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 другие 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 имеют место случаи тушения возгораний не только оператором (лицом, осуществляющим обслуживание электроустановки), но и другим лицом, оказавшимся рядом с электроустановкой и имеющим 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, на 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 исключаются воздействия 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 и резонатор колебаний низкой частоты, одной стороной жестко прикрепленный к корпусу громкоговорителя, 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).
Известно 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, 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», опубликованную 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).
+
+
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 на специализированном стенде показали оптимальные частоты сигналов низкой частоты, равные 33. 1 Гц (для установок, преимущественно, горизонтальной компоновки) и 25. 1 Гц (для установок вертикальной компоновки). То есть применению промышленного широкочастотного 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.
Наиболее близким аналогом (прототипом) по технической сущности, числу совпадающих признаков и достигаемому техническому результату является 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, 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, 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 катушке электродинамической системы низкочастотного громкоговорителя, резонатор которого смонтирован в защищаемом пространстве электроустановки (см. заявку на предполагаемое изобретение №2021128706 от 30.09.2021 г. «Способ тушения возгораний в электроустановке и устройство для его осуществления» МПК А62С 37/00; заявитель Курганская государственная сельскохозяйственная академия им. Т.С. Мальцева).
В данном устройстве в качестве задающего генератора 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.
При этом, использование управляемого тиристора в качестве усилителя мощности сигналов низкой частоты, через который на обмотку звуковой катушки электродинамической системы низкочастотного громкоговорителя 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 двухполупериодное 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 высокой надежностью микросхемах К 155ЛА3, а делитель частоты - также на широко применяемой и отличающейся надежностью микросхеме К 561ТМ2.
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 узкой низкочастотной его части) и формирователя прямоугольных импульсов, управляющих тиристором как усилителем мощности, взамен генератора сигналов, позволяет добиться упрощения и снижения стоимости данного устройства по сравнению с вышеприведенными аналогами.
Таким образом, задачей данного технического решения (прототипа) является упрощение электрической части устройства, обеспечивающего подавление очага возгорания в электроустановке звуковыми колебаниями низкой частоты (близкой к частоте 33 Гц) в режиме автоматического управления.
+
+
Данному устройству присущ такой недостаток как невысокая эффективность тушения возгораний в электроустановках вертикальной компоновки, имеющих большие габариты, прежде всего, высоту. Размещение сабвуфера в верхней части установки не обеспечивает эффективное тушение возгораний в ее нижней части (и наоборот, если сабвуфер будет расположен в нижней части электроустановки). Проведенные опыты показали, что этот недостаток характерен при обеспечении пожарной безопасности большой (по габаритам и насыщенной большим количеством электрических и электронных блоков) установки вертикальной компоновки. Кроме того, в известном устройстве для оптимального процесса тушения (что было установлено экспериментальным путем на конкретной электроустановке в лаборатории «Применение низкочастотных колебаний звуковой частоты в пожаротушении» Курганской ГСХА) применяется частота сигналов, подаваемых на управляющий электрод тиристора и, соответственно, частота изменения воздушного потока, подаваемого на очаг возгорания, равная 33 Гц, получаемая из 100 Гц делением на 3. При этом многочисленные эксперименты показали, что частота сигналов, подаваемых на управляющий электрод тиристора и, соответственно, частота изменения воздушного потока, подаваемого на очаг возгорания, первоисточником получения которой является частота питающей электросети, может находиться в диапазоне 32, 33, 34 Гц из-за неустойчивости частоты питающей электросети. Наряду с этим, блоку управления (тиристором как усилителем мощности), состоящему из генератора сигналов низкой частоты, выполненного последовательным соединением триггера Шмитта, первого ждущего мультивибратора, второго ждущего мультивибратора и делителя частоты, выход которого подключен к усилителю прямоугольных импульсов управления на транзисторе, к выходу которого подключен импульсный трансформатор, выходная обмотка которого подключена к управляющему электроду вышеупомянутого тиристора, выполняющего роль усилителя низкочастотных колебаний, подаваемых на электродинамический громкоговоритель сабвуфера, присущ такой недостаток как сравнительная сложность. В частности, для управления тиристором как усилителем мощности, нет необходимости формирования «идеального» переднего фронта выходного сигнала генератора прямоугольных импульсов, что предопределило применение триггера Шмитта, первого ждущего мультивибратора, а также второго ждущего мультивибратора, который позволяет изменять длительность выходного сигнала генератора прямоугольных импульсов, что в конечном итоге позволяет осуществлять настройку на оптимальный режим работы устройства при различных мощностях сабвуферов. В связи с изменением частоты сигналов, подаваемых на управляющий электрод тиристора и, соответственно, частоты изменения воздушного потока, подаваемого на очаг возгорания, первоисточником получения которой является частота питающей электросети, которая может находиться в диапазоне 32, 33, 34 Гц из-за неустойчивости частоты питающей электросети, требования к «идеализации» формы сигналов, подаваемых на управляющий электрод тиристора, приводят к избыточности аппаратуры, в частности, блока управления тиристором, имеющего намоточное изделие (импульсный трансформатор), что в определенной степени усложняет технологию изготовления вышеуказанного блока управления тиристором и в определенной степени теряет практический смысл в реализации известного научно-технического решения. Наряду с вышеизложенным, экспериментальным путем было установлено на электроустановке вертикальной компоновки (2100×750×170 мм), что более приемлемым (оптимальным) является применение двух сабвуферов (расположенных в верхней и нижней частях электроустановки), обеспечивающих подачу частот сигналов, равных 25. 1 Гц на управляющие электроды двух тиристоров, что позволяет создать суммарный (общий) воздушный поток, подаваемый на очаг возгорания, изменяющий свое перемещение внутри электроустановки (поочередно сверху-вниз, а затем снизу-вверх) с частотой равной 25. 1 Гц. Данная частота может быть получена из частоты, получаемой на выходе однофазного двухполупериодного выпрямителя (моста) 100 Гц делением на 4.
Общими признаками известного устройства с предлагаемым устройством является наличие блока питания, выполненного на понижающем трансформаторе, содержащем одну первичную и четыре вторичные обмотки, к выходам которых подключены четыре двухполупериодных выпрямителя, стабилизаторов напряжения для питания электронных узлов устройства, генератора сигналов низкой частоты, усилителя низкой частоты, выполненного на основе управляемого тиристора, исполнительного реле, конструктивно и функционально входящего в приемно-контрольный блок, на входы которого через трехвходовой элемент «ИЛИ» подключены три пожарных извещателя (датчика), размещенные в защищаемой от пожара зоне электроустановки, низкочастотного электродинамического громкоговорителя и резонатора, прикрепленного к корпусу электроустановки.
В частных случаях, то есть в конкретных формах исполнения, изобретение характеризуется следующими признаками: устройство для тушения возгораний в электроустановках, преимущественно, вертикальной компоновки, в том числе находящихся под напряжением, содержит 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 к входам первого, второго, третьего и четвертого однофазных двухполупериодных выпрямителей, первый из которых подключен к стабилизатору напряжения для питания приемно-контрольного блока, к выходу которого подключено исполнительное реле, второй выпрямитель через замыкающийся контакт исполнительного реле подключен к стабилизатору напряжения для питания формирователя сигналов низкой частоты, третий и четвертый выпрямители подключены через замыкающиеся контакты исполнительного реле, соответственно, к анодам первого и второго усилителей мощности сигналов низкой частоты, выполненных на управляемых тиристорах, катоды которых подключены к звуковым катушкам электродинамических систем громкоговорителей, конструктивно соединенных с резонаторами частоты, один из которых расположен в верхней части установки, а второй - в ее нижней части, при этом к входу приемно-контрольного блока подключен выход трехвходового элемента «ИЛИ», на входы которого подключены пожарные извещатели, расположенные в защищаемом пространстве электроустановки, при этом к управляющим электродам вышеупомянутых тиристоров подключены выходы усилителей-формирователей низкочастотных сигналов, к входам которых подключены прямой и инверсный выходы триггера, объединенный вход которого подключен к выходу задающего генератора импульсов низкой частоты.
В отличие от прототипа предлагаемое устройство содержит два идентичных канала, каждый из которых содержит размещенные в электроустановке сабвуферы, конструктивно содержащие резонаторы и электродинамические громкоговорители, звуковые катушки электродинамических систем (головок) которых подключены к анодам тиристоров, катоды которых подключены к общей шине, а управляющие электроды - к выходам усилителей на транзисторах, на входы которых через последовательно соединенные логические элементы «2И-НЕ» подключены выходы триггера, к объединенному входу которого подключен выход формирователя прямоугольных импульсов, выполненный на последовательно соединенных задающем генераторе прямоугольных импульсов и двух логических элементов «2И-НЕ».
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 повышении эффективности тушения возгораний в электроустановках, имеющих большие габариты, преимущественно, вертикальные компоновки, а также упрощении электронных блоков, применяемых 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 (узлов), часть которых представляет собой завершенные промышленно изготовляемые отдельные изделия (стабилизаторы напряжения, низкочастотные электродинамические громкоговорители для создания сабвуферов, приемно-контрольный блок, противопожарные световой, тепловой и дымовой извещатели, исполнительное реле, широко распространенные микросхемы, транзисторы и диоды, электрический магнитный пускатель, кнопки «Пуск» и «Стоп», тиристоры, трансформатор).
Технический результат заключается в повышении эффективности использования энергии низкочастотных колебаний воздуха, создаваемых в диапазоне, обеспечивающем эффективное тушение возгораний в электроустановке вертикальной компоновки, находящейся под напряжением, более простыми электронными устройствами, что, наряду с этим, повышает надежность устройства в эксплуатации и снижает стоимость при изготовлении.
Технический результат обеспечивается следующей совокупностью признаков: устройство для тушения возгораний в электроустановках, преимущественно, вертикальной компоновки, в том числе находящихся под напряжением, содержит 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 к входам первого, второго, третьего и четвертого однофазных двухполупериодных выпрямителей, первый из которых подключен к стабилизатору напряжения для питания приемно-контрольного блока, к выходу которого подключено исполнительное реле, второй выпрямитель через замыкающийся контакт исполнительного реле подключен к стабилизатору напряжения для питания формирователя сигналов низкой частоты, третий и четвертый выпрямители подключены через замыкающиеся контакты исполнительного реле, соответственно, к анодам первого и второго усилителей мощности сигналов низкой частоты, выполненных на управляемых тиристорах, катоды которых подключены к звуковым катушкам электродинамических громкоговорителей, направленных диффузорами навстречу друг другу и конструктивно соединенных с резонаторами частоты, один из которых расположен в верхней части установки, а другой - в ее нижней части, при этом к управляющим электродам тиристоров подключены усилители-формирователи импульсов, входы которых подключены к прямому и инверсному выходам триггера, объединенный вход которого подключен к выходу формирователя импульсов, вход которого подключен к выходу задающего генератора импульсов низкой частоты, при этом к входу приемно-контрольного блока подключен выход трехвходового элемента «ИЛИ», на входы которого подключены пожарные извещатели, расположенные в защищаемом пространстве электроустановки.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, и технический результат взаимосвязаны следующим образом.
Использование двух управляемых тиристоров в качестве усилителей мощности сигналов низкой частоты, через которые на звуковые катушки электродинамических систем (головок) громкоговорителей верхнего и нижнего сабвуферов, направленных диффузорами навстречу друг другу и расположенных в верхней и нижней частях электроустановки, поступают сигналы с однофазных двухполупериодных выпрямителей в периоды открывания тиристоров с частотой 25 Гц, позволяет создать воздушный поток, изменяющийся во времени и в пространстве с частотой 25 Гц во всем объеме (сверху вниз и обратно) защищаемой электроустановки вертикальной компоновки.
Использование перестраиваемого генератора прямоугольных сигналов низкой частоты и триггера для поочередного открывания тиристоров и, соответственно, поочередного включения в работу верхнего и нижнего сабвуферов не только повышает эффективность тушения возгораний, но и позволяет добиться упрощения 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».
Результаты анализа и синтеза электрических и электронных схем узлов, содержащихся в предлагаемом устройстве, и опробования их на лабораторной установке для проверки работоспособности, показывают соответствие заявляемого технического решения критерию «промышленная применимость».
На фиг. 1 изображена блок-схема электрической части устройства;
на фиг. 2 - схемы электронных узлов для формирования управляющих импульсов поочередного включения сабвуферов;
на фиг. 3 - изображены формы электрических сигналов на выходах узлов электронной части устройства, в частности: на фиг. 3.1 - тактовые (выходные) прямоугольные импульсы на выходе формирователя, подключенного к выходу задающего генератора; на фиг. 3.2 - импульсы на прямом (верхнем на фиг. 2) выходе триггера; на фиг. 3.3 - импульсы на инверсном (нижнем на фиг. 2) выходе триггера; на фиг. 3.4 - импульсы на выходах однофазных двухполупериодных выпрямителей и, соответственно, на анодах тиристоров, частота следования которых равна 100 Гц; на фиг. 3.5 и 3.6 - формы электрических сигналов, поступающих на звуковые катушки электродинамических систем громкоговорителей сабвуферов с катодов тиристоров, частота следования которых равна 25 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 замыкающиеся контакты 6 собственно самого пускателя, обеспечивающие его самоблокировку. В исходном состоянии электроустановка 1 обесточена. Для включения электроустановки и системы (устройства) ее пожарозащиты в работу используется вводной автоматический выключатель 7. После самоблокировки магнитного пускателя 3 к питающей сети подключается трансформатор 8, с обмотки 9 которого напряжение поступает на однофазный 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.).
При возникновении возгорания в электроустановке 1 соответствующий сигнал с одного из датчиков 13 (или сигналы из двух, или со всех трех датчиков в зависимости от материала и конструктивных особенностей электрорадиоэлемента, подвергнувшегося возгоранию) через элемент «ИЛИ» 14 поступает на вход приемно-контрольного блока 12 исполнительное реле 15 которого (конструктивно входящее в блок 12) своими замыкающимися контактами 16, 17, 18 обеспечивает замыкание соответствующих электрических цепей для подачи однофазных двухполупериодных пульсирующих напряжений частотой 100 Гц с выпрямителей 19, 20, 21, которые подключены к обмоткам 22, 23, 24, соответственно, на анод первого тиристора 25, на стабилизатор 26 постоянного напряжения для питания генератора 27, на анод второго тиристора 28. Задающий генератор 27 формирует прямоугольные сигналы с частотой 25 Гц, поступающие на триггер 29, выходы которого через усилители-формирователи 30, 31 сигналов управления поступают на управляющие электроды тиристоров 25 и 28.
Генератор 27, формирующий сигналы управления прямоугольной формы, состоит из последовательно соединенных транзистора 32 и трех последовательно соединенных логических элементов «2И-НЕ» 33, 34, 35. С выхода элемента 35 сигналы прямоугольной формы с определенной частотой (в частности, 25 Гц), устанавливаемой резисторами 36 и 37, поступают на вход триггера 29, построенного на двух логических элементах 38 и 39. Прямой (верхний по схеме на фиг. 2) и инверсный (нижний по схеме на фиг. 2) выходы триггера 29 подключены к входам двух формирователей-усилителей прямоугольных импульсов управления, каждый из которых выполнен на двух последовательно соединенных логических элементах «2И-НЕ», в частности, 40, 41 и транзисторе 42, к выходу которого подключен управляющий электрод первого (верхнего по схеме на фиг. 1) тиристора 25, и на последовательно соединенных логических элементах «2И-НЕ» 43, 44 и транзисторе 45, к выходу которого подключен управляющий электрод второго (нижнего по схеме на фиг. 1) тиристора 28. Катоды тиристоров 25 и 28 подключены к звуковым катушкам 46 и 47, соответственно, верхнего и нижнего низкочастотных электродинамических громкоговорителей, диффузоры которых 48 и 49 направлены навстречу друг другу и конструктивно расположены в резонаторах 50 и 51. Последние в зависимости от габаритов электроустановки или наиболее ответственной конструктивной части ее, требующей особой пожарозащиты, прикрепляются соответствующим образом. Например, первый сабвуфер крепится на верхней части корпуса электроустановки 1, в которой сделано соответствующее отверстие для прохождения низкочастотных звуковых колебаний внутрь шкафа (стойки), а нижний - в нижней части корпуса или же непосредственно внутри шкафа (стойки) 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 трансформатора 8 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.
Если в процессе работы электроустановки 1 по какой-либо причине происходит возгорание электрорадиоэлемента или проводника (кабеля), то выделяющиеся продукты горения (теплота и/или световой поток, и/или задымление) воздействуют на элементы конструкции электроустановки 1, в том числе на пожарные извещатели (датчики) 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 полусинусоидального напряжения с выхода выпрямителя 21 на анод тиристора 25; контактами 17 - цепь подачи двухполупериодного полусинусоидального напряжения с выхода выпрямителя 20 на стабилизатор 26 для питания генератора 27 сигналов прямоугольных импульсов низкой частоты, поступающих через триггер 29 и усилители 30 и 31 на соответствующие им по схеме управляющие электроды тиристоров 25 и 28; контактами 18 - цепь подачи двухполупериодного полусинусоидального напряжения с выхода выпрямителя 19 на анод тиристора 28. Одновременно с этим, с транзистора 32 через формирователь (на трех логических элементах «2И-НЕ» 33, 34 и 35) электрические сигналы низкой частоты прямоугольной формы с частотой равной 50 Гц (установленной посредством переменных резисторов 36, 37) поступают на объединенный вход триггера 29, на прямом и инверсном выходах которого будут появляться частоты равные 25 Гц, т.е. частоты, обеспечивающие оптимальный режим (оперативность) тушения возгораний электроэлементов и соединительных проводов (кабелей) электроустановки вертикальной компоновки. Предварительно устанавливаемая частота 25 Гц, измеряемая на прямом и инверсном выходах триггера 29 (экспериментально установлено, что она может находиться в диапазоне 24…26 Гц), предварительно определяется экспериментальным путем при производстве электроустановок данного типа (модели). Сигналы прямоугольной формы установленной частоты, равной 50 Гц, поступают на вход триггера 29, на выходах которого появляются сигналы прямоугольной формы, равные 25 Гц и находящиеся в противофазе относительно друг друга. Именно поэтому, частота, устанавливаемая на выходе генератора 27 устанавливается равной 50 Гц. Сигналы с частотой 25 Гц на каждом из выходов триггера 29 поступают на соответствующие усилители 30 и 31, с выходов которых поступают на управляющие электроды тиристоров 25 и 28. Через последние в периоды их открытия на звуковые катушки 46 и 47 низкочастотных электродинамических громкоговорителей поступают положительные полупериоды (полуволны) синусоидального напряжения (импульсы) с частотой 25 Гц (или близкой к 25 Гц). Таким образом, на аноды тиристоров 25 и 28 будут поступать каждые четвертые импульсы из 100 импульсов, поступивших на их аноды. То есть, на аноды тиристоров 25 и 28 поступают все положительные полупериоды (полуволны) синусоидального напряжения с выходов однофазных двухполупериодных мостовых выпрямителей 19 и 21. Однако на выходах тиристоров 25, 28 (их катодах) и, соответственно, на звуковых катушках 46 и 47 электродинамиков они появляются только тогда, когда будут сигналы на управляющих электродах данныхтиристоров соответствующие 1/2 (т.е. половине) частоты повторения импульсов управления на выходе генератора 27. Так как на выходах триггера 29 сигналы появляются с одинаковой частотой, но поочередно (с задержкой относительно друг друга), то потоки воздуха на выходах верхнего и нижнего резонаторов также появляются попеременно. То есть, перемещения диффузоров 48, 49 электродинамиков в пространстве и во времени будут разнонаправленные относительно друг друга согласно вертикальной оси корпуса электроустановки при ее вертикальной компоновке. Это обеспечивает эффективное тушение (методом «захлестывания» или «срезания») пламени возгораний.
Таким образом, с катодов управляемых тиристоров 25 и 28 электрические сигналы низкой частоты (каждая четвертая полусинусоида, поступившая на анод каждого из тиристоров с выпрямителей 19, 21) поступают на звуковые катушки 46 и 47 электродинамиков. Проходящие через звуковые катушки токи звуковой частоты 25 Гц возбуждают переменные магнитные поля, которые, взаимодействуя с постоянными полями магнитных цепей каждого из динамиков, приводят в движения звуковые катушки и прикрепленные к ним диффузоры 48, 49, которые начнут колебаться в такт с частотой пульсирующего тока. Диффузоры «толкают» воздух, создавая зоны сжатия и разрежения окружающего воздуха, так называемые акустические волны. В результате создаются низкочастотные колебания воздушных масс, находящихся во внутренних цилиндрах резонаторов 50, 51 и, соответственно, в защищаемой зоне внутреннего объема электроустановки 1. Так как в электроустановке установлены два электродинамика, то их диффузоры поочередно «толкают» воздух, создавая зоны сжатия и разрежения (акустические волны) знакопеременного направления.
1
1
1
Переменные воздушные потоки, создаваемые диффузором 48 низкочастотного сабвуферного динамика, с заданной частотой (в рассматриваемом случае равны или близки 25 Гц) резонатором 50 направляются в электроустановку 1 через отверстие в ее корпусе сверху вниз по оси OO (место совмещения отверстий резонатора и шкафа электроустановки). При этом диффузор 49 нижнего (по схеме) низкочастотного сабвуферного динамика движется также по оси OO (под воздействием сил упругих подвесов диффузора) в сторону от очага возгорания, чем усиливает эффект воздушного воздействия, оказываемого на очаг воспламенения, диффузором 48 верхнего (по схеме) электродинамического громкоговорителя. При противофазных колебаниях диффузоров 48 и 49, которые представляют некие поршни (двигающиеся по вертикальным осям OO динамиков, т.е. сверху-вниз; снизу-вверх), происходят знакопеременные колебания воздуха в резонаторах 50 и 51, которые создают звуковые волны аналогичные волнам гидроудара.
Так как колебания воздуха в резонаторах 50 и 51 осуществляют одновременные поступательные разнонаправленные движения, то создаваемым ими общим (с общим вектором направления) воздушным потоком, направленным на пламя, они «срезают» его с загоревшихся элементов (электрорадиоэлементы, проводники, кабели и т.п.) установки. Одновременно с этим, в результате воздействия воздушного потока, осуществляющего в резонаторах возвратно-поступательные движения, плотность которого изменяется во времени и пространстве с частотой создаваемой 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.
Формирование прямоугольных импульсов на выходах триггера 29 осуществляется очень быстро при любом начальном его состоянии. При возникновении очага возгорания и подачи напряжений питания на устройство для защиты установки 1 от возгорания, не важно на каком из двух выходов триггера 29 появится первым сигнал управления, то есть практически не важно какой из двух сабвуферов первым включится в создание (в последствии общего) воздушного потока, направленного на пламя для «срезания» его с загоревшихся элементов (электрорадиоэлементы, провода, кабели и т.д.).
Применение двух идентичных усилителей низкочастотных сигналов, выполненных на базе управляемых тиристоров, для подачи сигналов с требуемой частотой и находящихся в противофазе на два сабвуфера, обращенные в пространстве навстречу друг другу (т.е. относительно друг друга) диффузорами, позволяет повысить эффективность тушения возгораний в электроустановках вертикальной компоновки. Выполнение задающего генератора низкочастотных сигналов на транзисторе и трех логических элементах «2И-НЕ» (микросхема К 155 ЛА3) с применением триггера (микросхема К 155 ЛА3), позволившего создать сигналы управления, находящиеся в противофазе, позволило предельно упростить устройство. Схема генератора 27 низкочастотных сигналов звуковой частоты на полевом транзисторе (КП 303) благодаря его высокому входному сопротивлению позволяет получать стабильную низкую частоту генерации при относительно небольшой емкости (С=0,1 мкФ) времязадающего конденсатора.
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, и имеющей вертикальную компоновку, 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 электронных блоков не содержащих намоточных изделий 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 полусинусоидальных колебаний сети электропитания, а в качестве усилителей низкочастотных колебаний электронных ключей на основе тиристоров, управляемых от простого генератора низкочастотных сигналов управления, формируемых на выходах триггера, подключенного через усилители на логических элементах «2И-НЕ» и транзисторе, имеет ряд очевидных преимуществ по сравнению с применением устройства описанного в прототипе. В частности, это - не только повышение эффективности тушения возгораний в электроустановках, имеющих вертикальную компоновку, что крайне важно, но и упрощение электронных блоков, предопределяющих упрощение технологии изготовления и удешевление.
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).
Все вышеизложенное с учетом положительных результатов экспериментальных исследований позволяет сделать вывод о том, что заявляемый объект обладает мировой новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью.
Не вызывает сомнения, что возможные различные изменения или модификации устройства описанного выше, будут очевидны для специалистов в данной области техники. Например, элементы электронной части устройства (генератор прямоугольных импульсов, триггер, формирователи-усилители на логических элементах и транзисторах и др.) могут изготовляться и настраиваться или взаимно заменяться известными блоками формирования сигналов управления в зависимости от системных требований, требований по эффективности и других желательных функциональных возможностей. Хорошо понятые изменения и модификации могут выполняться на основе раскрытия алгоритма работы устройства, представленного в настоящем изобретении, и без уменьшения предполагаемых преимуществ, раскрытых здесь. Поэтому понятно, что такие возможные изменения и модификации должны быть охвачены приложенной формулой изобретения.