Способ тушения возгораний в электроустановке и устройство для его осуществления
METHOD FOR EXTINGUISHING FIRES IN AN ELECTRICAL INSTALLATION AND A DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к противопожарной технике, в частности, к способам и устройствам стационарного противопожарного оборудования автоматического действия для тушения возгораний в электроустановках и может найти широкое применение при разработке и производстве средств пожаротушения, в частности, тушения возгораний звуковыми колебаниями низкой частоты в силовых электроустановках и электронном оборудовании, находящихся под напряжением.
Из уровня технологий пожаротушения и пожарной техники известны широко применяемые способы, реализуемые на применении переносных огнетушителей, предназначенных для ликвидации загораний и тушения очага пожара в электроустановках в начальной стадии его развития оператором за счет выпуска запасенного огнетушащего вещества, с ручным способом доставки таких огнетушителей к очагу пожара, привода в действие и управления струей огнетушащего вещества (см. книгу «Пожарная безопасность предприятия. Курс пожарно-технического минимума: Учеб. - справ. пособие / С.В. Собурь. - 16-е изд., с изм. - М.: ПожКнига, 2016. - 480 с., ил.»). При применении таких огнетушителей из их сопла (трубки) за счет энергии избыточного давления, предварительно созданного в корпусе огнетушителя газом (углекислота, азот или воздух), начинает выходить вещество, способное потушить возгорание. Таким веществом может быть пена, вода (в том числе, с добавлением поверхностно-активных веществ), водные растворы пенообразующих веществ, какое-либо химическое соединение в виде порошка, а также диоксид углерода, углекислый газ, водяной пар, фреоны (производные метана и этана), хладон, азот и др. химически инертные газы. Эти устройства (огнетушители) содержат цилиндрические баллоны с огнетушащим составом (углекислота, химическая или воздушно-механическая пена, порошок, хладон и др.) и вытесняющим агентом, снабжены запорным клапаном и специальным устройством (насадкой) для образования струи состава.
Несомненным достоинством таких способов пожаротушения и применяемых для их реализации технических средств является доступность приобретения, мобильность и оперативность применения, сравнительная простота получения навыков их применения.
Однако, рассмотренные способы и технические средства обладают рядом недостатков, прежде всего, имеют ограниченную область применения. В частности, ряд из них не может быть использован при тушении возгорания, затронувшего устройства, которые могут находиться под напряжением. Кроме того, устройства, использующие в качестве огнетушащих веществ воду, пену, газ, порошок, приводят к возникновению большого объема работ при ликвидации последствий возгораний, к большому объему работ по очищению объектов горения от порошка, например, при тушении пламени в электрических установках, содержащих силовые блоки и платы на микросхемах, к порче материальных ценностей данного вида (блоки питания со стабилизаторами на транзисторах и микросхемах, блоки контроля и управления на аналогичных элементах, процессоры и т.п.).
Наряду с вышеизложенным, указанные способы и переносные огнетушители, используемые для ликвидации загораний и тушения очага пожара в электроустановках в начальной стадии его развития, предопределяют участие оператора, который ручным способом доставляет огнетушитель к очагу пожара, а затем осуществляет ручные манипуляции по выпуску огнетушащего вещества и направления его в очаги возгорания. Часто не только участие оператора (лица, осуществляющего обслуживание электроустановки), но и другого лица, оказавшегося рядом с электроустановкой и имеющего навыки тушения переносным огнетушителем.
Известна система пожаротушения для использования в системах противопожарной защиты электроустановок, вычислительных центров, содержащая емкость с огнетушащей жидкостью, средство запуска пожаротушения, состоящее из трубы, заполненной текучим веществом, заглушенный конец которой размещен в защищаемой от пожара зоне, а другой ее конец соединен с надклапанным пространством перекрываемого клапана, при этом труба выполнена из термостойкого материала, а в качестве текучего вещества, заполняющего внутреннюю полость трубы, используют триацетат глицерина, насыщенный двуокисью углерода (см. А. св. СССР №1583107, МКИ А62С 37/36; Опубл. в БИ №29, 07.08.1990; заявитель: Харьковский сельскохозяйственный институт им. В.В. Докучаева).
Данное изобретение направлено на увеличение быстроты срабатывания системы, в частности, сокращение времени выпуска огнетушащей жидкости из емкости и ввода ее в очаг огня, в результате чего улучшаются эксплуатационные характеристик системы пожаротушения, прежде всего, за счет исключения нахождения трубы заполненной триацетатом глицерина, предварительно насыщенным двуокисью углерода, в исходном состоянии под давлением. Данной системе пожаротушения присущи такие недостатки, как значительный объем работ по ликвидации последствий тушения жидкостью, применение триацетата глицерина, насыщенного двуокисью углерода, а также жесткие требования к поверке системы.
Более приемлемыми огнетушителями для тушения источников открытого пламени при гашении возгорания устройств, находящихся под напряжением, при тушении которых исключается воздействие воды и других химических жидких и твердых веществ, а также заметно снижающих или практически полностью исключающих объемы работ по ликвидации последствий пожара, исключающих порчу материальных ценностей (собственно, электронных блоков электроустановок и т.д.) являются звуковые огнетушители.
В частности, известны способ и устройство для его реализации, которое может быть применено для тушения возгораний электрооборудования, содержащее генератор низкочастотных колебаний, усилитель низкой частоты, низкочастотный электродинамический громкоговоритель (сабвуфер) и резонатор колебаний низкой частоты, одной стороной жестко прикрепленный к корпусу сабвуфера, а с другой - имеющий крышку с выходным отверстием, диаметр которого равен около 1/3 диаметра цилиндра резонатора, направляемого на источник пламени (см. статью «Опыт применения звуковых колебаний для тушения источников открытого пламени», опубликованную в сборнике «Современные пожаробезопасные материалы и технологии: сборник материалов Международной научно-практической конференции, посвященной 370-й годовщине образования пожарной охраны России, Иваново, 11 декабря 2019 г. - Иваново: ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, 2019. - С.424-432; Рисунки 1, 2, 3).
Наиболее близким аналогом (прототипом) по технической сущности, числу совпадающих признаков и достигаемому техническому результату является устройство для тушения возгораний в электроустановках под напряжением звуковыми колебаниями низкой частоты, содержащее смонтированные на электроустановке пожарные извещатели, выходы которых подключены ко входам элемента «ИЛИ» приемно-контрольного блока, выход которого подключен к входу генератора сигналов низкой частоты, подключенного на вход усилителя мощности сигналов низкой частоты, выход которого подключен к обмотке низкочастотного электродинамического громкоговорителя (сабвуфера), механически соединенного с корпусом резонатора, размещенного в зоне наиболее вероятного возгорания электроустановки. При этом электропитание устройства осуществляется от блока, содержащего трансформатор, первичная обмотка которого подключена через соответствующие коммутирующие элементы к питающей электросети и три вторичные обмотки, подключенные к соответствующим однофазным двухполупериодным выпрямителям, напряжения с которых поступают на три стабилизаторы напряжений (см. статью «Устройство для тушения возгораний в электроустановках под напряжением колебаниями низкой частоты», опубликованной в сборнике «Актуальные вопросы совершенствования инженерных систем обеспечения пожарной безопасности объектов»: сборник материалов VII Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 30-й годовщине МЧС России, Иваново, 21 апреля 2020 г. - Иваново: ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, 2020. - С.238-241; Рисунок 1).
Таким образом, задачей данного технического решения (прототипа) является упрощение электрической части устройства, обеспечивающего подавление очага возгорания в электроустановке звуковыми колебаниями низкой частоты (частотой 33 Гц) в режиме автоматического управления. Общими признаками с предлагаемой авторами устройством для тушения возгораний в электроустановках являются наличие блока питания, генератора сигналов низкой частоты, усилителя сигналов низкой частоты, сабвуфера, с резонатором, направленным на защищаемую от пожара зону.
Общими признаками известного устройства с предлагаемой авторами конструкцией устройства является наличие пожарных извещателей, размещенных в защищаемой от пожара зоне и подключенных своими выходами к блоку управления, блока питания, генератора сигналов низкой частоты, усилителя низкой частоты, сабвуфера и резонатора, прикрепленного к корпусу электроустановки.
Данному устройству присущ такой недостаток как сложность его электронной части, вызванная необходимостью применения сравнительно сложных электронного генератора сигналов низкой частоты и электронного усилителя сигналов низкой частоты. В частности, преимущественно, в качестве генератора сигналов низкой частоты применяется серийно выпускаемый сравнительно сложный и дорогостоящий электронный прибор, обеспечивающий создание сигналов низкой частоты в большом диапазоне (от десятков Гц до десятков МГц), хотя для тушения возгораний в электроустановках используется очень узкий диапазон частот (порядка 25…65 Гц). Проведенные опыты показали оптимальную частоту сигналов низкой частоты, равную 33 Гц. То есть применению промышленного генератора сигналов низкой частоты характерна аппаратурная избыточность. Этот же недостаток характерен и для усилителя сигналов низкой частоты промышленного изготовления, также работающего в большом диапазоне частот (20…20000 Гц). Этот недостаток, касающийся, прежде, всего усилителя низкой частоты, заметно проявляется в случае необходимости применения сигналов низкой частоты большой мощности, в частности, при обеспечении пожарной безопасности большой (по габаритам и насыщенной большим количеством электрических и электронных блоков) установки.
В отличие от прототипа в предлагаемом авторами устройстве в качестве генератора сигналов низкой частоты используется двухполупериодный выпрямитель, подключенный к понижающей обмотке трансформатора, включенного в сеть питания электроустановки, а в качестве усилителя низкочастотных колебаний - электронный ключ, соединяющий обмотку сабвуфера с выходом второго двухполупериодного выпрямителя, при этом в качестве электронного ключа используется тиристор, на управляющий электрод которого подключен выход делителя частоты (делитель с коэффициентом равным 3), подключенного своим входом к выходу формирователя прямоугольных импульсов, вход которого подключен к понижающей обмотке трансформатора, в нашем случае обеспечивающей напряжение равное 6,3 В.
В частных случаях, то есть в конкретных формах исполнения, изобретение характеризуется следующими признаками: к блок-контактам электрического магнитного пускателя подключения защищаемой электроустановки в сеть питания подключен понижающий трансформатор, имеющий на понижающей части четыре обмотки, подключенные к четырем двухполупериодным выпрямительным мостам, выход первого из которых подключен к аноду тиристора, катод которого подключен к обмотке сабвуфера, выходы второго, третьего и четвертого двухполупериодных выпрямительных мостов подключены соответственно к стабилизатору напряжения, подаваемого на вход формирователя прямоугольных импульсов, выходы третьего двухполупериодного выпрямительного моста - к стабилизатору напряжения питания формирователя прямоугольных импульсов и делителя частоты прямоугольных импульсов, а выходы четвертого двухполупериодного выпрямительного моста - к стабилизатору напряжения питания приемно-контрольного блока, в который конструктивно входит логический элемент «ИЛИ» на три входа которого подключены пожарные извещатели (датчики).. Именно это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом.
Указанные признаки, отличительные от прототипа и на которые распространяется испрашиваемый объем правой охраны, во всех случаях достаточны.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение заключается в улучшении массово-габаритных показателей устройства, снижении стоимости и сложности изготовления, повышении надежности работы и упрощении в эксплуатации за счет упрощения аппаратуры, необходимой для создания такого диапазона звуковых колебаний низкой частоты, который обеспечивает эффективное тушение возгораний в электроустановках, в том числе находящихся под напряжением. Конструктивно предлагаемое устройство не представляет собой компактного цельного блока. Оно состоит из разрозненных (самостоятельных) блоков, часть которых представляет собой завершенные промышленно изготовляемые отдельные изделия (стабилизаторы напряжения и сабвуфер), а также из отдельных изделий (электрический магнитный пускатель, кнопки «Пуск» и «Стоп», тиристор, извещатели, реле, трансформатор, резонатор, изготовляемый под размеры сабвуфера).
Технический результат заключается в повышении эффективности использования энергии низкочастотных колебаний воздуха, создаваемых в диапазоне, обеспечивающем эффективное тушение возгораний в электроустановке, находящейся под напряжением, более простыми электронными устройствами, что, наряду с этим, повышает надежность устройства и снижает его стоимость.
Технический результат обеспечивается следующей совокупностью признаков: устройство для тушения возгораний в электроустановках, в том числе находящихся под напряжением, содержащее блок питания, состоящий из силового понижающего трансформатора, содержащего первичную обмотку, подключенную к блок-контактам электрического магнитного пускателя сети питания электроустановки, и четыре понижающие обмотки, которые подключены ко входам первого, второго и третьего однофазных двухполупериодных выпрямителей, первый из которых подключен к усилителю мощности сигналов низкой частоты, второй и третий подключены, соответственно, к стабилизаторам напряжений для питания генератора сигналов низкой частоты и приемно-контрольного блока, при этом пожарные извещатели, расположенные в защищаемом пространстве электроустановки и подключенные на входы элемента «ИЛИ», конструктивно и функционально входящего в приемно-контрольный блок, выход которого подключен к входу генератора сигналов низкой частоты, выход которого подключен к усилителю низкочастотных колебаний, выход которого подключен к обмотке низкочастотного электродинамического громкоговорителя (сабвуфера), конструктивно смонтированного за одно целое с резонатором сигналов низкой частоты и размещенного в защищаемой от пожара зоне электроустановки, отличающееся тем, что генератор сигналов низкой частоты выполнен последовательным соединением триггера Шмитта, первого ждущего мультивибратора, второго ждущего мультивибратора и делителя частоты, выход которого подключен к усилителю прямоугольных импульсов управления, к выходу которого подключен импульсный трансформатор, выходная обмотка которого подключена к усилителю низкочастотных колебаний, включенному между однофазным двухполупериодным выпрямителем и низкочастотным электродинамическим громкоговорителем (сабвуфером), при этом усилитель низкочастотных колебаний выполнен на основе тиристора, к управляющему электроду которого подключена выходная обмотка импульсного трансформатора, анод тиристора подключен к положительному выходу первого однофазного двухполупериодного выпрямителя, а катод - к сабвуферу, резонатор которого смонтирован в защищаемом пространстве электроустановки.
При этом, в качестве задающего генератора для создания исходного сигнала для формирования низкочастотных сигналов низкой частоты управляющих включением тиристора используются дополнительно введенные четвертая понижающая обмотка и подключенный к ее выходу четвертый однофазный двухполупериодный выпрямитель, включенный на вход вышеупомянутого триггера Шмитта.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, и технический результат взаимосвязаны следующим образом.
Использование управляемого тиристора в качестве усилителя мощности сигналов низкой частоты, через который на обмотку сабвуфера поступают сигналы с однофазного двухполупериодного выпрямителя, позволяет изменять мощность, затрачиваемую на создание звуковых колебаний низкой частоты, и, соответственно, на подключение сабвуферов, сравнительно простым устройством и в широких пределах, определяемых мощностью применяемого сабвуфера. Выполнение генератора сигналов низкой частоты путем последовательного соединения триггера Шмитта, на вход которого поступает двух-полупериодное пульсирующее напряжение с выхода однофазного двухполупериодного выпрямителя, подключенного к выходу дополнительной (четвертой) понижающей обмотки трансформатора питания, первого ждущего мультивибратора, второго ждущего мультивибратора, делителя частоты, выход которого подключен к усилителю прямоугольных импульсов управления, к выходу которого подключен импульсный трансформатор, выходная обмотка которого подключена к управляющему электроду тиристора, выполняющего роль усилителя низкочастотных колебаний, позволяет добиться упрощения и снижения стоимости предлагаемого устройства. Триггер Шмитта, первый ждущий мультивибратор, который позволяет формировать передний фронт выходного сигнала генератора прямоугольных импульсов, второй ждущий мультивибратор, который позволяет изменять длительность выходного сигнала генератора прямоугольных импульсов, позволяют осуществлять настройку на оптимальный режим работы устройства при различных мощностях сабвуферов. Вышеуказанные триггер Шмитта, первый и второй ждущие мультивибраторы могут быть выполнены на широко применяемых и отличающихся надежностью микросхемах К 155ЛА3, а делитель частоты - также на широко применяемой и отличающейся надежностью микросхеме К 561ТМ 2.
Использование управляемого тиристора в качестве усилителя низкочастотных колебаний взамен дорогостоящего усилителя низкой частоты, обладающего широким частотным диапазоном (который, то есть, диапазон, используется при тушении возгораний только в низкочастотной его части) и формирователя прямоугольных импульсов, управляющих тиристором как усилителем мощности, взамен генератора сигналов, позволяет добиться упрощения и снижения стоимости предлагаемого устройства по сравнению с прототипом.
Признаки, отличающие предлагаемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях и не известны из уровня техники в процессе проведения патентных исследований, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «новизна».
По результатам исследования уровня техники в ходе проведения патентного поиска по сведениям, доступным в странах бывшего СССР и зарубежных странах, установлено, что предлагаемое техническое решение явным образом не следует из известного на сегодня уровня техники, следовательно, можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «изобретательский уровень».
На фиг. 1 изображена блок-схема электрической части устройства; на фиг. 2 - схема генератора импульсов управления, включающая формирователь прямоугольных импульсов, делитель частоты импульсов и усилитель на транзисторе с импульсным трансформатором; на фиг. 3 - формы электрических сигналов на выходе делителя частоты, где: 3.1 - тактовые (входные) импульсы; 3.2 - импульсы на прямом выходе первого триггера; 3.3 - импульсы на инверсном выходе первого триггера; 3.4 - импульсы на прямом выходе второго триггера; 3.5 - импульсы на инверсном выходе второго триггера (на выходе делителя частоты «на три»); 3.6 - формы электрических сигналов на входе усилителя, т.е. на аноде тиристора, частота следования которых равна 100 Гц; 3.7 - формы электрических сигналов, поступающих на катушку сабвуфера с катода тиристора, частота следования которых равна 33 Гц. Описание конструкции и принципа работы предлагаемого способа тушения возгораний в электроустановке и устройства для его осуществления.
Включение электроустановки и системы (устройства) ее пожарозащиты осуществляется по классической схеме самоблокировки (подключение самоподхватом). В частности, электроустановка 1 подключается, к питающей сети через блок-контакты 2 электрического магнитного пускателя 3, обмотка которого включена в питающую сеть через кнопки управления 4 («Стоп») и 5 («Пуск») и замыкающие контакты 6 собственно самого пускателя, обеспечивающие его самоблокировку. В исходном состоянии электроустановка 1 обесточена. Для первоначального включения электроустановки и системы (устройства) ее пожарозащиты используется вводной автоматический выключатель 7. После самоблокировки магнитного пускателя 3 к питающей сети подключается трансформатор 8, с третьей обмотки 9 (верхней по схеме на фиг. 1) которого напряжение поступает на двухполупериодный выпрямитель 10 и стабилизатор 11 напряжения. С выхода последнего напряжение поступает на приемно-контрольный блок контроля 12 и датчики (световой, тепловой и дымовой пожарные извещатели) 13, выходы которых подключены к входам элемента «ИЛИ» 14, выход которого подключен к входу блока контроля 12, которые таким образом включаются в режим контроля противопожарной ситуации в контролируемом объеме электроустановки 1. В таком, то есть штатном, режиме электроустановка 1 находится длительное время, отведенное на выполнение соответствующего технологического процесса (смены, суток, месяца и т.д.).
Исполнительное реле 15, конструктивно входящее в блок 12, при возникновении возгорания в электроустановке 1 своими замыкающими контактами 16, 17 и 18 обеспечивает подачу однофазных двухполупериодных пульсирующих напряжений частотой 100 Гц с выпрямителей 19, 20, 21, которые подключены к обмоткам 22, 23, 24, соответственно, на анод тиристора 25, на стабилизатор 26 постоянного напряжения питания генератора 27, формирующего сигналы управления, поступающие на управляющий электрод тиристора 25, и на стабилизатор 28 двухполупериодного однофазного напряжения (частотой 100 Гц), которое поступает на вход вышеупомянутого генератора 27 сигналов низкой частоты.
Последний состоит из последовательно соединенных триггера Шмитта 29, на вход 30 которого поступает двухполупериодное пульсирующее напряжение амплитудой 6,3 В и частотой 100 Гц с выхода однофазного двухполупериодного выпрямителя 21, подключенного к выходу обмотки 24 трансформатора 8, первый ждущий мультивибратор 31, первый элемент «И» 32, второй ждущий мультивибратор 33, который через второй элемент «И» 34, подключен к входу делителя 35 частоты (делитель частоты на «3»), выход которого подключен к усилителю прямоугольных импульсов управления, выполненному на транзисторе 36, к выходу которого подключен импульсный трансформатор 37, выходная обмотка 38 которого подключена к управляющему электроду тиристора 25, выполняющего роль усилителя низкочастотных колебаний. Катод последнего подключен к обмотке 39 низкочастотного электродинамического громкоговорителя (сабвуфера), динамическая головка 40 (диффузор) которого жестко соединена с резонатором 41. Последний в зависимости от габаритов электроустановки или наиболее ответственной конструктивной части ее, требующей пожарозащиты, прикрепляется на шкафу электроустановки 1, в которой сделано соответствующее отверстие для прохождения низкочастотных звуковых колебаний внутрь шкафа, или же непосредственно внутри шкафа в соответствующей защищаемой зоне.
Устройство для тушения возгораний в электроустановке работает следующим образом.
После включения вводного автоматического выключателя 7 и последующего замыкания (нажатия) кнопки 5 обмотка магнитного пускателя 3 подключается к зажимам питающей сети и замыкающимися контактами 6 шунтирует кнопку 5 («Пуск») и ставит себя на самоблокировку (при отпускании кнопки 5 («Пуск») обмотка магнитного пускателя 3 остается подключенной к зажимам питающей сети). При этом магнитный пускатель 3 своими блок-контактами 2 подключает электроустановку 1 к зажимам питающей сети и включает ее в работу. Одновременно с обмотки 9 через выпрямитель 10 и стабилизатор 11 напряжение питания поступает на приемно-контрольный блок 12, с которого на извещатели 13 поступает соответствующее электропитание и ставит их в режим отслеживания противопожарного состояния контролируемой зоны электроустановки 1. В таком, то есть штатном, режиме электроустановка 1 находится длительное время, отведенное на выполнение соответствующего технологического процесса (смены, суток, месяца и т.д.). В случае необходимости электроустановка 1 отключается нажатием кнопки 4, в результате чего цепь питания обмотки пускателя 3 разрывается. Соответственно, контакты 2 приходят в первоначальное положение (будут разомкнутые) и электроустановка 1, а также трансформатор 8 питания устройства для тушения возгораний отключаются от питающей сети.
В процессе работы электроустановки 1 при появлении в ней возгорания выделяющиеся продукты горения (теплота и/или световой- поток, и/или задымление) воздействуют на элементы конструкции электроустановки 1, в том числе на пожарные извещатели 13 (световой датчик, датчики температуры и задымления). Электрические сигналы с выхода того или иного извещателя 13 или с двух из них, или со всех трех извещателей 13 поступают на входы элемента «ИЛИ» 14 приемно-контрольного блока 12, что приводит к срабатыванию исполнительного реле 15. Последнее своими контактами замыкает следующие цепи: контактами 16 - цепь подачи двухполупериодного синусоидального напряжения с выхода выпрямителя 19 на анод тиристора 25; контактами 17 - цепь питания стабилизатора 26 для питания генератора 27 сигналов прямоугольных импульсов низкой частоты, поступающих на управляющий электрод тиристора 25; контактами 18 - цепь подачи двухполупериодного синусоидального напряжения с выхода выпрямителя 21 на стабилизатор 28 и далее на вход 30 триггера Шмитта 29. При этом, генератор 27, выполненный на последовательно соединенных триггере Шмитта 29, двух ждущих мультивибраторах 31 и 33, двух логических элементах «И» 32 и 34 формирует электрические сигналы низкой частоты прямоугольной формы с частотой 100±2 Гц (частота электрической сети 50 Гц), которые поступают на вход делителя 35 частоты с коэффициентом деления «на три», на выходе которого появляются сигналы прямоугольной формы, находящиеся в диапазоне 33±1 Гц, которые через усилитель на транзисторе 36 и импульсный трансформатор 37 (с обмотки 38) поступают на управляющий электрод тиристора 25. Через последний в периоды его открытия на обмотку 39 низкочастотного электродинамического громкоговорителя (сабвуфера) поступают положительные полупериоды (полуволны) синусоидального напряжения (импульсы) с частотой близкой к 33 Гц, т.е. каждый третий импульс из 100 импульсов, поступивших на анод тиристора 25. Таким образом, на анод тиристора 25 поступают оба положительные полупериоды (полуволны) синусоидального напряжения с выхода однофазного двухполупериодного мостового выпрямителя 19. Однако на выходе тиристора 25 (его катоде) и, соответственно, на обмотке 39 сабвуфера они появляются только тогда, когда будет сигнал на управляющем электроде тиристора 25. Частота повторения импульсов управления тиристором 25 на выходе делителя 35 равна 1/3 частоты питающего синусоидального напряжения на выходе стабилизатора напряжения 28 (амплитудой 6,3 В) и, соответственно, на входе 30 триггера Шмитта 29. При этом для надежности выдерживания этого соотношения частот длительность импульса управления (т.е. на выходе генератора 27 сигналов) меньше длительности полупериода (полуволны) синусоидального напряжения на аноде тиристора 25, т.е. на выходе выпрямителя 19. Это достигается следующим образом: на входе второго элемента «И» первого ждущего мультивибратора 31 включен переменный резистор, с помощью которого устанавливается момент формирования переднего фронта выходного импульса; на входе второго элемента «И» второго ждущего мультивибратора 33 включен переменный резистор, с помощью которого устанавливается длительность выходного импульса. Таким образом, в положительный полупериод с задержкой по времени относительно начала полуволны синусоидального напряжения импульсы управления поступают на управляющий электрод тиристора 25 синхронно с напряжением сети вначале каждого третьего положительного полупериода, так как используется делитель частоты с коэффициентом 1:3. Соответственно, частота на выходе двухполупериодного выпрямителя 19 равная 100 Гц будет соответствовать частоте на выходе генератора 27 равной 33 Гц.
Таким образом, с катода управляемого тиристора 25 электрические сигналы низкой частоты (каждая третья полусинусоида поступившая на анод тиристора 25 с первого выпрямителя 19), поступают на электрическую обмотку 39 сабвуфера. Диффузор 40 последнего под воздействием электромагнитной системы создает низкочастотные колебания воздушных масс, находящихся во внутреннем цилиндре резонатора 41 и, соответственно, в защищаемой зоне внутреннего объема электроустановки 1.
При этом, низкочастотные колебания звуковой частоты (в рассматриваемом случае равны 33 Гц) резонатором 41 направляются в электроустановку 1 через отверстие в ее корпусе (место совмещения отверстий резонатора и шкафа электроустановки). При этом звуковая низкочастотная волна, исходящая от диффузора низкочастотного сабвуферного динамика, направляется в защищаемую от возгораний часть пространства шкафа электроустановки 1. При колебаниях диффузора 40 сабвуфера происходят колебания воздуха в резонаторе (коллиматоре) 41 аналогично волнам гидроудара.
Так как колебания воздуха в резонаторе 41 осуществляют поступательные движения, то двигаясь (через выходное отверстие резонатора) они поступают на пламя и «срезают» его с загоревшихся элементов (электрорадиоэлементы, проводники, кабели и т.п.) установки. Одновременно с этим, в результате воздействия воздушного потока, осуществляющего в резонаторе возвратно-поступательные движения, плотность которого изменяется во времени и пространстве с частотой звуковой волны, происходит разрежение воздуха вокруг очага возгорания, мешая поступлению новой (свежей) порции воздуха, содержащего кислород, то есть происходит отсекание кислорода от очага возгорания за счет изменения (увеличения) скорости движения воздуха в акустическом поле. С увеличением скорости крайние слои пламени становятся тоньше и скорость гибели активных частиц становится больше скорости регенерации активных частиц, что приводит к снижению скорости химической реакции и уменьшению тепловыделения. В результате подавления очагов цепных реакций горения в зарождающемся пламени и блокирования притока кислорода к загорающемуся элементу электроустановки происходит понижение концентрации кислорода в воздухе до 15% и ниже, что приводит к снижению скорости тепловыделения и увеличению скорости теплоотвода из зоны горения, к исключению возникновения новых возгораний и замедлению процесса горения (окисления вещества) с последующим затуханием и полным прекращением возгорания того или иного электро-радиоэлемента и/или проводника (кабеля) электроустановки.
Делитель 35 частоты работоспособен при любом начальном состоянии триггеров, даже если при включении питания установки 1 и устройства для ее защиты от возгорания, триггеры окажутся в нулевом состоянии. В случае необходимости (например, при настройке устройства) для установки триггеров делителя 35 частоты в нулевое состояние может быть использована кнопка 42.
Применение электронного ключа, выполненного на базе управляемого тиристора, для подачи сигналов с требуемой частотой (в данном случае 33 Гц) на сабвуфер позволило предельно упростить устройство.
Таким образом, предлагаемое устройство для тушения возгораний звуковыми колебаниями низкой частоты, в отличие от прототипа, обеспечивает эффективность использования энергии звуковых колебаний для тушения возгораний в электроустановке, находящейся под напряжением, более простыми электронными блоками, обладающими меньшими энергопотреблениями, отличающимися значительно меньшей стоимостью как при создании устройства, так и при его ремонте.
Эффективность применения предлагаемого устройства обусловливается его улучшенными конструктивно-энергетическими качествами и возможностью применения менее сложных и энергоемких приборов при тушении идентичного возгорания, а также улучшением условий (удобств) технического обслуживания и эксплуатации.
Результаты экспериментальных исследований тушения возгораний в электроустановках, находящихся под напряжением, показывают, что тушение звуковыми колебаниями низкой частоты с применением в качестве низкочастотных колебаний синусоидальных колебаний сети электропитания, а в качестве усилителя низкочастотных колебаний электронного ключа на основе тиристора, управляемого от генератора низкочастотных сигналов управления, формируемых на основе синусоидальных колебаний сети электропитания последовательно соединенными триггером Шмитта, первым и вторым ждущими мультивибраторами, подключенными через усилитель и импульсный трансформатор к управляющему электроду тиристора, имеет ряд очевидных преимуществ по сравнению с применением устройства описанного в прототипе. В частности, это - не только упрощение конструктивных составляющих устройства, что очень важно, но и удешевление. Например, согласно соответсвующим технологичеким решениям требуется применение сабвуфера мощностью 1000 Вт.Соответственно, требуется усилитель низкочастотных колебаний мощностью на 15…20%, превышающей мощность сабвуфера, т.е. практически 1200 Вт, представляющего собой довольно дорогой и крупногабаритный низкочастотный усилитель, частотный диапазон которого будет использоваться в узкой полосе частот (25…65 Гц). Стоимость таких усилителей в десятки раз превышает стоимость тиристоров, используемых в качестве электронных ключей-усилителей. К тому же, применение тиристора в качестве усилителя сокращает расход электроэнергии, затрачиваемой при работе низкочастотного усилителя (тепловые потери).
Данному устройству присуще более высокое масштабное применение, т.к. оно по сравнению с известным решением имеет более простую схему, обладает большей универсальностью применения и технологичностью изготовления (схема, составленная из более простых стандартных элементов, будет обладать максимальной технологичностью изготовления).
В случае производственной необходимости создания другой частоты низкочастотных колебаний (отличающейся от 33 Гц), подаваемых на катушку сабвуфера, могут быть использованы в качестве делителей частоты импульсов JK-триггеры (делители на JK-триггерах на 2, 4, 5, 10, а также на другие нечетные коэффициенты деления). Данный подход (решение) остаются справедливыми и при любом другом нечетном коэффициенте деления, что является простой инженерной задачей.
Все вышеизложенное с учетом положительных результатов экспериментальных исследований позволяет сделать вывод о том, что заявляемый объект обладает мировой новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью.