Способ работы спасательного устройства и устройство его реализации
RESCUE DEVICE OPERATION METHOD AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к способам и устройствам для аварийной эвакуации людей из многоэтажных зданий, высотных сооружений и буровых платформ при возникновении пожарной опасности, когда отсутствует энергопитание и ограничен доступ по воздуху сверху, а специальные средства не могут быть использованы из-за ограниченности своих возможностей.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известен способ эвакуации людей из многоэтажных зданий, высотных сооружений и буровых платформ, который позволяет быстро произвести эвакуацию людей (описан в. [1]. Гулиа Н.В., Очан М.Ю., Юдовский И.Д. А.с. СССР №827082. Устройство спуска людей из зданий. Бюл. №17. 1982 г.).
Эвакуация людей осуществляется вертикально вниз по тросам с торможением на спуске. Для этого под буровой платформой или на крыше многоэтажного здания установлен опорный узел для крепления тросов, на котором подвешено спасательное устройство для посадки спасаемых людей.
Известный способ работы спасательного устройства [1] осуществляется путем ручного управления торможения спуска с потерями энергии, которые используются для регулирования скорости спуска. Усилие торможения регулируют разведением спасателями двух тросов между собой. Таким образом, известен способ работы спасательного устройства (например, для эвакуации людей из буровой платформы), заключающийся в управляемом вручную спасателями спуска контейнера при потере работы торможения по вертикали с торможением при помощи тросов. Безопасность спуска не обеспечивается при управлении вручную не подготовленными к этому людьми [1]. В аварийной ситуации эвакуации людей при возникновении пожарной опасности на буровых платформах, когда прерывается энергопитание и доступ по воздуху сверху буровой платформы отрезан огнем, установка энергопитания и энергосберегающего оборудования на крыше в зоне огня не имеет смысла. Поэтому энергопитающее и энергосберегающее оборудование необходимо установить внутри спускаемого контейнера, а энергопитающее и энергосберегающее оборудование должно находиться в постоянной готовности и не требовать питания энергией при нормальной работе буровой платформы.
Недостатками известного способа работы спасательного устройства [1] для эвакуации людей можно считать следующие: процесс спуска не безопасен, так как не автоматизирован и зависит от способностей неподготовленных к спуску людей; конструктивная сложность управления разведения тросов и необходимость энергопитания привода перемещения тормозных тросов; относительно большое время на осуществление цикла спуска.
Известны "Способ эвакуации из буровой платформы и устройство его реализации" для эвакуации людей из высотных зданий и сооружений при пожарах, содержащее маховичный накопитель кинетической энергии ([2] Барбашов Н.Н. Патент РФ №2615250 "Способ эвакуации из буровой платформы [2] и устройство его реализации", опубл. 04.04.2017, бюл. №10).
Известный способ работы спасательного устройства [2] не имеет устройств управления спуском и не обладает настройкой на высоту спуска. Спуск спасательного устройства производится по неизменной программе, зависящей от конструктивных особенностей спасательного устройства, например передаточного отношения планетарного механизма, т.е. не зависящей от высоты спуска, что значительно снижает возможности применения спасательного устройства на практике.
Известное спасательное устройство [2] содержит спускаемый контейнер, соединенный с тросом, навитым на барабан, который жестко связан валом с маховиком постоянным передаточным отношением. Механизмы рекуперации энергии в виде барабана, планетарного механизма и маховика расположены внутри корпуса контейнера, барабан которого связан с установленным на буровой платформе узлом крепления троса. Передаточным механизмом к маховику как к аккумулятору кинетической энергии является планетарный механизм и барабан с навитым на него тросом, который служит одновременно грузонесущим элементом. За счет изменения в процессе спуска скорости сматывания троса происходит кинематическое торможение контейнера и перехода его потенциальной энергии в кинетическую энергию, запасаемую в маховике.
Таким образом, известно спасательное устройств [2], включающее буровую платформу с установленными на ней узлом крепления троса, с подвешенным контейнером с корпусом и люком для размещения людей, с расположенным внутри корпуса барабаном, соединенным тросом, с механизмом рекуперации работы (энергии) торможения в виде соединенных между собой передаточного механизма - барабана с намотанным тросом, планетарного механизма и маховика.
Недостатками известного спасательного устройства для эвакуации людей из высотных зданий и буровых платформ можно считать следующие: процесс спуска автоматизирован, но обладает жесткой программой спуска, неизменной при высоте спуска, что делает его применение на практике затруднительным.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель изобретения - разработка способа работы спасательного устройства и устройства его реализации заключается в создании электромеханической машины, управляемой в зависимости от высоты спуска, программы автоматизации спуска, комфортной посадки и спуска людей в герметичном контейнере, повышение безопасности с одновременной рекуперацией и аккумулированием (запасением) работы торможения (часто называемой энергией), которая после окончания спуска используется для последующего горизонтального перемещения и удаления контейнера от места катастрофы буровой платформы.
В известных патентах изобретений [1, 2] производились рекуперация и аккумулирование механической (кинетической) энергии маховиком, что встречало трудности практического использования при изменении высоты и программы спуска. Значительными преимуществами при практическом применении спасательного устройства является внедрение управления рекуперацией энергии торможения путем перевода ее в электрическую энергию. Поэтому в известные способы работы спасательного устройства и устройства его реализации [1, 2] вносятся значительные существенные изменения в управление рекуперации энергии, внося дополнительные преобразования и изменения электрической энергии, которыми проще производить управление электромеханическими управляющими устройствами.
Ликвидация недостатков известного способа работы спасательного устройства заключается в автоматизации управления спуска с помощью электромеханического автоматического устройства управления, установленного внутри спускаемого контейнера, обладающего возможностью изменения настройки программы спуска в зависимости от высоты спуска.
Известен способ работы спасательного устройства, заключающийся в управляемом вручную спасателями вертикального спуска контейнера на тросах с торможением при помощи тросов.
Предлагается способ работы спасательного устройства, отличающийся тем, что с целью автоматизации спуска и повышения безопасности управляемый автоматически спуск контейнера производится управляющим устройством, осуществляющим перевод работы торможения сначала в электрическую энергию, а затем снова в кинетическую энергию, запасаемую внутри спасательного устройства с помощью маховика, которая после окончания спуска используется после перевода снова в электрическую энергию.
Общим признаком известного и предлагаемого способа работы является то, что эвакуация людей осуществляется в герметичном контейнере и производится вертикально вниз по тросам с торможением на спуске, но это совпадение признаков наблюдается у всех способов спасения людей из высотных сооружений и буровых платформ. Рекуперация энергии торможения осуществляется внутри контейнера спасательного устройства, которая после окончания спуска используется для последующего горизонтального перемещения и удаления людей от места катастрофы.
Предлагаемый способ работы, отличающийся тем, что перевод работы торможения производится сначала в электрическую энергию, а затем в кинетическую энергию маховика и снова в электрическую энергию, производится при помощи управляющего устройства двумя обратимыми электрическими машинами, одна из которых работает в режиме генератора, а другая в режиме двигателя.
Предлагается способ работы, отличающийся тем, что управляющее устройство двух обратимых электрических машин регулирует скорость спуска спасательного устройства в зависимости от его настройки на высоту спуска.
Дополнительные отличия предлагаемого способа работы от известных заключаются в том, что перевод работы торможения производится сначала в электрическую энергию, а затем снова в кинетическую энергию маховика и снова в электрическую энергию, производится при помощи управляющего устройства двумя обратимыми электрическими машинами, одна из которых работает в режиме генератора, а другая в режиме двигателя. Поэтому это устройство, служащее для преобразования одного вида энергии в другой, называется электромеханическим. Необходимость преобразования одного вида энергии в другой возникает при создании управляющего устройства, работающего по изменяемой программе в зависимости от высоты спуска, так как при этом возможно применение программы ЭВМ.
Дополнительные отличия предлагаемого способа работы от известных заключаются также в том, что управляющее устройство двух обратимых электрических машин регулирует скорость спуска спасательного устройства в зависимости от его настройки на высоту спуска.
Таким образом, имеются многочисленные отличия предлагаемого способа работы от известных, и предлагаемый способ работы обладает новизной, которая заключается в том, что управляемый автоматически спуск контейнера по вертикали осуществляется управляющим устройством, осуществляющим перевод работы торможения сначала в электрическую энергию, а затем снова в кинетическую энергию, запасаемую внутри спасательного устройства с помощью маховика, которая после окончания спуска используется после перевода снова в электрическую энергию.
Известно спасательное устройство [2], включающее буровую платформу с установленными на ней узлом крепления троса и контейнером с корпусом и люком для размещения людей, соединенным тросом с узлом крепления троса, а также с размещенными внутри контейнера механизмом рекуперации работы торможения в виде соединенных между собой барабана с намотанным тросом, планетарного механизма и маховика.
Предлагается спасательное устройство, отличающееся тем, что с целью автоматизации управления спуска и повышения безопасности людей, дополнительно снабжено двумя обратимыми электрическими машинами для перевода электрической энергии в кинетическую энергию маховика и наоборот перевода кинетической энергии маховика снова в электрическую энергию.
С целью автоматизации спуска, комфортной посадки и спуске людей в герметичном контейнере, повышение безопасности, предлагается спасательное устройство, отличающееся тем, что планетарный механизм дополнительно оснащен двумя тормозами.
Предлагается также спасательное устройство, дополнительно отличающееся тем, что соединение троса и барабана дополнительно оснащено автоматическим разъемом, отсоединяющим трос от барабана.
Общим признаком известного и предлагаемого спасательного устройства является то, что эвакуация людей осуществляется в герметичном контейнере, подвешенном на тросе, но это совпадение признаков наблюдается у всех способов спасения из высотных сооружений и морских буровых платформ.
Предлагаемое спасательное устройство отличается в том, что дополнительно снабжено двумя обратимыми электрическими машинами для перевода электрической энергии в кинетическую энергию маховика и наоборот перевода кинетической энергии маховика снова в электрическую энергию. А также отличается в том, что планетарный механизм дополнительно оснащен двумя тормозами и тем, что соединение троса и барабана дополнительно оснащено автоматическим разъемом, отсоединяющим трос от барабана.
Существенное отличие предлагаемого спасательного устройства от известного заключается в том, что дополнительно снабжено двумя обратимыми электрическими машинами для перевода электрической энергии в кинетическую энергию маховика и наоборот перевода кинетической энергии маховика снова в электрическую энергию. А также отличается в том, что планетарный механизм дополнительно оснащен двумя тормозами и тем, что соединение троса и барабана дополнительно оснащено автоматическим разъемом, отсоединяющим трос от барабана. Дополнительные отличия предлагаемого спасательного устройства от известного заключаются в том, что эти признаки отсутствуют у известного устройства.
Таким образом, предлагаемое устройство реализации предлагаемого способа работы спасательного устройства имеет многочисленные отличия от известных и предлагаемый способ работы спасательного устройства и устройство его реализации обладает новизной.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Существенное отличие предлагаемого способа работы - эвакуации из буровой платформы и спасательного устройства поясняется кинематической схемой, изображенной на фиг. 1, где: 1 - солнечная шестерня; 2 - сателлит; 3 - коронное колесо; 4 - водило; 5 - буровая платформа; 6 - трос; 7 - барабан; 8 - вал барабана; 9 - вал солнечной шестерни; 10 - вал коронной шестерни; 11 - тормоз коронной шестерни; 12 - тормоз барабана; 13 - обратимая электрическая машина; 14 - управляющее устройство; 15 - обратимая электрическая машина; 16 - вал маховика; 17 - маховик; - 18 - рычаг управления; 19 - корпус контейнера; 20 - винт.
Спасательное устройство, выгодно отличается от известных тем, что позволяет рекуперировать часть энергии торможения в маховичном аккумуляторе энергии, расположенном в спускаемом контейнере, и использовать накопленную энергию на другие цели, например, для горизонтального перемещения спасательного устройства и удаления его от места аварии или пожара буровой платформы.
С целью разработки способа работы спасательного устройства и устройства его реализации создана кинематическая схема (фиг. 1) спасательного устройства, управляемого в зависимости от высоты спуска.
С этой целью на или под буровой платформой 5 размещается узел крепления троса 6, который прикреплен автоматическим разъемом к барабану 7, находящемуся внутри корпуса 18 спускаемого контейнера, оборудованного люком для посадки людей. Барабан 7 с намотанным тросом 6 соединен валом 8 барабана с солнечной шестерней 1 планетарного редуктора, включающего также сателлит 2, коронное колесо 3 и водило 4.
На вал барабана 8 воздействует тормоз барабана 12, соединенный с корпусом контейнера 19.
Схема и принцип работы планетарного редуктора общеизвестны, приводятся в учебниках [3] и поэтому в описании чертежей изобретения не приводятся.
Солнечная шестерня 1 расположена на валу солнечной шестерни 9 и соединена им с обратимой электрической машиной 13.
Коронная шестерня 3 планетарного редуктора расположена на валу коронной шестерни 10, на который воздействует тормоз коронной шестерни 11. На валу коронной шестерни 10, который выходит за пределы корпуса контейнера 19, закреплен винт 20, служащий для перемещения по водной поверхности, который может отсутствовать при использования спасательного устройства для спуска на землю.
Обратимая электрическая машина 13 включена электрической цепью управляющего устройства 14 с обратимой электрической машиной 15, соединенной валом маховика 16 с маховиком 17.
На управляющем устройстве 14 расположен рычаг управления 18, с помощью которого устанавливается высота спуска, необходимая для работы программы спуска корпуса контейнера 19, внутри которого расположены барабан 7 и соединенные с ним остальные 8-20 элементы спасательного устройства.
Работа спасательного устройства
До посадки людей корпус контейнера 19 удерживается тросом 6, намотанным на барабан 7, и включенным тормозом вала барабана 12 в неподвижном состоянии. Конструкция приведенных в описании чертежей тормозов 11 и 12 общеизвестна и приводится в учебниках [3]. Перед спуском контейнера тормоза 11 и 12 находятся во включенном состоянии, соединяя валы 8 и 10 планетарного редуктора с корпусом контейнера 19.
Растормаживание тормоза барабана 12 вызывает вращение барабана 7 и спуск корпуса контейнера 19 на тросе 6 путем сматывания троса 6 с барабана 7. Вращение барабана 7 валом барабана 8 передается водилу 4 планетарного механизма. При заторможенном тормозом 11 вала коронного колеса 10 планетарный механизм теряет одну степень подвижности [3] и превращается в планетарный редуктор с передаточным отношением.
Увеличенная в передаточное отношение раз скорость вращения солнечного колеса 1 передается валом солнечного колеса 9 обратимой электрической машине 13, работающей в режиме генератора электрической энергии, который передает ее обратимой электрической машине 15, работающей в режиме электрического двигателя, вращающего маховик 17, увеличивая его скорость и кинетическую энергию.
Передаточное отношение валов 16 и 9 обратимых электрических машин 15 и 13 управляется в зависимости от высоты спуска с помощью рычага управления 18 управляющего устройства 14.
По окончании спуска корпуса контейнера с заданной высоты рычагом управления 18 управляющего устройства 14 трос 6 автоматически отсоединяется от барабана 7 и спасательное устройство с накопленном маховиком кинетической энергии может быть удалено от буровой платформы в безопасное место. Для этого может быть использована накопленная маховиком кинетическая энергия, которая превращается в электрическую энергию при помощи двух обратимых электромашин 15 и 13, работающих в режимах электрического генератора 15 и электрического двигателя 13, под управлением управляющего устройства 14.
Вырабатываемая электрическим генератором 15 электрическая энергия может быть использована на различные цели, в том числе для освещения спасательного устройства и вращения винта с электроприводом для удаления спасательного устройства от буровой платформы в безопасное место. Для последней цели может быть организовано использование кинетической энергии маховика при растормаживании тормоза 11 коронного колеса 3, которое передает вращение винту 20 спасательного устройства.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Заявляемые способ работы спасательное устройство и устройство его реализации позволяют повысить безопасность аварийно-спасательных работ на морских буровых платформах тем, что спасательное устройство не требует обслуживания и энергообеспечения при его эксплуатации [4] и всегда находится в состоянии, готовом к его аварийному запуску.
Повышение безопасности обеспечивается наличием управляющих и энергозапасающих устройств внутри спасательного контейнера.
Литература
1. Гулиа Н.В., Очан М.Ю., Юдовский И.Д. А.с. СССР №827082. Устройство спуска людей из зданий. Бюл. №17. 1982 г.
2. Барбашов Н.Н. Патент РФ №2615250, "Способ эвакуации из буровой платформы [2] и устройство его реализации", Опубл. 04.04.2017, Бюл. №10).
3. Леонов И.В., Д.И. Леонов. Теория механизмов и машин. Учеб. пособие для вузов. - М.: Высшее образование, 2014, - 239 с.
4. Леонов И.В., Барбашов Н.Н. «Энергетическая модель передаточного механизма с маховичным аккумулятором энергии». Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. №4. - 2010.