ПРОТИВОПОЖАРНОЕ ЗАГРАЖДЕНИЕ
FIRE PREVENTING BARRIER

Изобретение относится к противопожарной технике, в частности, к устройствам блокирования огня и продуктов сгорания по каналам систем вентиляции, кондиционирования и другим воздуховодам.
Известны различные автоматические системы блокирования пожара в каналах, в том числе известны устройства с использованием материалов с эффектом памяти формы.
В патенте RU 2195984 «Огнезадерживающий клапан» описана конструкция клапана, содержащего поворотную заслонку, которая удерживается от закрывания с помощью крюка, выполненного из сплава с эффектом памяти формы. В случае пожара крюк нагревается, распрямляется и автоматически отпускает заслонку, которая перекрывает путь огню.
В JP 61295455 описана конструкция противопожарной заслонки. Заслонка состоит из двух полукруглых секторов, которые могут перекрыть канал вентиляции под воздействием пружины. В исходном состоянии заслонки сведены вместе и удерживаются в этом состоянии спусковым механизмом, выполненным из сплава с эффектом памяти формы. Под воздействием температуры спусковой механизм изменяет свою форму, освобождает пружину и она разводит створки затвора, которые перекрывают канал.
В JP 11350619 описана конструкция затвора, выполненного из сплава с эффектом памяти формы. Первоначально затвор, установленный в вентиляционной шахте, прикреплен к стенке шахты и имеет форму согнутой пластины. Под воздействием температуры пожара пластина распрямляется и перекрывает вентиляционный проход.
Описанные конструкции не могут обеспечить полное перекрывание канала от огня и продуктов сгорания. Кроме того, эти конструкции не обеспечивают возвращение заслонки в исходное состояние, которое было до начала пожара, когда пожар закончился и заслонка остыла.
Известна также конструкция по патенту DE 10157525, публикация 5.06.2003, в которой описана конструкция противопожарного заграждения с использованием элемента с прямым и обратимым (реверсивным) эффектом памяти формы. Данная конструкция содержит собственно заслонку, удерживаемую над отверстием трубопровода с помощью двуслойной гибкой трубы, выполненной из огнестойкого материала. Между слоями трубы размещена спираль проволоки из материала с эффектом памяти формы. При достижении определенной температуры, спираль сжимается и труба также сжимается и далее не удерживает заслонку от вертикального перемещения. Отверстие перекрывается. После охлаждения спираль вспоминает первоначальную форму и труба восстанавливается. Однако, чтобы привести заграждение в исходное состояние, предварительно необходимо поднять заслонку в исходное состояние. Данная конструкция также не обеспечивает плотного закрывания отверстия трубопровода при пожаре.
Наиболее близким аналогом является конструкция противопожарного заграждения по патенту RU 2470683, публикация 27.12.2012, МПК A62C 2/00. Данная конструкция противопожарного заграждения включает прямоточный корпус и закрепленный внутри корпуса составной запорный элемент, который включает собственно запорный элемент и противопожарную заслонку, закрепленную на запорном элементе и выполненную полностью или частично из температурно-стойкого материала с эффектом памяти формы. Заслонка имеет форму и размеры не перекрывающую отверстие прямоточного корпуса при температуре ниже температуры начала формовосстановления, и форму, полностью перекрывающую отверстие корпуса при температуре выше температуры полного формовосстановления.
Конструкция заслонки по патенту RU2470683 позволяет надежно перекрыть путь распространения огня и продуктов сгорания. Однако, после окончания пожара требуются значительные затраты для восстановления конструкции противопожарного заграждения. Требуется демонтировать противопожарную заслонку и восстановить ее форму, или заменить заслонку на новую.
Целью данного изобретения является улучшения эксплуатационных характеристик конструкции, блокирующей распространение пожара в системах вентиляции, путем возможности многократного использования конструкции без повторного монтажа и замены элементов конструкции после пожара.
Противопожарное заграждение включает прямоточный корпус и закрепленный внутри корпуса составной запорный элемент, включающий собственно запорный элемент и противопожарную заслонку, закрепленную на запорном элементе и выполненную полностью или частично из никелида титана с реверсивным эффектом памяти формы. Заслонка имеет форму, не перекрывающую отверстие прямоточного корпуса при температуре ниже температуры начала обратного мартенситного превращения, и форму, перекрывающую отверстие корпуса при температуре выше температуры конца обратного мартенситного превращения. При этом противопожарная заслонка выполнена с возможностью реверсивного эффекта памяти формы путем обработки заслонки перед закреплением на запорном элементе, циклическим температурным нагревом и охлаждением в сочетании с деформацией.
Противопожарное заграждение содержит составной запорный элемент, который состоит из запорного элемента и закрепленной на нем противопожарной заслонки. Запорный элемент запирает или открывает канал прямоточного корпуса в нормальных условиях эксплуатации. При возникновении пожара, который может распространиться по системе вентиляции через отверстие в корпусе, запорный элемент закрывается. Но этого, будет недостаточно. Продукты сгорания и собственно огонь, воздействуя на запорный элемент, разрушат его уплотнение и огонь пройдет по системе вентиляции.
Наличие противопожарной заслонки, прикрепленной к запорному элементу, резко повышает надежность и стойкость конструкции. Под воздействием температуры пожара, при достижении температуры выше температуры конца обратного мартенситного превращения, заслонка «вспоминает» первоначальную форму и полностью перекрывает канал, создавая преграду огню и продуктам горения. Таким образом, сочетание двух элементов в составной заслонке обеспечивает режим нормальной эксплуатации заслонки и режим аварийный, обеспечивающий надежное перекрытие пути пожара. Так как противопожарная заслонка полностью или частично выполнена из никелида титана с реверсивным эффектом памяти формы, то после окончания пожара и остывания заслонки она «вспомнит» первоначальную форму, которую имеет при температуре ниже температуры начала обратного мартенситного превращения, и конструкция противопожарного заграждения вернется в состояние, бывшее до пожара. Благодаря такой конструкции заграждения возникает возможность многократного использования конструкции без повторного монтажа и замены элементов конструкции после пожара. Реверсивный эффект памяти формы для никелида титана известен, однако нет конструкций противопожарных заграждений, в которых такой материал использовался бы для простых и эффективных конструкций.
Противопожарная заслонка заграждения выполнена с возможностью ее обработки для достижения реверсивного эффекта памяти формы, которая содержит несколько последовательных циклов включающих:
- деформацию при температуре ниже температуры начала обратного мартенситного превращения до формы не перекрывающей отверстие прямоточного корпуса;
- нагрев до температуры выше температуры конца обратного мартенситного превращения;
- нагружение нагретого элемента внешним силовым полем в направлении перехода к форме, не перекрывающей отверстие прямоточного корпуса, и охлаждение ниже температуры конца прямого мартенситного превращения;
- разгружение от внешней нагрузки;
- нагрев до температуры выше температуры конца обратного мартенситного превращения. Такой тренировкой достигается реверсивный эффект материала противопожарной заслонки - никелида титана.
В частном случае заслонка выполнена в виде диска, периферийный край которого при температуре ниже температуры начала обратного мартенситного превращения загнут, например, с помощью отбортовки. Периферийная часть диска заслонки может быть выполнена из материала с эффектом памяти формы, а внутренняя часть из обычного конструкционного материала, например из титана. Диск выполнен таким образом, что титан и материал с эффектом памяти формы в виде никелида титана жестко соединены между собой посредством сварного соединения.
Диск также может быть полностью выполнен из никелида титана.
Как правило, заслонка жестко закреплена на запорном элементе.
Для лучшей огнестойкости в начальный период пожара запорный элемент содержит термостойкое уплотнение.
Заграждение характеризуется тем, что дополнительно содержит привод для перемещения составного запорного элемента для открывания и закрывания прямоточного корпуса. При этом составной запорный элемент выполнен поворотным и соединен с приводом.
Изобретение поясняется чертежами.
На Фиг.1 показан разрез противопожарного заграждения, когда вентиляционное отверстие закрыто поворотным заграждающим элементом в обычном, при отсутствии пожара, состоянии.
На фиг.2 показан разрез противопожарного заграждения, когда вентиляционное отверстие открыто.
На Фиг 3 показана часть конструкции в районе уплотнения, когда вентиляционное отверстие закрыто.
На Фиг.4 показана часть конструкции в районе уплотнения после автоматического срабатывания противопожарной защиты.
Противопожарное заграждение (Фиг.1), включает прямоточный корпус 1 и установленный внутри корпуса 1 составной запорный элемент 2, который содержит собственно запорный элемент 3 и противопожарную заслонку 4. Составной запорный элемент установлен на поворотной оси 9 (или осях 9) с возможностью поворота внутри корпуса 1 для открытия и закрытия вентиляционного отверстия 11. Запорный элемент содержит термостойкое уплотнение 7, которое перекрывает канал в обычных условиях эксплуатации. Противопожарная заслонка 4, которая выполнена из материала с эффектом памяти формы, в частности из сплава никель-титан, выполнена в виде диска и жестко прикреплена к запорному элементу с наружной стороны 6, например болтами. Заслонка 4 при нормальной температуре эксплуатации, то есть при температуре ниже температуры начала обратного мартенситного превращения, имеет у кромки заслонки 4 загнутые края 5, как показано на Фиг.3. Поворотная ось 9 составного запорного элемента присоединена к приводу 8 управления. Привод 8 может быть выполнен механическим, электромеханическим или любым другим.
На Фиг.1 противопожарное заграждение показано в положении «закрыто», на Фиг.2 в положении «открыто» при нормальной эксплуатации. На чертежах видно, что в режиме нормальной эксплуатации противопожарная заслонка 4 не мешает открыванию и закрыванию запорного элемента 2 благодаря тому, что край противопожарной заслонки 4 отогнут внутрь и не задевает внутреннюю поверхность корпуса 1.
Противопожарная заслонка может быть полностью выполнена из никелида титана, но или же частично, из никелида титана изготовлен край диска 5, остальная часть диска из титана. Заслонка, состоящая из различных металлов, может быть изготовлена, в частности, с помощью сварки.
Первоначально заслонка изготавливается в виде плоского диска, а затем край диска отгибается, подвергаясь пластической деформации, например, путем отбортовки.
Понятие «реверсивная память формы» связывается со следующим поведением заслонки.
При нагреве до температуры конца обратного мартенситного превращения (до полного распада мартенсита деформации, когда весь материал переходит в аустенитное состояние) заслонка самопроизвольно принимает вид соответствующий высокотемпературному состоянию. Для дисковой заслонки - это плоская форма, при которой проходное сечение перекрыто.
При охлаждении до температуры конца прямого мартенситного превращения (когда весь материал переходит в мартенситное состояние) заслонка также самопроизвольно принимает форму соответствующую низкотемпературному состоянию, то есть состоянию с отогнутыми, отбортованными краями диска.
Реверсивный эффект памяти формы для конструкции противопожарной заслонки предполагает предварительную термомеханическую обработку перед установкой заслонки на ограждение, и включает несколько последовательных циклов включающих следующие операции:
Деформацию при температуре ниже температуры начала обратного мартенситного превращения до формы (отогнутые, отбортованные края диска) не перекрывающей отверстие прямоточного корпуса.
Нагрев до температуры выше температуры конца обратного мартенситного превращения до перехода в аустенитное состояние (в нашем примере примерно 125°C).
Нагружение нагретого элемента внешним силовым полем в направлении перехода к форме, отбортованных краев заслонки, и охлаждение ниже температуры конца прямого мартенситного превращения. При этом в структуре материала происходит накопление мартенсита деформации, ориентированного на переход от плоской формы к форме отогнутых краев диска.
Разгружение от внешней нагрузки.
Нагрев до температуры выше температуры конца обратного мартенситного превращения. Такой тренировкой достигается реверсивный эффект материала противопожарной заслонки - никелида титана.
Эти операции повторяют некоторое количество раз. При этом канал генерации и дегенерации мартенсита деформации, отвечающего за переход от плоского состояния к форме отбортованных краев «разрабатывается», что приводит к снижению требуемых для этого перехода внешних нагрузок. Процесс тренировки можно считать завершенным, когда эти нагрузки можно снизить до нуля. Обычно хватает нескольких десятков циклов.
При пожаре вся конструкция заграждения в закрытом состоянии и противопожарная заслонка нагревается. Первоначально проходу огня и газа препятствует термостойкое уплотнение 7, которое может быть выполнено из термостойкой резины, выдерживающей температуру до 110°-130°C. При достижении температуры примерно 125°C материал противопожарной заслонки 4, «вспоминает» свою первоначальную форму, в виде плоского листа. Кромка 5 заслонки 4 распрямляется и перекрывает проход продуктов горения, препятствуя распространению пожара. На Фиг.4 показано, что размер листа противопожарной заслонки при температуре выше конца обратного мартенситного превращения (в нашем примере примерно 125°C) имеет размер равный размеру перекрываемого отверстия 11 корпуса 1. Благодаря этому край 5 заслонки 4 прочно удерживает запорный элемент 2, препятствуя его короблению. Тем самым достигается надежное перекрытие вентиляционного отверстия.
При окончании пожара и охлаждении противопожарной заслонки 4, форма ее восстанавливается до первоначальной, и противопожарное заграждение может далее эксплуатироваться без больших ремонтных работ.