирующих элементов, выполненных из такого же или другого материала, также химически совместимого с модифицированной композицией на основе ХПВХ, для использования с крепежными элементами для соединения модифицированных трубопроводов и идентификацию их пригодности для использования совместно с этими трубопроводами.
Таким образом, целью приводимого в качестве примера варианта выполнения является спринклерная система пожаротушения, использующая трубы из ХПВХ, в которой модификации и/или ремонт могут быть выполнены без использования компаунда и без затрат времени на его отверждение.
Также целью приводимого в качестве примера варианта выполнения является способ обеспечения совместимости между отрезками труб из ХПВХ и герметизирующими элементами из упругого материала, используемыми в крепежных элементах.
Кроме того, целью приводимого в качестве примера варианта выполнения является создание трубы из ХПВХ и соединительных узлов, которые в состоянии выдержать жесткие проверки на соответствие протоколам сертифицирующих испытаний таких организаций, как Лаборатория по технике безопасности (UL Inc.).
Еще одной целью приводимого в качестве примера варианта выполнения является способ врезки в линию отрезков труб из ХПВХ с использованием труб с канавками и механического соединительного устройства.
Также целью приводимого в качестве примера варианта выполнения является способ формирования ответвления в существующей спринклерной системе пожаротушения с использованием крепежного элемента разветвления.
Эти, а также другие цели вариантов выполнения, использованных в качестве примера, будут очевидны при знакомстве с приведенным ниже подробным описанием и чертежами.
Краткое описание чертежей
Для лучшего понимания приведенного выше краткого описания существа изобретения, а также следующего далее подробного описания вариантов выполнения, использованных в качестве примеров, рассмотрение следует проводить с использованием приложенных чертежей. Для иллюстрации изобретения на чертежах представлены некоторые примеры выполнения. Следует, однако, иметь в виду, что изобретение не ограничивается показанными конкретными конфигурациями и способами. На чертежах:
Фиг.1 схематически представляет пример пожарной спринклерной системы, содержащей отрезки труб из ХПВХ и крепежные элементы;
Фиг.2 представляет вид спереди, частично в сечении, пары секций труб, соединенных посредством устройства соединения прямых участков труб;
Фиг.3 представляет изображение герметизирующего элемента для использования в устройстве соединения прямых участков труб в перспективе;
Фиг.4 представляет вид сбоку отрезка трубы и узла устройства соединения прямых участков труб;
Фиг.5 представляет вид снизу соединительного сегмента устройства соединения прямых участков труб;
Фиг.6 представляет вид сбоку, частично в сечении, отрезка главной трубы и ответвляющейся трубы, соединенных посредством устройства соединения ответвлений труб;
Фиг.7 представляет собой вид снизу первой дугообразной секции устройства соединения ответвлений труб;
Фиг.8 представляет герметизирующий элемент для использования в устройстве соединения ответвлений труб;
Фиг.9 представляет вид сверху, частью в сечении, стояка, удерживаемого устройством соединения стояка с отрезками труб;
Фиг.10 представляет изображение инструмента для нарезки канавок в перспективе;
Фиг.11 представляет вид фрагмента инструмента для нарезки канавок, изображенного на Фиг.10, показывающий направляющий узел установки усилия/глубины;
Фиг.12 представляет вид спереди группы направляющих узлов установки усилия/глубины;
Фиг.13 представляет изображение инструмента для нарезки канавок согласно Фиг.10 в перспективе и отрезка трубы с нарезанными канавками.
Осуществление изобретения
На Фиг.1 в качестве примера выполнения представлена часть спринклерной системы пожаротушения, обозначенной позицией 10 и включающей группу отрезков 12а, 12b, 12с, 12d, 12e пластиковой трубы, изготовленных из хлорированного поливинилхлорида(ХПВХ). Группа отрезков труб связана текучей средой с несколькими пожарными спринклерными головками 14. Полимер ХПВХ предпочтительного типа имеется на рынке под маркой BLAZEMASTER7. Физические и термические характеристики композиции на основе ХПВХ, приведенной в качестве примера, представлены в таблице:
Характеристика
Для марки ХПВХ BLAZEMASTER7
По стандарту ASTM
Удельный вес
1,55
D792
Ударная вязкость по Изоду (фут-фунт/дюйм)
1,5
D256A
Модуль упругости @73EF, фунт/кв.дюйм, "Е"
4,23×10<sup>5</sup>
D638
Предел прочности на сжатие, фунт/кв. дюйм, "о"
9.600
D695
Коэффициент Пуассона, "O"
.35-.38
-
Предел прочности от постоянного внутреннего давления @73EF, фунт/кв. дюйм, "S"
2,000
D1598
Коэффициент потока Хазена-Вилльямса "С"
150
---
Коэффициент линейного расширения, дюйм/дюйм°F, "e"
3,4×10<sup>-5</sup>
D696
Коэффициент теплопроводности, BTU/час/фут<sup>2</sup>/°F/дюйм, "к"
0,95
D177
Температура воспламенения,°F
900
D1929
Предельный кислородный индекс, "LOI"
%60
D2863
Электропроводность
отсутствует
Температура шприцевания
≈414-425°F
Неприменимо
Температура допустимой деформации, °F
217
В приведенном в качестве примера варианте выполнения отрезки 12а, 12b труб могут быть соединены концами плотно встык, образуя линейное соединение. В существующих системах линейные соединения между отрезками труб из ХПВХ формируются с использованием муфты или гнезда, установленных между двумя отрезками труб и скрепленных с каждым из отрезков труб компаундом. Как показано на чертеже, в этом использованном для примера варианте выполнения устройство соединения прямых участков труб 16 герметично захватывает отрезки 12а, 12b труб, соединяя их концами плотно встык. Использование устройства соединения прямых участков труб 16 исключает необходимость использования компаунда в этом сочленении. Механические соединительные устройства используются для соединения встык металлических труб с канавками на концах. Однако опасения, связанные с уменьшением толщины стенки, совместимости уплотнителей и чрезмерного сдавливания труб, сдерживают использование обычных соединительных элементов в системах с трубами из ХПВХ.
Механические соединительные устройства также используются в качестве переходных узлов между металлическими трубами и трубами из ХПВХ, использующими адаптеры из ХПВХ с канавками. Адаптер приклеивается к трубам из ХПВХ с помощью компаунда. До настоящего времени подобные механические соединительные устройства не использовались для скрепления пары сегментов из труб из ХПВХ. Известные адаптеры с канавками отливаются под давлением с получением окончательной формы, что существенно отличается от нарезания канавок в уже отформованной трубе, как это будет подробно описано далее.
В варианте выполнения, использованном в качестве примера, отрезок 12с главной трубы может быть соединен с отрезком 12d ответвляющейся трубы в точке 18 разветвления с образованием Т-образного сочленения (тройника). Дополнительная ответвляющаяся труба (показана пунктиром на Фиг.1) может быть использована для образования крестообразного сочленения (Х-образное). Механическое соединение второго типа или устройство для соединения ответвлений труб 24 используется в Т-образном сочленении, где отверстие вырезается прямо в стенке отрезка 12с главной трубы. Модифицированное устройство для соединения ответвлений труб (не показано) может быть использовано для формирования крестообразного сочленения, в котором второе отверстие прорезано в стенке отрезка 12с главной трубы диаметрально противоположно первому отверстию, что будет подробно описано ниже.
Далее, в варианте выполнения, использованном в качестве примера, трубы из ХПВХ используются в качестве стояка 12е. При использовании труб из ХПВХ в качестве стояка возникают проблемы, отсутствующие при использовании металлических стояков. В примере выполнения для поддержки стояка трубы используется механическое соединение третьего типа, устройство соединения стояка с отрезками труб или опорное приспособление 30.
Как показано на Фиг.2, отрезки 12а, 12b труб каждый включают кольцевую наружную канавку 32, 34, сдвинутую по оси от соответствующего конца 36, 38 отрезков 12а, 12b труб. Отрезок 12а трубы включает часть 40 кольцевой уплотнительной поверхности, расположенной между канавкой 32 и концом 36. Кроме того, отрезок 12b трубы включает часть 42 кольцевой уплотнительной поверхности между канавкой 34 и концом 38 трубы.
Как хорошо видно на Фиг.3 и 4, устройство соединения прямых участков труб включает герметизирующий элемент 46, выполненный из упругого материала в форме кольца, который в рабочем положении герметично охватывает части 40, 42 кольцевых уплотнительных поверхностей. Материал, из которого изготавливается герметизирующий элемент 46, должен быть совместимым с композицией на основе ХПВХ с тем, чтобы избежать разрушения или образования в трубе трещин вследствие напряжения. В приведенном в качестве примера варианте выполнения герметизирующий элемент 46 может включать разделенную внутреннюю герметизирующую поверхность 47.
Как показано на Фиг.4 и 5, в этом использованном в качестве примера варианте выполнения устройство соединения прямых участков труб 16 включает пару соединительных сегментов 48, 50, которые могут иметь примерно идентичную конструкцию. Поэтому, для простоты изложения, подробно будет описана только конструкция сегмента 48. Соединительный сегмент 48 содержит дугообразный корпус 54, имеющий первый конец 56, второй конец 58 и внутреннюю вогнутую поверхность 60, проходящую между первым концом и вторым концом. Продольный канал 62 проходит вдоль вогнутой поверхности 60 от первого конца 56 до второго конца 58. Продольный канал 62 предназначен для помещения в него герметизирующего элемента 46. В этом варианте выполнения, использованном в качестве примера, фланец 64 проходит от каждого из концов 56, 58, и каждый фланец имеет сквозное крепежное отверстие 66.
После сборки устройства соединения прямых участков труб 16 первый и второй концы одного из соединительных сегментов обращены к соответствующим первому и второму концам другого соединительного сегмента. Упругий герметизирующий элемент 46 заключен во внутренней кольцеобразной области 70, которая включает продольные каналы 62 и которая ограничена внутренними вогнутыми поверхностями 60 (показаны на Фиг.2). В этом приведенном в качестве примера варианте выполнения пара крепежных элементов 72 используется для соединения пары соединительных элементов. Каждый фланец 64 включает в целом плоскую поверхность 65, образующую упор для соответствующей поверхности на другом соединительном сегменте. Взаимодействие этих поверхностей ограничивает сжимающие силы, прикладываемые к отрезкам 12а, 12b труб. В приведенном для примера варианте выполнения дугообразный корпус 54 обычно изготавливается из ковкого железа, хотя в других вариантах выполнения возможно использование других материалов.
После сборки устройство соединения прямых участков труб и пара отрезков трубы образуют первый узел соединения труб, который обеспечивает прохождение функциональной проверки в соответствии с протоколом испытания, как это будет подробно описано ниже.
Снова возвращаясь к Фиг.1, отметим, что в варианте выполнения, приведенном для примера, механическое соединение второго типа или устройство соединения ответвлений труб 24 используется для образования Т-образных врезных соединений. В альтернативном варианте выполнения устройство соединения ответвлений труб используется для врезных крестообразных (X) соединений.
Как показано на Фиг.6, устройство соединения ответвлений труб 24 приспособлено для использования с отрезком 12 с главной трубы, имеющим прорезанное отверстие 76 для обеспечения связи между отрезком 12с главной трубы и ответвляющейся трубой 12d. Отверстие 76 имеет круглую форму, то есть представляет собой проекцию круга на стенку трубы. Отрезок 12 с главной трубы и отрезок 12d ответвляющейся трубы расположены таким образом, что их продольные оси пересекаются под прямым углом.
Устройство соединения ответвлений труб 24 включает герметизирующий элемент 78 из упругого материала, химически совместимого с композицией на основе ХПВХ, из которой отформованы отрезки 12 труб. Герметизирующий элемент 78 может быть выполнен из того же материала, что и упругий герметизирующий элемент 46, либо может быть сделан из другого материала, при условии его совместимости с ХПВХ.
Как показано на Фиг.6 и 7, устройство соединения ответвлений труб 24 включает первую и вторую дугообразные секции 80, 82 соответственно. Первая дугообразная секция 80 включает вогнутую седловидную поверхность 84, в целом соответствующую наружной окружности отрезка 12 с главной трубы. Отверстие 86 ответвляющейся трубы окружено центрирующим выступом 88 трубы. Приведенный в качестве примера центрирующий выступ 88 трубы включает фигурную кромку 90, приблизительно соответствующую кривизне отверстия 76. Герметизирующий паз 94, проходящий в седловидной поверхности 84, окружает центрирующий выступ 88 трубы. Герметизирующий паз 94 в целом соответствует по форме кривизне по внешнему диаметру отрезка 12 с главной трубы. Первая дугообразная секция 80 охватывает наружную стенку отрезка 12 с главной трубы практически по дуге 180° и усиливает отрезок трубы в месте расположения отверстия 76.
Как показано на Фиг.6, вторая дугообразная секция 82 включает внутреннюю вогнутую поверхность 98, которая в целом соответствует по форме кривизне отрезка 12 с главной трубы. После сборки устройства соединения ответвлений труб 24 герметизирующий элемент 78 оказывается установленным в герметизирующем пазе 94. В этом варианте выполнения пара крепежных элементов 100 используется для соединения первой и второй дугообразных секций 80, 82. Каждая дугообразная секция 80, 82 включает приблизительно плоскую поверхность 104, которая упирается в соответствующую плоскую поверхность на другой расположенной напротив дугообразной секции. Эти поверхности служат своеобразным механизмом ограничения сдавливания, когда отрезок 12 с главной трубы заключен в устройство соединения ответвлений труб 24.
Как показано на Фиг.8, упругий герметизирующий элемент 78 в недеформированном состоянии содержит седловидный корпус 106 со сквозным отверстием в центре. Контур первой поверхности 108 в целом соответствует форме закрытого конца герметизирующего паза 94. Контур противоположной герметизирующей поверхности 110 соответствует контуру наружной стенки отрезка 12 с главной трубы. В этом варианте выполнения, использованном в качестве примера, герметизирующий элемент 78 включает два противолежащих направляющих выступа 112. Направляющие выступы 112 предназначены для взаимодействия с направляющими углублениями 114 герметизирующего паза 94 с целью облегчения правильной ориентации упругого герметизирующего элемента внутри герметизирующего паза 94. В собранном состоянии упругий герметизирующий элемент охватывает наружную стенку трубы и прижимается, образуя непроницаемое для текучей среды кольцевое уплотнение, окружающее отверстие 76. После сборки устройство соединения ответвлений труб, отрезок главной трубы и отрезок ответвляющейся трубы образуют второй узел соединения труб, который обеспечивает прохождение функциональной проверки в соответствии с протоколом испытания, как это будет подробно описано ниже.
В использованном в качестве примера альтернативном варианте выполнения, показанном на Фиг.1 пунктирной линией, для формирования крестообразного пересечения может быть использовано другое устройство соединения ответвлений труб. Две дугообразные секции 80 и два упругих герметизирующих элемента 78 охватывают отрезок главной трубы, в которой выполнено два диаметрально расположенных отверстия.
Как показано на Фиг.1, использованная в качестве примера система 10 включает, по крайней мере, один стояк 12е, отформованный из ХПВХ. В частности, в приведенной для примера системе используется стояк из ХПВХ 12е, диаметр которой превышает 5,08 см, предпочтителен диаметр 10,16 см или более. Как показано на Фиг.9, опорное приспособление 30 включает пару по существу одинаковых хомутов 120. Каждый хомут 120 включает дугообразную секцию 122, которая может охватывать стенку стояка 12е по дуге примерно 180°. Каждый хомут 120 также включает фланцевую часть 124, имеющую в целом плоскую поверхность 126 фланца, отходящую ортогонально от первого конца дугообразной отрезки 122. В поверхности фланца 126 имеется сквозное отверстие для введения туда крепежного элемента 128. Вытянутый рычаг 132 включает в целом плоскую поверхность 134, отходящую ортогонально от второго конца дугообразной отрезки 122. Вытянутый рычаг также включает сквозное отверстие для введения в него крепежного элемента 128. Вытянутый рычаг 132 предназначен для соединения с конструкционными элементами для закрепления стояка 12е. Приведенное для примера опорное приспособление 30 в этом варианте выполнения изготовлено из металла, но в других вариантах выполнения могут использоваться и другие материалы.
При использовании секций труб из ХПВХ большего диаметра, например для стояка 12е, к узлу, состоящему из трубы и опорного приспособления, предъявляются особые требования. Например, отрезок трубы должен поддерживаться без чрезмерного сжатия стенки трубы. Таким образом, в конструкции крепежного элемента должны соблюдаться допуски на силу сжатия. Кроме того, должны приниматься во внимание расширение и сжатие материала. Далее, предполагается, что приведенная в качестве примера система 10 используется в водной спринклерной системе пожаротушения с постоянным давлением.
После сборки опорного приспособления 30 и его установки для закрепления стояка фланцевая поверхность 126 одного элемента должна упираться во фланцевую поверхность 126 другого элемента, расположенного напротив. Аналогично, плоская поверхность 134 вытянутого рычага одного элемента должна упираться в плоскую поверхность 134 вытянутого рычага другого элемента, расположенного напротив. Такая конфигурация образует механизм ограничения сжатия, предотвращающий сжатие стояка и ХПВХ сверх заданных пределов.
Приведенный для примера способ включает формирование группы отрезков 12 труб, в которой отрезки труб отформованы из композиции на основе ХПВХ. При формировании группы, по крайней мере, одна пара отрезков 12а, 12b труб герметично соединена концами плотно встык без использования компаунда. При этом, по крайней мере, одна пара отрезков труб обратимо и разъемно герметично скреплена с помощью механического соединения первого типа или устройства соединения прямых участков труб 16.
В приведенном для примера способе, по крайней мере, один отрезок 12с главной трубы и, по крайней мере, одна ответвляющаяся труба 12d герметично скреплены в ортогональном соединении в точке разветвления без использования компаунда. Отрезок главной трубы и ответвляющаяся труба обратимо и разъемно соединены посредством крепежного элемента или разветвляющего устройства 24 второго типа.
Приведенный в качестве примера способ включает проведение проверки первого узла соединения труб, содержащего пару отрезков труб и устройство соединения прямых участков труб, на соответствие протоколу испытаний. Второй узел соединения труб, содержащий отрезок главной трубы, ответвляющуюся трубу и устройство соединения ответвления труб, также подвергается проверке на соответствие протоколу испытаний.
В приведенном для примера способе шаг герметичного скрепления пары отрезков труб включает формирование замкнутой кольцевой канавки 32, 34 на стенке трубы каждого из отрезков 12а, 12b труб на заданном расстоянии от их конца. Упругий герметизирующий элемент 46, выполненный из материала, химически совместимого с трубой из ХПВХ, укладывается на уплотнительные поверхности 40, 42, расположенные между каждой соответствующей канавкой и концом трубы. После этого пара соединительных сегментов располагается вокруг кольцевого уплотнителя таким образом, чтобы уплотнитель находился во внутренних продольных каналах 62 в каждом соединительном сегменте, которые образуют внутреннюю круговую область 70.
На Фиг.10-13 в приведенном для примера варианте канавка 32 на трубе выполнена с использованием инструмента 120 для нарезки канавок. Желательно, чтобы конец трубы в данном варианте был отрезан поперек оси с тем, чтобы герметизирующая поверхность на конце трубы могла быть сформирована с соблюдением заданных требований.
Резец 124 выбирается в соответствии с диаметром трубы. Например, в предложенном в качестве примера способе для труб диаметром 2-3 дюйма используется резец шириной примерно 0,793 см. Для трубы диаметром 4 дюйма может быть использован резец шириной примерно 0,953 см. Резцы прорезают в толще стенки трубы канавку соответствующей ширины. Естественно, приведенный пример служит для иллюстрации.
Резец 124 закреплен в верхнем зажиме 126, не позволяющем резцу перемещаться вперед или назад. Втулки 128 устанавливаются для предотвращения движения резца из стороны в сторону. В приведенном для примера способе втулки устанавливаются по обеим сторонам резца для резца шириной 0,793 см. Для резца шириной 0,953 см втулка устанавливается только с одной стороны (сторона "А") резца. Таким путем резец может быть легко заменен без дополнительной регулировки направляющей резания для размера "А", как это будет показано ниже.
В приведенном для примера способе направляющий узел 132 установки усилия/глубины используется для ограничения усилия и глубины канавки 32, формируемой в стенке трубы. Приведенный в качестве примера направляющий узел установки усилия/глубины может регулироваться в соответствии с требованиями. Устанавливается блокирующая гайка 134 для фиксации регулировок. В приведенном в качестве примера способе используются сменные направляющие узлы 132а, 132b, 132с, 132d установки усилия/глубины, выбор которых определяется размером трубы.
В приведенном в качестве примера способе направляющая 138 резания, совмещенная с краем 140 трубы, используется для выдерживания требуемого размера продольной уплотнительной поверхности 40, прилегающей к концу трубы. Расстояние от канавки 32 до края 140 трубы обозначено размером "А", который равен ширине герметизирующей поверхности 40. В варианте выполнения, приведенном в качестве примера, направляющая 138 резания может быть отрегулирована в соответствии с требованиями. Для сохранения регулировок направляющей резания используется блокирующая гайка 142. Стенки канавки, проходящие примерно перпендикулярно кольцевой внешней поверхности трубы, могут иметь прямой срез либо могут быть скруглены в некоторых вариантах выполнения.
При надлежащей установке отрезка 12а трубы при вращении ручки 146 установки усилия наружная стенка трубы входит в контакт с резцом 124. Инструмент 120 для нарезки канавок вращается относительно трубы, при этом резец удаляет материал трубы. Для удаления материала при каждом следующем проходе поворачивается ручка установки усилия. Процесс продолжается до тех пор, пока не закончится удаление материала трубы при дальнейшем повороте ручки узла установки усилия/глубины. При вращении инструмента 120 для нарезки канавок следует следить за тем, чтобы край 140 трубы двигался вдоль направляющей резания для поддержания нужной ширины уплотнительной поверхности 40.
После первоначального формирования канавки диаметр канавки измеряется для определения соответствия диаметра канавки необходимым требованиям. При необходимости производится регулировка направляющего узла 132 установки усилия/глубины, и процедура формирования канавки повторяется. Производится измерение размера "А" для подтверждения соответствия требованиям уплотнительной поверхности 40. При необходимости производится регулировка направляющей 138 резания, и процедура формирования канавки повторяется.
В приведенном для примера способе шаг герметичного скрепления отрезка 12 с главной трубы с ответвляющейся трубой 12d включает формирование отверстия 76 в отрезки главной трубы в месте ответвления. Стенка отрезки главной трубы охватывается устройством соединения ответвлений труб 24, содержащим первую и вторую дугообразные секции 80, 82, таким образом, что герметизирующий элемент 78, вложенный в герметизирующий паз 94 в первой дугообразной секции, прижимается к отрезку главной трубы вокруг отверстия.
В приведенном в качестве примера способе для прорезания отверстия в отрезке главной трубы в точке разветвления используется инструмент для прорезания боковых отверстий (не показан). Приведенный для примера инструмент для прорезания боковых отверстий позволяет удерживать вырезанный кусок материала, в результате чего он не попадает в отрезок главной трубы.
Испытания механических соединителей по стандартам безопасности UL
Одна из целей раскрытых здесь вариантов выполнения, приведенных для примера, состоит в том, что труба и крепежные элементы должны быть в состоянии выдержать испытания на соответствие требованиям стандартов UL для использования в спринклерных системах пожаротушения или более жестких требований. Ниже будут вкратце описаны некоторые из испытаний, которым должны подвергаться узлы соединения труб.
Испытание на воздействие пламени (UL 1821, Sec 13)
Должны быть испытаны образцы узла соединения труб для подвешивания под потолком, вертикальной установки и подвешивания на стене.
Подвергнутые воздействию узлы соединения труб:
a) не должны гореть, разделяться или подтекать и
b) должно сохраняться требуемое рабочее положение спринклера.
После воздействия пламени узлы соединения труб должны выдерживать внутреннее гидростатическое давление, равное максимальному рабочему давлению, в течение 5 минут без разрывов и подтеков. Испытание на изгибающий момент (UL 213, Sec. 12):
Испытания должны проводиться с Т-образными и крестовыми соединителями, имеющими резьбовое выходное соединение, за исключением выходов диаметром 1,27 и 1,91 см.
Узел соединения труб не должен подтекать или разламываться при воздействии определенного изгибающего момента. Во время испытания узел должен находиться под воздействием номинального давления.
Требуемый изгибающий момент рассчитывается как произведение удвоенного веса воды, заполняющей трубу, на двойное максимальное расстояние между опорами трубы, определенными в Стандарте на установку спринклерных систем, ANSI/NEPA 13.
Изгибающий момент ХПВХ
Размер трубы (см)
Динамическая вязкость (Па)
Расстояние между точками подвеса (м)
Момент (кгс·м)
2,54
32,19
1,83
3,36
3,18
51,66
1,98
6,30
3,8
67,85
2,13
9,62
5,1
106,49
2,43
19,67
6,35
155,85
2,74
36,46
7,62
231,21
3,05
66,76
При установке опоры узла в точке, расположенной, по крайней мере, на расстоянии 12 дюймов (305 мм) с любой стороны от центра сочленения, производится постепенное увеличение приложенной к центру сочленения силы до тех пор, пока не будет достигнут требуемый изгибающий момент. Вибрационные испытания (UL 1821. Sec. 19).
Испытание проводится с Т-образными соединителями: 2х1 резьбовой отвод; 2×1 1/4" отвод с канавками; и крестообразными соединителями: 2 1/2"×1 резьбовой отвод; 2 1/2"×1 1/4" отвод с канавками; 3×1 1/4" резьбовой отвод и крестообразными соединителями с канавками. В крестообразном соединителе 2 1/2" с одной стороны сделан 1 резьбовой отвод, а с другой стороны сделан 1 1/4" отвод с канавками. В крестообразном соединителе 3 на одной стороне сделан 1 1/2" резьбовой отвод, а с другой стороны сделан 1 1/2" отвод с канавками.
Труба и узлы соединения должны выдерживать воздействие вибрации в течение 30 часов без ухудшения рабочих характеристик. После вибрационных испытаний каждый испытуемый узел должен соответствовать требованиям Испытаний на Воздействие Гидростатического Давления.
Испытание в сборе (UL 1821, Sec. 22)
Испытанию подвергаются трубы с тройниками и крестообразными соединителями со всеми комбинациями размеров труб и размеров отверстий.
Образцы должны выдерживать в течение 2 часов без разрывов, разделения или подтекания, внутреннее гидростатическое давление, эквивалентное номинальному давлению или более высокому, согласно указанному в инструкции по установке и обслуживанию, и другим внутренним гидростатическим давлениям, согласно времени выдержки, указанному в инструкции по установке и обслуживанию.
Испытание на воздействие гидростатического давления (UL 1821, Sec.23)
Испытанию подвергаются трубы с тройниками и крестообразными соединителями со всеми комбинациями размеров труб и размеров отверстий.
Образцы узлов соединений труб должны выдерживать в течение 1 минуты, без разрыва, разделения или подтекания воздействие внутреннего гидростатического давления, превышающего в пять раз номинальное давление.
Испытание на циклическое воздействие давления (UL 1821, Sec.24)
Испытанию подвергаются трубы с тройниками и крестообразными соединителями со всеми комбинациями размеров труб и размеров отверстий.
Образцы узлов соединений труб должны выдерживать без подтекания, разделения и разрыва воздействие 3000 циклов давления от нулевого до вдвое превышающего номинальное для труб и соединений. После испытания узлы соединений труб должны соответствовать требованиям испытания на воздействие гидростатического давления.
Испытание на циклическое воздействие температуры (UL 1821, Sec.25)
Испытанию подвергаются трубы с тройниками и крестообразными соединителями со всеми комбинациями размеров труб и размеров отверстий.
Образцы узлов соединений труб должны соответствовать требованиям испытания на воздействие гидростатического давления после циклического воздействия температуры от 35°F (1,7°C) до максимальной рабочей температуры. Узлы соединений труб должны быть заполнены водой, освобождены от воздуха, находиться под воздействием избыточного гидростатического давления 50 фунт/кв.дюйм (345 кПа) и подвергаться воздействию температурных циклов от 35°F (1,7°C) до максимального номинального перепада относительно 35°F. Каждый узел должен выдерживаться при каждой заданной температуре в течение 24 часов. Должно быть проведено пять полных циклов.
Испытание на продолжительное воздействие гидростатического давления (UL 1821. Sec. 27)
Испытанию подвергаются трубы с тройниками и крестообразными соединителями со всеми комбинациями размеров труб и размеров отверстий.
Узлы соединений труб должны выдерживать без разрыва, подтекания или разделения сочленений напряжение сжатия, указанное ниже, прикладываемое к узлу в течение 1000 часов, при максимальной рабочей температуре:
Тип
Стандартное соотношение размеров
Заданное напряжение сжатия (МПа)
ХПВХ
13,5
2310 (15,93)
Таким образом, приведенные в качестве примера устройство и способ формирования сети отрезков труб из ХПВХ достигают одну или более из указанных выше целей.
В приведенном выше описании некоторые термины были использованы для краткости, ясности и лучшего понимания, они не подразумевают какие-либо излишние ограничения, поскольку эти термины используются для описания и должны толковаться в широком смысле. Более того, приведенные здесь описания и иллюстрации служат только в качестве примера, и изобретение не сводится только к показанным и описанным конкретным деталям.
В приведенной ниже формуле изобретения любой признак, описанный как средство выполнения функции, должен быть истолкован как охватывающий любые известные специалистам средства, которые в состоянии выполнить эту функцию, и не должен сводиться к показанным здесь признакам или конструкциям или просто их эквивалентам. Описание варианта выполнения, использованного в качестве примера, приведенное в реферате, включенного в заявку, не должно восприниматься как ограничивающее изобретение описанными здесь признаками.
Выше было описаны признаки, новые принципы изобретения, особенности его устройства и функционирования и полученные посредством его результаты и преимущества. Далее, в приложенной формуле изобретения приведены новые и полезные конструкции, устройства, элементы, конфигурации, части, комбинации, системы, оборудование, порядок работы, способы и взаимосвязи.