УСТРОЙСТВО СПАСЕНИЯ ЛЮДЕЙ В ПОМЕЩЕНИИ ПРИ ЗАГРЯЗНЕНИИ ВНЕШНЕГО ВОЗДУХА (ВАРИАНТЫ)
ROOM LIFE SAVING DEVICE PROTECTING FROM POLLUTED OUTER AIR (VERSIONS)

Изобретение относится к специальным устройствам для вентиляции газоубежищ, в частности спасения жизни людей путем подачи чистого воздуха в помещение при загрязнении атмосферного воздуха снаружи помещения.
Известно устройство спасения людей в помещении при загрязнении внешнего воздуха, патент на изобретение РФ №2389520, содержащее источник избыточного давления чистого воздуха, сообщенный с помещением посредством линии подачи (основная линия подачи), снабженной пусковым устройством, источник избыточного давления чистого воздуха выполнен в виде не менее чем одного предварительно заряженного баллона высокого давления с зарядным краном. Пусковое устройство выполнено в виде пускового клапана, а линия подачи снабжена устройством ограничения расхода воздуха, которое выполнено в виде дросселя (расходный дроссель). Устройство содержит, по крайней мере, один дополнительный баллон (предварительно заряженный) высокого давления чистого воздуха с зарядным краном и пусковым клапаном, сообщенным с линией подачи перед расходным дросселем, и снабжено распределительным устройством для задействования пускового клапана дополнительного баллона после уменьшения расхода воздуха в помещение до минимальной допустимой величины. Основная линия подачи перед расходным дросселем сообщена с помещением, по крайней мере, одной дополнительной линией, содержащей пусковой клапан и дроссель (расходный), при этом распределительное устройство выполнено с возможностью задействования пускового клапана в дополнительной линии после задействование пускового клапана дополнительного баллона и уменьшения расхода воздуха в помещение до минимальной допустимой величины.
Существенными признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками устройства по первому варианту, являются следующие: устройство спасения людей в помещении при загрязнении внешнего воздуха, содержащее распределительное устройство, предварительно заряженный баллон высокого давления с зарядным краном, сообщенный с помещением посредством основной линии подачи, снабженной пусковым клапаном и расходным дросселем, при этом основная линия подачи перед расходным дросселем сообщена с помещением, по крайней мере, одной дополнительной линией подачи, содержащей пусковой клапан и расходный дроссель, а распределительное устройство выполнено с возможностью задействования пускового клапана основной линии подачи для подачи чистого воздуха в помещение и пускового клапана очередной дополнительной линии подачи, после уменьшения его расхода до минимальной допустимой величины.
Существенными признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками устройства по второму варианту, являются следующие: устройство спасения людей в помещении при загрязнении внешнего воздуха, содержащее распределительное устройство, предварительно заряженный баллон высокого давления с зарядным краном, сообщенный с помещением посредством основной линии подачи, снабженной пусковым клапаном и расходным дросселем, и, по крайней мере, один предварительно заряженный дополнительный баллон высокого давления с зарядным краном, сообщенный через пусковой клапан с основной линией подачи перед расходным дросселем, при этом основная линия подачи перед расходным дросселем сообщена с помещением, по крайней мере, одной дополнительной линией подачи, содержащей пусковой клапан и расходный дроссель, распределительное устройство выполнено с возможностью задействования пускового клапана основной линии подачи для подачи чистого воздуха в помещение и пускового клапана очередного дополнительного баллона высокого давления, после уменьшения его расхода до минимальной допустимой величины, и задействования пускового клапана очередной дополнительной линии подачи, после срабатывания пускового клапана каждого дополнительного баллона высокого давления и уменьшения расхода чистого воздуха в помещение до минимальной допустимой величины.
В известном устройстве расход чистого воздуха в помещение поддерживается в диапазоне от максимальной допустимой величины до минимальной допустимой величины, по условию безопасности персонала в помещении, при этом не обеспечивается автоматическое подключение дополнительного баллона, а после этого и автоматическое подключение каждой дополнительной линии расхода в момент достижения минимальной допустимой величины расхода чистого воздуха в помещение.
Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемое устройство, является обеспечение автоматического подключения очередного дополнительного баллона, а после этого и автоматическое подключение очередной дополнительной линии расхода, в момент достижения минимального значения расхода чистого воздуха в помещение, в пределах регулирования расхода воздуха, допустимого по условиям безопасности персонала в помещении.
Для достижения названного технического результата в первом варианте устройства спасения людей в помещении при загрязнении внешнего воздуха, содержащем распределительное устройство, предварительно заряженный баллон высокого давления с зарядным краном, сообщенный с помещением посредством основной линии подачи, снабженной пусковым клапаном и расходным дросселем, при этом основная линия подачи перед расходным дросселем сообщена с помещением, по крайней мере, одной дополнительной линией подачи, содержащей пусковой клапан и расходный дроссель, а распределительное устройство выполнено с возможностью задействования пускового клапана основной линии подачи для подачи чистого воздуха в помещение и пускового клапана очередной дополнительной линии подачи, после уменьшения его расхода до минимальной допустимой величины, выход каждой дополнительной линии подачи сообщен с основной линией подачи за расходным дросселем, при этом общий участок расхода воздуха по основной линии подачи снабжен последовательно установленными устройством контроля давления воздуха, сообщенным с распределительным устройством, и измерительным дросселем, проходное сечение отверстия которого превышает сумму проходных сечений отверстий расходных дросселей основной и каждой дополнительной линий.
Для достижения названного технического результата во втором варианте устройства спасения людей в помещении при загрязнении внешнего воздуха, содержащем распределительное устройство, предварительно заряженный баллон высокого давления с зарядным краном, сообщенный с помещением посредством основной линии подачи, снабженной пусковым клапаном и расходным дросселем, и, по крайней мере, один предварительно заряженный дополнительный баллон высокого давления с зарядным краном, сообщенный через пусковой клапан с основной линией подачи перед расходным дросселем, при этом основная линия подачи перед расходным дросселем сообщена с помещением, по крайней мере, одной дополнительной линией подачи, содержащей пусковой клапан и расходный дроссель, распределительное устройство выполнено с возможностью задействования пускового клапана основной линии подачи для подачи чистого воздуха в помещение и пускового клапана очередного дополнительного баллона высокого давления, после уменьшения расхода чистого воздуха в помещение до допустимой величины, и задействования пускового клапана очередной дополнительной линии подачи, после срабатывания пусковых клапанов каждого дополнительного баллона высокого давления и уменьшения расхода чистого воздуха в помещение до минимальной допустимой величины, выход каждой дополнительной линии подачи сообщен с основной линией подачи за расходным дросселем, при этом общий участок расхода воздуха по основной линии подачи снабжен последовательно установленными устройством контроля давления воздуха, сообщенным с распределительным устройством, и измерительным дросселем, проходное сечение отверстия которого превышает сумму проходных сечений отверстий расходных дросселей основной и каждой дополнительной линий.
Кроме того, в обоих вариантах устройства: для повышения точности регулирования расхода воздуха и уменьшения уровня шума при работе устройства спасения, перед входом в отверстие расходного дросселя в основной и, по крайней мере, в одной дополнительной линиях подачи установлено, по крайней мере, по одному дополнительному дросселю с проходным сечением отверстия не менее проходного сечения отверстия расходного дросселя; для дополнительного снижения уровня шума при работе, за выходом из отверстия расходного дросселя в основной и, по крайней мере, одной дополнительной линиях подачи установлено, по крайней мере, по одному дополнительному дросселю, проходное сечение отверстия которого больше проходного сечения отверстия соответствующего расходного дросселя, а также за выходом из отверстия измерительного дросселя установлен, по крайней мере, один дополнительный дроссель, проходное сечение отверстия которого превышает проходное сечение отверстия измерительного дросселя; с этой же целью, в дополнительных дросселях, установленных в основной и, по крайней мере, одной дополнительной линиях подачи за расходным дросселем, проходное сечение отверстия у каждого последующего дополнительного дросселя больше, чем у предыдущего, а также, в дополнительных дросселях, установленных на общем участке основной линии подачи за измерительным дросселем, проходное сечение отверстия у каждого последующего дополнительного дросселя больше, чем у предыдущего.
Отличительными признаками обоих вариантов предлагаемого устройства спасения людей является то, что выход каждой дополнительной линии подачи сообщен с основной линией подачи за расходным дросселем, при этом общий участок расхода воздуха по основной линии подачи снабжен последовательно установленными устройством контроля давления воздуха, сообщенным с распределительным устройством, и измерительным дросселем, проходное сечение отверстия которого превышает сумму проходных сечений отверстий расходных дросселей основной и каждой дополнительной линий; перед входом в отверстие расходного дросселя в основной и, по крайней мере, в одной дополнительной линиях подачи установлено, по крайней мере, по одному дополнительному дросселю с проходным сечением отверстия не менее проходного сечения отверстия расходного дросселя; за выходом из отверстия расходного дросселя в основной и, по крайней мере, одной дополнительной линиях подачи установлено, по крайней мере, по одному дополнительному дросселю, проходное сечение отверстия которого больше проходного сечения отверстия соответствующего расходного дросселя; за выходом из отверстия измерительного дросселя установлен, по крайней мере, один дополнительный дроссель, проходное сечение отверстие которого превышает проходное сечение отверстия измерительного дросселя; в дополнительных дросселях, установленных в основной и, по крайней мере, одной дополнительной линиях подачи за расходным дросселем, проходное сечение отверстия у каждого последующего дополнительного дросселя больше, чем у предыдущего; в дополнительных дросселях, установленных на общем участке основной линии подачи за измерительным дросселем, проходное сечение отверстия у каждого последующего дополнительного дросселя больше, чем у предыдущего.
Благодаря наличию указанных отличительных признаков в совокупности с известными достигается следующий технический результат - обеспечивается автоматическое подключение очередного дополнительного баллона, а после этого и автоматическое подключение очередной дополнительной линии расхода, в момент достижения минимальной допустимой величины расхода чистого воздуха в помещение, в пределах диапазона регулирования его расхода, допустимого по условиям безопасности персонала в помещении; повышается точность регулирования расхода воздуха; уменьшаются уровень шума при работе устройства и потребное количество дополнительных линий подачи чистого воздуха.
Предложенное техническое решение может найти применение на различных народно-хозяйственных объектах для защиты жизни людей в служебных помещениях в течение нескольких часов до прихода помощи, при авариях в производственных помещениях, коммуникационных магистралях, а также пожарах, связанных с загрязнением воздуха снаружи помещения.
Сущность предлагаемого устройства спасения людей проиллюстрирована рисунками, фиг.1-4.
На фиг.1 представлена пневматическая схема устройства.
На фиг.2 представлено устройство расходного и дополнительных дросселей в основной линии подачи (место А, фиг.1).
На фиг.3 представлено устройство расходного и дополнительных дросселей в дополнительной линии подачи (место Б, фиг.1).
На фиг.4 представлено устройство измерительного и дополнительных дросселей на общем участке основной линий подачи (место В, фиг.1).
1
2
1
2
Устройство спасения людей содержит распределительное устройство 1, предварительно заряженный баллон 2 высокого давления с зарядным краном 3, сообщенный с помещением 4 посредством основной линии 5 подачи, снабженной пусковым клапаном 6 и расходным дросселем 7, и, по крайней мере, один предварительно заряженный дополнительный баллон 8 высокого давления с зарядным краном 9, сообщенный через пусковой клапан 10 с основной линией 5 подачи перед расходным дросселем 7, при этом основная линия 5 подачи перед расходным дросселем 7 сообщена с помещением, по крайней мере, одной дополнительной линией 11, содержащей пусковой клапан 12 и расходный дроссель 13. Распределительное устройство 1 выполнено с возможностью задействования пускового клапана 6 основной линии 5 для подачи чистого воздуха в помещение 4 и пускового клапана 10 дополнительного баллона 8 высокого давления, после уменьшения расхода чистого воздуха в помещение 4 до минимальной допустимой величины, и задействования пускового клапана 12 дополнительной линии 11 подачи, после срабатывания пускового клапана 10 дополнительного баллона 8 высокого давления, и уменьшения расхода чистого воздуха в помещение до допустимой величины. Выход дополнительной линии 11 подачи сообщен с основной линией 5 за расходным дросселем 7, при этом общий участок 14 расхода воздуха по основной линии 5 снабжен последовательно установленными устройством 15 контроля давления воздуха, сообщенным с распределительным устройством 1, и измерительным дросселем 16, проходное сечение отверстия 17 которого превышает сумму проходных сечений отверстий 18 и 19 расходных дросселей 7 и 13. В качестве устройства 15 контроля давления воздуха может быть использован датчик давления или сигнализатор давления. Перед входом в отверстие, соответственно 17 и 18, расходного дросселя, соответственно 7 и 13, установлены, соответственно, n дополнительных дросселей 20 и n дополнительных дросселей 21 с проходным сечением отверстия, соответственно, 22 и 23 не менее проходного сечения отверстия, соответственно, 18 и 19 расходного дросселя, соответственно, 7 и 13. За выходом из отверстия 18 расходного дросселя 7 в основной линии 5 подачи установлены последовательно дополнительные дроссели 24 и 25, проходное сечение отверстия которых, соответственно, 26 и 27 превышает проходное сечение отверстия 18 расходного дросселя 7. За выходом из отверстия 19 расходного дросселя 13 дополнительной линии 11 подачи установлены последовательно дополнительные дроссели 28 и 29, проходное сечение отверстия которых, соответственно, 30 и 31, больше проходного сечения отверстия 19 расходного дросселя 13. За выходом из отверстия 17 измерительного дросселя 16 установлены дополнительные дроссели 32 и 33, проходное сечение отверстия которых, соответственно, 34 и 35 превышает проходное сечение отверстия 17 измерительного дросселя 16. Проходное сечение отверстия 27 дополнительного дросселя 25 больше, чем проходное сечение отверстия 26 дополнительного дросселя 24. Проходное сечение отверстия 31 дополнительного дросселя 29 больше проходного сечения 30 дополнительного дросселя 28. Проходное сечение отверстия 35 дополнительного дросселя 33 больше проходного сечения отверстия 34 дополнительного дросселя 32. Количество n дополнительных дросселей 20 и n дополнительных дросселей 21 подбирается при отработке устройства спасения. Расходный дроссель 7 и дополнительные дроссели 20, 24 и 25 установлены в основной линии 5 подачи в корпусе 36 через шайбы 37. Расходный дроссель 13 и дополнительные дроссели 21, 28 и 29 установлены в дополнительной линии 11 подачи, в корпусе 38 через шайбы 39. Измерительный дроссель 16 и дополнительные дроссели 32 и 33 на общем участке 14, основной линии 5 подачи установлены в корпусе 40 через шайбы 41.
Первый вариант устройства спасения (по пп.1-7 формулы) работает следующим образом. Предварительно баллон 2 через зарядный кран 3 заряжен чистым воздухом до максимального рабочего давления. При загрязнении воздуха снаружи помещения 4 распределительное устройство 1 задействует пусковой клапан 6, открывая доступ чистого воздуха по основной линии 5 подачи (фиг.1) через дополнительные дроссели 22 (фиг.2), расходный дроссель 7, дополнительные дроссели 24, 25, общий участок 14 расхода воздуха по основной линии 5 подачи и установленные на нем измерительный дроссель 16 (фиг.4) и дополнительные дроссели 32 и 33 в помещение 4, надувая его до небольшого избыточного давления над наружным давлением воздуха, что препятствует проникновению в помещение 4 наружного загрязненного воздуха. Проходное сечение отверстия 18 расходного дросселя 7 выбирается таким, чтобы при максимальном рабочем давлении в баллоне 2 через расходный дроссель 7 по основной линии 5 подачи и через отверстие 17 измерительного дросселя 16 участка 14 в помещение 4 поступал максимально допустимый расход чистого воздуха (в пределах диапазона регулирования), определяемый степенью негерметичности помещения 4 и безопасностью персонала в помещении 4. Благодаря тому, что проходное сечение отверстия 17 измерительного дросселя 16 больше проходного сечения отверстия 18 расходного дросселя 7, измерительный дроссель 16 не влияет на величину расхода чистого воздуха в помещение 4. По мере выработки чистого воздуха из баллона 2 давление чистого воздуха в нем уменьшается, при этом уменьшается давление перед расходным дросселем 7 и расход чистого воздуха через него в помещение 4 по основной линии 5 подачи. Минимальному допустимому расходу чистого воздуха в помещение 4 соответствует определенная величина давления перед измерительным дросселем 16, измеряемая устройством 15 контроля и поступаемая по линии связи в распределительное устройство 1, которое задействует пусковой клапан 12 (фиг.1) в дополнительной линии 11 подачи, обеспечивая дополнительный расход воздуха по линии 11 через расходный дроссель 13, при этом проходное сечение отверстия 19 которого выбирается таким, чтобы суммарный расход чистого воздуха по общему участку 14 расхода воздуха по основной линии 5 подачи не превысил величины максимально допустимого расхода чистого воздуха в помещение 4. При этом, вследствие того, что проходное сечение отверстия 17 измерительного дросселя 16 превышает сумму проходных сечений отверстий 18 и 19 расходных дросселей, соответственно, 7 и 13, измерительный дроссель 16 не влияет на величину суммарного расхода чистого воздуха по участку 14 в помещение 4. При наличии в устройстве спасения других дополнительных линий подачи чистого воздуха (на фиг.1 не показаны) устройство работает аналогично, вплоть до минимальной, приемлемой величины остатка воздуха в баллоне 2 высокого давления. На дополнительных дросселях 20 и 21, установленных перед расходными дросселями, соответственно, 7 и 13, при работе устройства спасения, обеспечивается падение давления чистого воздуха за счет их гидравлического сопротивления, что уменьшает давление на входе в отверстия 18 и 19 расходных дросселей 7 и 13. Пропорционально уменьшению давления чистого воздуха перед входом в отверстия 18 и 19 для поддержания потребного расхода воздуха увеличена площадь проходного сечения этих отверстий, что уменьшает погрешность обеспечения потребного расхода чистого воздуха, поскольку она рассчитывается на единицу площади проходного сечения. Кроме того, увеличение площади проходного сечения отверстий 18 и 19, следовательно, и увеличение минимальной площади отверстий 22 и 23, увеличивает объем струй воздуха, выходящей из этих отверстий. Пропорционально увеличению объема струй воздуха, выходящих из отверстий 18, 19, 22 и 23, при одном и том же потребном расходе воздуха в помещение 4, уменьшается объемная плотность энергии воздуха в этих струях, соответственно, уменьшается и уровень шума при работе устройства спасения. На участке работы устройства спасения от момента задействования пускового клапана 6 до момента задействования пускового клапана 12 расход воздуха через дополнительные дроссели 20 и расходный дроссель 7 изменяется от максимального допустимого до минимально допустимого значения. Пропорционально уменьшению расхода воздуха уменьшается и скорость его течения через отверстия 22, при этом гидравлическое сопротивление дросселей 20 уменьшается в большей степени (пропорционально квадрату скорости). Таким образом, гидравлическое сопротивление дросселей 20 сначала максимально, а в конце работы на участке минимально, что стабилизирует давление воздуха перед расходным дросселем 7 и обеспечивает увеличение продолжительности работы устройства спасения на этом участке времени работы, соответственно, из баллона 2 за время работы на этом участке вырабатывается большая масса воздуха, и остаточное давление в баллоне 2 уменьшается. Аналогично изложенному, благодаря дополнительным дросселям 20 и 21 увеличиваются время работы устройства спасения и степень опорожнения баллона 2 высокого давления и на следующем участке работы устройства спасения от момента срабатывания пускового клапана 12 до момента уменьшения суммарного расхода воздуха по участку 14 в помещение 4 до минимального допустимого значения. Благодаря увеличению времени работы устройства и степени опорожнения баллона 2 на каждом участке, для одной и той же суммарной степени опорожнения баллона 2 (приемлемого остатка чистого воздуха в баллонах) требуется подключение меньшего количества дополнительных линий подачи чистого воздуха в участок 14 основной линии 5 подачи. Дополнительные дроссели 24 и 25, установленные за выходом из отверстия 18 расходного дросселя 7, а также дополнительные дроссели 28 и 29, установленные за выходом из отверстия 19 расходного дросселя 13 и дроссели 32 и 33, установленные за выходом из отверстия 17 измерительного дросселя 16, не влияют на площадь проходного сечения отверстий, соответственно, 18, 19 и 17, но, поскольку площадь проходного сечения отверстий 26 и 27, 30 и 31, 34 и 35 превышает площадь проходного сечения отверстий, соответственно, 18, 19 и 17, аналогично описанному ранее, дополнительно уменьшаются объемная плотность энергии струй воздуха за отверстиями 26 и 27, 30 и 31, 34 и 35 и уровень шума при работе устройства спасения. Аналогично, увеличение площади проходного сечения отверстий 27, 31 и 35 по сравнению с площадью проходного сечения отверстий, соответственно, 26, 30 и 34, дополнительно уменьшает уровень шума при работе устройства спасения.
Второй вариант устройства спасения (по пп.8-14 формулы) работает аналогично. Отличие заключается в том, что после задействования пускового клапана 6 и выработки чистого воздуха из баллона 2 высокого давления с уменьшением расхода чистого воздуха через участок 14 в помещение 4 до минимально допустимой величины, распределительное устройство 1 по сигналу устройства 15 контроля давления воздуха задействует пусковой клапан 10 дополнительного баллона 8. При очередном уменьшении расхода воздуха, через участок 14 в помещение 4 аналогично задействуются и другие дополнительные баллоны (на рис.1 не показаны), при их наличии. И только после этого при очередном уменьшении расхода воздуха в помещение 4 до минимального допустимого значения распределительное устройство 1 задействует пусковой клапан 12 в дополнительной линии 11 подачи чистого воздуха. Наличие дополнительного баллона 8 уменьшает потребный объем и массу баллона 2 высокого давления, что облегчает погрузку, транспортирование и монтаж устройства спасения на объекте использования. Работоспособность устройства спасения подтверждена на экспериментальной установке.