АВТОНОМНАЯ СИГНАЛЬНО-ПУСКОВАЯ СИСТЕМА ПОЖАРОТУШЕНИЯ
INDEPENDENT SIGNAL-TRIGGERED FIRE EXTINGUISHING SYSTEM

Изобретение относится к противопожарной технике, а более конкретно к автоматическим устройствам сигнализации о пожарной обстановке и управления противопожарным оборудованием, и может быть использовано для противопожарной защиты различных объектов с одновременной передачей сигналов тревоги на удаленную станцию.
Из уровня техники известно устройство адресной сигнализации автономной системы пожаротушения, содержащее генератор огнетушащего вещества, автономный тепловой пускатель и пожарный охранный пульт, соединенный с источником питания, причем установленные в защищаемом объеме автономный тепловой пускатель и генератор огнетушащего вещества параллельно соединены проводниками между собой и с согласующим устройством, установленным вне защищаемого объема и выполненным в виде резистора и реле, при этом автономный тепловой пускатель выполнен в виде соединенных одноименным полюсом постоянных магнитов, установленных на бойке, выполненном из немагнитного материала, теплового ударно-спускового механизма и катушки индуктивности, установленной в магнитопроводном корпусе, причем вывод катушки соединен с диодом, а высота катушки не больше высоты постоянного магнита, см. пат. RU, кл. G08B 17/00, №2127623, опубликован 1999.03.20. Недостатком известного устройства является наличие в его схеме постоянной проводной электросвязи между удаленным охранным пультом и защищаемым объемом, а также повышенная функциональная и электрическая нагрузка на автономный тепловой пускатель, что снижает автономность и надежность системы. Кроме того, в указанном известном устройстве согласующее устройство требует установки вне защищаемого объема, что не всегда возможно реализовать, например, в условиях транспортного средства, где практически все объемы нуждаются в постоянной защите.
Известно автономное пожарное сигнально-пусковое устройство, содержащее датчик, блок световой индикации, пусковой блок, блок питания и дополнительно звуковой оповещатель, который объединен с блоком световой индикации, блок задержки, блок контроля и исполнительный узел, датчик выполнен в виде двухуровневого датчика предельных температур, через последовательно включенные нормально замкнутую и нормально разомкнутую пары контактов которого цепь - блок задержки - пусковой блок - исполнительный узел - соединена с блоком питания, а объединенные блок световой индикации и звуковой оповещатель подключены к блоку питания с помощью блока контроля при проверке работоспособности устройства и с помощью нормально разомкнутой пары контактов двухуровневого датчика предельных температур - в рабочем режиме, см. пат. RU, кл. G08B 17/00, №2170951, опубликован 2001.07.20. В указанном известном устройстве блок питания состоит из аккумуляторной батареи, которая требует регулярного обслуживания и контроля, что и обуславливает наличие специального блока контроля.
Известна автономная система обнаружения пожара, сигнализации о пожаре, запуска средств пожаротушения при возникновении пожара, содержащая линейный тепловой датчик с разветвителем и двумя упругими емкостями, температурный клапан установки уровня срабатывания, выполненный в виде сильфона, водоактивируемый источник напряжения, к выходным клеммам которого подключены звуковая сигнализация, выполненная в виде звукового генератора, и таймер, через который к клеммам водоактивированного источника напряжения по истечении задаваемого времени происходит подключение коммутатора исполнительных устройств средств пожаротушения, см. пат. RU, кл. G08B 17/04, №2254614, опубликован 2005.06.20. Автономная система используется при защите объектов с агрессивными средами, повышенной опасности и особо важных объектов, а кроме того, решает задачу оперативного обнаружения неисправностей и дефектов, возникающих при подготовке и совершении диверсионных и террористических актов на защищаемых объектах, повышения надежности, упрощения конструкции, минимизации расходов на эксплуатацию, полной автономности, нахождения системы в дежурном режиме достаточно продолжительное время 10-15 лет. Данное известное конструкторское решение принято в качестве прототипа, как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату аналог.
Недостатком прототипа является усложненная конструкция его водоактивируемого источника напряжения, который характеризуется пониженным уровнем отдаваемой мощности при отрицательных температурах, а также ограничен к применению на подвижных объектах. Кроме того, сепараторные источники напряжения постоянной готовности характеризуются повышенной гигроскопичностью, чувствительностью к колебаниям параметров окружающей среды. Указанные недостатки прототипа ограничивают область его эффективного применения и не позволяют использовать для целей настоящего изобретения.
Предлагаемое изобретение направлено на достижение технического результата, который выражается в том, что автономная система не содержит элементов нуждающихся в периодическом контроле или обслуживании в течение всего срока службы. Система сохраняет работоспособность в любых климатических условиях, а также при воздействии на нее значительных вибрационных и ударных эксплуатационных нагрузок. В конечном итоге указанный технический результат позволяет повысить степень автономности и долговечности системы, которая может быть смонтирована в труднодоступных, удаленных и редко посещаемых объектах и сохранять работоспособность до двадцати лет без каких бы то ни было осмотров, проверок и обратной связи. При этом автономная система способна в случае ее срабатывания подать соответствующий сигнал, в том числе и на удаленный приемник. В автономной сигнально-пусковой системе пожаротушения максимально сохранены все положительные свойства прототипа, наиболее важными из которых являются постоянная готовность системы и ее высокое быстродействие.
Положительный результат достигается тем, что автономная сигнально-пусковая система пожаротушения, содержащая тепловой пускатель, соединенный с ним источник тока, сигнальное и исполнительное устройства, подключенные к источнику тока, и реле времени, установленное в электрической цепи между источником тока и исполнительным устройством, отличается от прототипа тем, что она снабжена пиротехническим активатором источника тока и корпусом, в котором заключены конструктивно объединенные тепловой пускатель и источник тока с пиротехническим активатором. При этом тепловой пускатель выполнен в виде подпружиненного штока, установленного с возможностью поступательного перемещения и взаимодействия с пиротехническим активатором источника тока. Один из концевых участков подпружиненного штока расположен с возможностью выступания из корпуса и снабжен фиксатором, выполненным из материала с термомеханической памятью формы, а реле времени соединено с сигнальным устройством через нормально замкнутый контакт и дополнительно соединено с исполнительным устройством через нормально разомкнутый контакт.
Оптимальным с точки зрения достижения указанного технического результата является применение в системе оболочкового источника тока в виде твердотельной шашки из твердосолевой бессепаратной электрохимической композиции на основе литиевого сплава и дисульфида железа, размещенной в оболочке с возможностью контакта с пиротехническим активатором.
Предпочтительно оснащение сигнально-пусковой системы тепловым пускателем электрического действия с соленоидом с центральным осевым каналом, при этом выводы соленоида электрически соединены с пиротехническим активатором, который выполнен в виде мостика накаливания с нанесенным на него инициирующим веществом, а второй концевой участок подпружиненного штока намагничен и установлен с возможностью перемещения внутри канала соленоида. Альтернативно возможно оснащение сигнально-пусковой системы тепловым пускателем ударного действия в котором второй концевой участок подпружиненного штока обращен в сторону пиротехнического активатора и снабжен бойком, а пиротехнический активатор выполнен в виде капсюля-воспламенителя.
Во всех исполнениях автономной системы пожаротушения целесообразно выполнение сигнального устройства в виде передатчика сигнала на удаленный приемник.
Основным предназначением сигнально-пусковой системы является приведение в действие сигнального устройства оповещения и исполнительного устройства пожаротушения посредством создания источником тока соответствующего импульса при повышении температуры в зоне расположения термочувствительного фиксатора до порога срабатывания. В труднодоступных, удаленных и редко посещаемых объектах целесообразно их оборудование долговечными и полностью автономными системами по принципу «смонтировал и забыл». Сигнально-пусковая системы такого рода должна иметь мощный передатчик радиосигнала и соответственно мощный долговечный источник тока с надежной системой запуска. Твердосолевой бессепаратный источник тока в виде твердотельной шашки из электрохимической композиции на основе литиевого сплава и дисульфида железа, смонтированный в единой оболочке с пиротехническим активатором, максимально удовлетворяет указанным условиям. Резервируемый источник тока постоянной готовности такого типа способен сохранять свои свойства в необслуживаемом режиме в течение не менее двадцати лет. Саморазряд источника тока в течение всего срока эксплуатации и хранения равен нулю, поскольку в незадействованном состоянии имеет между электрическими выводами «+» и «-» сопротивление до сотен МОм, поэтому может быть постоянно подключен к аппаратуре и включен через диодную развязку параллельно другому действующему источнику тока. Благодаря простоте конструкции вероятность безотказного действия источника тока не ниже 0,99, он абсолютно невосприимчив к любым электрическим помехам и наводкам, безопасен и сохраняет работоспособность после падения с высоты 1,5 м на бетонное основание, при воздействии вибрации с частотой 20-20000 Гц. Комплектующие системы могут транспортироваться любыми видами транспорта без ограничения дальности и высоты, храниться в любых складских условиях. Система рекомендована к применению в любых климатических зонах. Надежность и долговечность системы пожаротушения подтверждена испытаниями, имитирующими эксплуатационные нагрузки, и ускоренными климатическими испытаниями.
Для перевода источника тока из резервированного состояния в состояние генерирования тока заданной величины необходимо за короткое время расплавить твердосолевую электрохимическую композицию твердотельной шашки. Наиболее эффектно такая задача решается посредством пиротехнического активатора, включающего навеску инициирующего вещества (пороха). Такая навеска является автономной, поскольку для ее горения не требуется кислород, а пороховые газы обладают большой энергией и высокой температурой, что гарантирует постоянство энергетики источника тока независимо от начальной температуры. Пиротехнический активатор обладает мгновенным действием и идеальной совместимостью с твердотельной шашкой, что позволяет совместить их в единой герметичной оболочке. Согласно изобретению взаимодействие теплового пускателя с пиротехническим активатором осуществимо электрическим или ударным способом. Достоинства теплового пускателя электрического действия объективно изложены в пат. RU, №2170951, анализ которого проведен выше. Вместе с этим тепловой пускатель электрического действия имеет ограничения при использовании на объектах с высоким уровнем электрических и магнитных полей, несмотря на то, что наличие корпуса из немагнитопроводного материала в значительной степени решает проблему. Эффективность применения пускателя в виде подпружиненного штока с бойком, установленного с возможностью поступательного перемещения и взаимодействия с капсюлем, в том числе и в устройстве охранной сигнализации, убедительно подтверждена в пат. RU, кл. G08B 13/00, №2055400, опубликован 1996.02.27. Оснащение в соответствии с настоящим изобретением пускателя ударного действия фиксатором, выполненным из материала с термомеханической памятью формы, преобразует его в тепловой пускатель, характеризующийся многофункциональностью и автономностью. Однако тепловой пускатель ударного действия восприимчив к функционированию при отрицательных температурах. Тепловой пускатель в соответствии с настоящим изобретением позволяет избежать указанных недостатков и преумножить достоинства, а предлагаемый выбор из двух типов способен при взвешенном подходе удовлетворить самые взыскательные требования. Конструктивное объединение трех элементов системы в одном корпусе позволяет существенно упростить систему в целом, повысить ее надежность и долговечность.
Использование в системе источника тока с нулевым саморазрядом в течение всего срока эксплуатации и хранения позволяет уже при монтаже подключить его к сигнальному устройству через нормально замкнутый контакт. Такая схема максимально повышает ее автономность и надежность в условиях многолетнего необслуживаемого использования. Выполнение сигнального устройства в виде передатчика, преимущественно, радиосигнала в стандартах мобильной связи на удаленный приемник позволяет размещать сигнально-пусковую систему пожаротушения на сколь угодно большом удалении. Энергетические возможности источника тока позволяют, при необходимости, оснастить передатчик средствами обратной связи и преобразовать систему в интерактивную с дополнительными функциями.
Таким образом, все отличительные от прототипа признаки автономной сигнально-пусковой системы пожаротушения направлены на получение технического результата, а именно повышение ее степени автономности и долговечности, при существенном упрощении конструкции и повышенной надежности, что расширяет область и повышает эффективность применения системы.
Автономная сигнально-пусковая система, характеризующаяся описанной совокупностью существенных признаков, является новой, промышленно применимой и обладает изобретательским уровнем.
Техническое решение иллюстрировано чертежами.
На фиг.1 изображена принципиальная схема автономной сигнально-пусковой системы пожаротушения; фиг.2 - график изменения напряжения на выходных контактах источника тока; фиг.3 - конструктивно объединенные в едином корпусе источник тока с пиротехническим активатором и тепловым пускателем электрического действия; фиг.4 - конструктивно объединенные в едином корпусе источник тока с пиротехническим активатором и тепловым пускателем ударного действия.
Автономная сигнально-пусковая система пожаротушения содержит тепловой пускатель 1, соединенный с ним источник тока 2 с пиротехническим активатором 3, реле времени 4, подключенные к нему сигнальное 5 и исполнительное 6 устройства. Тепловой пускатель 1 и источник тока 2 с пиротехническим активатором 3 конструктивно объединены и заключены в едином корпусе 7, выполненном из электроизоляционного материала. В качестве электроизоляционного (неэлектропроводного) и немагнитного материала при изготовлении элементов системы могут быть использованы пластические материалы, материалы на основе стекло- или органоволокна. Тепловой пускатель 1 выполнен в виде цилиндрического штока 8, установленного в корпусе 7. Шток 8 оснащен приводом его поступательного перемещения, который представляет собой пружину 9 сжатия, установленную коаксиально на штоке 8 в его средней части. Концевой участок 10 подпружиненного штока 8 расположен с возможностью выступания из корпуса 7 и имеет фигурную проточку для взаимодействия с термочувствительным фиксатором 11, выполненным в форме скобы диаметром около 20 мм из материала с термомеханической памятью формы, например, никелида титана.
Тепловой пускатель 1 имеет возможность взаимодействия с пиротехническим активатором 3 источника тока 2 двумя различными способами, отличающимися их конструктивными воплощениями. Тепловой пускатель 1 электрического действия, изображенный на фигуре 3, снабжен соленоидом 12 с центральным осевым каналом 13, выводы 14 которого электрически соединены с пиротехническим активатором 3. При этом пиротехнический активатор 3 выполнен в виде мостика накаливания 15, электрически соединенного с выводами 14, и нанесенной на него навеской инициирующего вещества 16. Кроме этого, второй концевой участок 17 подпружиненного штока 8 намагничен (на чертежах соответствующие полюсы постоянного магнита обозначены буквами S и N) и установлен с возможностью перемещения внутри центрального осевого канала 13 соленоида 12. Тепловой пускатель 1 ударного действия, изображенный на фигуре 4, характеризуется тем, что второй концевой участок 17 его подпружиненного штока 8, обращенный в сторону пиротехнического активатора 3, снабжен коническим бойком 18. При этом пиротехнический активатор 3 выполнен в виде воспламенителя из навески инициирующего вещества 16 и капсюля 19.
Источник тока 2 является устройством питания постоянной готовности на основе теплового химического источника тока резервного типа, который представляет собой конструкцию в герметичной оболочке 20 с твердотельной шашкой 21 из твердосолевой бессепаратной электрохимической композиции на основе литиевого сплава и дисульфида железа. При этом твердотельная шашка 21 непосредственно контактирует с навеской инициирующего вещества 16 пиротехнического активатора 3, который также, преимущественно, размещен в герметичной оболочке 20. Источник тока 2 имеет электрические выводы 22, которые нормально соединены с входными контактами реле времени 4. Реле времени 4 представляет собой электронный двухпозиционный временной переключатель, который через нормально замкнутый выходной контакт электрически соединен с сигнальным устройством 5 и одновременно через нормально разомкнутый выходной контакт электрически соединен с исполнительным устройством 6. Сигнальное устройство 5 представляет собой, преимущественно, передатчик радиосигнала на удаленный приемник. Кроме того, сигнальное устройство 5 может быть дополнено источником тревожного светового и/или звукового сигналов. Исполнительное устройство 6 представляет собой, преимущественно, генератор огнетушащего аэрозоля с электрическим средством запуска, например, пиропатроном, который собственно и подключен к нормально разомкнутому выходному контакту реле времени 4.
Автономная сигнально-пусковая система пожаротушения функционирует следующим образом.
Система эффективна при использовании ее, преимущественно, на удаленных, труднодоступных и редко посещаемых объектах. Основные элементы системы доставляются на объект в собранном виде и во взведенном положении устанавливаются стационарно в месте наиболее вероятного возникновения пожара. После монтажа системы пожаротушения снимают все предохранители в том числе и со штока 8 (на чертежах не показан) и она переводится в дежурный режим.
При возникновении пожара и повышении температуры в зоне расположения термочувствительного фиксатора 11 до порога срабатывания (72°С) в его материале происходит мартенситное превращение, сопровождающееся восстановлением предварительно заданной формы скобы, последняя разжимается, восстанавливая свою форму, и высвобождает концевой участок 10 штока 8. Шток 8 под воздействием пружины 9 привода (его поступательного движения), начинает движение вниз. Вместе со штоком 8 перемещается и его второй концевой участок 17. Далее возможна реализация схемы пиротехнического активатора 3 с тепловым пускателем 1 электрического действия или пиротехнического активатора 3 с тепловым пускателем 1 ударного действия. В первом случае подпружиненный шток 8 взаимодействует с пиротехническим активатором 3 посредством намагниченного второго концевого участка 17, который перемещается внутрь центрального осевого канала 13 соленоида 12 и вырабатывает импульс тока, передающийся через электрические выводы 14 на мостик накаливания 15 пиротехнического активатора 3. Необходимая величина электрического импульса составляет 0,5-1,0 А, а длительность 1-10 мс. Во втором случае подпружиненный шток 8 взаимодействует с пиротехническим активатором 3 посредством конического бойка 18, который ударяет по капсюлю 19. В обоих случаях происходит воспламенение навески инициирующего вещества 16, которое за короткое время расплавляет твердосолевую электрохимическую композицию твердотельной шашки и переводит источник тока 2 в состояние генерирования тока заданной величины. На фиг.2 представлен типовой график работы источника тока 2 в координатах напряжение (u) - время (t). В зависимости от энергоемкости сигнального 5 и исполнительного 6 устройств параметры источника тока 2 могут изменяться в широких пределах:
1) напряжение на выводах (u)
2,0-100 В;
2) ток
до 50 А;
3) время активации (t<sub>0</sub>)
0,3-1,0 с;
4) время работы в режиме генерации (t<sub>1</sub>+t<sub>2</sub>)
до 30 мин;
5) удельная энергия
до 30 Вт·час/кг;
6) удельная мощность
500-1000 Вт/кг;
7) габариты по герметичной оболочке
⌀ 28-70 мм, L 30-180 мм;
8) масса
50-1500 г.
0
1
1
1
2
1
2
Как показывает график (фиг.2), короткое время активации (t≤1 с) позволяет использовать источник тока 2 в средствах и устройствах с малым временем приведения в рабочее состояние. В течение периода времени t происходит включение и функционирование сигнального устройства 5. Длительность периода времени t обеспечивается реле времени 4, задается при монтаже системы пожаротушения и зависит от регламента и плана аварийных действий на охраняемом объекте. В течение указанного периода времени обязательно сохраняется нормально замкнутый электрический контакт выхода реле времени 4 с сигнальным устройством 5, который обеспечивает передачу радиосигнала на удаленный приемник, например пульт или телефон аварийной службы и/или мобильный телефон абонента, а также функционирование тревожного светового и/или звукового сигналов. Для надежной передачи радиосигнала в действительности достаточно пятнадцатисекундного импульса (t≤15 с), В течение периода времени t происходит подключение и запуск генератора огнетушащего аэрозоля исполнительного устройства 6. Указанное подключение обеспечивается реле времени 4, по команде которого по окончании временного периода t осуществляется замыкание нормально разомкнутого выходного контакта реле времени 4 с электрическим средством запуска, например, пиропатроном генератора огнетушащего аэрозоля. После срабатывания пиропатрона генератора огнетушащего аэрозоля последний функционирует автономно и в электропитании от источника тока 2 не нуждается. Для надежной запуска генератора огнетушащего аэрозоля исполнительного устройства 6 в действительности достаточно пятисекундного импульса (t=2-5 с).
Описанный выше пример осуществления автономной сигнально-пусковой системы пожаротушения приведен только с целью пояснения изобретения. Специалисты в данной области могут улучшить схему системы и (или) осуществить альтернативные варианты в пределах сущности данного изобретения, отраженной в описании и чертежах.