СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ПОЖАРА ИЛИ ПЕРЕГРЕВА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF DETECTING FIRE OR OVERHEATING AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области пожарной безопасности, а именно к способам и устройствам обнаружения пожара или перегрева на различных технических объектах, в том числе в отсеках авиационных двигателей летательных аппаратов.
Известен способ обнаружения пожара и перегрева, основанный на измерении температуры в отсеке авиадвигателя с помощью датчика, содержащего проволочный чувствительный элемент, намотанный в виде спирали на изолированный стержень. [Патент США №3470744, опубликовано 7.10.1969]. Недостатками такого способа являются низкая надежность и значительное время обнаружения пожара и перегрева, обусловленные конструкцией датчика.
Известен способ обнаружения пожара и перегрева, основанный на измерении средней температуры в нескольких контролируемых зонах отсека воздушного судна с помощью линейных пневматических датчиков и формировании сигнала о пожаре или перегреве при превышении любым из этих датчиков заданного уровня температуры. [Патент США №8094030, опубликовано 10.01.2012]. Недостатком такого способа и устройства, реализующего данный способ, является значительное время обнаружения пожара и перегрева, которое обусловлено, во-первых, принципом действия и конструкцией линейных пневматических датчиков и, во-вторых, постоянной величиной заданной температуры, которая не может корректироваться в силу дискретного характера функционирования устройства обнаружения пожара и перегрева и, поэтому, выбирается с значительным запасом, увеличивающим время обнаружения пожара или перегрева.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ и устройство обнаружения пожара или перегрева, принятые за прототип, в которых для измерения средней температуры в контролируемых зонах используются линейные терморезистивные датчики, обладающие малой тепловой инерционностью, а пороговые значения, свидетельствующие о наличии пожара или перегрева, корректируют в зависимости от режима работы объекта контроля. [Патент РФ №2626716, опубликовано 31.07.2017].
Недостатком этих способа и устройства обнаружения пожара является необходимость использования дополнительной информации о режимах работы объекта контроля и других факторах, влияющих на время обнаружения пожара и перегрева. Это приводит к дополнительным затратам и снижает надежность устройства обнаружения пожара или перегрева. Кроме того, точность такой параметрической коррекции пороговых значений остается невысокой, так как не позволяет учесть все влияющие факторы в полном объеме и не учитывает разброс индивидуальных характеристик объектов контроля, в том числе динамических характеристик. Все это не позволяет в полной мере минимизировать время обнаружения пожара и перегрева за счет оптимального выбора пороговых значений, свидетельствующих о наличии пожара или перегрева.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является сокращение времени, необходимого для обнаружения пожара или перегрева и повышение надежности устройства обнаружения пожара или перегрева.
Поставленная задача решается с помощью способа обнаружения пожара или перегрева, который заключается в том, что измеряют температуру в нескольких зонах объекта контроля по показаниям линейных тепловых датчиков, определяют по этим температурам пожар или перегрев, формируют и передают соответствующую информацию о пожаре или перегреве.
Новым в заявляемом изобретении является то, что для определения пожара или перегрева используют не только информацию о температуре в зоне вероятного возгорания, но и о температурах в других контролируемых зонах. Причем для определения пожара или перегрева используют как разность, так и сумму температур в различных зонах.
Например, предусматривают сравнение разности температур в соседних контролируемых зонах с заданным для этой разности пороговым значением. Эта разность температур при отсутствии пожара невелика, изменяется синхронно при изменении режима работы объекта контроля, автоматически учитывает изменение внешних условий и позволяет эффективно обнаруживать пожар и перегрев в тех случаях, когда очаг возгорания находится ближе к центру контролируемой зоны. В этом случае значение заданной пороговой величины невелико и при пожаре или перегреве достигается за короткое время. В тех случаях, когда очаг возгорания находится ближе к границе двух зон контроля, используют сравнение суммы температур в соседних зонах с заданным пороговым значением, которое формируется как сумма максимальных температур в рассматриваемых зонах в условиях отсутствия пожара или перегрева, плюс добавка, которая обычно прибавляется к максимальной температуре (при отсутствии пожара) в одной из зон в том случае, когда пороговое значение формировалось бы только для температуры одной этой зоны. Очевидно, что в этом случае величина приращения температуры в каждой из двух зон до уровня пожара или перегрева и, соответственно, время обнаружения пожара или перегрева, будет примерно в два раза меньше, чем для варианта с заданием отдельного порога для каждой контролируемой зоны. Кроме того, наличие двух вариантов (по разности и по сумме температур) повышает надежность обнаружения пожара и перегрева.
Поставленная задача решается также устройством, реализующим предлагаемый способ обнаружения пожара или перегрева. Устройство содержит блок обнаружения пожара, в котором осуществляется вычисление температур по показаниям линейных тепловых датчиков, которые подключены на вход этого блока, формирование и передача в систему пожарной защиты объекта контроля информации о пожаре или перегреве, которые определяются по температурам в различных зонах контроля. Но в отличие от известного технического решения, в блоке обнаружения пожара вычисляют разность и сумму температур, измеренных в различных зонах, и уже эти вычисленные значения сравнивают с заданными пороговыми значениями для определения пожара или перегрева.
Достигаемый технический результат - сокращение времени и повышение надежности обнаружения пожара или перегрева, обеспечивается как за счет реализации предлагаемого способа обнаружения пожара и перегрева, как это показано выше, так и за счет сокращения аппаратных затрат в устройстве обнаружения пожара или перегрева, т.к. отпадает необходимость в измерении параметров, характеризующих изменение режимов работы объекта контроля для корректировки заданных пороговых значений.
В соответствии с п. 3 формулы изобретения, в качестве линейных тепловых датчиков предпочтительно использовать линейные терморезистивные датчики, которые обладают малой инерционностью и высокой надежностью.
На фиг. представлен вариант устройства обнаружения пожара или перегрева. Устройство обнаружения пожара или перегрева состоит из блока обнаружения пожара 1, на вход которого подключены линейные терморезистивные датчики Rt1, Rt2, Rt3 и Rt4, размещенные в зонах контроля 2, 3, 4 и 5. Блок обнаружения пожара 1, как правило, представляет собой электронное устройство, содержащее аналого-цифровые преобразователи, источники опорного тока и напряжения, микроконтроллеры с внутренними и внешними цифровыми интерфейсами, реле и другими электронными компонентами. Каждый линейный терморезистивный датчик Rt представляет собой тонкостенную металлическую оболочку, например, из материала ХН78Т, длина которой может быть от 1 м до 12 м и более, диаметром 1,2 мм и с толщиной стенки 0,2 мм. Внутри оболочки размещены один или два чувствительных элемента, выполненные из металла с положительным температурным коэффициентом сопротивления, например, из никеля или платины. Чувствительные элементы изолированы друг от друга и от оболочки теплопроводным материалом, например, периклазом.
Другим вариантом выполнения линейного теплового датчика, позволяющего реализовать предлагаемый способ обнаружения пожара, может быть линейный датчик, состоящий из цепочки последовательно соединенных терморезисторов, установленных в тонкостенную теплопроводную оболочку.
Устройство обнаружения пожара или перегрева работает следующим образом. Из блока противопожарной защиты осуществляется питание линейных терморезистивных датчиков источниками опорного тока. С помощью аналого-цифровых преобразователей выходные сигналы линейных терморезистивных датчиков преобразовываются в цифровые коды, по которым в микроконтроллере осуществляется вычисление средней температуры в зоне контроля каждого линейного терморезистивного датчика. Все вычисленные в микроконтроллере разности и суммы температур сравниваются с соответствующими пороговыми значениями, а по результатам сравнения формируется информация, передаваемая по внешнему интерфейсу в систему пожарной защиты, которая включает в себя устройства индикации и регистрации, речевые извещатели, устройства управления огнетушителями и др.
При возникновении пожара в контролируемой зоне, например, показанной на фиг. под номером 3, в блоке обнаружения пожара 1 вычисляется разность между температурой в зоне 3 и температурой в ближайшей к ней зоне, например 2. Если разность температур превысит заданное пороговое значение, то в блоке 1 будет сформирован и передан в систему пожарной защиты сигнал о пожаре или перегреве. Это будет означать, что пожар возник ближе к центру зоны 3. Если разность температур в зоне 3 и зоне 2 окажется меньше заданного порогового значения, то вычисляется сумма температур, измеренных в зоне 3 и зоне 2, которая также сравнивается со своим заданным пороговым значением и, в случае превышения этого порогового значения, также формируется и передается в систему пожарной защиты сигнал о пожаре или перегреве. В этом случае можно говорить о том, что пожар возник ближе к границе двух зон.
В качестве примера рассмотрена система обнаружения пожара в отсеке маршевого двигателя самолета SSJ-100. На двигателе SaM-146 установлено 4 сигнализатора пожара/перегрева (2 шт. в зоне вентилятора и 2 шт. в зоне турбины). При штатной работе двигателя, при отсутствии перегрева и пожара, максимальная температура примерно равна:
Твм=150°С в зоне вентилятора;
Ттм=300°С в зоне турбины.
В штатных сигнализаторах пожара установлены следующие пороги для обнаружения пожара:
Тпв=300°С для зоны вентилятора;
Тпт=450°С для зоны турбины, т.е. для обеих зон для обнаружения пожара температура должна вырасти на Δ=150°С. Время, необходимое для обнаружения пожара в этом случае может достигать 30 с.
1
2
При использовании предлагаемого изобретения пожар будет обнаружен по разности температур (T-T), измеренных двумя датчиками, которые установлены в области вентилятора (турбины), при достижении порога:
1
2
Δ=40…50°С за время 7…10с, или по сумме температур (T+T), при достижении порога:
Δ=2Твм (2Ттм)+150°С за время не более 15 с.
В зависимости от количества контролируемых зон и особенностей режимов работы объекта контроля возможны и другие варианты комбинаций измеренных температур, для которых задаются соответствующие пороговые значения для обнаружения пожара или перегрева.
Источники информации
1. Патент США №3470744.
2. Патент США №8094030.
3. Патент РФ №2626716.