Воздухораспределительное устройство пневматического сооружения
AIR DISTRIBUTION DEVICE OF PNEUMATIC STRUCTURE

Изобретение относится к области строительства мобильных быстровозводимых конструкций, имеющих полную заводскую готовность, в частности к временным технологическим и бытовым сооружениям для временного размещения людей, различных производств и общественных заведений, а именно к пневматическим строительным конструкциям, использующимся в различных отраслях народного хозяйства в качестве ангаров, складских и производственных помещений, выставочных павильонов и спортивных залов, быстровозводимых дельфинариев и ремонтных баз на севере, и может быть использовано в качестве воздухораспределительного устройства пневматического сооружения, где требуется подвод воздуха низкого давления от насосной станции.
Но для распределения и удержания нужного давления в разных сегментах надувных конструкций необходимы соединения, желательно быстроразъемные и с обратными клапанами для удержания давления в воздушных камерах эластичной оболочки.
Предложенная в заявленном изобретении элементная база арматуры позволяет быстро собрать сложную систему воздуховодов для накачки сегментов ангаров, поддержания в них нужного давления, аварийный сброс избыточного давления, а также разъединения и соединения дополнительных элементов в конструкции без полного стравливания воздуха в отдельных элементах. А мембраны, используемые в воздухораспределительном устройстве клапанов, изготовлены из селикона и могут использоваться при низких температурах крайнего севера: до -60°С, что позволяет использовать клапаны в районах крайнего севера для возведения пневматических сооружений различного назначения.
В предложенном техническом решении использованы обратные клапаны для пропуска воздуха только в одном направлении. Такие как, например, известный обратный клапан по авторскому свидетельству СССР № 391326, кл. F16K 7/14, 1973 г., содержащий корпус, седло с каналами для прохода рабочей среды и центральным каналом, в котором расположен хвостовик эластичного грибовидного запорного элемента. При этом диаметры каналов не превышают четырехкратную толщину грибовидного запорного элемента, а минимальное расстояние между соседними каналами превышает толщину запорного элемента более чем в два раза.
Однако для них характерна малая работоспособность при высоких перепадах давления.
Для сброса излишнего давления и предохранения воздушных камер эластичной оболочки от разрыва используют редукционный клапан.
Например, известен редукционный клапан по авторскому свидетельству СССР № 584147, кл. F16K 17/04, 1977 г., который отличается от известных тем, что мембрана выполнена в виде одностабильной пружины, с одним устойчивым положением в закрытом состоянии клапана.
Такое выполнение клапана повышает надежность его работы и быстродействие.
Для обеспечения надежного и быстрого соединения агрегатов и воздуховодов с воздушными камерами эластичной оболочки используют быстроразъемное соединения, например, такое, как по авторскому свидетельству СССР № 877207, кл. F16L 37/20, 1981 г., содержащее стяжные элементы, между которыми установлен рычажный замковый элемент. Рычажный замковый элемент состоит из втулки с гнездом и серьги, соединенных между собой с помощью подпружиненного штока, установленного в гнезде втулки, заканчивающегося сферической головкой, закрепленной на серьге.
Таким образом, данное соединение позволяет быстро произвести надежное соединение трубопроводов с различной толщиной с обжатием в пределах усилий пружины. Кроме того, ресурс работы соединения с предлагаемой замковой стяжкой значительно выше жесткой в виде рамки, где возможны поломки захватывающих крючков и самой рамки.
При монтаже воздухораспределительного устройства пневматического сооружения и частичном отключении частей ангаров используют пробки и заглушки. Пробки и заглушки необходимы для герметизации свободных соединений в воздуховоде, которые в данный момент времени не используются.
Известна, например, универсальная быстросъемная заглушка по авторскому свидетельству СССР № 447593, кл. G01M 3/14, 1974 г., которая выполнена в виде двух пустотелых конусов, обращенных один к другому основаниями и соединенных сильфоном, помещенным вместе с основанием одного из конусов в развитом другого конуса, контактирующего с переходником. При этом один из конусов имеет кинематическую связь через рычажный механизм, закрепленный на конусе с развитым днищем с возможностью осевого перемещения, с прижимными колодками, контактирующими с наружным диаметром и фланцем испытуемого узла, и штуцер подвода уплотняющего воздуха.
Известно пневматическое воздухоопорное сооружение по авторскому свидетельству СССР № 316820, кл. Е04В 1/345, 1971 г., включающее многослойную оболочку из эластичного материала, слои которой разделены воздушными прослойками, и установку для подачи воздуха. Внутренние слои оболочки выполнены с калиброванными отверстиями, а в калиброванных отверстиях установлены перепускные клапаны.
Однако, для поддержания давления между слоями оболочки в сооружении количество установок для подачи воздуха должно быть равно количеству слоев, что усложняет эксплуатацию сооружения.
Известно пневматическое сооружение по авторскому свидетельству СССР № 678153, кл. Е04В 1/345, 1979 г., принятое заявителем за прототип. Оно включает оболочку, установленную на основании, и систему подачи воздуха с вентилятором, воздуховодами и воздухораспределительным устройством, закрепленным на поверхности оболочки. Воздухораспределительное устройство выполнено в виде сферической центральной части и усеченных конусообразных распределительных частей, которые соединены между собой и направлены меньшими основаниями вверх сооружения, причем воздухораспределительное устройство расположено по середине длины сооружения, на высоте 1-1,5 м от основания сооружения. Конусообразные распределительные части выполнены в виде двух разверток усеченных конусов, оси которых пересекаются под углом 90°.
Данная конструкция воздухораспределительного устройства способствует снижению вибрации кромок устройства, повышению пожарной безопасности пневматического сооружения с одновременным увеличением срока службы устройства.
Технической проблемой создания пневматического сооружения является сохранение герметичности оболочки несущей конструкции, выполненной из отдельных воздушных камер, создание надежного, работающего без утечек, воздухораспределительного устройства, надежно удерживающего постоянное давление воздуха внутри каждой воздушной камеры и регулирующее излишнее давление, предохраняя воздушные камеры от разрыва.
Поставленная проблема решается тем, что в предлагаемом решении воздухораспределительное устройство пневматического сооружения, содержащего оболочку несущей конструкции, выполненную в виде набора отдельных воздушных камер, включает магистраль для подачи воздуха с воздуховодами для накачки воздушных камер, установку подачи воздуха, соединенную с магистралью, установка подачи воздуха выполнена, по крайней мере, в виде насосной станции низкого давления, магистраль для подачи воздуха снабжена основным обратным клапаном, который установлен в ней после насосной станции низкого давления, оболочка несущей конструкции пневматического сооружения снабжена, при необходимости, по меньшей мере, одним редукционным клапаном низкого давления, а каждая воздушная камера оболочки несущей конструкции пневматического сооружения выполнена с возможностью подключения к магистрали для подачи воздуха через воздуховод, для чего на входе каждой воздушной камеры жестко закреплен фланец с направляющим стаканом и петлями, а на выходе каждого воздуховода магистрали посредством фланца жестко установлен обратный клапан воздуховода, при этом на наружной поверхности которого закреплены пружинные зацепы с зажимными рычагами, которые выполнены с возможностью зацепления за петли фланца воздушной камеры и жесткого крепления обратного клапана воздуховода в направляющем стакане воздушной камеры с образованием быстроразъемного соединения, причем основной обратный клапан жестко установлен в магистрали для подачи воздуха и герметично закреплен с ней и насосной станцией низкого давления посредством фланцевого соединения, а также редукционный клапан низкого давления жестко герметично закреплен на оболочке несущей конструкции пневматического сооружения посредством фланцевого соединения.
Кроме того, заходная часть обратного клапана воздуховода выполнена в виде конусного наконечника для плавного захода во внутрь направляющего стакана фланца воздушной камеры и базирования в нем по внутренней поверхности и снабжена уплотняющей манжетой для создания плотного и герметичного соединения заходной части обратного клапана воздуховода с направляющим стаканом фланца воздушной камеры.
Кроме того, основной обратный клапан и каждый обратный клапан воздуховода имеют мембранную конструкцию, которая выполнена с возможностью удержания избыточного давления воздуха в магистрали и в каждой воздушной камере, соответственно, и пропуска воздуха только в одном направлении.
Кроме того, редукционный клапан выполнен в виде мембраны и пружины, которая жестко связана с мембраной и установлена с возможностью воздействия на мембрану, или открывая клапан под действием избыточного давления воздуха внутри воздушной камеры, или удерживая мембрану при нормальном давлении воздуха внутри воздушной камеры.
Кроме того, воздухораспределительное устройство снабжено заглушками и пробками по количеству воздушных камер оболочки несущей конструкции пневматического сооружения на случай отключения воздушной камеры от воздуховода магистрали для подачи воздуха вышедшей из строя или ремонта воздушной камеры, или при сборке оболочки несущей конструкции пневматического сооружения, заглушки и пробки предназначены для установки: заглушки в направляющий стакан фланца, закрепленный на входе каждой воздушной камеры, а пробки - на конусный наконечник заходной части обратного клапана воздуховода.
Технический результат от использования заявленного изобретения заключается в том, что за счет применения надежного воздухораспределительного устройства работающего без утечек, создано такое же надежное и работоспособное пневматическое сооружение, в котором поддерживается постоянное внутреннее давление в воздушных камерах оболочки несущей конструкции и регулируется избыточное давление в воздушных камерах за счет использования двух ступенчатой клапанной системы, которая обеспечивает надежную поддержку давления, что актуально для возведения пневматических сооружений в удаленных районах, так как оно изготавливается в производственных условиях и быстро собирается на месте возведения.
На фиг. 1 изображен общий вид пневматического сооружения, вид спереди и вид сверху, с распределительным устройством;
на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1, воздухораспределительное устройство в сборе, включающее установку подачи воздуха, магистраль для подачи воздуха со встроенным основным обратным клапаном для накачки пневматического сооружения, обратными клапанами воздуховода и с редукционным клапаном;
на фиг. 3 изображен узел I на фиг. 2 основной обратный клапан, соединяющий установку подачи воздуха, выполненную в виде, например, насосной станции низкого давления, с магистралью для подачи воздуха;
на фиг. 4 изображен узел II на фиг. 2 обратный клапан воздуховода, соединяющий магистраль для подачи воздуха с воздушной камерой оболочки несущей конструкции пневматического сооружения;
на фиг. 5 изображен узел III на фиг. 2 редукционный клапан низкого давления, который встроен в оболочку воздушной камеры оболочки несущей конструкции пневматического сооружения;
на фиг. 6 изображена заглушка, которую устанавливают в направляющий стакан фланца, закрепленного на входе каждой воздушной камеры и выполненного с петлями;
на фиг. 7 изображена пробка, которую устанавливают на конусный наконечник заходной части обратного клапана воздуховода.
Пневматическое сооружение содержит оболочку несущей конструкции, выполненную из набора отдельных воздушных камер 1, а воздухораспределительное устройство включает магистраль 2 для подачи воздуха с воздуховодами 3 для накачки воздушных камер 1, установку подачи воздуха 4, соединенную с магистралью 2 и выполненную в виде, например, насосной станции низкого давления.
Магистраль 2 для подачи воздуха снабжена основным обратным клапаном 5, который установлен в ней после насосной станции низкого давления 4 и имеет мембранную конструкцию, которая выполнена с возможностью удержания избыточного давления воздуха в магистрали 2 и пропуска воздуха только в одном направлении. Причем основной обратный клапан 5 жестко установлен в магистрали 2 для подачи воздуха и герметично закреплен с ней и насосной станцией низкого давления 4 посредством фланцевого соединения 6.
Каждая воздушная камера 1 оболочки несущей конструкции пневматического сооружения выполнена с возможностью подключения к магистрали 2 для подачи воздуха с помощью воздуховодов 3. Для чего на входе каждой воздушной камеры 1 жестко закреплен фланец 7 с направляющим стаканом 8 и петлями 9, а на выходе каждого воздуховода 3 магистрали 2 с помощью фланца 10 жестко установлен обратный клапан 11 воздуховода также мембранной конструкции, которая выполнена с возможностью удержания избыточного давления в воздушных камерах 1 и пропуска воздуха только в одном направлении. При этом фланцы 7 и 10 образуют жесткое фланцевое соединение направляющего стакана 8 и обратного клапана 11 с воздушной камерой 1 и с воздуховодом 3, соответственно.
На наружной поверхности обратного клапана 11 воздуховода 3 закреплены пружинные зацепы 12 с зажимными рычагами 13, которые выполнены с возможностью зацепления за петли 9 фланца 7 воздушной камеры 1 и жесткого крепления обратного клапана 11 воздуховода 3 в направляющем стакане 8 воздушной камеры 1 с образованием быстроразъемного соединения. При этом заходная часть обратного клапана 11 воздуховода 3 выполнена в виде конусного наконечника 14 и снабжена уплотняющей манжетой 15 для создания плотного и герметичного соединения заходной части обратного клапана 11 воздуховода 3 с направляющим стаканом 8 фланца 7 воздушной камеры 1.
А оболочка несущей конструкции пневматического сооружения снабжена, при необходимости, по меньшей мере, одним редукционным клапаном 16 низкого давления, который жестко и герметично закреплен на оболочке несущей конструкции пневматического сооружения посредством фланцевого соединения 17 и выполнен в виде мембраны 18 и пружины 19, которая жестко связана с мембраной 18 и установлена с возможностью воздействовать на мембрану 18: или открывая клапан под действием избыточного давления воздуха внутри воздушной камеры 1 оболочки несущей конструкции, или удерживая мембрану 18 при нормальном давлении воздуха внутри воздушной камеры 1. Мембрана 18 принудительно закрывает проход воздуха при малом давлении. Редукционный клапан 16 низкого давления служит для сброса излишнего давления, предохраняя воздушные камеры 1 от разрыва, давление в которых может повыситься от нагрева воздуха внутри воздушных камерах 1, а также от избыточного давления, создаваемого насосной станцией низкого давления 4.
Кроме того, воздухораспределительное устройство пневматического сооружения снабжено заглушками 19 и пробками 20 по количеству воздушных камер 1 оболочки несущей конструкции пневматического сооружения на случай отключения воздушной камеры 1 от воздуховода 3 магистрали 2 для подачи воздуха вышедшей из строя или ремонта воздушной камеры, или при сборке несущей конструкции пневматического сооружения, и предназначены для установки: заглушки 19 в направляющий стакан 8 фланца 7 закрепленного на входе каждой воздушной камеры 1, а пробки 20 на конусный наконечник 14 обратного клапана 11 воздуховода 3.
Заглушки 19 и пробки 20 используют в основном при монтаже и частичном отключении частей пневматического сооружения. Они необходимы для герметичного закрывания и входа воздушной камеры 1, а именно, направляющего стакана 8, и выхода воздуховода, а именно, конусного наконечника 14, которые в данный момент времени не используют.
Воздухораспределительное устройство пневматического сооружения работает следующим образом.
Мобильное быстровозводимое пневматическое сооружение размещают на выбранном на местности месте, закрепляют его основание, и, после чего, подключают его к воздухораспределительному устройству для накачки воздушных камер 1 оболочки несущей конструкции.
Для этого устанавливают автономную установку подачи воздуха 4, а именно, насосную станцию низкого давления, и подключают к ней магистраль 2 для подачи воздуха с выполненными в ней воздуховодами 3 по количеству воздушных камер 1 в оболочке несущей конструкции. После насосной станции низкого давления 4 посредством фланцевого соединения 6 в магистраль 2 жестко и герметично встраивают основной обратный клапан 5.
На выходе каждого воздуховода 3 с помощью фланца 10 жестко устанавливают обратный клапан 11 воздуховода, а на входе каждой воздушной камеры 1 устанавливают фланец 7 с направляющим стаканом 8 и петлями 9. После чего стыкуют обратный клапан 11 воздуховода 3 с направляющим стаканом 8. Для этого пружинные зацепы 12 цепляют за петли 11 и зажимными рычагами 13 натягивают их, закрепляя обратный клапан 11 воздуховода 3 на воздушной камере 1, соединяя магистраль 2 для подачи воздуха с каждой воздушной камерой 1 оболочки несущей конструкции. При этом за счет использования уплотняющей манжеты 15 создают плотное и герметичное соединение заходной части обратного клапана 11 воздуховода 3 с направляющим стаканом 8 фланца 7 воздушной камеры 1.
А на оболочке несущей конструкции в месте, наиболее подверженном избыточному внутреннему давлению воздуха и внешнему воздействию горячего воздуха, посредством фланцевого соединения 17 устанавливают, при необходимости, по меньшей мере, один редукционный клапан 6 низкого давления. Воздухораспределительное устройство собрано и готово к подаче воздуха в воздушные камеры 1 оболочки несущей конструкции пневматического сооружения и окончательного возведения пневматического сооружения.
Включают автономную установку подачи воздуха 4, которая нагнетает воздух в магистраль 2 для подачи воздуха в воздушные камеры 1. Подаваемый воздух проходит через основной обратный клапан 5 в участок магистрали 2, непосредственно связанный с воздуховодами 3, подводящими воздух в воздушные камеры 1.
Подаваемый в магистраль 2 воздух свободно проходит через основной обратный клапан 5 и обратные клапаны 11 каждого воздуховода 3 в каждую воздушную камеру 1, нагнетая в ней необходимое рабочее давление воздуха, поддерживающее пневматическое сооружение в рабочем состоянии. Добившись нужного давления в воздушных камерах 1 необходимого для удержания оболочки несущей конструкции в рабочем состоянии, отключают установку подачи воздуха 4.
При этом обратные клапаны 11 каждой воздушной камеры 1 надежно удерживают воздух в ней и не допускают его утечки из камеры, а основной обратный клапан 5, за счет своего устройства, также надежно удерживает воздух в магистрали 2, поддерживая постоянное рабочее давление в воздухораспределительном устройстве.
Обратные клапаны системы позволяют сохранять избыточное давление воздуха в воздушных камерах 1 и при этом экономить электроэнергию при отключении насосной станции низкого давления 4 на продолжительное время. После окончательной установки пневматического сооружения насосная станция 4 уже не поддерживает постоянно давление в воздушных камерах 1, а только поднимает его при необходимости и снова отключается.
В случае появления избыточного давления в воздушной камере 1 от нагрева воздуха, а также от избыточного давления, создаваемого насосной станцией низкого давления, срабатывает редукционный клапан 16 низкого давления, принудительно открывая проход воздуха в атмосферу.
В случае частичного отключения воздушных камер 1 или при монтаже для сохранения герметичности, в воздухораспределительном устройстве используют заглушки 19 и пробки 20, для чего заглушку 19 устанавливают на направляющий стакан 8 фланца 7, а пробку 20 - на конусный наконечник 14 обратного клапана 11 воздуховода 3.
Использование предлагаемого технического решения за счет применения надежного воздухораспределительного устройства, работающего без утечек, позволило создать такое же надежное и работоспособное пневматическое сооружение, в котором поддерживается постоянное внутреннее давление в воздушных камерах оболочки несущей конструкции и регулируется избыточное давление в воздушных камерах за счет использования двух ступенчатой клапанной системы, которая и обеспечивает надежную поддержку давления. Надежность и работоспособность пневматического сооружения подтверждается еще и тем, что оно с оболочкой несущей конструкции и воздухораспределительным устройством изготавливается в производственных условиях, а на месте только монтируется.