УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ МЕСТ ПОЖАРА-ПЕРЕГРЕВА

Полезная модель относится к устройствам и способам обнаружения мест пожара-перегрева на объектах контроля, в качестве которых могут выступать объекты авиации, железнодорожного транспорта, горных выработок логистики (центры, склады), а также объекты с большим количеством отсеков, доступ в которые доступ затруднен или невозможен и др. [C04B17/06, C04B17/02, C04B29/00, C04B29/145].
Из уровня техники известна СИСТЕМА И АППАРАТУРА ПОЖАРНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ И ОБНАРУЖЕНИЯ ТЕПЛА [US 4814766, опубл. 21.03.1989], в которой используется лента из термопластичной пленки, выполненная из пластика, при этом пластик может быть выполнен например из поливинилхлорида, полиэтилена, полипропилена, гидрохлорида, каучука, поливинилиденхлорида, полиэстра или нейлона, пластик имеет существенное падение прочности на разрыв при заданной температуре, токопроводящий провод проложен по всей длине ленты, лента и провод выполнены с возможностью разрыва при достижении заданной температуры, устройство контроля целостности цепи подключено к токопроводу для обнаружения обрыва, а подключенный к нему механизм сигнализации генерирует сигнал тревоги при обнаружении обрыва токопровода, система отличается тем, в решении используется термоусадка пластиковой пленки, а рабочая температура является величиной переменной, при этом точка термоусадки фиксирована для различных пластиковых пленок.
Также из уровня техники известна СИСТЕМА ПОЖАРНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ ДЛЯ ПОДЗЕМНОГО КАБЕЛЯ И СПОСОБ ЕЕ РАБОТЫ [CN 114360190, опубл. 15.04.2022]. Изобретение раскрывает систему пожарной сигнализации для подземного кабеля и способ работы системы пожарной сигнализации. Система содержит контроллер, блок обработки сигналов и одно или несколько термочувствительных оптических волокон разной длины, при этом внешняя поверхность одного или нескольких термочувствительных оптических волокон находится в контакте с внешней поверхностью обнаруживаемого кабеля, одно или несколько оптических волокон, чувствительных к температуре, подключены к блоку обработки сигналов, блок обработки сигналов подключен к контроллеру и используется для преобразования оптических сигналов в электрические сигналы и ввода электрических сигналов в контроллер, кабель, подлежащий обнаружению, находится в контакте с одним или несколькими термочувствительными оптическими волокнами разной длины. Согласно изобретению реализовано точное измерение фактической температуры кабеля в режиме реального времени, благодаря чему снижается вероятность ошибки измерения.
Также из уровня техники известна СИСТЕМА ПОЖАРНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ [US 2022246022, опубл. 04.08.2022], которая включает в себя: датчик, на который периодически подается сигнал связи, используемый для обнаружения; блок входной схемы, обеспечивающий постоянное протекание тока для измерения импеданса присоединенный к датчику таким образом, чтобы он накладывался на сигнал связи, используемый для обнаружения; процессор сигналов для измерения импеданса в период отсутствия связи сигнала связи; хранилище, в котором хранится пороговое значение импеданса, причем пороговое значение служит для определения износа кабеля, подключенного к датчику; и контроллер для диагностики, когда измеренный импеданс превышает пороговое значение.
Наиболее близким по технической сущности является СИСТЕМА ПОЖАРНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ [US 2022230530, опубл. 21.07.2022], в которой импульсное напряжение подается на сигнальное устройство несколько раз подряд, причем импульсное напряжение имеет такую короткую продолжительность, что сигнальное устройство не выдает заметного сигнала тревоги, измеряется потребляемая мощность для каждого из импульсных напряжений, любое из среднего значения множества потребляемой мощности, максимального значения множества потребляемой мощности или минимального значения множества потребляемой мощности вычисляется как статистическое значение, когда разница между статистическим значением и заданным эталонным значением больше заданного порога, определяется, что произошел сбой и срабатывает пожарная сигнализация.
Основной технической проблемой аналогов и прототипа является низкая точность оценки степени опасности при срабатывании сигнализации, из-за ограниченных функциональных возможностей решений, а именно, заявленные решения не позволяют одновременно получать данные о наличии факта перегрева проводника или возникновении пожара на объекте контроля, информации о месте возникновении перегрева и скорости нарастания (изменения) ключевых параметров (например, температуры) при возникновении перегрева. Таким образом, в решениях аналогов и прототипа, невозможно точно определить степень опасности, а именно точное место и интенсивность протекающих процессов, что препятствует применению адекватных мер для устранения причин срабатывания сигнализации, и как следствие, при возникновении возгорания может привести к увеличению времени его ликвидации.
Задачей полезной модели является устранение недостатков прототипа.
Техническим результатом является повышение точности оценки степени опасности при срабатывании пожарной сигнализации.
Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для обнаружения мест пожара-перегрева, состоящие из проводника, генератора периодических импульсов, приемника, решающего устройство и устройства индикации и визуализации, при этом генератор периодических импульсов и приемник соединены с проводником, выход приемника соединен с входом решающего устройства, выход которого соединен с устройством индикации и визуализации, отличающееся тем, что выход приемника соединен с решающим устройством, выполненным с элементами памяти пороговых значений, первым входом блока расчета задержки импульса, информационным входом элемента памяти, уменьшаемым входом вычитателя и синхронизатором, выход генератора соединен со вторым входом блока расчета задержки импульса, выход которого соединен с блоком расчета места перегрева, выход которого соединен с первым входом устройства индикации и визуализации, выход решающего устройства соединен со вторым входом устройства индикации и визуализации, выход синхронизатора соединен с управляющим входом элемента памяти, выход которого соединен с вычитаемым входом вычитателя, выход которого соединен с формирователем модуля, выход которого соединен с третьим входом устройства индикации и визуализации.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показана схема устройства для обнаружения мест пожара-перегрева.
На фиг. 2 показан вариант схемы устройства для обнаружения мест пожара-перегрева.
На чертежах обозначено:
1 - проводник, 2 - генератор, 3 - приемник, 4 - решающее устройство, 5 - блок расчета задержки импульса, 6 - блок расчета места перегрева, 7 - элемент памяти, 8 -синхронизатор, 9 - вычитатель, 10 - формирователь модуля, 11 - устройство индикации и визуализации, 12 - устройство опроса.
Устройство для обнаружения мест пожара-перегрева проводника (фиг.1) состоит из генератора 2 периодических импульсов и приемника 3 соединенных с проводником 1. При этом проводник 1 проложен по наиболее значимым (пожароопасным) местам объектам контроля. Выход приемника 3 соединен с решающим устройством 4, выполненным с элементами памяти пороговых значений, первым входом блока расчета задержки импульса 5, первым (информационным) входом элемента памяти 7, первым (уменьшаемым) входом вычитателя 9 и синхронизатором 8. Выход генератора 2 соединен со вторым входом блока расчета задержки импульса 5, выход которого соединен с блоком расчета места перегрева 6, выход которого соединен с первым входом устройства индикации и визуализации 11. Выход решающего устройства 4 соединен со вторым входом устройства индикации и визуализации 11. Выход синхронизатора 8 соединен со вторым (управляющим) входом элемента памяти 7, выход которого соединен со вторым (вычитаемым) входом вычитателя 9, выход которого соединен с формирователем модуля 10, выход которого соединен с третьим входом устройства индикации и визуализации 11.
Во втором варианте реализации заявленного устройства (фиг. 2), используется несколько проводников 1 соединенных с устройством опроса 12, которое соединено с генератором 2 и приемником 3.
Устройство для обнаружения мест пожара-перегрева проводника функционирует следующим образом.
Первоначально, на заводе изготовителе, осуществляют калибровку устройства, которая реализуется в два этапа.
На первом этапе, осуществляют калибровку решающего устройства 4 в нормальных условиях (при температуре окружающей среды +15-25°С, при заданной длине проводника 1), для чего включают генератор 2, который формирует периодические импульсы, которые при прохождении по проводнику 1 отражаются от всех мест неоднородностей конкретного проводника 1 (связанных с его особенностями изготовления, материала, возможными производственными дефектами и т.д.), в том числе и от неоднородности на его конце. Блок расчета задержки импульса 5 фиксирует постоянные значения задержек распространения сигнала по проводнику 1, блок расчета места перегрева 6 рассчитывает расстояние от генератора 2 до конца проводника 1 (и всех обнаруженных мест неоднородностей), значения амплитуд принимаемых (отраженных) сигналов являются постоянными величинами, на выходах вычитателя 9 и формирователя модуля 10 получаются значения близкие к нулю. В таком случае, в качестве первого порогового значения решающего устройства 4 фиксируют усредненное значение амплитуды принимаемых сигналов отраженных от мест неоднородностей проводника 1, связанных со спецификой его изготовления, при этом амплитуды сигналов с неоднородности на конце проводника 1 в расчет не берутся.
На втором этапе осуществляют калибровку решающего устройства 4 в условиях нагревания проводника 1 до его максимальной рабочей температуры, которая необходима для конкретного объекта. Для чего проводник 1 нагревают в нескольких местах (например, в двух или трех) до максимальной рабочей температуры, после чего фиксируют уровень пиковых значений амплитуд принимаемых сигналов при нагреве в каждом месте.
В таком случае, в качестве второго порогового значения для участка нагрева решающего устройства 4 фиксируют усредненное значение амплитуд принимаемых сигналов полученных для каждого места нагрева проводника 1 увеличенное на 10%; в качестве третьего порогового значения для участка нагрева решающего устройства 4 принимают усредненное значение амплитуд принимаемых сигналов увеличенное на 15% (значения 10 и 15% указаны в качестве примера реализации, значения могут быть изменены в зависимости от допускаемых рабочих температур проводника 1 на конкретном объекте (участке объекта)).
Таким образом, после завершения процедуры калибровки, зафиксированные первое и второе и третье пороговые значения амплитуд принимаемых сигналов, используют в качестве пороговых значений решающего устройства 1. Для чего в элементе памяти решающего устройства 4 формируют массив пороговых значений в соответствии с конкретным объектом и с учетом особенностей используемого проводника 1, при этом решающее устройство функционирует в соответствии со следующим алгоритмом: при приеме значений амплитуд принимаемых сигналов ниже любого из вторых пороговых значений из массива пороговых значений, на выходе подается сигнал на устройство индикации и визуализации 11 о нормальном состоянии объекта; при приеме значений амплитуд принимаемых сигналов между вторым и третьим порогами на выходе подается сигнал на устройство индикации и визуализации 11 о перегреве проводника 1 на соответствующем участке; при приеме значений амплитуд принимаемых сигналов, амплитуды которых выше третьего порогового значения на выходе подается сигнал на устройство индикации и визуализации 11 о пожаре на объекте на соответствующем участке.
Во втором варианте реализации (с устройством опроса 12) вышеописанную процедуру реализуют для каждого проводника 1.
После завершения процесса калибровки устройство в комплекте, поставляется на место его использования согласно своему функциональному назначению.
На объекте, на котором необходимо осуществлять контроль состояния пожаробезопасности прокладывают проводник 1 (или проводники 1) по наиболее значимым (пожароопасным) участкам. Далее, после установки проводника 1 осуществляют тест самоконтроля, при котором проверяют совпадение режимов работы устройства при заводских калибровочных данных в нормальных условиях.
Далее, при работе устройства, генератор 2 формирует импульсы, которые, отражаясь от неоднородностей проводника 1, поступают на приемник 3. Далее значения амплитуды принятого сигнала сравниваются с пороговыми значениями решающего устройства 4, поступившие от блока расчета места перегрева 6, результаты оценки передаются на устройство индикации и визуализации 11. В тоже время, данные о месте возможного перегрева или пожара формируются следующим образом: блок расчета задержки импульса 5 получает значение времени генерации очередного импульса с генератора 2 и значение времени приема отраженных сгенерированных импульсов с приемника 3 (с каждого места неоднородностей проводника). Далее блок расчета задержки импульса 5 формирует значение задержки отраженного сигнала, которое передается на блок расчета места перегрева 6, где, по данным задержки распространения сигнала рассчитывается расстояние до неоднородностей проводника 1, где произошло отражение, результаты расчета передаются на устройство индикации и визуализации 11 и в решающее устройство 4. В тоже время, значения амплитуды принятого сигнала с приемника 3 поступают на вычитатель 9 и элемент памяти 7. Элемент памяти 7 хранит значение принятого сигнала до момента поступления очередного сигнала от приемника 3, момент поступления очередного сигнала от преемника фиксируется синхронизатором 8, который подает команду на срабатывание элемента памяти 7, в таком случае запаздывающие, на один такт работы генератора 2, значение амплитуды принятого сигнала поступает на вычитатель 9. Вычитатель 9 формирует на выходе разницу между значениями амплитуды принятого сигнала и амплитуды предыдущего сигнала работы генератора 2, формирователь модуля 10 вычисляет абсолютное значение полученной величины, результаты расчета передаются на устройство индикации и визуализации 11, тем самым реализуется расчет скорости изменения амплитуды отраженных сигналов.
В случае возникновения пожара-перегрева на одном из объектов контроля по маршруту прокладки проводника 1 существенно повышается температура окружающей среды вокруг участка проводника 1, вследствие чего повышается его сопротивление и на данном участке возникает неоднородность. В таком случае, импульсы от генератора 2 периодических импульсов 3 при прохождении по проводнику 1 отражаются от сформированной вследствие термического воздействия неоднородности. Полученный, таким образом, отраженный сигнал (с места термического воздействия) имеет существенно измененное значение амплитуды, изменяется уровень электрического поля, которое улавливается приемником 3. В таком случае, на выходе решающего устройства 4 формируется сигнал о наличии перегрева (потенциальном возгорании) который передается на устройство индикации и визуализации 11. Одновременно с этим, блок расчета задержки импульса 5 формирует новое значение задержки, данное значение передается на блок расчета места перегрева 6, который рассчитывает расстояние от генератора 2 до места перегрева и полученное значение подает на устройство индикации и визуализации 11. Одновременно с этим, с выхода формирователя модуля 10 поступают значения приращений значений амплитуд, позволяющие оценить скорость нарастания температуры в проводнике 1, эта информация также передается на устройство индикации и визуализации 11.
Во втором варианте реализации, когда имеется несколько проводников 1, устройство функционирует аналогичным образом, только с заданным временем интервалом осуществляется переключение между несколькими проводниками 1. Данная процедура реализуема благодаря наличию устройства опроса 12, которое реализует поочередный опрос всех подключенных проводников 1.
Примеры реализации функциональных элементов устройства.
Проводник 1 может быть выполнен в виде кабели или провода.
В качестве генератора 2 может использоваться, генератор 2, выполненный с возможностью подачи в линию зондирующего синусоидального сигнала, например, с частотой 50 Гц со временем задержки между зондирующими сигналами в 20 мс.
В качестве приемника 3 может использоваться синхронный детектор зондирующих сигналов, фиксирующий пиковые амплитудные значения отраженных зондирующих сигналов.
В качестве решающего устройства 4 может использоваться многоуровневый компаратор. Конкретные значения порогов выбираются на основании процедуры калибровки и зависят от типа используемого проводника 1, его длины и параметров генератора 2.
В качестве блока расчета задержки импульса 5 может использоваться устройство, реализующее частотно-импульсный метод расчета задержки сигнала.
В качестве блока расчета места перегрева 6 может использоваться арифметическое устройство, выполненное с возможностью реализации следующей арифметической операции: скорость распространения электрического тока в проводнике 1 (как фундаментальная физическая константа) перемножается с полученным значением задержки импульса деленым пополам, полученное значение исчерпывающе характеризует место на проводнике 1, где произошел нагрев или возгорание, а именно, расстояние от генератора 2 периодических импульсов и приемника 3 до неоднородности на проводнике 1.
В качестве элемента памяти 7 могут использоваться сдвиговые регистры или параметрические элементы памяти. Элемент памяти 7 выполнен с возможностью хранения значения амплитуды отраженного сигнала в течение времени задержки очередного зондирующего сигнала, и последующей его передачи на вычитатель 9 при поступлении соответствующей управляющей команды от синхронизатора 8.
В качестве синхронизатора 8 может использоваться согласующие устройство, выполненное с возможностью выработки управляющей команды на передачу значения из элемента памяти 7 на вычитатель 9 при фиксации поступления на приемник 3 очередного отраженного зондирующего импульса.
В качестве вычитателя 9 может использоваться арифметическое устройство, реализующее математическую операцию вычитания.
В качестве формирователя модуля 10 может использоваться арифметическое устройство, реализующее операцию нахождения абсолютного значения числа.
В качестве устройства устройство индикации и визуализации 11 может использоваться электронное устройство с дисплеем для отображения поступающей информации и с элементами аудио и/или световой индикации.
В качестве устройства опроса 12 может выступать устройство, автоматически замыкающее выходы и входы генератора 2 и приемника 3 на определенный проводник 1 по прошествии заранее заданного времени. В качестве такого времени, например, может выступать значение в 100 мс (или любая другая величина в зависимости от объекта или требования заказчика).
Также в зависимости от конкретного варианта технической реализации устройства, блоки 2 (генератор) и 3 (приемник) могут быть выполнены в виде единого функционального элемента, а именно - приемо-передатчика. Аналогично этому, блоки 5 (блок расчета задержки импульса) и 6 (блок расчета места перегрева) могут быть выполнены в виде единого функционального элемента, а именно - блока расчета задержки импульса и места перегрева.
Заявленный технический результат - повышение точности оценки степени опасности при срабатывании пожарной сигнализации, достигается за счет наличия решающего устройства 4 выполненного с элементами памяти пороговых значений и соединенного с блоком расчета места перегрева 6, что позволяет точно определить наличие факта перегрева в конкретном месте, и оценить его степень опасности, а именно, возникновение перегрева проводника или возгорания на объекте. Также заявленный технический результат достигается за счет наличия элемент памяти 7, синхронизатора 8, вычитателя 9 и формирователя модуля 10, что позволяет определить динамику изменения амплитуды принятого сигнала, и как следствие определить уровень интенсивности перегрева или возгорания, что также позволяет сделать вывод о степени опасности возникшей ситуации. Таким образом, заявленное техническое решение позволяет точно определить степень опасности, а именно точное место и интенсивность протекающих процессов, что способствует применению адекватных мер для устранения причин срабатывания сигнализации, и как следствие, при возникновении возгорания может привести к снижению времени его ликвидации. Также заявленный технический результат может быть достигнут за счет возможности работы с несколькими проводниками посредством устройства опроса 12, в таком случае реализуется возможность оценки степени опасности при срабатывании пожарной сигнализации за счет большей площади покрытия проводниками 1 пожароопасного объекта.
Также заявленное техническое решение обладают следующими полезными свойствами:
простота изготовления и монтажа на объекте контроля;
простота технического обслуживания, благодаря возможности замены проводников 1 при их износе и/или механической деформации.
Заявитель в 2022 изготовил опытный образец заявленного технического решения, эксплуатация которого подтвердила заявленный технический результат - точность оценки степени опасности при срабатывании пожарной сигнализации составила 95%.
Примеры достижения технического результат.
Пример 1. В ходе работы устройства на устройстве индикации и визуализации 11 отобразилась информация о срабатывании второго порогового устройства на соответствующем участке объекта, при этом нарастание значений амплитуды принимаемого сигнала за период наблюдения было незначительным и не достигло третьего порогового значения. В таком случае был сделан вывод о низкой степени опасности, на участок объекта был отправлен технический персонал для устранения повреждения проводника 1.
Пример 2. В ходе работы устройства на устройстве индикации и визуализации 11 отобразилась информация о срабатывании второго порогового устройства на соответствующем участке объекта и через несколько секунд о срабатывании третьего порогового устройства, при этом нарастание значений амплитуды принимаемого сигнала за период наблюдения имело лавинообразный характер. В таком случае был сделан вывод о возникновении пожара, на объекте была объявлена пожарная тревога с последующим незамедлительным проведением соответствующих организационно-технических мероприятий.
Заявленное устройство изготавливается на предприятии и является единым изделием, состоящем их механически и электрически соединенных функциональных элементов и поставляется в составе комплекта оборудования.