Устройство запорно-пусковое
DEVICE SHUTOFF-STARTING

Изобретение относится к запорно-пусковым устройствам с управляемыми клапанами, кранами и задвижками, в том числе но не ограничиваясь, используемым в качестве запорно-пусковых устройств систем газового пожаротушения.
Из уровня техники известно распределительное устройство автоматической установки газового пожаротушения, включающее:
- запорный орган, выполненный в виде отдельно расположенного шарового крана,
- соединенного с одной стороны (на входе) с магистралью, подающей газообразные огнетушащие вещества (далее - ГОТВ) от источника ГОТВ, а с другой стороны (на выходе) - с магистралью подачи ГОТВ в защищаемое помещение,
- пневмопривод запорного органа (далее пнемопривод), включающий цилиндр (выполняющий функцию несущего, базового корпуса изделия), поршень, шток, соединенный с подвижным рабочим (запирающим) элементом запорного органа шарового крана, и побудительный источник сжатого газа, выполненного в виде отдельно расположенного от пневмопривода побудительного газового баллона,
- основное пусковое устройство пневмопривода электромагнитного (соленоидного) типа (далее электромагнитное пусковое устройство или ЭПУ),
- резервное устройство ручного пуска (далее УРП) пневмопривода (патент РФ на изобретение №2321438, F16K 31/00, 2006).
Известное устройство, хотя и позволяет обеспечить подачу ГОТВ от автоматической установки газового пожаротушения в требуемом направлении, однако часть его конструктивных особенностей ограничивает область его применения, поскольку оно является громоздким из-за того, что:
- данное устройство обладает относительно большими массогабаритными характеристиками, обусловленными отдельно расположенными сложными блоками и элементами, например, такими, как побудительный пусковой баллон с системой трубопроводов и каналов, а также шаровой кран с длинными тягами для его подсоединения к штоку пневмоцилиндра;
- монтаж такого устройства затруднен и требует довольно большого времени и трудозатрат;
- требуется дополнительная регулировка разных блоков, расположенных в разных местах, особенно массивного пускового баллона (с повышенными требованиями к его безопасному функционированию), вынесенного за пределы основного корпуса изделия, а также требуется точная регулировка тяг для подключения шарового крана;
- вынесение массивного пускового баллона за пределы основного корпуса изделия, повышает опасность эксплуатации установки в целом.
Наиболее близким к заявленному - прототипом - является устройство запорно-пусковое «ROTAREX» (БРАНДСИС [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://brandsis.ru/products/zpu/, свободный - (14.02.2019).
Устройство-прототип содержит корпус с двумя внутренними взаимно пересекающимися цилиндрическими каналами, один из которых - выпускной - предназначен для взаимодействия с магистралью подачи газообразного огнетушащего вещества в защищаемое помещение, а второй снабжен крышкой и подпружиненным относительно крышки затвором с образованием управляющей камеры между крышкой и затвором и впускного канала, предназначенного для взаимодействия с источником газообразного огнетушащего вещества, при этом затвор установлен с возможностью осевого перемещения с регулированием сообщения между впускным и выпускным каналами, крышка снабжена отверстием с установленным в нем запорно-пусковым клапаном, предназначенным для управляемого сброса давления в управляющей камере, а затвор снабжен перепускным дросселем, предназначенным для выравнивания давления между впускным каналом и управляющей камерой.
Прототип имеет простую и надежную конструкцию, свободен от недостатков, присущих вышеописанному аналогу, однако имеет существенный недостаток, заключающийся в ограниченности эксплуатационных возможностей, обусловленный следующим обстоятельством. В устройстве-прототипе в качестве запорно-пускового клапана использована модификация клапана Шрадера (Schroder), обладающего следующей конструктивной особенностью: чем выше давление в запираемой камере, тем выше пусковое усилие, отсюда следствие - для систем пожаротушения со стандартным (ГОСТ 53281-2009) пусковым усилием в пределах 150 Н, давление в запираемой камере (уравнено с давлением в источнике ГОТВ, например, в модуле газового пожаротушения) ограничено предельно допустимым давлением, при котором пусковое усилие превышает указанный предел - 150 Н. Кроме того, как показывают опыты, прямая зависимость между давлением в запираемой камере и пусковым усилием приводит к обратной зависимости между давлением в запираемой камере и скоростью выхода ГОТВ за счет замедления срабатывания запорно-пускового клапана с увеличением пускового усилия. Таким образом, в известном устройстве запорно-пусковом производительность, являющаяся функцией давления в источнике ГОТВ, конструктивно ограничена величиной того же давления в источнике ГОТВ.
Проблема, решаемая заявленным техническим решением - снижение зависимости величины пускового усилия от величины давления в источнике газообразного огнетушащего вещества.
Технический результат - повышение производительности устройства запорно-пускового за счет снижения зависимости величины пускового усилия от величины давления в источнике газообразного огнетушащего вещества.
Указанная техническая проблема решается, а заявленный технический результат достигается тем, что в устройстве запорно-пусковом, включающем корпус с двумя внутренними взаимно пересекающимися цилиндрическими каналами, один из которых - выпускной - предназначен для взаимодействия с магистралью подачи газообразного огнетушащего вещества в защищаемое помещение, а второй снабжен крышкой и подпружиненным относительно крышки затвором с образованием управляющей камеры между крышкой и затвором и впускного канала, предназначенного для взаимодействия с источником газообразного огнетушащего вещества, при этом затвор установлен с возможностью осевого перемещения с регулированием газового сообщения между впускным и выпускным каналами, крышка снабжена отверстием с установленным в нем запорно-пусковым клапаном, предназначенным для управляемого сброса давления в управляющей камере, а затвор снабжен перепускным дросселем, предназначенным для выравнивания давления между впускным каналом и управляющей камерой, отверстие в крышке выполнено в виде двухступенчатого канала так, что диаметр первой ступени больше диаметра второй ступени, расположенной со стороны управляющей камеры, клапан выполнен в виде размещенного с зазором и возможностью осевого перемещения во второй ступени канала крышки стержня, снабженного размещенным в управляющей камере упорным фланцем и радиусной канавкой в зоне перехода стержня во фланец с размещенной в канавке кольцевой радиусной уплотнительной прокладкой, установленной с возможностью взаимодействия с крышкой с перекрытием газового сообщения между управляющей камерой и второй ступенью канала, а с другой стороны - застопоренным на нем и размещенным в первой ступени канала упорным элементом, выполненным с возможностью беспрепятственного газового сообщения между первой и второй ступенями канала.
Изобретение иллюстрируется изображениями, на которых представлены:
Фиг. 1 - фронтальный вид устройства запорно-пускового;
Фиг. 2 - сечение А-А на Фиг. 1;
Фиг. 3 - укрупненное изображение крышки с пусковым клапаном;
Фиг. 4 - вид Б на Фиг. 3.
Представленные на изображениях позиции имеют следующие значения:
1 - корпус;
2 - выпускной канал;
3 - крышка;
4 - пружина;
5 - затвор;
6 - управляющая камера;
7 - впускной канал;
8 - транспортировочная крышка;
9 - перепускной дроссель;
10 - первая ступень канала;
11 - вторая ступень канала;
12 - клапан;
13 - стержень;
14 - упорный фланец;
15 - радиусная канавка;
16 - кольцевая радиусная уплотнительная прокладка;
17 - резьбовой участок цилиндрического стержня;
18 - упорная гайка;
19 - боковые лыски гайки;
20 - выпускной резьбовой патрубок;
21 - впускной резьбовой патрубок.
Согласно представленным изображениям (Фиг. 1, Фиг. 2) устройство запорно-пусковое включает корпус 1 с двумя внутренними расположенными Т-образно и взаимно пересекающимися цилиндрическими каналами. Образующий ножку Т-профиля выпускной канал 2 предназначен для взаимодействия с магистралью подачи ГОТВ в защищаемое помещение (соединение с магистралью осуществляется при снятой транспортировочной крышке 8 посредством выпускного резьбового патрубка 20 аналогично тому, как это реализовано в прототипе и аналоге, предметом заявленной полезной модели не является и на изображениях не представлено). Второй из упомянутых каналов (образующий полку Т-профиля) снабжен крышкой 3 и подпружиненным посредством пружины 4 относительно крышки 3 затвором 5 с образованием управляющей камеры 6 между крышкой 3 и затвором 5 и впускного канала 7, предназначенного для взаимодействия с источником ГОТВ (соединение с источником ГОТВ осуществляется посредством впускного резьбового патрубка 21 аналогично тому, как это реализовано в прототипе и аналоге, предметом заявленной полезной модели не является и на изображениях не представлено). Как и в прототипе, затвор 5 установлен с возможностью осевого перемещения, тем самым открывая или перекрывая сообщение между впускным 7 и выпускным 2 каналами. Крышка 3 снабжена сквозным отверстием с установленным в нем запорно-пусковым клапаном 12 (Фиг. 2), предназначенным для управляемого сброса давления в управляющей камере 6. Затвор 5 снабжен перепускным дросселем 9, предназначенным для выравнивания давления между впускным каналом 7 и управляющей камерой 6. В крышке 3 выполнено отверстие в виде двухступенчатого канала так, что диаметр первой ступени 10 больше диаметра второй ступени 11, расположенной со стороны управляющей камеры 6 (Фиг. 3). Клапан 12 выполнен в виде размещенного с возможностью осевого перемещения в отверстии крышки 3 стержня 13, снабженного размещенным в управляющей камере 6 упорным фланцем 14 и радиусной канавкой 15 в зоне перехода стержня 13 во фланец 14 с размещенной в канавке 15 кольцевой радиусной уплотнительной прокладкой 16. Прокладка 16 установлена в канавке 15 с возможностью взаимодействия с крышкой с перекрытием газового сообщения между управляющей камерой 6 и второй ступенью 11 канала. С другой стороны цилиндрического стержня 13 выполнен застопоренный на нем и размещенный в первой ступени канала упорный элемент, сформированный в виде резьбового участка 17 с застопоренной на нем (например, самоконтрящейся) и размещенной в первой ступени 10 канала упорной гайкой 18 с боковыми лысками 19 (Фиг. 4), выполненными с возможностью беспрепятственного газового сообщения между первой 10 и второй 11 ступенями канала.
Устройство запорно-пусковое работает следующим образом.
I этап. Подготовка к эксплуатации.
Работа устройства рассматривается в составе модуля газового пожаротушения (встраивается в модуль аналогично прототипу, поэтому на представленных изображениях не показано). Перед началом эксплуатации в модуль через патрубок 20 (при снятой транспортировочной крышке 8) заливается под давлением ГОТВ, при этом за счет избыточного давления в выпускном канале 2 поршень 5 смещается вверх и открывает впускной канал 7, через который ГОТВ поступает в модуль, затем аналогичным образом в модуль нагнетают рабочий газ (например, азот) с обеспечением нормативного давления (например, 40 бар). По окончании заправки модуля осуществляется выдержка устройства в заправочном состоянии, при этом, через перепускной дроссель 9 под избыточным давлением газ из модуля поступает в управляющую камеру 6, при выравнивании давлений в впускном канале 7 и управляющей камере 6 (аналогично тому, как это происходит и в прототипе), поршень 5 под действием пружины 4 опускается вниз и перекрывает впускной канал 7, блокируя тем самым выход ГОТВ из модуля. Ускорить процесс выравнивания давлений можно путем кратковременной подачи избыточного давления и через клапан 12. Клапан 12 закрывается под действием на него избыточного (по сравнению с атмосферным) давления в управляющей камере 6.
II этап. Эксплуатация в штатной ситуации.
В штатной ситуации при начале возгорания в защищаемом помещении на стержень 13 передается осевое усилие от управляемого нажимного устройства (это может быть механическая рукоять или электромагнитное или пневматическое или иное пусковое устройство, аналогичное используемому с прототипом в составе модуля газового пожаротушения). Перемещаясь вниз, размещенная в зоне перехода стержня 13 во фланец 14 в канавке 15 кольцевая радиусная уплотнительная прокладка 16 опускается и открывает сообщение между управляющей камерой 6 и атмосферой через открывшиеся участки 11 и 10 канала крышки 3. При этом усилие, преодолеваемое нажимным устройством, определяется, как произведение давления в управляющей камере 6 на площадь контакта прокладки 16 с крышкой 3. Геометрически пятно контакта прокладки 16 с крышкой 3, в силу радиусной конфигурации прокладки 16 и торцового участка 11 канала крышки 3, близко к линейному, что обеспечивает существенно более низкое по сравнению с прототипом нажимное усилие, требуемое для открытия клапана 12.
С падением давления в управляющей камере 6, поршень 5 под воздействием избыточного давления со стороны впускного канала 7 перемещается вверх и открывает выпускной канал 2 для свободного выхода ГОТВ в магистраль подачи ГОТВ в защищаемое помещение, при этом, как показали опыты, величина пускового усилия, в отличие от прототипа, практически не влияет на скорость выхода ГОТВ.
После завершения работы при штатной ситуации все сработавшие элементы и узлы возвращаются/приводятся в исходное положение.
Сравнительные параметры работы заявленного технического решения и прототипа в составе одного и того же модуля газового пожаротушения представлены в Таблице.
Из представленной таблицы следует, что при прочих равных условиях, заявленное техническое решение обеспечивает существенно более низкое пусковое усилие и существенно более высокую скорость выхода ГОТВ по сравнению с прототипом, что свидетельствует о практически двукратном повышении производительности устройства (определяется скоростью выхода ГОТВ). Связанный технический результат - повышение производительности модуля газового пожаротушения за счет снижение в нем остатка ГОТВ.
Изложенное позволяет сделать вывод о том, что техническая проблема -снижение зависимости величины пускового усилия от величины давления в источнике газообразного огнетушащего вещества - решена, а заявленный технический результат - повышение производительности устройства запорно-пускового за счет снижения зависимости величины пускового усилия от величины давления в источнике газообразного огнетушащего вещества -достигнут.