ЗЕНИТНЫЙ ФОНАРЬ
SKYLIGHT

Область техники
Изобретение относится к строительству, а именно к конструкциям зенитных фонарей, обеспечивающих естественное освещение помещений и дымоудаление через подвижный купол, расположенный в плоскости кровли и может быть использовано в конструкциях вентиляции зданий и оборудовании противопожарной безопасности.
Уровень техники
Известен зенитный фонарь, содержащий опорный стакан, шарнирно связанный с ним купол и привод подъема последнего, выполненный в виде одноплечего рычага постоянной длины, связываемого с двигателем передающего механизма в виде одноплечего рычага переменной длины, одни концы которых шарнирно связаны с опорным стаканом, другие шарнирно связаны между собой, и тяги, шарнирно связанной одним концом со свободным от заделки концом одноплечего рычага постоянной длины, а другим шарнирно с куполом, тяга выполнена в виде стержня постоянной длины, при этом места обеих шарнирных заделок концов одноплечих рычагов постоянной и переменной длины расположены на противоположной от оси поворота купола стороне опорного стакана. (См. RU 2402664 C1).
В состоянии открытого купола конструкция известного зенитного фонаря характеризуется минимальной жесткостью, при этом при угле открытия близком к 90 град, конструкция обладает максимальной парусностью, что снижает надежность известного решения.
Более того купол поднятый на угол близкий к 90 град, в условиях пожара и наличия резких порывов ветра способствует появлению обратной тяги, влекущей затягиванию дыма и продуктов горения обратно в помещение. Обратная тяга резко снижает безопасность находящихся в горящем помещении людей. Дополнительное применение дифлекторов позволяет снизить вероятность обратного задувания воздуха, но при этом усложняется конструкция устройства.
Купол известного решения открываясь поднимается вверх, поэтому привод и тяги известного зенитного фонаря должны быть рассчитаны на поднятие всей тяжести купола, что требует мощного двигателя, что увеличивает энергозатратность эксплуатации и повышает материалоемкость элементов привода. При этом чем ближе к краю купола закреплена тяга привода, тем больший ход должен обеспечивать сам привод. Большой ход привода увеличивает время открытия люка и усложняет конструкцию, снижая надежность устройства в целом.
Указанные недостатки ограничивает область использования известного решения.
Наиболее близким по технической сущности - прототипом является люк для дымоудаления и вентиляции тип DVP, содержащий прямоугольное основание с закрепленным на нем желобом, шарнирно связанные с ним по двум противоположным его сторонам две створки люка с приводами подъема створок люка (см. Люки для дымоудаления и вентиляции тип DVP паспорт https://spb.afton.ru/lyuk-dyimoudaleniya-dvuxstvorchatyij -tip-dvp.html)
Известный двухстворчатый люк представляет собой объединение в одной конструкции двух люков. При этом каждый из двух люков имеет собственный привод, что усложняет конструкцию, повышая материалоемкость конструкции и снижая ее надежность по сравнению с одностворчатым куполом.
Наличие двух створок купола уменьшает высоту поднятого купола, однако при равенстве площадей куполов, парусность у решений с цельным куполом и решения с двухстворчатым куполом остается одинаковой, что требует соответствующей жесткости и мощности приводов, увеличивающих материалоемкость конструкции.
Кроме того, наличие широкого желоба между створками создает препятствие воздушному потоку, в результате чего, снижает интенсивность вентиляции, ухудшая эффективность работы устройства. Более того широкий желоб как препятствие движению воздушных потоков способствует формированию завихрений воздуха, что может являться причиной возникновения обратной тяги, вероятность которой увеличивается при наличии резких порывов ветра, в особенности если устройство находится в зоне ветрового подпора. Появление обратной тяги создает угрозу безопасности находящихся в горящем помещении людей.
Наличие двух приводов, элементы которых расположены на пути воздушных потоков также способствует увеличению площади препятствий потокам, с вытекающими негативными последствиями.
Раскрытие сущности
Техническим результатом является упрощение конструкции, повышение надежности, уменьшение парусности, повышение эффективности за счет устранения препятствий на пути потока воздуха и снижение материалоемкости.
Указанный результат достигается тем, что в зенитном фонаре, содержащем основание, двухстворчатый купол, шарнирное соединение створки с основанием и привод подъема купола, основание соединено с одной из створок, с которой подвижно соединена вторая створка, с возможностью ее поворота относительно первой створки одновременно с поворотом первой створки относительно основания.
Кроме того, - соединение между створками выполнено шарнирным,
- привод соединен с первой створкой двухстворчатого купола,
- привод соединен со второй створкой двухстворчатого купола,
- длина первой створки не меньше длины второй створки,
- вторая створка выполнена с возможностью взаимодействия своей боковой частью с направляющей, закрепленной вдоль кромки основания.
Зенитный фонарь поясняется с помощью чертежей, где на Фиг. 1 показан зенитный фонарь с закрытым куполом, общий вид, на Фиг. 2 зенитный фонарь с открытым куполом в варианте с горизонтальным расположением привода, Фиг. 3 - зенитный фонарь с открытым куполом в варианте с электроприводом, вращающим приводной вал, на Фиг. 4 зенитный фонарь с открытым куполом в варианте с электродвигателем и зубчатой передачей привода, на Фиг. 5 - зенитный фонарь с открытым куполом в варианте с ручным приводом.
На чертеже сделаны следующие обозначения:
1 - основание, 2 - первая створка купола, 3 - вторая створка купола, 4 - шарнирное соединение первой створки купола с основанием, 5 - шарнирное соединение створок купола, 6 - ось шарнирного соединения створок 7 - направление перемещения оси соединения створок при открытии купола, 8 - двуплечий рычаг, 9 - ось рычага, 10 - тяга привода, 11 - цилиндр гидропривода, 12 - шток гидропривода, 13 - шарнирное соединения двуплечего рычага со второй створкой, 14 - перекладина в нижней части основания, 15 - кровля, 16 - верхняя кромка основания, 17 - вал, 18 - гайка, 19 - электродвигатель, 20 - колеса зубчатой передачи, 21 - приводной вал передачи вращения к зубчатым колесам, 22 - тяга ручного управления куполом, 23 - рукоятка, 24 - опорный ролик, 25 - направляющая для перемещения выступа второй створки, 26 - плоскость первой створки, 27 - плоскость второй створки, 28 - грань пересечения плоскостей створок, 29 - длина первой створки, 30 - внешний край второй створки, 31 - угол наклона плоскости шторок открытого купола относительно вертикальной стенки основания.
Зенитный фонарь представляет собой устройство, состоящее из жесткого основания и светопрозрачного подвижного двухстворчатого купола с приводом подъема купола. Двухстворчатый купол состоит из первой и второй створок, соединенных между собой в предпочтительном варианте исполнения шарнирно, при этом первая створка шарнирно соединена с основанием, а вторая створка выполнена с возможностью поворота относительно плоскости первой створки одновременно с поворотом первой створки относительно основания. Оси шарнирных соединений первой створки с основанием и первой створки со второй створкой взаимно параллельны.
Привод соединен с первой или второй створкой купола.
Длина первой створки не меньше длины второй створки. В предпочтительном варианте исполнения длины первой и второй створок равны между собой.
Вторая створка выполнена с возможностью взаимодействия своей боковой частью или своим внешним краем с направляющей, закрепленной вдоль кромки основания.
Осуществление изобретения
Зенитный фонарь предназначен для естественного освещения и вентиляции внутренних помещений здания и устанавливается на кровле. Свойством зенитного фонаря является возможность открытия купола для быстрого дымоудаления при пожаре.
В закрытом состоянии купола его створки лежат на кромке основания, полностью закрывая проем, образованный стенками основания, и уличный свет в этом режиме работы устройства проникает в помещение через светопрозрачный материал купола.
В зависимости от формы кровли, плоскости створок закрытого купола могут образовывать выпуклую грань по оси их соединения, либо лежать в одной плоскости. Во втором случае предпочтительным является соединение привода с межстворочной осью или с одной из створок в вблизи оси их взаимного соединения.
В случае возникновения необходимости проветривания помещения переходят к использованию устройства в режиме проветривания, для чего створки двухстворчатого купола поворачивают друг относительно друга, одновременно поднимая край створки, соединенной с основанием, открывая проем, ограниченный периметром основания, для движения воздуха в направлении из помещения наружу. Режим полностью открытого купола используется и для удаления дыма из помещения.
Перемещение створок при этом осуществляют с помощью двигателя и элементов привода, включающего рычаги, тяги, или колеса зубчатой передачи. В качестве двигателя может быть использован электродвигатель, гидропривод или пневмопривод.
Перемещение створок может быть осуществлено также вручную, в простейшем варианте исполнения, с помощью соответствующего ручного привода, включающего рукоятку и тягу. Вариант исполнения может предусматривать наличие колеса ручного привода с преобразователем вращательного движения в поступательное.
В предпочтительном варианте исполнения две створки соединены между собой посредством шарнира, поэтому открытие купола сводится к складыванию створок с перемещением их в направлении друг к другу. Створки могут быть связаны между собой посредством и иного гибкого соединения.
Для обеспечения большей жесткости конструкции одна или обе боковые стороны или внешний край второй створки снабжена выступом, установленным в направляющую, закрепленную вдоль боковой кромки основания. Равенство длин створок позволяет обеспечить такую фиксацию внешнего края второй створки на всем протяжении ее перемещения. Направляющая удерживает край второй створки на основании как в положении частично открытого купола, так и в положении его полного открытия. Выступ может быть снабжен роликом для облегчения его перемещения в направляющей.
Процесс открытия купола предполагает поднятие над проемом основания не всего купола целиком, а лишь осевой части створок, что позволяет использовать простую тягу с ходом небольшой длины, простую и легкую конструкцию привода.
Створки купола зенитного фонаря подвижно соединены между собой и перемещаются одновременно, что позволяет иметь лишь один общий привод для управления их положением, соединенный с одной из створок.
Створки купола могут приводиться в движение либо вручную, либо с помощью двигателя, при этом для работы устройства достаточно одного двигателя так как конструкция створок предполагает связанные между собой перемещения створок, положения которых относительно основания и друг относительно друга взаимозависимы.
Таким образом, взаимное соединение створок с соединением этой конструкции с основанием с возможностью взаимного поворота створок друг относительно друга и, одновременно, относительно основания, позволяет использовать лишь один привод в случае ручного управления или лишь один привод и один двигатель в случае автоматизированного управления. Минимальное количество узлов обеспечивает простоту конструкции устройства, минимальную материалоемкость привода, а также низкое потребление энергии при эксплуатации.
Простая конструкция, с минимальным количеством узлов обеспечивает высокую надежность устройства.
Парусность зенитного фонаря с открытым куполом определяется площадью лишь одной вертикально ориентированной створки так как другая створка в этом режиме работы прилегает в предпочтительном варианте к внутренней стороне первой створки, поэтому его парусность составляет примерно половину от парусности двухстворчатого купола прототипа при равной площади сравниваемых куполов. Таким образом, взаимное соединение створок с соединением этой конструкции с основанием с возможностью взаимного поворота створок друг относительно друга и одновременно относительно основания, позволяет снизить площадь выступающих над основанием частей конструкции открытого купола и обеспечивает снижение парусности устройства.
Взаимное соединение створок исключает наличие какого-либо желоба, перекрывающего проем основания при открытом куполе. Отсутствие необходимости в установке желоба на поверхности основания улучшает свободное течение воздушных потоков через проем основания открытого купола, что способствует эффективности работы устройства и, одновременно, исключает возможность возникновения обратной тяги из-за наличия значительных препятствий во внутреннем пространстве основания.
Уменьшение площади препятствия при сложенном состоянии створок снижает также интенсивность завихрений потоков воздуха в случае резких порывов ветра, что также способствует снижению вероятности возникновения обратной тяги.
Створки купола в режиме проветривания своими противоположными краями находятся в соединении с основанием, а именно: первая створка соединена с основанием через шарнир, а вторая створка через элементы привода или через направляющие также соединена с основанием. Соединение прилегающих друг к другу створок образует вместе с осью их соединения своеобразное ребро жесткости открытого купола, увеличивая прочность конструкции. Прочная конструкция устройства обеспечивает высокую надежность его эксплуатации в ветреную погоду и при наличии осадков.
Пример 1
Зенитный фонарь состоит из жесткого основания и светопрозрачного подвижного двухстворчатого купола, приводимого в движение с помощью гидропривода. Гидроцилидр гидропривода закреплен шарнирно на боковой стенке основания, противоположной той стенке, на которой закреплена первая створка купола. Шток гидроцилиндра соединен посредством двуплечего рычага, выполняющего роль тяги с краем второй створки купола. Ось двуплечего рычага закреплена на перекладине в нижней части основания установленной перпендикулярно оси соединения створок.
Максимально выдвинутый шток удерживает край второй створки у края основания на котором закреплен гидроцилиндр, что соответствует закрытому состоянию купола.
При необходимости открытия купола, например, для проветривания запускают гидропривод. Усилие обратно двигающегося поршня через шток гидропривода и двуплечий рычаг прикладывается к краю второй створки, заставляя его перемещаться в направлении противоположной стороны основания.
Исходное, в закрытом состоянии купола, соединение створок характеризуется наличием перелома по оси соединения их плоскостей, направленного вверх. Благодаря этому изгибу давление двуплечего рычага в продольном направлении на край второй створки выталкивает ось соединения створок дальше в направлении вверх, заставляя створки взаимно складываться внутренними поверхностями друг к другу.
Положение полностью втянутого в гидроцилиндр штока соответствует максимальному взаимному сближению створок в плоскости, наклоненной относительно соответствующей вертикальной стенки основания на угол 30 град. Положение створок соответствует полностью открытому куполу, при этом створки своими краями надежно удерживаются на основании с одной стороны через шарнирное соединение первой створки с основанием, а с другой стороны через плечо двуплечего рычага и перекладину с основанием.
Закрытие купола осуществляется в обратном порядке: усилие прямого хода поршня через шток гидроцилиндра и двуплечий рычаг тянет край второй створки и передается на ось соединения створок, разворачивая створки вплоть до конечной точки движения, когда край второй створки достигнет боковой стенки основания, а внутренние поверхности створок лягут на кромку основания. Предопределенность направления перемещения оси соединения створок позволяет обеспечить открытие купола воздействием лишь на одну створку, исключив необходимость управления другой створкой.
Вместо гидропривода в описанном примере реализации может быть использован электродвигатель с преобразованием вращательного движения в поступательное.
Для открытия и закрытия купола используется один двигатель с приводом, от которого не требуется обеспечение большой мощности, т.к. поднятию подвергаются масса лишь части купола. Снижение требования к нагрузочной способности привода и мощности используемого двигателя повышает надежность устройства, а также снижает материалоемкость конструкции, позволяя упростить конструкцию. Использование маломощного двигателя обеспечивает также низкую энергоемкость использования устройства.
Парусность устройства с открытым куполом определяется площадью не всей площади купола, а лишь площадью одной створки, т.к. в открытом состоянии купола створки находятся в сложенном состоянии и прилегают друг к другу.
Конструкция устройства не предусматривает наличия препятствий, таких как широкий желоб, на пути движения воздуха, что обеспечивает высокую эффективность устройства и снижает угрозу появления обратной тяги.
Высокие эксплуатационные характеристики обеспечивают расширение области применения зенитного фонаря.
Пример 2
Зенитный фонарь состоит, как и в предыдущем примере из жесткого основания и светопрозрачного подвижного двухстворчатого купола. При этом вторая створка соединена через тягу, оканчивающуюся гайкой, установленной на валу с резьбовой нарезкой. Вал установлен горизонтально, перпендикулярно оси соединения створок и соединен с валом электродвигателя с изменяемым направлением вращения вала.
В закрытом состоянии купола тяга находится у бокового края основания, удерживая створки лежащими на площадке его верхней кромки.
В случае возникновения необходимости, открытия купола, например, при пожаре, система противопожарной защиты подает питание на электродвигатель, который начинает вращать приводной вал. В результате гайка кронштейна перемещается на вращающемся валу к противоположной стенке основания, увлекая за собой через тягу край створки. Благодаря шарнирному соединению тяги со створкой обеспечивается возможность излома купола по оси соединения створок и перемещения этой оси вверх, что обеспечивает взаимное складывание створок одновременно с поворотом первой створки относительно основания. Крайнее положение гайки на валу, у противоположной стенки основания соответствует полностью открытому положению купола, при этом створки купола удерживаются на основании, с одной стороны, через шарнирное соединение первой створки со стенкой купола и, с другой стороны через тягу, гайку и вал с двумя стенками основания.
Купол может быть открыт не полностью, при этом створки в частично сложенном состоянии всегда крепко удерживаются на основании, что обеспечивает надежную фиксацию купола в любом его положении.
Закрытие купола осуществляют путем подачи на электродвигатель питания с инверсией направления вращения вала, например, напряжения обратной полярности, если это электродвигатель постоянного тока.
Вращение вала в обратном направлении влечет перемещение тяги обратно к исходной стенке основания.
Пример 3
Створки купола зенитного фонаря при открытии купола в этом примере исполнения складываются не внутрь, как в предыдущих примерах, а наружу. В качестве двигателя использован электродвигатель с управляемым направлением вращения.
Вращение с вала электродвигателя подается через редуктор и приводной вал на зубчатое колесо первой створки, установленное с возможностью зацепление за такое-же зубчатое колесо второй створки, установленное вблизи оси шарнирного соединения створок. Вращение зубчатых колес обеспечивает поворот первой створки и перемещение ее внешнего края вверх по окружности. Поворот, также вверх, второй створки обеспечивает еще одно зубчатое колесо, расположенная вблизи оси шарнирного соединения первой створки с основанием и кинематически связанное с выходным валом редуктора, образующее вторую зубчатую передачу.
Одновременная работа двух зубчатых передач обеспечивает одновременный поворот обеих створок в одном и том же направлении до крайней точки, когда внешний край второй створки упрется в соответствующую площадку на поверхности кровли. Закрытие купола обеспечивается вращением вала двигателя в обратном направлении.
Пример 4
Для реализации ручного управления куполом, на шарнирном соединении створок с внутренней стороны закреплена тяга с рукояткой на конце. Длина тяги выбирается достаточной для удобного управления куполом, но не меньше длины створок. При этом внешний край второй створки снабжен опорным роликом с возможностью перемещения в направляющей по верхней кромке основания. Наличие опорных роликов и направляющих обеспечивает удержание края второй створки на верхней кромке основания при любом положении купола, способствуя прочности конструкции и снижая зависимость работоспособности от силы ветра. Низкая парусность при открытии купола также способствует повышению надежности и долговечности устройства.
Для открытия купола зенитного фонаря толкают рукоятку вверх, при этом усилие передается через тягу на ось шарнирного соединения створок. В результате створки складываются, открывая проем под куполом.
Закрытие купола осуществляют воздействием на рукоятку вниз, в результате чего шарнирное соединение створок расправляется и подкупольный проем закрывается створками.
Зенитный фонарь может быть изготовлен из металла, пластика стекла и других стандартных материалов с использованием стандартного оборудования и инструментов, таких как резка, обработка давлением и пр.
Таким образом, зенитный фонарь более прост по конструкции, имеет меньшую парусность, обладает большей эффективностью за счет устранения препятствий на пути потока воздуха с одновременным снижением угрозы появления обратной тяги, а также обеспечивает меньшую материалоемкость конструкции.