СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОВОЙ СИСТЕМОЙ ПОЖАРОТУШЕНИЯ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
METHOD AND DEVICE FOR HIGH-PRESSURE GAS SUPPRESSION SYSTEM CONTROL

Изобретение относится к способу и устройству для управления давлением газовой системы пожаротушения высокого давления, в которой огнегасящий газ хранится под высоким давлением от 150 до 300 бар по меньшей мере в одном баллоне сжатого газа, предпочтительно в газовом баллоне высокого давления с клапаном баллона, а давление огнегасящего газа между газовым баллоном и трубопроводом системы пожаротушения понижается.
Исходя из экономических соображений, системы пожаротушения такого вида работают на хранимом под высоким давлением огнегасящем средстве, таком как аргон, аргонит, азот, инерген или т.п., как это описано в DE 4220062 С1. При этом огнегасящее средство хранится в сжатом виде в газовых баллонах высокого давления. В случае этих постоянных (неконденсирующихся) газов с повышением используемого давления имеющееся в распоряжении количество газа увеличивается, так что создание запаса газов под высоким давлением является особенно экономичным.
В целях экономичной эксплуатации систем пожаротушения давление выходящего из газового баллона высокого давления огнегасящего газа перед входом в трубопровод системы пожаротушения понижалось. Также известно проведение второго понижения давления (DE 20000365 U).
Применявшиеся до сих пор устройства для понижения давления, прежде всего при многократном понижении, из-за статического понижения давления и недостаточного расчетного программного обеспечения не смогли обеспечить того, что огнегасящий газ вводится в систему трубопроводов пожаротушения под желаемым низким давлением. Кроме того, применяющиеся до сих пор редукционные устройства являются очень материалоемкими.
Клапан на резервуаре для огнегасящего газа, к которому подается управляющее давление, описан в US 5,899,275. Этот клапан содержит управляющий золотник, к которому подается управляющее давление и который толкателем воздействует на следующий клапан, который запирает выпускное отверстие резервуара сжатого газа. В данном случае давление рабочего газа должно открывать следующий клапан, преодолевая сопротивление воздействия давления в резервуаре. Такая клапанная конструкция подходит только для газовых баллонов с относительно низким давлением, так как давление управляющего газа должно работать против давления в баллоне.
В WO 2006/110149 А1 описан управляемый по давлению клапан системы пожаротушения, в котором давление в резервуаре радиально действует на имеющий форму усеченного конус золотник, который для изменения пропускного поперечного сечения выполнен с возможностью перемещения. Из-за конической формы золотника давление в резервуаре оказывает на золотник аксиально действующую силовую составляющую. Поэтому и это устройство не пригодно для применений под высоким давлением.
В основу изобретения положена задача создания способа и устройства для управления газовой системой пожаротушения высокого давления, чтобы с помощью простейших средств обеспечить вхождение огнегасящего газа в трубопровод системы пожаротушения под желаемым низким давлением.
Способ согласно изобретению определен в пункте 1 формулы изобретения. Согласно ему предусмотрено для понижения давления использование управляемого по давлению, редукционного и саморегулирующегося регулирующего клапана, который имеет управляющий золотник, при этом на давление на выходе огнегасящего газа из регулирующего клапана в трубопровод системы пожаротушения оказывают воздействие через камеру управляющего давления посредством управляющего газа с предварительно заданным управляющим давлением, так что давление на выходе огнегасящего газа поддерживается посредством самого регулирующего клапана и что давление резервуара сжатого газа выравнивается в регулирующем клапане, так что оно не оказывает силовую составляющую перемещения на управляющий золотник.
Устройство согласно изобретению определено в пункте 3 формулы изобретения. Оно отличается тем, что управляющий клапан выполнен таким образом, что высокое давление резервуара сжатого газа не оказывает силовую составляющую перемещения на управляющий золотник.
Следствием силового выравнивания давления резервуара в управляющем клапане является то, что управляющий золотник перемещается исключительно за счет управляющего давления и не зависит от высокого давления. Тем самым существует возможность очень точного регулирования давления на выходе даже тогда, когда давление в резервуаре является очень высоким по отношению к давлению на выходе. Таким образом, может отпасть необходимость в многоступенчатом понижении давления.
За счет того что редукционный клапан выполнен в виде управляющего клапана, известные находящиеся под высоким давлением детали между клапаном баллона и системой трубопроводов пожаротушения, а также дополнительные редукционные устройства с необходимыми, находящимися под высоким давлением, соединительными деталями и рукавами высокого давления не требуются. Таким образом, понижение давления огнегасящего газа упрощается. Посредством камеры управляющего давления и предварительно заданного управляющего давления достигается то, что давление выходящего из управляющего клапана в систему трубопроводов пожаротушения огнегасящего газа не превышается по сравнению с заданным управляющим давлением. Благодаря этому обеспечивается, что в системе трубопроводов пожаротушения не может установиться давление выше установленного, так как оно динамически регулируется в управляющем клапане. Благодаря этому предотвращаются повреждения системы трубопроводов вследствие слишком высокого давления.
Еще одно преимущество изобретения заключается в том, что в результате отсутствия необходимости в дополнительных редукционных устройствах упрощается работа при монтаже системы пожаротушения. Кроме того, более не требуется применение расчетного программного обеспечения для гидравлического давления в диапазоне от 200 до 300 бар. Также и это является особым преимуществом изобретения, так как на рынке до сих пор нет надежного расчетного программного обеспечения.
Предпочтительное устройство отличается тем, что в области впускного отверстия в корпусе клапана предусмотрена камера высокого давления, а в области выпускного отверстия в корпусе клапана предусмотрена камера рабочего давления, которые соединены между собой посредством переходного отверстия в перегородке, с которым, с одной стороны, соотнесен запорный золотник, а с другой стороны, управляющий золотник, при этом на задней стороне имеющего уравнительное отверстие запорного золотника расположена уравнительная камера, а на задней стороне управляющего золотника расположена камера управляющего давления с присоединительным элементом для рабочего газа, и тем, что запорный золотник посредством соединительной тяги соединен с управляющим золотником.
Для целей монтажа управляющего клапана предусмотрена насадка на резервуаре, которая встроена между горловиной баллона и управляющим клапаном. Насадка на резервуаре имеет основание клапана, который посредством штуцера баллона выполнен с возможностью навинчивания на резервуар сжатого газа, при этом основание клапана посредством ввинченного в отверстие основания клапана соединительного элемента клапана соединено с управляющим клапаном.
Примеры осуществления изобретения и принцип действия управляющего клапана более детально описываются с помощью чертежей. Показано на:
Фиг.1: общий вид первой конструктивной формы управляющего клапана с основанием клапана в разрезе,
Фиг.2-5: отдельные фазы работы представленного на фиг.1 управляющего клапана,
Фиг.6: вторая конструктивная форма управляющего клапана,
Фиг.7: установка управляющего клапана на клапан резервуара, и
Фиг.8: третья конструктивная форма управляющего клапана, который в зависимости от управляющего давления открывает клапан резервуара, так что высокое давление подводится на управляющий клапан не постоянно.
Представленный на фиг.1-5 управляющий клапан 3 состоит из корпуса 5 клапана с перегородкой 6, которая имеет переходное отверстие 11, при этом с одной стороны перегородки 6 в дне управляющего клапана 3 предусмотрено впускное отверстие 7 для огнегасящего газа под высоким давлением, а с другой стороны перегородки 6 в крышке управляющего клапана 3 предусмотрено выпускное отверстие 8 для огнегасящего газа под пониженным давлением. Одна сторона корпуса 5 клапана снабжена крышкой 19, а вторая сторона корпуса 5 клапана снабжена крышкой 20. Справа, вблизи перегородки 6 вставлен управляющий золотник 13, а слева вблизи перегородки 6 вставлен запорный золотник 12, которые соединены между собой соединительной тягой 18. Запорный золотник 12 выполнен таким образом, что он в зависимости от положения обеспечивает герметичное закрывание переходного отверстия 11 в перегородке 6 или открывание переходного отверстия 11. Запорный золотник 12 образует в области впускного отверстия 7 камеру 9 высокого давления, а на задней стороне с крышкой 19 - уравнительную камеру 15, которая посредством уравнительного отверстия 14 в запорном золотнике 12 соединена с камерой 10 рабочего давления. Внутри уравнительной камеры 14 встроена запорная пружина 21. Расположенный в области выпускного отверстия 8 управляющий золотник 13 вместе с крышкой 20 образует камеру 16 управляющего давления, а с перегородкой 6 - камеру 10 рабочего давления. Крышка 20 оснащена присоединительным элементом 17 для управляющего давления, к которому подсоединен трубопровод 17а управляющего давления для управляющего газа.
На заполненном газом под высоким давлением, например с 150-300 бар, резервуаре 1 сжатого газа, предпочтительно газовом баллоне высокого давления, навинчена насадка 4 резервуара, которая удерживает резервуар 1 сжатого газа во время монтажа закрытым. Управляющий клапан 3 соединяется с насадкой 4 резервуара. Она состоит из основания 22 клапана со вставленной в верхней части деталью 23 для присоединения клапана, которая соединяется с впускным отверстием 7 управляющего клапана 3. Для этого деталь 23 для присоединения клапана имеет расширяющееся вниз наполнительное отверстие 25, а над ним - соединительное отверстие 24. Для ввинчивания в горловину 1а резервуара 1 сжатого газа нижняя часть основания 22 клапана выполнена в виде резьбового штуцера 26. В средней части основание 22 клапана имеет отверстие 27 основания клапана с окружающим наполнительное отверстие 34 кольцевым буртиком 31, на который уплотняющим образом опирается пружинный уплотнительный элемент 30. Деталь 23 для присоединения клапана нажимает на плунжер 28. На нижней части плунжера 28 расположена тарелка 29 клапана. Пружинный уплотнительный элемент 30 имеет такое предварительное натяжение, что он является проницаемым для газа. Пружинный уплотнительный элемент сжимается под воздействием давления баллона и тем самым уплотняет наполнительное отверстие 34.
При соединении управляющего клапана 3 с насадкой 4 резервуара плунжер 28 с пружинным уплотнительным элементом 30 удерживает наполнительное отверстие 34 закрытым. При навинчивании детали 23 для присоединения клапана сначала создается плотное соединение между деталью для присоединения клапана и основанием 22 клапана. Плунжер 28 с пружинным уплотнительным элементом 30 все еще держит наполнительное отверстие 34 закрытым. При дальнейшем ввинчивании детали 23 для присоединения клапана в основание 22 клапана деталь 23 для присоединения клапана давит на пластину 32 основания плунжера 28, который давит на тарелку клапана по направлению к резервуару 1 сжатого газа. В результате этого пружинные уплотнительные элементы 30 растягиваются, так что газ под высоким давлением между открытыми пружинными уплотнительными элементами имеет возможность втекания под давлением от 150 до 300 бар через наполнительное отверстие 34 в камеру 9 высокого давления.
Далее, принцип действия представленного на фигурах 1-5 управляющего клапана 3 описывается более подробно.
Сначала переходное отверстие 11 в перегородке 6 закрыто запорным золотником 12. По трубопроводу 17а управляющего давления к камере 16 управляющего давления подводится предварительно заданное управляющее давление управляющего газа, например, в 60 бар. Это давление может быть установлено любым и определяет давление, под которым огнегасящий газ входит из выпускного отверстия 8 в соединенную с трубопроводом 2 системы пожаротушения трубопроводную сеть. За счет управляющего давления управляющий золотник 13 вдавливается в управляющий клапан 3. Через соединительную тягу 18 управляющий золотник 13 приводит в действие запорный золотник 12, в результате чего переходное отверстие 11, а тем самым и управляющий клапан 3, открывается. Теперь газ течет в камеру 10 рабочего давления, а через уравнительные отверстия 14 - в уравнительную камеру 15. Из камеры 10 рабочего давления газ течет в трубопроводную сеть 2 пожаротушения, заполняет ее, и в трубопроводной сети и в камере 10 рабочего давления создается давление. Если давление в камере 10 рабочего давления становится выше, чем давление в камере 16 управляющего давления, запорный золотник 12 и управляющий золотник 13 перемещаются в другом направлении, так что переходное отверстие 11 закрывается. Процесс закрывания усиливается посредством встроенной в компенсационной камере 15 запорной пружины 21. В результате возникающего падения давления в трубопроводной сети и увеличивающейся разности давлений по отношению к камере 16 управляющего давления управляющий золотник 13 и запорный золотник 12 перемещаются в обратном направлении, так что переходное отверстие 11 снова открывается. Этот процесс продолжается до тех пор, пока давление в резервуаре 1 сжатого газа не станет меньшим, чем управляющее давление. После этого управляющий клапан остается открытым до тех пор, пока не будет опорожнен резервуар 1 сжатого газа.
За счет конструктивной формы управляющего клапана согласно изобретению достигается то, что между камерой 10 рабочего давления и камерой 16 управляющего давления всегда существует равновесие по давлению, и, следовательно, давление огнегасящего газа в трубопроводе 2 системы пожаротушения не становится выше, чем давление управляющего газа.
Модульная конструкция управляющего клапана 3 и насадки 4 резервуара с разгрузочным отверстием 35 обеспечивает возможность демонтажа управляющего клапана 3 с насадки 4 резервуара при находящемся под давлением резервуаре 1 сжатого газа. Это также является еще одним преимуществом изобретения, которое в известных клапанах баллона не обеспечивается.
Представленный на фиг.6 управляющий клапан 3 имеет корпус 5 клапана, который на одном конце имеет выпускное отверстие 8 в резьбовом штуцере. С противоположного конца в корпус 5 клапана вставлена и завинчена цилиндрическая втулка 40 с крышкой 20 клапана. Она содержит присоединительный элемент 17 для управляющего давления и камеру 16 управляющего давления. Цилиндрическая втулка 40 имеет цилиндрическое отверстие 41, в котором с возможностью перемещения установлен золотник 42. Золотник 42 выполняет функции как запорного золотника 12, так и управляющего золотника 13 первого примера конструктивного выполнения. Он содержит уплотнительные кольца для уплотнения в цилиндрическом отверстии 41. Запорная пружина 21, которая опирается на корпус 5 клапана, давит на золотник 42 в направлении присоединительного элемента 17 для управляющего давления. Управляющее давление также противодействует запорной пружине 21.
Золотник 42 имеет закрытую переднюю стенку, которая ограничивает камеру 16 управляющего давления. В остальном он является полым, открытым к заднему концу и образует камеру 64 рабочего давления. Золотник имеет поперечные отверстия 43, которые могут совпадать с поперечными отверстиями 44 цилиндрической втулки 40. Поперечные отверстия 44 находятся в области, охватывающей канавки, которая соединена с впускным отверстием 7 и тем самым образует камеру 45 высокого давления. Через поперечные отверстия 44 давление в резервуаре радиально воздействует на золотник 42. Тем самым на золотник не действуют силы перемещения в осевом направлении. Золотник 42 перемещается только за счет управляющего давления камеры 16 управляющего давления и находится под воздействием давления в выпускном отверстии 8 или же в трубопроводе 2 системы пожаротушения (фигура 1). Эти давления воздействуют на золотник 42 исключительно аксиально.
С клапаном согласно изобретению управляющее давление может быть установлено, например, в диапазоне от 10 до 100 бар. Управляющее давление всегда определяет давление в ведущем в трубопроводную сеть трубопроводе 2 системы пожаротушения, независимо от давления в резервуаре 1 сжатого газа.
Через впускное отверстие 7 давление в резервуаре сжатого газа проникает в кольцеобразную камеру 45 высокого давления. Через поперечные отверстия 44 оно воздействует на золотник 42 исключительно радиально, без какой-либо аксиальной силовой составляющей. Поэтому господствующее в резервуаре сжатого газа высокое давление выравнивается так, что оно не оказывает на управляющий золотник 42 силовой составляющей перемещения. Таким образом, управляющий золотник перемещается только управляющим давлением в камере 16 управляющего давления.
Согласно фигуре 7 к впускному отверстию 7 корпуса 5 клапана подсоединяется адаптер 37. Это трубная муфта с резьбовым соединением, которая соединяет корпус 5 клапана с клапаном 46 резервуара. Клапан 46 резервуара является известным. Клапан резервуара имеет удлиненный корпус, который с одного конца имеет присоединительный элемент 47 для давления срабатывания, а с противоположного конца - присоединительный элемент 48 для навинчивания на резервуар сжатого газа. Клапан резервуара содержит золотник 49, который пружиной удерживается на седле 50 и тем самым блокирует проход из резервуара сжатого газа к выпускному отверстию 51. Путем приложения давления срабатывания к соединительному элементу 47 золотник 49 перемещается для освобождения пути для находящегося под высоким давлением огнегасящего газа. Выпускное отверстие 51 соединено с адаптером 37. Клапан 46 резервуара и управляющий клапан 3 вместе с адаптером 37 образуют жесткий узел Н-образной формы.
Вместо давления срабатывания, которое прикладывается к соединительному элементу 47, также может происходить механическое, электрическое или гидравлическое воздействие на клапан 46 резервуара. Клапан резервуара высвобождает высокое давление для управляющего клапана 3. Поэтому на управляющий клапан 3 высокое давление подается не постоянно, а только тогда, когда открыт клапан 46 резервуара. С этого момента времени золотник 42 за счет приложения давления к присоединительному элементу 17 для управляющего давления может выполнять свою функцию регулирования давления.
В представленном на фигуре 8 примере осуществления корпус 5 клапана смонтирован на основании 22 клапана, которое навинчивается на резервуар сжатого газа. Корпус 5 клапана закрыт обеими крышками 19 и 20. Крышка 20 имеет присоединительный элемент 17 для управляющего давления для рабочего газа, а крышка 19 имеет штуцер, который имеет выпускное отверстие 8. В корпусе клапана имеется корпусное отверстие 61, в котором в продольном направлении может перемещаться цилиндрическая втулка 40. Цилиндрическая втулка 40 имеет золотник 62, который своей передней стенкой ограничивает камеру 16 управляющего давления и имеет возможность перемещения в цилиндрическом отверстии 41 цилиндрической втулки. Запорной пружиной 21 золотник 62 прижимается в направлении присоединительного элемента 17 для управляющего давления. Запорная пружина 21 опирается на кольцевой буртик 53 цилиндрической втулки 40. Еще один кольцевой буртик служит в качестве ограничителя 54 для золотника 62.
Золотник 62 оснащен поперечными отверстиями 43, которые снаружи ведут в камеру 45 высокого давления. Поперечные отверстия 43 взаимодействуют с поперечными отверстиями 44 цилиндрической втулки 40. Если золотник 62 под воздействием управляющего давления в цилиндрическом отверстии 41 был перемещен до ограничителя 54, поперечные отверстия 43 и 44 соединяются друг с другом.
Корпус 5 клапана содержит кольцеобразную канавку, которая образует камеру 45 высокого давления. Когда поперечные отверстия 43 и 44 попадают в область камеры 45, давление резервуара через поперечные отверстия проникает в камеру 64 рабочего давления, а из нее - к выпускному отверстию 8.
Внешняя сторона цилиндрической втулки 40 имеет кулачковый профиль 55 в виде охватывающего углубления с наклонными боковыми сторонами. В этот кулачковый профиль проникает толкатель 56 содержащегося в основании клапана 57 резервуара. Клапан 57 резервуара имеет корпус 58 клапана, который пружиной 59 прижимается к седлу 60 клапана. Когда конец толкателя 56 находится во впадине кулачкового профиля 55 так, как показано на фигуре 8, пружина 59 отжимает корпус 58 клапана в положение закрытия. Если золотник 62 под давлением в камере 16 управляющего давления перемещается, то сначала совпадают поперечные отверстия 43 и 44, а затем цилиндрическая втулка 40 согласно фигуре 8 смещается влево. В результате этого вершина толкателя 56 доходит до наклонной боковой стороны кулачкового профиля 55. Толкатель 56 выжимает корпус 58 клапана в положение открытия, так что клапан 57 резервуара открывается и высвобождает находящийся в резервуаре сжатого газа под высоким давлением огнегасящий газ для вхождения в управляющий клапан 3. Резьбовой штуцер 63 присоединяется к резервуару сжатого газа.
И в представленном на фигуре 8 примере осуществления обеспечивается, что камера 45 высокого давления подвергается воздействию находящегося под высоким давлением огнегасящего газа не постоянно. Напротив, высокое давление удерживается на расстоянии от управляющего клапана 3 посредством обычно закрытого клапана 57 резервуара. Посредством рабочего газа на присоединительном элементе 17 управляющего давления осуществляется как открытие клапана 57 резервуара, так и регулирование давления посредством управляющего клапана 3. Управляющий клапан с основанием 22 клапана обеспечивает простыми средствами то, что огнегасящий газ входит в трубопровод системы пожаротушения под желаемым низким давлением, без того, что камера высокого давления постоянно заполнена огнегасящим газом, находящимся под высоким давлением.