УСТАНОВКА ГАЗОВОГО ПОЖАРОТУШЕНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА
APPARATUS OF GAS FIRE EXTINGUISHING SYSTEM WITH USE OF CARBON DIOXIDE

Изобретение относится к противопожарной технике, а именно к средствам автоматического пожаротушения, и предназначено для длительного хранения под давлением и выпуска в защищаемое помещение газового огнетушащего вещества (ГОТВ) при тушении пожаров классов А, В, С по ГОСТ 27331 и электрооборудования (электроустановок под напряжением).
Аналогом заявленного изобретения является установка пожаротушения, которая содержит емкость с пламегасительной жидкостью, заборное устройство с сифонной трубкой, распылительное устройство и баллон с жидкой углекислотой, который через запорно-пусковое устройство соединен с трубопроводом, имеющим газораспределительный участок, который размещен в донной зоне полости емкости с пламегасительной жидкостью. Заборное устройство выполнено в виде эжектора, при этом эжектирующий вход эжектора соединен с сифонной трубкой, эжектируемый вход (отверстия) связан с верхней областью полости емкости с пламегасительной жидкостью, а выход эжектора соединен с распылительным устройством (патент на изобретение №2177815, дата публикации: 10.01.2002).
В представленном аналоге указано, что в формируемом с помощью эжектора двухфазном газожидкостном потоке будут содержаться частицы конденсированной фазы с растворенной в них углекислотой, что при резком спаде давления на выходе распылительного устройства приведет к дополнительному диспергированию частиц конденсированной фазы двухфазного потока за счет явления парового взрыва.
Для возникновения и развития явление парового взрыва необходим ряд условий:
- образование такой смеси расплава и теплоносителя ячеистой структуры, которая была бы достаточно компактной, чтобы волна давления могла распространиться внутри нее;
- смесь должна иметь достаточное количество теплоносителя для образования пара;
- должен присутствовать спусковой механизм - импульс давления, который привел бы к срыву пленки пара на каплях расплава, резкой интенсификации теплообмена.
Из представленного описания не ясно, как соблюдаются вышеуказанные требования, что приведет к угрозе возникновения аварийной ситуации, связанной с преждевременным или несвоевременным образованием парового взрыва внутри установки, а не на выходе потока, что является существенным недостатком.
Прототипом заявленного технического решения является система пожарной безопасности с последовательным нагнетанием инертного газа. Управляемая система сброса давления (10) предотвращает возникновение избыточного давления в охраняемой зоне (14) при поступлении газа. Система (10) включает в себя первый и второй газовые контейнеры (12а и 12b), трубопроводы (40), первый и второй выход газа (28 и 30), при первом перепаде давлений реагирует клапан (16а), и клапаны (22, 30). Трубопровод (40) имеет выпускное отверстие (24) и соединяет первый и второй контейнеры газа (12а и 12b) друг с другом на выходе первого газа (28) с выпускным отверстием второго газа (32), соответственно. Первый на перепад давлений реагирует клапан (16а), расположенный между первым и вторым газовыми выходами (28 и 32). Клапан (22, 30) приводит в действие систему (10) и переключение между закрытым положением и открытым положением. Когда клапан (22, 30) переходит в открытое положение, контейнер первого газа (12а) находится в сообщении с выпускным отверстием (24). На первый перепад давлений реагирует клапан (16а), открывается в зависимости от разности давлений газа, вызванной уменьшением давления газа в контейнере первого газа (12а) (патент на изобретение Великобритании № WO 2007032764 (А1), дата публикации: 2007-03-22).
Основным недостатком данного устройства является отсутствие устройства контроля массы газового огнетушащего вещества, что исключает, например, обнаружение утечки газового огнетушащего вещества из модулей пожаротушения и передачу сигнала об утечке на прибор приемно-контрольный и управления пожарной автоматики, что исключает эффективную надежность работы системы в целом.
Технический результат заключается в устранении вышеуказанных недостатков: простота монтажа/демонтажа, эксплуатации и обслуживания с повышением надежности работы установки в целом.
Поставленный технический результат достигается за счет того, что установка газового пожаротушения с применением двуокиси углерода характеризуется тем, что стойка выполнена, по меньшей мере, однорядной, состоящей из рамы с хомутами, на которой закреплен, по меньшей не мере, один модуль газового пожаротушения, состоящий из баллона, запорно-пускового устройства, сифонной трубки, защитного кожуха, пускового и выпускного отверстий, закрытых колпачком и заглушкой, с возможностью присоединения заземляющего кабеля к заземляющему зажиму. В верхней части баллона расположена горловина с резьбой для установки зарядно-пускового устройства, в нижней части расположен опорный башмак, запорно-пусковой механизм, состоящий из корпуса, пускового клапана, толкателя с крышкой, узла крепления выпускного клапана, подпружиненного выпускного клапана, редуктора, уплотнительных колец, мембранного предохранительного устройства. Рукав высокого давления присоединен к трубопроводу с помощью штуцера. Устройство контроля массы состоит из весового устройства, состоящего из механического взвешивающего устройства с применением пружин, расположенных между основанием и весовой платформой, при этом весовое устройство оснащено регулировочным винтом и пороговым датчиком. На весовом устройстве установлен блок индикации массы, состоящий из корпуса и электронной платы с разъемами, на стойке весового устройства установлен блок контроля сигналов, при этом блоки индикации массы, головного устройства и блок контроля сигналов соединены между собой симметричными кабелями с разъемами. Комбинированное устройство электромеханического пуска состоит из устройства электротехнического пуска и устройства ручного пуска. Устройство электротехнического пуска представляет собой соленоид с подвижным штоком, воздействующим на механическую защелку, далее  на пусковой клапан, Герметичность соединения устройства электротехнического пуска с запорно-пусковым устройством обеспечивается медной прокладкой. Устройство ручного пуска состоит из поворотного рычага, расположенного на лицевой панели комбинированного устройства электромеханического пуска, с возможностью сцепления с механической защелкой, расположенной в корпусе устройства. Коллектор состоит из трубопровода со штуцерами, клапана шарового с контролем положения задвижки, установленного на выходе коллектора, клапана предохранительного, муфты для установки сигнализатора давления и фланцевого соединения, устройства пневматического пуска, состоящего из устройства пневматического и ручного пуска, рукавов высокого давления линии пневматического пуска, дренажного клапана устройства пневматического пуска и обратного клапана пневматического пуска.
При этом однорядная стойка включает от одного до десяти модулей.
При этом стойка выполнена, по крайней мере, двухрядной.
При этом двухрядная стойка включает до двадцати модулей.
При этом модуль имеет вместимость не менее 30 л, 60 л, 80 л, 100 л.
При этом однорядная стойка укомплектована устройством электрического, ручного и дистанционного пуска.
При этом двухрядная стойка укомплектована устройством ручного пуска.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 показан главный вид однорядной установки.
На фиг. 2 показан вид сбоку однорядной установки.
На фиг. 3 показан вид сверху однорядной установки.
На фиг. 4 показан главный вид двухрядной установки.
На фиг. 5 показан вид сбоку двухрядной установки.
На фиг. 6 показан вид сверху двухрядной установки.
На фиг. 7 показана схема соединения элементов устройства контроля массы однорядной установки.
На фиг. 8 показана схема соединения элементов устройства контроля массы двухрядной установки.
На фиг. 9 показан вид сбоку запорно-пускового устройства (далее - ЗПУ).
На фиг. 10 показан главный вид запорно-пускового устройства в разрезе.
На фиг. 11 показан главный вид комбинированного устройства электромеханического пуска.
На фиг. 12 показан вид сбоку комбинированного устройства электромеханического пуска.
На фиг. 13 показан главный вид устройства контроля массы.
На фиг. 14 показан вид сбоку устройства контроля массы.
На фиг. 1-3 указаны:
1 - модуль газового пожаротушения (далее - ГПТ);
2 - стойка установки (батареи) газового пожаротушения;
3 - устройство комбинированного электромеханического пуска;
4 - рукав высокого давления (далее - РВД);
5 - обратный клапан первого (пилотного) модуля газового пожаротушения с отводом под пневматический пуск;
6 - обратный клапан ведомого модуля ГПТ;
7 - весовое устройство;
8 - ручной дистанционный пуск, смонтированный на панели стойку установки (батареи) ГПТ;
9 - коллектор в сборе;
9.1 - коллектор;
9.2 - шаровой клапан с контролем положения;
9.3 - предохранительный клапан;
9.4 - сигнализатор давления универсальный (далее - СДУ);
9.5 - фланцевое соединение;
10 - устройство пневматического пуска в сборе;
10.1 - пневматический пуск ведомого модуля;
10.2 - рукав высокого давления линии пневматического пуска;
10.3 - дренажный клапан устройства пневматического пуска;
10.4 - обратный клапан линии пневматического пуска.
На фиг. 4-6:
1 - модуль ГПТ;
2 - стойка установки (батареи) ГПТ;
3 - устройство комбинированного электромеханического пуска;
4 - РВД;
5 - обратный клапан первого (пилотного) модуля ГПТ с отводом на пневматический пуск;
6 - обратный клапан ведомого модуля ГПТ;
7 - весовое устройство;
8 - ручной дистанционный пуск;
9 - коллектор в сборе;
10 - устройство пневматического пуска.
На фиг. 7:
11 - блок контроля сигналов;
12 - блок индикации массы;
7 - весовое устройство;
13 - кабель подключения первого блока индикации массы к блоку контроля сигналов;
14 - кабель последовательного соединения блоков индикации массы;
15 - панель крепления блока индикации массы;
9.4 - СДУ;
9.2 - шаровой клапан с контролем положения задвижки;
16 - оконечное устройство линии устройства контроля потери массы газового огнетушащего вещества (далее - ГОТВ);
17 - кабель подключения устройства комбинированного электромеханического пуска;
18 - кабель подключения СДУ;
19 - кабель подключения устройства контроля положения задвижки шарового клапана.
На фиг. 8:
11 - блок контроля сигналов;
12 - блок индикации массы;
7 - весовое устройство;
13 - кабель подключения первого блока индикации массы к блоку контроля сигналов;
14 - кабель последовательного соединения блоков индикации массы;
15 - панель крепления блока индикации массы;
9.4 - СДУ;
9.2 - шаровой клапан с контролем положения задвижки;
16 - оконечное устройство линии устройства контроля потери массы ГОТВ;
17 - кабель подключения устройства комбинированного электромеханического пуска;
18 - кабель подключения СДУ;
19 - кабель подключения устройства контроля положения задвижки шарового клапана.
На фиг. 9-10:
20 - узел для герметичного присоединения устройства комбинированного электромеханического пуска (для пилотного модуля) или элемента пневматического пуска для ведомых модулей ГПТ;
21 - элемент фиксации пускового клапана;
22 - пусковой клапан нажимного действия;
23 - пружина удержания клапана ЗПУ в закрытом состоянии;
24 - клапан ЗПУ;
25 - прокладка с каналами для подачи пускового давления к поршню ЗПУ;
26 - корпус поршня;
27 - поршень открытия клапана ЗПУ (привод клапана);
28 - уплотняющая кольцевая прокладка поршня;
29 - уплотняющая прокладка штока;
30 - корпус ЗПУ;
31 - предохранительное устройство (предохранительная мембрана и болт фиксации мембраны);
32 - крышка ЗПУ.
На фиг. 11-12:
33 - корпус комбинированного устройства электромеханического пуска;
34 - крышка корпуса;
35 - элементы крепления;
36 - узел крепления соленоида;
37 - соленоид;
38 - разъем подключения соленоида;
39 - предохранительное кольцо (чека) ручного пуска;
40 - гайка присоединения к ЗПУ;
41 - ручной пуск;
42 - устройство взведения комбинированного электромеханического пуска;
43 - узел подключения дистанционного механического пуска;
44 - гайка фиксации соленоида;
45 - шток;
46- элементы крепления передней панели;
47 - медная прокладка герметичного присоединения к ЗПУ.
На Фиг. 13-14:
48 - платформа весового устройства для установки модуля ГПТ;
49 - пружины;
50 - панель крепления блока индикации массы;
51 - основание весового устройства;
52 - датчик потери массы (без инерционный концевой выключатель);
53 - винт регулировки точки срабатывания датчика потери массы;
54 - гайка фиксации регулировочного винта;
12 - блок индикации массы;
55 - кабель подключения датчика контроля падения массы к блоку индикации массы;
56 - стойка с регулировкой горизонтальной установки весового устройства;
57 - гайка фиксации стойки.
Заявленная установка работает следующим образом.
Дежурный режим.
2
В дежурном режиме установка газового пожаротушения предназначена для хранения газового огнетушащего вещества (в данном случае CO) и постоянном контроле сохранности ГОТВ. При снижении массы ГОТВ в одном из модулей ГПТ ниже 5% выдается сигнал о неисправности - утечке ГОТВ. В дежурном режиме газовое огнетушащее вещество находится под давлением собственных паров в замкнутом пространстве каждого из модулей установки и ограничено баллоном и запорно-пусковым устройством, находящимся в закрытом состоянии. При этом клапан ЗПУ (фиг. 9-10 поз. 24) находится в закрытом состоянии и герметизирует внутренний объем модуля с ГОТВ. Все элементы подачи (выпуска) ГОТВ установки пожаротушения, такие как РВД, коллектор, устройство пневматического пуска (при наличии), не находятся под избыточным давлением. Модули ГПТ в свою очередь смонтированы в раме установки, удерживаются в вертикальном положении хомутами и установлены на весовые устройства.
Весовые устройства постоянно контролируют массу модулей ГПТ с ГОТВ и настроены на выдачу сигнала о снижении массы ГОТВ более 5%. В нормальном режиме (отсутствие утечек ГОТВ) устройство контроля массы не формирует сигнал «Потеря массы». Контролируемое положение шарового клапана в дежурном режиме соответствует положению - клапан открыт и не формируются сигналы «Неисправность» и «Задвижка». В случае возникновения утечек одного из модулей установки или нескольких модулей в установке весовые устройства данных модулей формируют сигнал о потере массы, который в свою очередь контролируется блоками индикации массы и при действии данного сигнала в интервале более 60 секунд. Передается по цифровой линии связи (соединительные кабели) на головное устройство установки ГПТ - Блок контроля сигналов, который в свою очередь формирует сигнал «Неисправность» и «Потеря массы», которые выдаются в виде «сухих контактов» (переключение реле) на внешние устройства установки пожаротушения (прибор контроля и управления пожаротушением) и индицируются на панели блока контроля сигналов.
Алгоритм работы устройства контроля массы построен таким образом, чтобы обеспечить высокую достоверность сигналов о потере массы. Обеспечивается временным интервалом в 60 секунд, в действии которого единичные импульсы и кратковременные размыкания контактов датчика весового устройства воспринимаются как ложные, связанные с внешними воздействиями в виде механических вибраций. Причем для настройки точки срабатывания индикация состояния датчика контроля массы весового устройства выполнена без временной задержки.
Режим пожаротушения (выпуска ГОТВ).
В нормальных условиях переход в режим запуска установки (выпуска ГОТВ, режим пожаротушения) происходит из дежурного режима, не взирая на возможные сигналы о неисправностях или снижении массы.
При обнаружении пожара пожарная сигнализация, в частности прибор управления пожаротушением, выдает командный сигнал на запуск установки пожаротушения в виде электрического сигнала 24В, заданной длительности и с заданной силой тока. Данный электрический импульс поступает через блок контроля сигналов и соединительные кабели на комбинированное устройство электромеханического пуска. При этом шток электромеханического пуска, установленный на ЗПУ пилотного модуля (устанавливается герметично через медную прокладку на специальный штуцер ЗПУ), действует на пусковой клапан ЗПУ, после чего происходит перетекание небольшой части ГОТВ и создается давление на поршне, который в свою очередь открывает клапан ЗПУ и обеспечивает выход ГОТВ из первого модуля. ГОТВ поступает в РВД и далее в коллектор и трубную разводку защищаемого помещения.
В случае использовании в установке группы модулей, давление, создаваемое в коллекторе от выхода первого модуля, поступает в устройство пневматического пуска и приводит к открытию ЗПУ следующих (ведомых) модулей. ГОТВ из каждого модуля по РВД поступает в общий коллектор и подается в защищаемое помещение. Причем время выхода не должно превышать 60 секунд. Независимо от количества модулей в установке достигается использование коллекторов разного диаметра. После выпуска ГОТВ остаточное давление из устройства пневматического пуска стравливается через дренажный клапан, установленный в конце линии пневматического пуска на последнем модуле. Срабатывание установки и выход ГОТВ контролируются при помощи сигнализатора давления, установленного на коллекторе установки. При выходе ГОТВ из модулей происходит срабатывание датчиков потери массы и как следствие через 60 секунд приводит к выдаче сигнала о неисправности и потере массы, что также подтверждает выпуск ГОТВ.
Режим обслуживания.
Режим обслуживания предусмотрен для проведения регулярных операций по поддержанию установки в рабочем состоянии и обеспечивает безопасное обслуживание без риска несанкционированного выпуска ГОТВ в защищаемое помещение в отсутствии пожара и с возможным пребыванием людей в защищаемом помещении на момент проведения обслуживания или тестирования установки.
Для перехода в режим обслуживания необходимо закрыть шаровой клапан с контролем положения на выходе коллектора, перекрыв тем самым возможный выход ГОТВ в защищаемое помещение. При этом работа как в ручном, так и в автоматическом режиме будет невозможна. При закрытии клапана происходит немедленная выдача внешних сигналов о неисправности и переводе задвижки в режим обслуживания. В случае последующего неполного открытия клапана, по завершении обслуживания, сигнал о закрытии задвижки не выдается, а сигнал неисправность все еще формируется, т.к. при неполном открытии клапана нормальная (расчетная) работа установки невозможна. Сигнал неисправность будет выдаваться на внешние устройства до тех пор, пока клапан не будет переведен в полностью открытое состояние, тем самым достигается высокая вероятность безотказной и правильной работы, и исключается влияние человеческого фактора.
2
Данная функция по безопасному обслуживанию может использоваться не только на установках с применением CO, но и на других ГОТВ, но наиболее актуальна именно на газовых составах, опасных для человека в огнетушащих концентрациях. Для предотвращения возможного повреждения конструкции установки ГПТ высоким давлением при выпуске и закрытом клапане предусмотрен предохранительный клапан, установленный непосредственно на коллекторе.
Пусконаладка, режим калибровки весовых устройств.
После сборки на объекте установки газового пожаротушения, а также периодически необходимо произвести калибровку (настройку) порога срабатывания датчиков весовых устройств. Причем, в отличие от других устройств контроля потери массы, использующих весы с тензодатчиками в предложенной к патентованию установке, нет необходимости в ежегодных поверках весов. Данная процедура производится на полностью смонтированной установке при помощи образцового динамометра на растяжение. Вся процедура сводится к тому, что при помощи динамометра производится частичное снижение нагрузки на весовое устройство с установленным модулем. Для этого крюк динамометра цепляется за верхнюю часть модуля и создается усилие вверх, направленное на снижение силы воздействия модуля на весовую платформу, равную потере массы ГОТВ в 5%. В этом состоянии производится настройка регулировочного винта до появления сигнала о снижении массы. Такая операция производится для каждой весовой платформы с установленным модулем, который будет находится на данной платформе при эксплуатации.
Данный принцип настройки позволяет качественно улучшить процесс калибровки, значительно сократить время на настройку и повысить точность настройки.
Таким образом, проведенный анализ и испытание опытного образца подтверждают достигаемый технический результат заявленного изобретения, заключающийся в простоте монтажа/демонтажа, эксплуатации и обслуживания с повышением надежности установки в целом.
Применение устройства контроля массы с полностью готовыми элементами, обеспечивающее простоту сборки с отсутствием ошибок, обеспечивающее проведения настройки точки срабатывания датчиков контроля потери массы непосредственно на собранной установке с применением динамометра на растяжение, обеспечивает быстроту и высокую точность настройки без применения тензометрических датчиков.
2
Устройство контроля массы состоит из следующих элементов. Весового устройства, состоящего из механического взвешивающего устройства с применением пружин с заданными характеристиками, расположенными между основанием и весовой платформой. Кроме этого, весовое устройство оснащено регулировочным винтом для настройки точки срабатывания потери массы газового огнетушащего вещества и порогового датчика типа «сухой контакт» (концевой переключающий выключатель без фиксации). Данное весовое устройство не является средством измерения, т.к. в процессе работы не выдает количественное значение измеренной величины, в данном случае массы. Настройка точки срабатывания производится регулировочным винтом при помощи образцового динамометра на растяжение (калибровка при сборке установки). Сигнал в виде размыкания контактов датчика при снижении массы модуля ГПТ с ГОТВ CO ниже допустимой величины поступает на блок индикации массы.
Блок индикации массы состоит из корпуса и электронной платы с разъемами. Обеспечивает контроль целостности цепи связи с датчиком и обеспечивает индикацию, временные задержки передачи сигнала о снижении массы (временной фильтр 60 сек) и преобразование и передачу сигнала по цифровому протоколу (RS485 или собственному уникальному протоколу на головное устройство (Блок обработки сигналов). Причем блок индикации устанавливается непосредственно на весовом устройстве и имеет два разъема для подключения к головному устройству или к предыдущему блоку индикации и к следующему блоку индикации. Выходной разъем блока индикации, установленного последнем в цепи, оснащается оконечным устройством. При этом головное устройство при включении может автоматически определить количество блоков индикации в цепи и в дальнейшем при эксплуатации опрашивать по цифровой линии связи именно необходимое (определенное при включении) количество блоков индикации массы. Таким образом, в системе организовано автоматическое конфигурирование установки.
Для соединения блоков индикации массы и головного устройства - блока контроля сигналов используются симметричные кабели с разъемами (не требуют определения направления включения). Кабели выполнены в металлической оплетке и имеют четыре проводника: два для подачи питания на блоки индикации массы и два для организации цифровой линии связи. Блок контроля сигналов крепится на боковой поверхности стойки и предназначен для контроля состояния весовых устройств, а также обеспечивает удобное подключение всех необходимых сигналов для работы установки газового пожаротушения. Устройство пневматического пуска предназначено для организации запуска группы модулей от одного электрического импульса. Электрический импульс подается на первый (пилотный) модуль установки ГПТ (батареи ГПТ, группы модулей ГПТ) и активирует выпуск ГОТВ в коллектор. Устройство пневматического пуска, также подключенное к коллектору, передает давление газа в коллекторе к запорно-пусковым устройствам следующих в группе модулей и также активирует из запорно-пусковые устройства. Для предотвращения остаточного давления в линиях пневматического пуска используется дренажный клапан.
Модульная (блочная) конструкция батареи, полностью подготовленная в заводских условиях. Отсутствие необходимости в изготовлении кабелей связи непосредственно на объекте сборки установки газового пожаротушения и как следствие исключение возможных ошибок.
Применение шарового клапана с контролем положения задвижки позволяет проводить обслуживание установки без риска выхода газового огнетушащего состава в защищаемое помещение. В тоже время контроль положения клапана позволяет гарантировать, что установка не может быть заблокирована при дежурном режиме, а на момент перекрытия клапана для обслуживания блоком контроля сигналов выдается внешний сигнал о режиме обслуживания и неисправности.
Заявленное изобретение является новым, поскольку вся совокупность существенных признаков неизвестна из предшествующего уровня техники, приведенной в соответствующем разделе описания.
Заявленное техническое решение имеет изобретательский уровень, поскольку оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники.
Является промышленно применимым по отношению к противопожарной технике, а именно к средствам автоматического пожаротушения, и предназначено для длительного хранения под давлением и выпуска в защищаемое помещение газового огнетушащего вещества (ГОТВ) при тушении пожаров классов А, В, С по ГОСТ 27331 и электрооборудования (электроустановок под напряжением). Заявленное изобретение может быть использовано как в модульных установках, так и в централизованных системах.