Запорно-пусковое устройство и способ его функционирования
SHUT-OFF AND LAUNCHING DEVICE AND METHOD OF ITS OPERATION

Представленное запорно-пусковое устройство и способ его функционирования (далее - ЗПУ) относится к противопожарному оборудованию, а именно к запорному клапану модуля пожаротушения, осуществляющему удержание (хранение) огнетушащего вещества под давлением в баллоне и его выпуск при поступлении пускового импульса от внешних устройств активации.
По функциональному и конструктивному исполнению ЗПУ относится к запорной арматуре клапанного типа, работающего от энергии рабочей среды, с активацией (приведением в действие) при помощи устанавливаемых (сменных) пусковых устройств (электрического, пневматического, пиротехнического, ручного или их сочетаний), функционирующих от внешних источников энергии.
Существующие на сегодняшний день аналоги российского и зарубежного производства имеют ряд недостатков, приводящих к проблемам при эксплуатации, и обслуживании. Недостатки вызваны давними сроками разработки данных устройств и, как следствие, не все действующие нормативные требования, могут быть в полной мере обеспечены устройствами.
Из патента RU 2114661 С1 (опублик. 10.07.1998) известен ЗПУ, который содержит корпус с напорной, дренчерной и побудительной камерами, подпружиненный основной запорный орган, имеющий форму стакана, торец которого перекрывает дренчерную камеру, двухходовой электромагнитный управляющий клапан, перекрывающий каналы, которые соединяют побудительную камеру с напорной камерой и дренажом, при этом основной запорный орган снабжен фиксаторами открытого положения, выполненными в виде замковых элементов, размещенных в теле основного запорного органа и взаимодействующих с выполненными в корпусе кольцевым пазом.
Представленное ЗПУ имеет ряд недостатков.
1. В соответствии с действующими нормами ЗПУ должно обеспечивать установку устройств контроля давления со стороны газовой фазы баллона. Данное требование нормативных документов не обеспечивается подобной конструкцией изделия.
2. Интегрированное в корпус ЗПУ устройство электрического пуска приводит к тому, что проведение с устройством пуска регламентных работ возможно только после сброса давления в модуле, т.е. после выпуска огнетушащего вещества (ОТВ) из баллона. Эксплуатирующая организация на объекте не имеет права проводить данную операцию. Транспортные расходы и потеря ОТВ приводят к экономическим потерям со стороны Потребителя.
Также не известны методы контроля функциональной исправности пускового устройства без полного разбора изделия, что приводит к риску при использовании оборудования.
3. Наличие пружины в запорном органе ЗПУ накладывает ряд дополнительных проблем при эксплуатации:
- увеличивается неснижаемый остаток ОТВ в баллоне после срабатывания модуля (данный остаток ОТВ не участвует в процессе тушения пожара и его необходимо учитывать, как дополнительную материальную нагрузку на Потребителя);
- увеличиваются гидравлические потери при срабатывании ЗПУ (как следствие - при проведении гидравлических расчетов трубопроводов снижается максимально возможная длина трассы трубопровода);
- пружина является изнашивающимся элементом и расположена внутри корпуса без возможности ее диагностики при эксплуатации (неизвестны методы контроля исправности пружины без полного разбора изделия, что может привести к рискам при использовании оборудования).
Заявленное изобретение направлено:
- на обеспечение универсальности при использовании (установка различных по принципу действия пусковых устройств, установка различных по функциональному назначению устройств контроля давления с различными присоединительными резьбами);
- на обеспечение максимального удобства при эксплуатации и на минимизацию обслуживания и восстановления работоспособности изделия не только на специализированных станциях, но и специалистами обслуживающих организаций на объектах Потребителей;
- на увеличение безопасности и надежности в периоды хранения, монтажа и эксплуатации изделия на объектах Потребителей;
- на уменьшение потерь ОТВ и, как следствие, его количества;
- на обеспечение действующих нормативных требований.
Указанная задача достигается посредством заявленного устройства (ЗПУ) представленного на фиг. 1-4 и узла преобразования давления - на фиг. 5.
На фиг. 4 показан главный вид устройства ЗПУ.
На фиг. 2 показана проекция А-А в разрезе.
На фиг. 3 показан вид сверху устройства ЗПУ.
На фиг. 4 показана проекция Б-Б в разрезе.
На фиг. 5 показан главный вид в разрезе узла преобразования давления.
На представленных чертежах обозначены следующие конструктивные элементы:
поз. 1 - ниппельный клапан
поз. 2 - манжетное уплотнение
поз. 3 - цепочка
поз. 4 - заглушка
поз. 5 - разрывная предохранительная мембрана (МПУ)
поз. 6 - уплотнительное кольцо
поз. 7 - корпус
поз. 8 - стальная калиброванная проволока
поз. 9 - стопорный винт
поз. 10 - седло поршня
поз. 11 - уплотнительная прокладка
поз. 12 - транспортировочная заглушка
поз. 13 - поршень
поз. 14 - манжетное уплотнение
поз. 15 - стопорный винт
поз. 16 - крышка
поз. 17 - узел подключения манометра
поз. 18 - реле давления
поз. 19 - защитное кольцо
поз. 20 - штуцер
поз. 21 - клапан
поз. 22 - кольцевые уплотнения
поз. 23 - стопорная гайка
поз. 24 - стопорный винт
поз. 25 - заглушка.
ЗПУ состоит из корпуса (7) с крышкой (16), с размещенным в ней ниппельным клапаном (1). Крышка фиксируется в корпусе с помощью стопорного винта (15). Герметичность соединения обеспечивается с помощью манжетного уплотнения (2). Внутри корпуса размещен поршень (13) с манжетным уплотнением (14). Уплотнительная прокладка (11) седла поршня (10) обеспечивает герметичность заряженного модуля. Капиллярный канал в седле поршня обеспечивает выравнивание давления в верхней камере и в баллоне для удерживания поршня в закрытом состоянии. В отверстии капиллярного канала установлена стальная калиброванная проволока (8), предотвращающая возможность засорения (забивания) канала за счет своей подвижности.
Узел подключения манометра (17) обеспечивает возможность монтажа устройств контроля давления (манометр, индикатора давления) для визуального контроля избыточного давления в модуле. Устройство контроля давления устанавливается через ниппельный клапан, что обеспечивает возможность его демонтажа на объекте для периодической поверки или замены без утечки ОТВ и газа-вытеснителя из баллона. Защитное кольцо (19) предохраняет манометр от механического повреждения.
Для защиты модуля от аварийной перегрузки избыточным давлением ЗПУ оснащено мембранным предохранительным устройством с разрывной предохранительной мембраной (МПУ) (5). Конструкция ЗПУ обеспечивает соединение МПУ с газовой фазой баллона путем внутреннего канала (независимого от каналов для устройств контроля давления), что соответствует требованиям действующей нормативной документации, а также защищает предохранительную мембрану от гидравлического удара при активации модуля пожаротушения.
ЗПУ имеет канал для подключения пневмопуска. Отверстие канала пневмопуска закрыто заглушкой (4). Заглушка выполнена двусторонней: при установке одной из сторон она выполняет функцию заглушки, а при установке другой стороной - функцию стопорного болта. Стопорный болт блокирует возможность поднятие поршня (13) в период транспортировки и монтажа модуля газового пожаротушения, предохраняя ЗПУ от несанкционированного срабатывания. После окончательного монтажа, стопорный болт демонтируется, а в канал пневмопуска устанавливается или заглушка, или трубопровод устройства пневматического пуска (в зависимости от предусмотренного проектного решения). Выпускной штуцер ЗПУ закрыт транспортировочной заглушкой (12), соединенной с корпусом при помощи цепочки (3). Узел подключения реле давления (18), в общем случае, предназначен для установки дискретного датчика давления (или аналогичного устройства, не требующего периодического демонтажа) для дистанционного контроля падения давления газа-вытеснителя в модуле ниже заданного значения. Защитное кольцо (19) предохраняет устройство контроля давления от механического повреждения. Узел является сменным элементом ЗПУ и позволяет на этапе сборки модуля установить произвольный датчик давления с любой присоединительной резьбой.
Уплотнительное кольцо (6) обеспечивает герметичность резьбового соединения входного штуцера ЗПУ и горловины баллона. Стопорный винт (9) предназначен для фиксации сифонной трубы в ЗПУ.
Вместо узла подключения реле давления на этапе сборки ЗПУ может быть установлен узел подключения преобразователя давления (см. фиг. 2). Данный узел позволяет установить устройство для дистанционного контроля (мониторинга) давления в модуле с любой присоединительной резьбой и обеспечивает возможность демонтажа устройства контроля давления (например, для поверки или замены) без утечки ОТВ и газа-вытеснителя из баллона. Узел преобразователя давления (см. фиг. 2) состоит из штуцера (20), клапана (21) с двумя кольцевыми уплотнениями (22), гайки стопорной (23) со стопорным винтом (24) и заглушки (25). Штуцер (20) узла подключения устанавливается на предприятии-изготовителе в корпус ЗПУ по технологии предприятия-изготовителя при помощи фиксатора резьбовых соединений (данное соединение не предназначено для разбора на объектах эксплуатации изделия). Клапан (21) с двумя кольцевыми уплотнениями (22) устанавливается в штуцер по резьбовому соединению. Клапан имеет сквозной канал и присоединительную резьбу для подключения устройств контроля давления. Кольцевые уплотнения предназначены для герметизации клапана. Герметизация узла в рабочем состоянии обеспечивается путем перекрытия отверстия в канале при закручивании клапана. Гайка стопорная (23) со стопорным винтом (24) предназначена для защиты от полного выкручивания клапана (21) на собранном узле в целях обеспечения безопасности работ. Конструкция ЗПУ обеспечивает соединение узлов присоединения устройств контроля давления (17) и (18) с газовой фазой баллона путем двух внутренних, независимых друг от друга каналов, что соответствует требованиям действующей нормативной документации, а также защищает оборудование (устройства контроля давления) от гидравлического удара при активации модуля пожаротушения.
Унифицированные узлы подключения устройств контроля давления (реле давления / преобразователя давления / манометра) и их посадочные места в корпусе ЗПУ позволяют менять местами их расположение при сборке изделия и обеспечивают возможность реализации любых технических требований Потребителя в части контроля давления в модуле.
ЗПУ предназначено для работы в составе модуля газового пожаротушения (модулем является сборка ЗПУ, баллона и сифонной трубы). Модуль заправляется необходимым количеством ОТВ (в соответствии с проектным решением) и надувается газом-вытеснителем для создания избыточного давления в баллоне.
В рабочем режиме удерживание поршня ЗПУ в герметично закрытом состоянии обеспечивается за счет равенства давления в баллоне и в верхней камере ЗПУ, а также за счет разницы площадей поверхностей поршня в его нижней и верхней частях (при этом при любых допустимых рабочих значениях избыточного давления в модуле обеспечивается практически одинаковое усилие на поршень, необходимое для герметичного уплотнения за счет уплотнительной прокладки седла поршня). Перетекание (выравнивание) давления осуществляется через капиллярный канал в седле поршня, соединяющий пространство баллона и верхней камеры ЗПУ, что позволяет предотвратить несанкционированную активацию модуля при возможной негерметичности ниппельного клапана крышки ЗПУ (значение допустимых утечек регламентируется действующими нормативными документами).
В момент активации модуля (посредством установленных в соответствии с проектным решением устройств электрического, пневматического, пиротехнического или ручного пуска) происходит нажатие на ниппельный клапан, расположенный в верхней крышке ЗПУ. При нажатии на ниппельный клапан происходит сброс давления из верхней камеры ЗПУ (в данном случае капиллярный канал не обеспечивает достаточную пропускную способность для компенсации давления). Под воздействием давления в баллоне поршень ЗПУ перемещается вверх, тем самым открывая выпускное отверстие ЗПУ. Через открытое выпускное отверстие осуществляется выпуск ОТВ из модуля.
При отсутствии в модуле избыточного давления (по окончании выпуска ОТВ) поршень ЗПУ опускается за счет силы тяжести.
Таким образом посредством заявленного технического решения достигается технический результат, заключающийся в обеспечении универсальности при использовании, обеспечении повышенного удобства при эксплуатации и на минимизацию обслуживания и восстановления работоспособности изделия не только на специализированных станциях, но и специалистами обслуживающих организаций на объектах Потребителей, в увеличении безопасности и надежности в периоды хранения, монтажа и эксплуатации изделия на объектах Потребителей, в обеспечении уменьшения потерь ОТВ и, как следствие, его количества.