Аспирационный пожарный извещатель (варианты)
ASPIRATION FIRE DETECTOR (VERSIONS)

Заявленная группа изобретений относится к противопожарной технике, а именно к аспирационным дымовым пожарным извещателям и предназначена для раннего обнаружения признаков пожарной опасности в помещениях с большими площадями, высокими потолками: в центрах обработки данных, информационно-вычислительных центрах, центрах управления, музеях, библиотеках, складах, хранилищах и т.д.
Аспирационный пожарный извещатель состоит из труб с отверстиями для забора проб воздуха из защищаемого помещения, детектора дыма и вентилятора для создания воздушного потока в трубах. Для увеличения длины труб при ограничении времени транспортировки проб воздуха необходимо увеличивать скорость воздушного потока в трубах. Эффективность работы вентилятора снижается за счет турбулентности воздушного потока, которая возникает при изменении формы и размера сечения воздушного канала и на переходах типа труба - коробка. Прямое увеличение мощности вентилятора приводит к увеличению массогабаритных характеристик, потребляемой мощности и к повышенным требованиям по техническому обслуживанию в части загрязнения сенсоров. Кроме того, при больших скоростях воздушного потока начинает сказываться инерция движения частиц дыма и при движении по криволинейным траекториям с малыми радиусами, они оседают на поверхности воздушного канала в следствии чего падает чувствительность детектора.
В известных аналогах (см. документы 1-6) весь воздушный поток из трубы аспирационного извещателя проходит через датчик дыма, при этом изменяется сечение воздушного канала и направление движения воздушного потока (см. например, документ 2), что приводит к значительному снижению скорости воздушного потока в трубе аспирационного извещателя. Кроме того, в аналогах для формирования воздушного потока используются центробежные вентиляторы, конструкция входов и выходов которых не позволяет согласовать их по сечению с трубой аспирационного извещателя. Максимальная величина разрежения в таких устройствах не превышает 350-400 Па, что ограничивает скорость воздушного потока, длину труб аспирационного извещателя и защищаемую площадь помещения.
В патенте на изобретение (см. документ 7) отбор проб воздуха из трубы в детектор дыма производится под углом 90, что ограничивает работоспособность данной конструкции малыми скоростями воздушного потока. При высоких скоростях воздушного потока в трубе основная масса частиц дыма по инерции проходит в прямом направлении и не попадает в датчик дыма, вследствие чего чувствительность аспирационного извещателя падает практически до нуля. Таким образом работоспособность аспирационного извещателя (см. документ 7) обеспечивается только при малых скоростях воздушного потока и соответственно при небольших длинах труб. Аналогичные конструкции детекторов дыма представлены в патентах (см. документ 8, 9).
Наиболее близким техническим решением является извещатель пожарный аспирационный (см. документ 10), выполненный в виде корпуса, имеющий входной воздухозаборный и выхлопной патрубки, вентилятор и датчики контроля пожароопасных параметров с процессором управления. Входной патрубок соединен с отсеком разрежения, на выходе из которого установлен центробежный вентилятор, выходное отверстие которого соединено с отсеком нагнетания воздуха, который одновременно соединен в области максимальных угловых скоростей нагнетаемого потока воздуха с выхлопным патрубком, а в области минимальных скоростей нагнетаемого воздуха соединен через отверстие в перегородке с отсеком измерений, в котором установлены датчики контроля пожароопасных параметров среды и процессор управления, дополнительно отсек измерений посредством эжектора соединен с областью максимальных угловых скоростей воздуха отсека нагнетания.
Недостатком данного устройства является использование центробежного вентилятора, прямоугольных отсеков разрежения и нагнетания воздуха с переходами типа труба - коробка, со скачкообразным изменением сечения воздушных каналов, в результате чего возникает значительная турбулентность воздушного потока. Это приводит к снижению эффективности работы вентилятора, уменьшению скорости воздушного потока в трубе аспирационного извещателя и к увеличению времени транспортировки проб воздуха. Соответственно уменьшается допустимая длина труб и сокращается величина защищаемой площади.
Кроме того, использующиеся датчики дыма инфракрасного диапазона имеют низкую чувствительность по дымам с частицами диаметром 0,5 мкм и менее. Этот недостаток определяет позднее обнаружение пожароопасной ситуации, поскольку на ранних этапах развития очага при низкотемпературной деструкции (пиролизе) различных материалов выделяются частицы дыма диаметром 0,1 мкм и менее. Для устранения этого недостатка в устройствах (см. документы 7-9) совместно с инфракрасными светодиодами используются синие светодиоды, а в устройстве (см. документ 6) используется синий лазер. Длинна волны синих излучателей в два раза короче длины волны инфракрасных излучателей, благодаря чему обеспечивается возможность обнаружения более мелких частиц дыма, диаметром порядка 0,3 мкм, однако по частицам дыма меньшего размера чувствительность так же снижается. Второй целью изобретения является повышение чувствительности измерителя оптической плотности среды в диапазоне частиц диаметром 0,1-0,3 мкм и менее.
Задачей изобретения является устранение недостатков известных аналогов.
Техническим результатом является увеличение скорости воздушного потока в трубе аспирационного извещателя за счет исключения турбулентности, при обеспечении эффективного отбора проб воздуха для измерения оптической плотности среды и обеспечении возможности отбора проб без проявления эффекта инерции частиц дыма.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается за счет заявленной группы изобретений, включающей:
аспирационный извещатель, который состоит из входного патрубка 1, воздушного канала 2, осевого вентилятора 3, канала отбора проб воздуха 4, отсека датчика дыма 5, в котором расположен датчик дыма 6, выходного канала 7, вентилятора 8 и устройства управления и формирования выходных сигналов 9, величина воздушного канала 2 постепенно увеличивается от внутреннего диаметра трубы до сечения осевого вентилятора 3, вход канала отбора проб воздуха 4 расположен вблизи входного патрубка 1, а выход -вблизи осевого вентилятора 3, канал отбора проб воздуха 4 соединен с отсеком датчика дыма 5, на выходе которого установлен вентилятор 8, выход вентилятора 8 через выходной канал 7 соединяется с нижней частью воздушного канала 2, устройство управления и формирования выходных сигналов 9 соединено с датчиком дыма 6, с осевым вентилятором 3 и с вентилятором 8;
аспирационный извещатель, который состоит из входного патрубка 1, воздушного канала 2, осевого вентилятора 3, канала отбора проб воздуха 4, отсека датчика дыма 5, в котором расположен аэроионный датчик дыма 6 с измерительной трубкой 10, выходного канала 7, вентилятора 8 и устройства управления и формирования выходных сигналов 9, величина воздушного канала 2 постепенно увеличивается от внутреннего диаметра трубы до сечения осевого вентилятора 3, причем вход канала отбора проб воздуха 4 расположен вблизи входного патрубка 1, а выход - вблизи осевого вентилятора 3, канал отбора проб воздуха 4 соединен с входом измерительной трубки 10, на выходе которой установлен вентилятор 8, выход вентилятора 8 через выходной канал 7 соединяется с нижней частью воздушного канала 2, осевой вентилятор 3, вентилятор 8 и выход аэроионного датчика дыма 6 соединены с устройством управления и формирования выходных сигналов 9, в котором выходной параметр переводится в величину удельной оптической плотности среды и сравнивается с запрограммированными уровнями тревог, при достижении которых формируются сигналы тревоги «Внимание», «Пожар 1», «Пожар 2».
Недостатки аналогов и прототипа устраняются за счет использованием осевого вентилятора, в котором отсутствует изменение направления воздушного потока, и за счет формирования прямого воздушного канала с плавным изменением сечения без изменения направления воздушного потока и без каких-либо конструктивных элементов, снижающих скорость воздушного потока. В результате чего практически отсутствует турбулентность воздушного потока, обеспечивается максимальная эффективность работы вентилятора и соответственно увеличивается скорость воздушного потока в трубе аспирационного извещателя. При этом на максимальной скорости осевого вентилятора разрежение в воздушном канале превышает 1000 Па. Соответственно сокращается время транспортировки проб воздуха, что позволяет значительно увеличить длину труб аспирационного извещателя и величину защищаемой площади.
Отбор проб воздуха для измерения оптической плотности среды производится в прямом направлении через канал отбора проб воздуха, с постепенным увеличением сечения, за чет чего происходит снижение скорости воздушного потока и обеспечивается возможность отбора проб без проявления эффекта инерции частиц дыма.
Конструкция заявленных аспирационных извещателей показана на фиг. 1, 2.
Под позициями обозначено:
поз. 1 - входной патрубок;
поз. 2 - воздушный канал;
поз. 3 - осевой вентилятор;
поз. 4 - канал отбора проб воздуха;
поз. 5 - отсек датчика дыма;
поз. 6 - датчик дыма (аэроионный датчик дыма);
поз. 7 - выходной канал;
поз. 8 - вентилятор;
поз. 9 - устройство управления и формирования выходных сигналов; поз.10 -измерительная трубка аэроионного датчика дыма.
Аспирационный извещатель работает следующим образом.
Осевой вентилятор 3 создает разряжение в воздушном канале 2, за счет чего создается воздушный поток и пробы воздуха из защищаемого помещения через входной патрубок 1 поступают в воздушный канал 2 (см. фиг. 1). Основной воздушный поток из входного патрубка 1 проходит по воздушному каналу 2 с плавным изменением сечения и без изменения направления движения, при этом отсутствует турбулентность и обеспечивается максимально высокая эффективность работы осевого вентилятора. Скорость осевого вентилятора 3 регулируется устройством управления 9 в зависимости от длины труб аспирационного извещателя и требуемого времени транспортировки проб воздуха. Часть воздушного потока поступает в канал отбора проб воздуха 4 для последующего измерения удельной оптической плотности среды. Отбор производится в прямом направлении, что исключает разделение частиц дыма по массе при высоких скоростях воздушного потока. Входное отверстие канала отбора проб воздуха 4 распложено в верхней части воздушного канала 2, в зоне высоких скоростей воздушного потока, а его выход соединен с нижней частью большего сечения, в зоне большего разрежения. При этом по закону Бернулли возникает перепад давления и формируется воздушный поток. Часть воздушного потока из канала отбора проб воздуха 4 поступает в отсек датчика дыма 5. Сечение канала отбора проб воздуха 4 увеличивается в несколько раз, за счет чего в несколько раз снижается скорость потока, соответственно исключается влияние инерции частиц дыма при заходе в отсек датчика дыма 5. Вентилятор 8 обеспечивает прохождение воздуха через отсек датчика дыма 5, где датчик дыма 6 производит измерение концентрации дыма. Результаты измерений обрабатываются в устройстве управления и формирования выходных сигналов 9, при достижении удельной оптической плотности среды запрограммированных уровней формируются сигналы тревоги «Внимание», «Пожар 1», «Пожар 2».
При использовании аэроионного датчика дыма 6 пробы воздуха из канала отбора проб воздуха 4 поступают в измерительную трубку 10, в которой посредством коронного разряда производится ионизация частиц дыма и измеряется величина их заряда. Полученные результаты измерений в устройстве управления и формирования выходных сигналов 9, преобразуются в величину удельной оптической плотности среды и сравниваются с запрограммированными уровнями тревог, при достижении которых формируются сигналы тревоги «Внимание», «Пожар 1», «Пожар 2».
Заявленные варианты конструкций аспирационного извещателя обеспечивают его работоспособность при разрежении, создаваемом осевым вентилятором более 1000 Па. При этом суммарная длина труб аспирационного извещателя достигает 318 м, с разветвлением на 4 трубы с 32 отверстиями через 9 м (4 трубы по 8 отверстий) при времени транспортировки не более 60 с, что соответствует классу А по ГОСТ Р 53325-2012). При времени транспортировки не более 90 с (класс В по ГОСТ Р 53325-2012) суммарная длина труб аспирационного извещателя достигает 416 м, с разветвлением на 4 трубы с 44 отверстиями через 9 м (4 трубы по 11 отверстий). При времени транспортировки не более 120 с (класс С по ГОСТ Р 53325-2012) суммарная длина труб аспирационного извещателя достигает 453 м, с разветвлением на 4 трубы с 48 отверстиями через 9 м (4 трубы по 12 отверстий).
Заявленная группа изобретений связана между собой на столько, что они образуют единый изобретательский замысел.
Анализ совокупности всех существенных признаков предложенного технического решения доказывает, что исключение хотя бы одного из них приводит к невозможности обеспечения достигаемого технического результата.
Анализ уровня техники показывает, что не известна такая группа заявленных изобретений, которой присущи признаки, идентичные всем существенным признакам данного технического решения, что свидетельствует о его неизвестности и, следовательно, новизне.
Заявленная группа изобретений соответствует критерию изобретательского уровня, поскольку оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники.
При осуществлении группы изобретений действительно реализуется наличие предложенного объекта, что свидетельствует о промышленной применимости.
Вышеуказанные документы
1. Документ US 2016/0223437 А1, опублик. 04.08.2016.
2. Документ WO 2014/181082 А1, опублик. 13.11.2014.
3. Документ US 5103212, опублик. 07.04.1992.
4. Документ CN 201654940 U, опублик. 24.11.2010.
5. Документ CN 203870754 U, опублик. 08.10.2014.
6. Документ CN 103996263 А, опублик. 20.08.2014.
7. Документ TW 1276011 В, опублик. 11.03.2007.
8. Документ DE 202013005998 U1, опублик. 13.08.2013.
9. Документ ЕР 2 848 913 А1, опублик. 18.03.2015.
10. Документ RU 2639050 С1, опублик 14.12.2016.