УСТРОЙСТВО ДЛЯ СПУСКА С ВЫСОТЫ
DEVICE OF DESCENT FROM HEIGHT

Изобретение относится к индивидуальным спасательным средствам одноразового использования, применяемым для спасания людей при пожарах в высотных зданиях. Массовое строительство высотных зданий жилого, административного, лечебного, культурного и т.п. назначения и случающиеся в них пожары с гибелью людей заставляют пожарную охрану предусматривать пути и средства спасания людей. Заявленное устройство рекомендуется как индивидуальное средство спасения при пожаре в здании, удаленном на значительное расстояние от населенных пунктов. К таким зданиям относятся лечебно-профилактические, санаторно-курортные учреждения и здравницы, которые сооружаются по известным причинам вдали от промышленных предприятий и населенных пунктов. В случае пожара квалифицированная пожарная помощь может, по причине своей удаленности, прибыть на такой объект слишком поздно. Дело в том, что содержать профессиональную пожарную часть для единичного объекта не представляется возможным по экономическим причинам. Тогда выход из положения можно найти, снабдив каждого человека на втором и выше этажах заявленным устройством. В этом случае каждый застигнутый пожаром человек спасется посредством индивидуального устройства, а добровольная пожарная дружина, составленная из обслуживающего персонала, будет сдерживать развитие пожара до прибытия профессиональных пожарных.
24 ноября 2003 года произошел пожар в пятиэтажном общежитии РУДН им. Патриса Лумумбы в г. Москве. Погибло 43 человека, тяжело травмировано 162 человека. Некоторые из погибших и травмированные выпрыгивали со 2, 3, 4, 5 этажей здания. 9 декабря 2006 года произошел пожар в 3-х этажной наркологической больнице в г. Москве. Погибло 46 человек, тяжело травмировано 10 человек. Некоторые погибшие и травмированные также выпрыгивали со 2-го и 3-го этажей. «Пробки» на дорогах не позволили пожарным прибыть на пожар за короткое время (Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. №1(9). - М.: Академия ГПС МЧС России, 2008 г., с.4). В реферативных журналах «Пожарная охрана»: №1, 1980 г., с.29; №10, 1980 г., с.30; №8, 1982 г., с.31 описан пожар в двухэтажной гостинице в США в 1979 году, где погибло 14 и тяжело травмировано 78 человек. Эти 78 человек, а также некоторые из погибших, выпрыгивали со 2-го этажа здания с высоты 4 м и получили тяжелейшие травмы. Наличие в необходимом количестве заявленного устройства в этих зданиях позволило бы предотвратить такое число жертв при пожарах. Указанные пожары - это малая часть пожаров, которые произошли и, к сожалению, будут происходить в России и других странах.
Существует большое разнообразие конструкций устройств для спуска с высотных объектов. Например, устройства с шестеренчатыми, шиберными и поршневыми насосами позволяют учитывать вес спасаемого человека, однако их конструкции сравнительно металлоемки, трудоемки в изготовлении и в конечном итоге дорогостоящие. Они, кроме корпуса, содержат катушки, подшипники, тормозные устройства, воспринимающие нагрузку от спасаемого человека и выполняемые по этой причине из металла, и передаточные механизмы от катушек к тормозным устройствам, которые также должны быть выполнены из металла. Их применение оправдано в тех случаях, когда одновременно возникает необходимость спасать большое число людей или с большой высоты. Тогда одно и то же устройство может быть использовано при пожаре для спасания нескольких человек одного за другим.
Известны устройства, поглощающие удар, например, при падении человека с высоты (а.с. №№698627, 816821, A62B 35/00; патент ФРГ №1288444, 62a, 25/06; патент Японии №3157, 95C2, 1975 г.; патенты США №№3444957, 4100996, 182-3; заявка Великобритании №2009588, A62B 35/00). Они представляют собой одну или две ленты, уложенные в виде гармошки и прошитые нитью. Один конец ленты прикрепляется к прочной конструкции здания, а другой к спасательному поясу. При падении человека с высоты лента распрямляется, нити, скрепляющие ее в виде гармошки, рвутся, чем и достигается поглощение удара. Такие устройства можно применять для спуска человека в чрезвычайной ситуации, например при пожаре, однако с очень небольшой высоты: со второго, максимум с третьего этажа. Дело в том, что такого вида устройства предполагают возникновение перегрузки на тело человека и только после этого нить начнет рваться, поглощая таким образом энергию падающего человека. Следовательно, спасаемый при пожаре человек, использующий аналогичное устройство, должен прыгать вниз, и только после этого нить начнет рваться. Далее, по мере разрыва нити, скорость спуска будет уменьшаться и наконец будет погашена до такой степени, что вес человека не будет в состоянии рвать нить: спасаемый человек остановится и будет висеть на ленте. Если же прочность нити и количество швов на ленте подобрать так, что нить начнет рваться за счет веса человека (т.е. человеку нет необходимости прыгать, достаточно повиснуть на ленте и нить начнет рваться), то спасаемый человек в этом случае начнет опускаться с ускорением. Следовательно, и такой вариант применения поглотителей удара с целью спуска спасаемых людей при пожарах, значительно ограничивает высоту, с которой их можно применять (со второго, максимум с третьего этажа).
Указанные недостатки устранены в поглотителе энергии по а.с. №1012924, A62B 35/00. В этом изобретении между двумя лентами, скрепленными между собой швейной нитью, расположен механизм ее разрушения, выполненный в виде дискового ножа с пружинным приводом и клинообразной направляющей для ножа. Перед спуском спасаемый человек прикрепляет свой спасательный пояс к корпусу устройства, заводит пружину и покидает здание. Дисковый нож, вращаясь, разрушает швейную нить и спасаемый человек спускается с постоянной скоростью. Применение в поглотителе энергии разрушающего механизма с дисковым ножом позволяет существенно расширить его функциональные возможности и применить в качестве спасательного средства с высоты.
Недостаток этого устройства заключается в том, что механизм разрушения швейной нити является сравнительно сложным и включает движущиеся при работе детали: пружину, дисковый нож, шестерни, валы, рычаги, подшипники. По этой причине его надежность оказывается сравнительно ограниченной, так как при работе движущихся, механически нагруженных деталей возможны их поломки, заклинивание, попадание посторонних предметов (или обломков деталей) между движущимися деталями с последующим отказом устройства. Указанный недостаток устранен в устройстве для спуска с высоты по а.с. СССР №1584957, A62B 35/00. В этом изобретении между двумя лентами, скрепленными между собой швейной нитью, расположено средство ее разрушения в виде герметичной стеклянной емкости (ампулы) для кислоты и проводящего кислоту фитиля, установленного в прорези корпуса с возможностью одновременного контактирования с несколькими рядами нитей. В корпусе, параллельно направлению перемещения устройства при спуске, выполнены направляющие прорези, серьга установлена в этих прорезях с возможностью перемещения до контактирования с емкостью и снабжена элементами для разрушения этой емкости. При пожаре нагрузка от спасаемого человека через пояс и карабин передается серьге, которая разрушает емкость с кислотой, последняя выливается на фитиль и попадает на швейную нить, которая теряет прочность, разрывается и корпус устройства опускается вниз между двух лент.
Недостаток этого устройства заключается в том, что оно требует слишком бережного и нежного обращения с ним, так как средство разрушения швейной нити включает ампулу из тонкостенного стекла, заполненную кислотой, а серьга снабжена элементами для разрушения этой ампулы, причем элементы разрушения непосредственно контактируют с ампулой. В процессе длительного хранения устройство могут перемещать, передвигать, бросать, ронять и т.п. при переезде, при ремонте помещения, при перестановке мебели, при перепланировке помещений и т.п. При небрежном перемещении или при падении устройства ампула с кислотой может быть раздавлена и устройство окажется неработоспособным, причем выявится это только при техническом обслуживании устройства. ГОСТ 53480-2009 «Надежность в технике. Термины и определения» предусматривает такое понятие: срок сохраняемости. «Срок сохраняемости - календарная продолжительность хранения изделия, в течение и после которой изделие способно выполнять требуемую функцию». По указанным причинам срок сохраняемости устройства для спуска с высоты по а.с. СССР №1584957, которое берется в качестве прототипа, не может быть длительным и надежным.
Цель изобретения - повышение надежности устройства при его длительном хранении путем устранения существенных деталей, требующих слишком бережного обращения с ними.
Указанная цель достигается тем, что в устройстве для спуска с высоты, содержащем две ленты, скрепленные между собой швейной нитью, и средство разрушения нити, последнее выполнено в виде нагревательных элементов подогреваемых электрическим током батарей или пиротехническими нагревателями.
На фиг.1 представлен общий вид устройства; на фиг.2 - разрез по А-А; на фиг.3 - местный вид без лент 1, 2; на фиг.4 - местный вид сбоку без лент 1, 2; на фиг.5 - увеличенный вид 1, представленный на фиг.2; на фиг.6 - конструкция термического ножа; на фиг.7 - местный вид устройства слева; на фиг.8 - электрическая схема устройства; на фиг.9 - конструкция термического ножа, подогреваемого пиротехническими нагревательными элементами; на фиг.10 - разрез по Б-Б.
Устройство включает: канат, выполненный в виде двух лент 1, 2, скрепленных швейной нитью; серьгу 3 для крепления спасательного пояса; корпус 4; направляющие 5, через которые пропущены ленты 1, 2; выключатель 6; реостат 7; нагревательные элементы 8, 15; корпус термического ножа 9; пружину 10; электрические провода 11; батареи электрического тока 12; клиновидные направляющие 13; электрические контакты 14, 16, 17, 18; цельнометаллический термический нож 19; пиротехнические нагревательные элементы 20; теплоизоляцию 21.
Детали 1, 2, 3, 4, 5, 13 и их работа известны по прототипу. Выключатель 6 предназначен для замыкания электрической цепи, а реостат 7 - для контроля тока, проходящего в электрической цепи. Выключатель 6 и реостат 7 могут быть совмещены, как это практикуется в радиотехнике или в электротехнике. Выключатель 6 может быть заблокирован с серьгой 3 так, что электрическая цепь будет включаться только после того, как спасаемый человек повиснет на серьге 3. Однако в этом случае необходимо иметь ввиду, что остановиться спускаемый человек не сможет. Нагревательные элементы 8, 15 выполнены из электротехнического материала, предназначенного для нагревательных элементов, спиралей и т.п. Корпус термического ножа 9 выполнен из неэлектропроводного материала. Пружина 10, электрические провода 11, батареи электрического тока 12 - известные объекты. Восемь последовательно соединенных батарей, массой 115 г каждая, как показал эксперимент, позволяют нагревать элементы 8,15, длиной по 2 см, выполненные из спирали электрической плитки, в течение 150 секунд до температуры примерно 550-900°C, причем их температура поднимается до указанного значения практически мгновенно. Для пережигания хлопковых, шелковых, льняных, конопляных, джутовых нитей, а также нитей из других растительных волокон, достаточно 250-270°C (Абдурагимов И.М. и др. Процессы горения. Учебник для вузов МВД СССР, М., Высшая инженерная пожарно-техническая школа, 1984 г., с.249), а для плавления капроновых, нейлоновых, лавсановых и других полимерных нитей - 250-300°C (Шпирнов В.А. Тонкие нити. - М.: Московский рабочий, 1990. - с.137). В таблице 1 представлены результаты эксперимента по нагреванию элементов 8, 15.
Таблица 1
Время от замыкания электрической цепи выключателем 6, сек
Цвет* нагревательных элементов 8,15
Температура* нагревательных элементов 8, 15, °C
0
Темно-серый
22
1
Темно-коричневый
550-580
2
Темно-красный
650-730
3
Ярко-красный
830-900
50
Ярко-красный
830-900
60
Темно-красный
650-730
135
Темно-коричневый
550-580
150
Темно-коричневый
550-580
151
Выключатель 6 выключен, эксперимент завершен
*В соответствии с табл.23. Цвета каления сталей (стр.164), Краткий справочник металлиста. Изд. 2-е. М.: Машиностроение, 1982. авторы Малов А.Н. и др., 767 с.
Эксперимент был проведен по схеме на фиг.8 без реостата 7. В качестве источника тока были использованы 8 батарей Dry battery R20 sized 1,5V. NEW ULTRA. Sony Corporation. Made in Poland. No mercury added. Срок хранения указан на батарее до 11. - 2014, куплены 23.04.2012 по розничной цене 30 руб. за одну батарею (самые дешевые из имевшихся в наличии в магазине). Размер батареи: диаметр 33 мм; высота 61 мм; вес 115 г. В качестве проводов 11 и выключателя 6 использовались имеющиеся в продаже бытовые изделия. Нагревательные элементы 8, 15, длиной по 2 см каждый, были выполнены из новой (не бывшей в использовании) спирали электронагревательной для плиток 600 ватт, 220 вольт, изготовитель - Куйбышевский кабельный завод «Куйбышевкабель», ТУ 16538.080-79. Эти характеристики написаны на упаковке указанной спирали, которая хранилась в течение 20 лет после ее приобретения. Диаметр проволоки спирали непосредственно замерен штангенциркулем и составил 0,50 мм. Нагревательные элементы были размещены на керамическом основании двухместной, разобранной бытовой розетки. Для более точной оценки температуры нагрева элементов 8, 15 эксперимент проводился в помещении при такой освещенности, когда в других условиях пришлось бы включать свет.
В табл.2 представлены механические характеристики наихудшей из семи сортов проволоки для изготовления нагревательных элементов: «ГОСТ 12766.1-77 (переиздание в сентябре 1995 г.). Проволока из прецизионных сплавов с высоким электрическим сопротивлением. Технические условия для проволоки, предназначенной для изготовления нагревательных элементов и элементов сопротивлений. Приложение 4.».
Таблица 2
(из Приложения 4, ГОСТ 12766.1-77) Механические свойства сплавов в зависимости от температуры испытаний
Предел прочности
Марка сплава
Температура °C
МН/м<sup>2</sup>
кг/мм<sup>2</sup>
Х23Ю5
20
645
65
400
608
61
600
372
37
800
117
12
Результаты, представленные в табл.1 и 2, позволяют сделать следующие выводы:
1. Температура нагревательных элементов 8, 15 в течение 150 секунд намного превышает температуру, которая требуется для пережигания (плавления) нитей из растительных волокон и полимерных материалов. Значит, количество батарей можно сократить с 8 до 6, а для устройств, предназначенных для спасания людей из зданий до 5 этажей, с 8 до 4. Указанные выше 150 секунд означают, что устройство, укомплектованное восемью батареями, можно использовать для спасания людей с высоты 150 м, так как рекомендуемая скорость спуска людей при помощи спасательных устройств составляет 0,9-2 м/с (Харисов Г.Х. Аварийно-спасательные работы. Курс лекций. - М.: Академия ГПС МЧС России, 2005. - с.36).
2
2. Нагревательные элементы 8, 15, размещенные в корпусе термического ножа 9 (фиг.5, 6), зажатые винтами в электрических контактах 14, 16, 17, 18, при их длине 2 см, диаметре 0,5 мм и пределе прочности на растяжение 65 кг/мм представляют собой довольно прочные детали, и для того чтобы повредить их, нужно намного больше механической нагрузки, чем для повреждения ампулы с кислотой в прототипе.
В качестве источника тока можно использовать термохимические батареи. В табл.3 представлены характеристики некоторых батарей, разработанных фирмой «Мацусита дэнки санге» (взято из статьи Кондратенкова В.И., Клыгина А.В., Полякова Ю.А. Использование тепловых батарей в качестве извещателей пожара. Сборник трудов ВИПТШ МВД СССР «Обнаружение, тактика и техника тушения пожаров», М., 1993 г.).
Таблица 3
Параметры
Тип батарей
РВ-202
РВ-201
Размеры, мм
⌀67×60
⌀58×47
Масса, г
480
300
Разрядный ток, А
4
1
Разрядное напряжение, В
Более 24
Более 20
Продолжительность разряда, секунд
60
120
Время приведения в действие, секунд
Менее 1
Менее 1
Термохимические батареи, несмотря на их сравнительно высокую стоимость, обладают целым рядом преимуществ по сравнению с обычными химическими источниками тока. В их числе - неограниченное время хранения. Учитывая, что устройства для спуска с высотных объектов могут храниться десятки лет без употребления (не будет пожаров), даже с экономической точки зрения их использование может быть оправдано, так как обычные химические источники тока имеют гарантийный срок хранения 2-5 лет.
Электрические контакты 14, 16, 17, 18 выполнены из электротехнической меди и снабжены винтовыми зажимами для крепления нагревательных элементов 8, 15.
Другой вариант выполнения корпуса термического ножа 19, изолируемого от корпуса устройства 4 и каната 1, 2 теплоизоляцией 21, заключается в том, что он изготавливается цельнометаллическим, а его боковые поверхности обкладываются пиротехническими нагревательными элементами 20, поджигаемыми механическим воспламенителем (как в сигнальной ракете с ручным пуском) точно также, как это имеет место в термохимической батарее. В этом варианте нагревательные элементы 8, 15 отсутствуют; их роль выполняет нижняя часть корпуса термического ножа 19, нагреваемая, как лезвие паяльника, пиротехническими нагревательными элементами 20. Методика расчета температурного режима пиротехнических нагревателей, способы и средства их теплоизоляции от окружающих деталей, способы и средства их пуска в работу (т.е. поджигания) хорошо известны по термохимическим батареям (см. например, Omukoy J., Yasughe T., Yamasaky H., Kymana H. Termal batteries. National Technical Report. The edition of the firm Machusita daenky sange. 1970, V.16, №2, p.227-280).
Работа устройства. При пожаре спасаемый человек одевает спасательный пояс, прикрепленный к серьге 3, и через оконный проем или балкон покидает здание. Верхняя часть каната (ленты 1, 2) к этому моменту прикреплена к прочной конструкции здания. Далее спасаемый человек посредством выключателя 6 замыкает электрическую цепь (при блокировке выключателя 6 с серьгой 3 это происходит автоматически). К этому моменту на шкале реостата 7 задолго до пожара, или непосредственно перед спуском, поставлен вес спасаемого человека (фиг.7). Батареи 12, создавая электрический ток в замкнутой цепи, нагревают элементы 8, 15 до определенной температуры. Последние, контактируя с нитью между двумя лентами 1, 2, пережигают (переплавляют ее), обеспечивая таким образом продвижение устройства, а вместе с ним и спасаемого человека, вниз. Реостат 7 позволяет учитывать вес спасаемого человека и обеспечивать заранее заданную скорость спуска независимо от его веса путем изменения температуры элементов 8, 15. В принципе устройство может быть реализовано и без реостата 7. Однако в этом случае, по мере увеличения веса человека, скорость его спуска будет увеличиваться, так как разрывное усилие, создаваемое клиновидными направляющими 13 на нить, скрепляющую ленты 1, 2, будет расти, в результате чего нить начнет рваться быстрее. Для того, чтобы скорость разрыва нити снизить и обеспечить постоянство скорости спуска независимо от веса спасаемого человека, необходимо, по мере увеличения веса спасаемого человека, уменьшать температуру нагревательных элементов 8, 15 путем увеличения сопротивления реостата 7. В этом случае повышение разрывного усилия, действующего на нить, компенсируется увеличением времени пережигания нити так, что скорость спуска спасаемого человека остается постоянной и заранее заданной независимо от его веса. Таким образом, для каждого веса спасаемого человека может быть подобрано определенное сопротивление реостата 7, причем его сопротивление можно проградуировать в килограммах (фиг.7), соответствующих заранее заданной, безопасной скорости спуска.
Выполнение средства для разрушения нитей в виде нагревательных элементов, подогреваемых батареями электрического тока или пиротехническими нагревателями, делает его менее уязвимым при небрежном обращении с устройством и повышает надежность его хранения. В прототипе разрушение нити осуществляется химическим способом, путем воздействия кислоты на нити, причем кислота хранится в тонкостенной стеклянной ампуле. Последняя требует слишком бережного обращения с устройством. По этой причине срок сохраняемости устройства в работоспособном состоянии не может быть длительным. В заявленном устройстве разрушение нити осуществляется термическим способом. Электрическая схема устройства и ее детали не требуют слишком бережного обращения с ними. По этой причине срок сохраняемости в работоспособном состоянии у заявленного устройства будет более длительным, чем у прототипа. Это достигается благодаря тому, что в заявленном устройстве нет таких уязвимых деталей, как тонкостенная ампула с кислотой в прототипе, которая требует слишком бережного и нежного обращения с ней.