СЕЙСМОУДАРОСТОЙКИЙ МОДУЛЬ ГАЗОВОГО ПОЖАРОТУШЕНИЯ

Полезная модель относится к оборудованию газового пожаротушения, применяемому в зонах с сейсмической опасностью, в фортификационных сооружениях или подвижных технических средствах специального назначения и общего применения, где возможны динамические воздействия на монтажную основу. В частности, полезная модель относится к модулям газового пожаротушения на основе применения металлокомпозитных баллонов.
В соответствии с действующей нормативной документацией помимо указанных выше требований, дополнительно предъявляются такие требования, как сохранение его работоспособности и надежности после падения в заполненном виде с определенной высоты или при локальном ударе с заданной энергией удара.
Сейсмическое воздействие или смещение монтажного основания пожарного модуля со значительными ускорениями и большими амплитудами приводит к разновеликим инерционным нагрузкам на баллон и элементы запорно-пускового устройства. Эти нагрузки могут привести к механическим напряжениям в элементах конструкции модуля, к взаимным перемещениям деталей и узлов, деформации крепежных, несущих и других элементов конструкций, их соударению.
Кроме того, при динамическом воздействии не исключен прилег осколков строительных сооружения или частей разрушенной техники с последующим нарушением целостности композитной оболочки. Прочностные характеристики металлокомпозитного баллона резко ухудшаются при нарушении композитного поверхностного слоя. По этой причине во время эксплуатации необходимо строго следить за целостностью композитной оболочки, оберегать ее от ударов и механических воздействий.
Для защиты от внешних воздействий для металлокомпозитных баллонов применяться известные из уровня техники устройства и способы защиты. Известен баллон с использованием специальных слоев различных материалов (патент US 5476189, 1993 г.), реализация которого позволяет частично решить задачу стойкости баллона к локальному воздействию. В качестве элемента конструкции, используемого для гашения ударов, применяются дополнительные упругие слои, выполненные из вязкоупругого материала, например резины.
Недостатком известного решения является то, что при ударе по оболочке баллона в данных конструкциях не происходит гашение удара с позиции уменьшения локальной силы, действующей на силовую оболочку баллона, а преобразуется только локальная контактная площадка, что позволяет частично решать поставленную задачу. При этом не решается задача создать металлопластиковый баллон, конструкция которого обеспечивает его работоспособность при заданных уровнях локальных динамических воздействий, возникающих при его падении с определенной высоты или ударе предметом с определенной энергией удара.
Другое известное техническое решение по защите металлокомпозитного баллона от механических внешних воздействий (патент РФ №2432520 опубл. 27.10.2011, Бюлл. №30) содержит тонкостенный замкнутый герметизирующий металлический лейнер, силовую оболочку из композитного материала, образованную комбинацией групп слоев высокомодульных нитей армирующего материала, ориентированных в спиральных и окружных направлениях, и защитную оболочку из композитного материала, образованную группой слоев из низкомодульных нитей армирующего материала, при этом на части поверхности, по меньшей мере, одного из днищ между группой слоев высокомодульных армирующих материалов силовой оболочки и группой слоев низкомодульного армирующего материала защитной оболочки установлен энергопоглощающий гаситель ударов, состоящий из скрепленных между собой жесткого профильного каркаса со стороны защитной оболочки и демпфирующего устройства со стороны силовой оболочки.
Слои баллистической мягкой подложки демпфирующего устройства могут быть выполнены из набора раскрепленных между собой демпфирующих лент высокопрочного материала, установленных и закрепленных по хорде сечения эллипсоидной оболочки каркаса, образующих многоконечную звездообразную конфигурацию, или слои мягкой тканевой подложки из сухих высокопрочных (арамидных) волокон закреплены на профильном каркасе по лепесткам короны посредством поперечных прорезей в формирующих слоях ткани.
Однако указанное техническое решение не обладает комбинированной предохраняющей защитой от сейсмических воздействий в виде ускорений и с различной частотой и амплитудой и локальных ударов.
Этот недостаток решается в другом техническом решении, принятом в качестве прототипа предлагаемого технического решения (патент №89965, опубл. 27.12.2009). За основу разработки принята стойка модуля газового пожаротушения, включающая каркас, имеющий длинные и короткие стержни и выполненный с возможностью размещения баллонов с газом для тушения пожара, и датчики устройства регистрирующего вес упомянутого баллона. Принцип работы электронного весового устройства заключается в следующем: при утечке газа равной 5% от массы заправленного газа электронное устройство фиксирует это состояние переключением светодиодов HL1 и HL2 на лицевой панели с зеленого на красный и выдает сигнал замыканием выходных контактов (XS 3) и размыканием контактов (XS 4). Эти сигналы используются для передачи информации на пульт диспетчера или табло (в зависимости от схемы подключения).
Известная стойка не может обеспечить сохранение работоспособности модуля в процессе эксплуатации при сейсмических колебаниях каркаса, вызывающего перемещения каждого баллона в направлении поперек и вдоль длинных стержней каркаса. Разработчики поставили задачей сохранение работоспособности модуля в процессе эксплуатации при сейсмических колебаниях путем ограничения величины перемещения каждого баллона как в направлении поперек, так и вдоль длинных стержней каркаса.
Для решения задачи предложена стойка модуля газового пожаротушения, включающая каркас, имеющий длинные и короткие стержни и выполненный с возможностью размещения, по меньшей мере, одного баллона с газом для тушения пожара, и датчик электронного устройства контроля массы упомянутого баллона.
Известный модуль газового пожаротушения с применением металлокомпозитного баллона имеет существенные недостатки. При воздействии на него инерционно-динамических сил от сейсмоволны происходит его практически моментальный удар об упоры, удерживающие его внутри каркаса от перемещения. При этом на баллон передаются локальные (сосредоточенные) нагрузки, разрушающие поверхностный слой композитного покрытия, нарушению целостности оболочки и взрыву баллона. Осколки от взрыва модуля могут воздействовать на другие модули, выдержавшие воздействие сейсмоволны, и также привести к их выходу из работоспособного состояния. Указанные обстоятельства снижают надежность работы модуля в целом.
Задача, решаемая полезной моделью, и достигаемый технический результат заключаются в создании сейсмостойкого модуля газового пожаротушения, в котором металлокомпозитный баллон защищен как от инерционно-динамических сил сейсмоволны, так и от механического повреждения от локального воздействия, чем достигается повышение надежности его работы.
Для достижения указанного технического результата сейсмоударостойкий модуль газового пожаротушения, включающий металлокомпозитный баллон с запорно-пусковым устройством и опорным башмаком, каркас в виде прямоугольной рамы, имеющий вертикальные и горизонтальные стержни, упоры, расположенные на стержнях каркаса, снабжен цилиндрической обечайкой, охватывающей с боковой поверхности баллон и размещенной внутри рамы, верхний ложемент, охватывающий запорно-пусковое устройство сверху и с боков, вставленный в обечайку, нижний ложемент, охватывающий башмак баллона, вставленный в обечайку, средний вкладыш, охватывающий баллон, также вставленный в обечайку, и амортизаторы в виде двух разноходовых пружин, установленных вдоль вертикальных и горизонтальных стержней рамы между обечайкой и упорами, причем амортизаторы связаны с рамой и цилиндрической обечайкой посредством шаровых опор.
Благодаря наличию указанных признаков при воздействии на модуль инерционно-динамических сил от сейсмоволны, передающихся от сооружения (основания, фундамента) происходит плавное гашение силы удара за счет упругости пружин, удерживающих баллон внутри каркаса от перемещения. При этом на баллон нагрузки передаются через ложементы, распределяющие усилие на большой поверхности. За счет этого практически исключаются локальные (сосредоточенные) нагрузки, разрушающие поверхностный слой композитного покрытия, сохраняется целостность оболочки и исключается его взрыв. Кроме того, цилиндрическая обечайка, выполняемая из прочного стального или армированного композитного материала, защищает баллон от внешних осколков или предметов. Тем самым сохраняется работоспособное состояние баллона и надежность работы модуля в целом.
Суть полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1-6 показано:
Фиг. 1. Продольный разрез сейсмоударостойкого модуля газового пожаротушения с металлокомпозитным баллоном в рабочем положении.
Фиг. 2. Поперечный разрез модуля в месте расположения теоретического центра масс баллона в средней его части (разрез А-А, фиг. 1).
Фиг. 3. Продольный разрез модуля и положение обойм пружин в местах крепления верхнего и среднего ложементов (вид I, фиг. 1).
Фиг. 4. Продольный разрез обоймы пружин, смонтированной на шаровых опорах (Вид В, фиг. 1).
Фиг. 5. Продольный разрез реальной конструкции обоймы пружин, смонтированной на шаровых опорах (Вид В, фиг. 1).
Фиг. 6. Диаграмма сжатия обоймы из двух пружин сжатия.
Сейсмостойкий модуль газового пожаротушения включает металлокомпозитный баллон 1 с запорно-пусковым устройством 2 и опорным башмаком 3, каркас в виде рамы 4 (на фиг. 1 выделена серым фоном), имеющий вертикальные стержни 5 и горизонтальные стержни 6, упоры 7, расположенные на стержнях 5 и 6. Модуль снабжен, также, цилиндрической обечайкой 8, охватывающей с боковой стороны баллон и размещенной внутри пространства рамы 4. Баллон 1 установлен в обечайке 8 при помощи трех ложементов:
- верхнего ложемента 9, охватывающего запорно-пусковое устройство 2 и верхнюю часть баллона 1 сверху и с боков;
- нижнего ложемента 10, охватывающий башмак 3 и часть баллона 1 снизу и с боков;
- среднего ложемента 11, охватывающего баллон в средней цилиндрической части.
н
max
н
Обечайка 8 снабжена верхним силовым ободом 12 и нижним силовым ободом 13, а на упорах 7 смонтированы амортизаторы в виде обойм пружин 14, установленных вертикальных и горизонтальных сечениях рамы 4. Обоймы пружин 14 собраны из двух пружин разной жесткости и разного хода. Внутренняя пружина 15 имеет рабочий ход в зоне упругости L, рассчитана на восприятие номинальной (расчетной) нагрузки Fн, а внутренняя пружина 16 имеет ход ΔL=L-L, рассчитана на восприятие предельной нагрузки до начала разрушений обечайки 8 при ударе об упор 7
(на фиг. 3 расстояние показано знаком ). Обоймы пружин 14 снабжены шаровыми опорами 17, посредством которых они прикреплены к вертикальным стержням 5 и горизонтальным стержням 6 и шаровыми опорами 18, посредством которых они присоединены к обечайке 8, с возможностью качания относительно горизонтальной (для горизонтально установленных обойм 14) или вертикальной (для вертикально установленных обойм 14) оси.
Ложементы 9-11 выполняются из легкого прочного материала пригодного для формования, например, пенополистирола, поролона или полиуретана.
На место монтажа модуль доставляется в собранном виде и устанавливается в проектное положение путем закрепления прямоугольной рамы 4 на основании или специальной подставке при помощи болтов или сварки (на рисунках не показаны) для подключения к соединительному коллектору.
При нормальной работе в режиме штатного дежурства баллон 1 с запорно-пусковым устройством 2 и опорным башмаком 3 через нижний ложемент 10 и нижний силовой обод 13 опирается на обоймы пружин 14, установленные на нижние горизонтальные стержни 6. При этом боковые обоймы пружин 14 фиксируют нейтральное положении баллона 1 через удерживание обечайкой 8.
н
н
max
При воздействии сейсмоволны в поперечном направлении динамическая нагрузка заставляет раму 4 перемещаться, усилие от перемещения рамы 4 через обоймы пружин 14 передается на ободы 12 и 13, а затем через ложементы 9, 10 и 11 на баллон 1 и запорно-пусковое устройство 2. При этом за счет прочности на сжатие и распределенного по площади прилегания к баллону сила воздействия перераспределяется и поверхность композитной оболочки баллона 1 не разрушается. Возникающие силы инерции баллона 1 и запорно-пускового устройства 2 могут быть различными, что приведет к неравномерному сжатию обойм пружин 14. Однако характер работы каждой обоймы пружин будет одинаковым. Сначала сжимается внутренняя пружина 15 обоймы пружин 14 в пределах рабочего хода в зоне упругости L (фиг.3 и 7), рассчитанная на восприятие номинальной (расчетной) нагрузки F. Затем начинает сжиматься наружная пружина 16, которая рассчитана на восприятие максимальной нагрузки F, после чего обечайка 8 входит в контакт с упором 7 и начинается трансформация обечайки 8, жесткое механическое разрушение ложемента, а затем композитной оболочки баллона 1.
Поскольку в реальности каждая обойма 14 будет сжиматься по своей диаграмме работы (из-за перекоса обечайки относительно прямоугольной оси координат), то продольные оси обойм 14 будут отклоняться за счет поворота в шаровых опорах 17 и 18, передавая нагрузки на вертикальные стержни 5 и горизонтальные стержни 6.