КЛАПАН ПРОТИВОПОЖАРНЫЙ МОРОЗОСТОЙКИЙ

Полезная модель относится к противопожарной технике, в частности к устройству для блокирования распространения пламени при пожаре и удаления скопления продуктов горения во время пожара по воздуховодам (шахтам) вентиляционных систем, транспортных тоннелей, тоннелей метро, промышленных зданий и сооружений.
Клапан противопожарный предназначен для регулирования расхода воздуха по воздуховодам, шахтам и каналам систем вентиляции, а также при возникновении пожара в транспортном тоннеле должен обеспечивать изоляцию зоны с высокой температурой от вентиляционного канала и  выдерживать, без нарушения целостности, большой градиент температур, доходящий до 1000°С. Отличительной особенностью систем вентиляции и дымоудаления автотранспортных тоннелей и тоннелей метро является подача воздуха с большой производительностью в отдельном вентиляционном канале вдоль участка транспортного тоннеля большой протяженности и подача воздуха в транспортный тоннель или удаление дыма из транспортного тоннеля через регулирующие клапаны, расположенные в проемах преграды между транспортным тоннелем и вентиляционным каналом. Поскольку воздух в вентиляционном канале в зимний период имеет отрицательную температуру, а воздух в транспортном тоннеле имеет положительную температуру и повышенную влажность, то на металлических створках регулирующих клапанов, разделяющих вентиляционный канал и транспортный тоннель, выпадает конденсат, который в условии пониженных температур, ведет к замерзанию конденсата на створках и блокированию их движения при подаче команды на поворот. Это является причиной того, что клапан не выполняет функции регулирования потока воздуха и изолирования зоны с высокой температурой от вентиляционного канала.
Из уровня техники широко известны противопожарные клапаны. В частности, известен морозостойкий противопожарный клапан для воздуховодов, содержащий корпус, в котором установлены верхняя и нижняя полуоси, заслонка, выполненная с возможностью поворота на 90° в горизонтальной плоскости, привод, выполненный в виде тяги, один конец которой присоединен к заслонке с возможностью их взаимного перемещения относительно друг друга, при этом между корпусом клапана и заслонкой выполнено лабиринтное уплотнение, а по контуру их прилегания друг к другу выполнен слой в виде противообледенительного средства. В качестве противообледенительного средства использован состав на основе машинной смазки. Уплотнение  заслонок в закрытом положении обеспечивается, например, за счет торцевого уплотнения с наклеенным терморасширяющимся материалом и за счет уплотнений с наклеенным терморасширяющимся материалом между корпусом и заслонками, а также между самими заслонками [патент РФ №162186, 14.10.2015].
Существенным недостатком конструкции известного противопожарного  клапана является невысокая надежность при его эксплуатации, обусловленная постепенным снижением эффективности противообледенительного средства из-за накопления конденсированной влаги. В результате в условиях низких температур образуется наледь на створках, препятствующая плотному закрытию створок. Кроме того, наличие конденсата на металлических элементах корпуса ускоряет процессы коррозии и приводит к снижению сроков эксплуатации воздушного клапана.
Техническая проблема, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в разработке конструкции противопожарного морозостойкого клапана, обеспечивающей длительную бесперебойную работу при использовании клапана в условиях значительной разности температур отводимого клапаном воздуха и воздуха в вентиляционном канале, в частности при установке клапана в автотранспортных тоннелях и тоннелях метро.
Технический результат, достигаемый при реализации заявляемой полезной модели, заключается в повышении эксплуатационных характеристик противопожарного морозостойкого клапана за счет повышения надежности при его эксплуатации.
Технический результат достигается в противопожарном морозостойком клапане, содержащем металлический корпус, который состоит из монтажной рамы с установленным на ней модулем, разделенным на секции, в каждой из которых установлена одна полая  створка, выполненная с возможностью поворота вокруг продольной оси для закрытия и открытия секции; на поверхности створки, по ее периметру, а также по периметру корпуса установлены нагревательные элементы, кроме того, модуль по периметру также снабжен термоизоляционным элементом, между торцевыми сторонами каждой створки и внутренней стороной стенок секций установлен терморасширяющийся уплотнитель, причем полости створок и корпуса заполнены теплоизоляционным негорючим материалом, при этом каждая створка выполнена из устойчивого к воздействиям высоких температур  материала, по периметру монтажной рамы выполнена теплоизоляция, а между монтажной рамой и секциями имеется теплоизоляционная прокладка.
Монтажная рама и установленный на ней модуль могут быть выполнены, в зависимости от условий эксплуатации, требований огнестойкости и коррозионной стойкости, из металла или сплава, позволяющих выдерживать высокие температуры и воздействие окружающей среды, например, углеродистой или коррозионностойкой стали.
Секции клапана выполнены в виде ячеек, в каждой из которых может быть установлено по одной или несколько, в зависимости от размера, необходимого для свободного прохода потока воздуха и обеспечения конструктивной их прочности, створок для закрытия или открытия ячейки.
Металлическая створка может быть выполнена плоской, в виде полой пластины.
Для изготовления створки в качестве устойчивого к воздействиям высоких температур (по меньшей мере до 1000°С) материала могут использоваться углеродистая, или коррозионностойкая сталь. Это позволяет исключить разрушение материала створок в случае возникновения пожара, что обеспечивает высокую надежность клапана в процессе эксплуатации.
Для обеспечения поворота, створка может быть установлена на полуосях. Поворот створок обеспечивается электроприводом.
Установка между торцевыми сторонами каждой створки и внутренней стороной стенок секций терморасширяющегося уплотнителя обеспечивает надежное перекрытие зазоров между створками и стенками секций и поступление дыма между створками и корпусом клапана при возникновении пожара. Как следствие, обеспечивается повышение надежности работы воздушного клапана при эксплуатации и его эксплуатационных характеристик.
Терморасширяющийся уплотнитель может быть установлен между торцевыми сторонами каждой подвижной створки и внутренними сторонами стенок секций путем закрепления указанного уплотнителя на торцевых сторонах каждой створки или внутренних сторонах стенок секций.
На торцевой стороне каждой подвижной створки (по всей ее длине) может быть закреплен дополнительный уплотнитель, например, эластичный. Дополнительный уплотнитель выполнен с возможностью контакта с внутренними сторонами стенок секций при закрытии створкой секции модуля.
При выполнении в секциях морозостойкого клапана  по несколько створок,  терморасширяющийся уплотнитель может быть установлен между торцевыми сторонами подвижных створок путем его закрепления на торцевых сторонах каждой из сопрягаемых створок.
При выполнении в секциях морозостойкого клапана по несколько створок, на торцевых сторонах одной из сопрягаемых створок (по всей ее длине) помимо терморасширяющегося уплотнителя может быть закреплен дополнительный уплотнитель, например, эластичный уплотнитель. Дополнительный уплотнитель выполнен с возможностью контакта с торцом сопрягаемой створки при закрытии створками секции модуля. Наличие эластичного уплотнителя способствует дополнительному повышению надежности воздушного клапана при его эксплуатации за счет более плотного прилегания створок к уплотнителю, выполненному из эластичного материала. Как следствие, обеспечивается более надежное перекрытие клапаном поступления воздуха или дыма. Заполнение полостей створок и корпуса (например, полости монтажной рамы) теплоизоляционным негорючим материалом, а также выполнение основных частей корпуса клапана с термоизоляционными элементами: модуля, снабженного по периметру термоизоляционным элементом,  монтажной рамы, снабженной по периметру теплоизоляцией, а также установка между монтажной рамой и секциями теплоизоляционной проставки  позволяет повысить термическую изоляцию пространства по разные стороны плоскости клапана, что приводит к исключению накопления конденсированной влаги и наледи на подвижных створках клапана в условиях значительной разности температур воздуха по разные стороны плоскости клапана. Отсутствие наледи исключает заклинивание створок или их неплотное примыкание друг к другу или к внутренним стенкам секций клапана, что, в свою очередь,  повышает надежность перекрытия клапаном поступления воздуха или дыма и, как следствие, надежность работы клапана в целом. В качестве теплоизоляционного материала для заполнения полости створок и корпуса используют негорючий материал для предотвращения его сгорания в случае возникновения пожара и сохранения своей функции на весь срок эксплуатации воздушного клапана. В результате, выполнение воздушного клапана указанным образом способствует повышению его эксплуатационных характеристик.
В качестве теплоизоляционного негорючего материала могут использоваться, например, плиты из каменной ваты марки KONLIT SL 150 или огнезащитный материал  ПМБОР-13Ф.
Металлические детали створок и корпуса, являющиеся перемычками между сторонами клапана с разной температурой, могут иметь перфорацию, снижающую передачу тепла с одной стороны клапана на другую. Таким образом не наблюдается образование конденсата и наледи на створках, которые, как было упомянуто выше, ухудшают эксплуатационные характеристики клапана ввиду заклинивания створок или их неплотного примыкания друг к другу или к внутренним стенкам секций клапана, что, в свою очередь, снижает надежность перекрытия клапаном поступления воздуха или дыма. Таким образом, наличие перфорации на упомянутых металлических деталях створок и корпуса позволяет дополнительно повысить эксплуатационные характеристики воздушного клапана.
Установка на поверхности створок,  по их периметру, а также по периметру корпуса нагревательных элементов позволяет исключить обмерзание поверхностей створок, их торцов, а также корпуса по его периметру (внутренних стенок секций клапана) в местах  примыкания створок к внутренним  стенкам корпуса и, следовательно, исключить образование наледи в указанных местах. Таким образом, отсутствие наледи способствует плотному закрытию створок без образования зазоров как между торцами смежных створок, так и между торцами створок и корпусом (внутренними стенками секций клапана), что способствует повышению надежности перекрытия клапаном поступления воздуха или дыма и, как следствие, приводит к повышению надежности работы клапана.
В качестве нагревательных элементов могут применяться греющие кабели.
Греющие кабели могут быть выполнены резистивными и саморегулируемыми. Использование в конструкции воздушного клапана саморегулируемых греющих кабелей способствует снижению трудоемкости при эксплуатации клапана, поскольку не требуется привлечение специалистов для управления кабелем извне при понижении температуры окружающей среды.  В результате это позволяет достичь повышения эксплуатационных характеристик воздушного клапана.
С помощью гибких токоподводов греющие кабели на подвижных створках соединены с неподвижными клеммниками на корпусе секций, через которые подается напряжение электропитания.
Нагревательные элементы, установленные на корпусе, могут быть расположены, в частности, по периметру модуля или монтажной рамы.
Нагревательный элемент (например, греющие кабели) может быть закрыт трубчатыми кожухами для увеличения теплоотдачи на створки и защиты кабеля от механического повреждения. Таким образом, это позволяет дополнительно повысить надежность работы клапана ввиду исключения явления обмерзания подвижных створок клапана в области их смыкания между собой и с корпусом и, как следствие, исключает заклинивание створок или неполное закрытие секции модуля.
Торцы створок могут быть выполнены с формой, обеспечивающей примыкание торцов смежных створок внахлест, что вместе с наличием уплотнителя обеспечивает более надежное перекрытие клапаном поступления воздуха или дыма и, как следствие, дополнительно повышает надежность работы клапана.
Сущность полезной модели поясняется фигурами 1-8.
На фиг. 1 представлен противопожарный морозостойкий клапан, вид сверху;
на фиг. 2 представлен противопожарный морозостойкий клапан, вид слева;
на фиг. 3 представлен противопожарный морозостойкий клапан, вид с торца;
на фиг. 4 изображен увеличенный фрагмент  частичного разреза сечения А-А, представленного на фигуре 1;
на фиг. 5 изображен выносной элемент Б;
на фиг. 6 изображен выносной элемент В;
на фиг. 7 изображена пары соединенных между собой противопожарных клапанов, вид в изометрии;
на фиг. 8 представлен пример схемы монтажа противопожарного морозостойкого клапана в тоннеле метро.
На фигурах позициями 1-19 обозначены:
1 – корпус противопожарного клапана,
2 – монтажная рама клапана,
3 –модуль клапана,
4 – секции модуля клапана,
5 – створки клапана,
6 – электропривод,
7 –гибкие токопроводы
8 – греющий кабель створок,
9 – греющий кабель модуля клапана,
10 – эластичный  уплотнитель створки,
11 – терморасширяющийся уплотнитель,
12 – стенка секции,
13 – термоизоляционный элемент модуля,
14 – теплоизоляционная проставка,
15 – теплоизоляционный элемент монтажной рамы,
16 – механизм тяг,
17 – вентиляционный канал,
18 – транспортный тоннель метро,
19 – перекрытие (преграда между транспортным тоннелем метро и вентиляционным каналом).
Пример реализации полезной модели – клапана противопожарного морозостойкого.
Противопожарный морозостойкий клапан содержит корпус 1 из коррозионностойкой стали, выдерживающий температуру до 1000°С, включающий прямоугольную монтажную раму 2 с жестко закрепленным на ней модулем 3 той же формы. Для фиксации модуля 3 на раме 2 использовали болтовое соединение. Прямоугольный модуль 3 разделен на две секции (открытые, сквозные прямоугольные ячейки) 4, таким образом, воздух может беспрепятственно проходить сквозь модуль 3 через открытые секции 4. В каждой секции установлено по четыре полых створки 5 из коррозионностойкой листовой стали. Каждая створка 5 выполнена с возможностью поворота вокруг продольной оси, для обеспечения перекрытия и открытия секции 4. Поворот створок обеспечивается электроприводом 6. Для реализации поворота створок предусмотрен механизм тяг 16. Полости в монтажной раме 2, корпусе секций 4 и створках 5 заполнены теплоизоляционным негорючим материалом, например материалом на основе каменной ваты марки KONLIT SL 150 или огнезащитным материалом ПМБОР-13Ф. По внешней поверхности каждой из створок 5, по периметру створки, проходит саморегулируемый резистивный греющий кабель  8. Для увеличения теплоотдачи на створки и защиты кабеля от механического повреждения саморегулируемый греющий кабель 8, закрыт трубчатыми кожухами (на фигуре не показаны). По длине всех торцевых сторон каждой из створок 5 закреплен эластичный уплотнитель  10 из пластичной силиконовой резины. На внутренних сторонах 12 секций (по всему периметру секции) и по торцевым поверхностям створок закреплен терморасширяющийся уплотнитель 11 марки ОГРАКС. Терморасширяющийся уплотнитель 11 расположен таким образом, чтобы в закрытом положении створок, при его нагревании во время пожара, он за счет увеличения своего объема заполнял торцевые зазоры между створками и между створками и корпусом секции. По периметру модулей 2 (по внутренним сторонам  модулей) проходит саморегулируемый резистивный греющий кабель 9. Внутренние стенки модулей 2 (по всему периметру модуля) также снабжены термоизоляционным элементом 13. По периметру монтажной рамы и внутри нее выполнена теплоизоляция 15. Между монтажной рамой  2 и секциями 4 имеется теплоизоляционная проставка 14. Металлические детали створок и корпуса, являющиеся перемычками между сторонами клапана с разной температурой, имеют перфорацию, снижающую передачу тепла с одной стороны клапана на другую. В частности, створки по периметру торцевых поверхностей имеют перфорацию и секции корпуса по периметру в сечении прилегания створок также имеют перфорацию.
Кроме того, в другом примере выполнения противопожарного морозостойкого клапана, модуль  клапана в каждой из секций  содержит  по одной створке.
Клапан противопожарный морозостойкий работает следующим образом.
Разработанный клапан КПВС-2Ккр-Мсн предназначен для обеспечения надежного воздухообмена тоннельного пространства в сочетании с огнезадерживающей функцией. Управление клапаном в системах вентиляции и дымоудаления производится подачей питания на электропривод клапана системой автоматики объекта. Работоспособность клапана, в приближенных к реальным условиям разницы температур и влажности по разные стороны плоскости клапана, проверена на стендовых испытаниях, при которых по одну сторону плоскости клапана (в вентиляционном канале 17) движение воздуха температурой минус 25°С производилось со скоростью 7-8 м/с, по другую сторону плоскости клапана 1 (транспортный тоннель метро 18) воздух температурой плюс 10°С и влажностью 85% двигался со скоростью 1,5 – 1,8 м/с. Клапан был установлен в перекрытие 19 (преграда между транспортным тоннелем метро и вентиляционным каналом).
В процессе штатной работы системы воздухообмена тоннельного пространства метро (в отсутствии пожара и задымлений) воздух поступает из вентиляционного канала 17 в транспортный тоннель метро 18, при этом, створки 5 клапана 1 открыты. При возникновении пожара или задымления в тоннеле метро производится подача питания на электропривод клапана системой автоматики объекта.
Таким образом, посредством механизма тяг 16 осуществляется закрытие всеми створками  5 секций 4 модуля 3 клапана 1. При этом, при воздействии высоких температур от пламени терморасширяющийся уплотнитель 11 на внутренней стенке 12 модулей 3 и в зазоре между торцами сопрягаемых створок 5 увеличивается в размерах и заполняет зазоры между торцами сопрягаемых створок, а также зазоры между торцами створок и стенками секций, препятствуя перетеканию горячих газов с одной стороны клапана на противоположную. В холодном состоянии уплотнители 10 на смежных сторонах створок 5 также плотно примыкают друг к другу при закрытии створок 5. Таким образом, за счет наличия уплотнителя 10, проходящего по боковым стенкам каждой из створок 5 и терморасширяющегося уплотнителя 11, обеспечивается  герметизация секций и проход воздуха, дыма или огня в вентиляционный канал полностью предотвращается. В том числе предотвращается подача воздуха в зону горения из вентиляционного канала 17.
Проведенные испытания подтвердили, что примененное конструктивное исполнение клапана, в котором подвижные створки и корпус снабжены  саморегулируемым греющим кабелем, а также наличие теплоизоляционных элементов исключает образование наледи на стыке створок между собой и с корпусом и, как следствие, исключает нарушение функционирование клапана из-за смерзания створок между собой или примерзания их к корпусу. Нагрев саморегулируемым греющим кабелем производится при подаче напряжения электропитания от системы автоматики объекта, а поддержание определенной температуры, например 60°С, обеспечивается автоматически, заложенными техническими свойствами саморегулируемого кабеля, содержащего резистивные матрицы, нагревающиеся, до заданной техническими характеристиками, температуры. В результате, клапан обеспечивал надежное плотное и своевременное закрытие и открытие створок.
Эффективность примененной теплоизоляции и конструктивных элементов перфорирования деталей створок и стенок корпуса, подтверждена испытаниями клапана на огневом стенде при создании градиента температур до 1000°С по разные стороны плоскости клапана. В результате исследований было подтверждено сохранение целостности корпуса клапана и его створок, что обеспечивало надежное перекрытие  створками поступления дыма в вентиляционный канал.
Таким образом, разработанная конструкция противопожарного морозостойкого клапана обеспечивает эффективную вентиляцию тоннеля при жестких условиях эксплуатации:  при перепаде давления 5000 Па, и  выполняет функции тепловой преграды, как в условиях высоких температур с градиентом до 1000°С, то есть противопожарного клапана, так и в условиях низких температур воздуха в вентиляционном канале до минус 25°С, при температуре до 10°С и высокой влажности воздуха до 85% в транспортном тоннеле, ведущих к образованию наледи, блокирующей подвижность регулирующих створок. При этом изменение указанных условий эксплуатации не требует дополнительных мероприятий по обеспечению функционирования, за исключением подачи напряжения электропитания на саморегулируемый греющий кабель.