Огнезащитный кожух для электронного и/или электрического оборудования

Полезная модель относится к противопожарной технике, а именно к огнезащитному кожуху для размещения в нем электронного и/или электрического оборудования, и может использоваться при эксплуатации электроприводов запорно-регулирующей арматуры (задвижек, клапанов, кранов и т.д.), в частности, работающих на объектах газовой и нефтяной промышленности, где высока вероятность возникновения пожара.
Известны огнезащитные кожухи для приводов запорно-регулирующей арматуры трубопровода по патентам РФ 136725 (опубл. 20.01.2014) и 2519984 (опубл. 20.06.2014). Верхняя, нижняя и боковые стенки кожуха выполнены из многослойных магнезитовых плит, закрепленных между собой. Электрический кабель блока управления и рабочие питающие связи привода пропущены через отверстия в нижней стенке и загерметизированы в ней. Верхняя и боковые стенки кожуха изнутри обрешечены стальной решеткой, а снаружи облицованы алюминиевым покрытием толщиной 0,25-3 мм и окрашены огнезащитой краской.
Недостатком упомянутых технических решений является то, что в них не предусмотрен отвод тепла от электрических частей привода в штатном режиме, при отсутствии пожара, т.е. отсутствует вентиляция привода, что приводит к его излишнему нагреву и выходу из строя.
Известно устройство тепловой защиты электронных модулей путем отвода тепла из устройства с помощью теплозащитных смесей по патенту США №5932839 (опубл. 03.08.1999). Устройство содержит внешний корпус, внутренние поверхности которого образуют внутреннюю полость, заполненную теплозащитной смесью, в которой размещены электронные модули, и изолирующую термическую прокладку, расположенную между внутренними поверхностями и теплозащитной смесью.
Недостатком этого решения является низкая надежность, обусловленная кратким периодом времени, до 160 с, в течение которого модули защищены от воздействия высоких температур окружающей среды.
Известен корпус электронного прибора с воздушным охлаждением по патенту РФ 2491662 (опубл. 27.08.2013), содержащий систему охлаждения корпуса, образованную входным отверстием, выходными отверстиями, нижней крышкой, внутренними и внешними левой боковой, правой боковой, задней стенками, а также двойной верхней крышкой, образующими замкнутые внутренний и внешний контуры и выполненными с возможностью прохождения между внутренними и внешними стенками охлаждающего потока воздуха. Выходные отверстия выполнены на лицевой панели, внутренняя верхняя крышка выполнена в виде радиатора, при этом внутри корпуса размещены с возможностью прохождения между ними охлаждающего потока воздуха двойные перегородки, установленные с возможностью образования, по крайней мере, двух основных и одного дополнительного отсеков, причем внутри каждого основного отсека размещен, по крайней мере, один тепловыделяющий элемент, выполненный в виде электронного модуля с теплоотводом, установленный контактными поверхностями теплоотвода на внутренней боковой стенке корпуса или перегородке и закрепленный с возможностью плотного прилегания к их внутренним поверхностям, а торцевой контактной поверхностью - к поверхности внутренней верхней крышки корпуса.
Данное техническое решение обеспечивает теплоотвод внутри корпуса электронного прибора, но не защищает его от внешнего воздействия высоких температур.
Известен защитный кожух для электронного оборудования по патенту РФ 2516761 (опубл. 20.05.2014). Данный металлический кожух изготовлен двойным с образованием зазора между внутренней и внешней оболочками, окружающими электронное оборудование. Вентиляционные отверстия в указанных оболочках равномерно распределены по их поверхностям и расположены между собой в шахматном порядке, т.е. вентиляционные отверстия внутренней и внешней оболочек перекрыты через зазор стенками внешней и внутренней оболочек соответственно. На внешние поверхности оболочек нанесено покрытие из материала, который в случае нагрева при достижении температуры активирования увеличивает свой объем и перекрывает вентиляционные отверстия. Конструкция кожуха способна выдерживать воздействие открытого пламени в течение 5 минут с обеспечением в течение этого времени нормальной работы электронного оборудования.
Недостаток защитного кожуха для электронного оборудования состоит в том, что наличие большого количества вентиляционных отверстий во внутренней и внешней оболочках верхней части делает невозможным его использование на открытом воздухе, т.к. не защищает от воздействия атмосферных осадков и отрицательных последствий такого воздействия, например, обледенения.
Другой недостаток заключается в том, что конвекционные потоки внутри защитного кожуха не организованы, что приводит к недостаточно эффективному отводу тепла в штатном режиме эксплуатации.
За ближайший аналог выбран металлический корпус (25) с размещенным внутри него электрическим компонентом (30) по заявке WO 2013/160070 (опубл. 31.10.2013). В металлическом корпусе (25) имеется отверстие (40), в которое вставлен воздушный клапан (50) противопожарного действия. Воздушный клапан (50) включает в себя металлическую трубку (60), через внутреннюю полость (вентиляционный канал) которой обеспечена возможность приточно-вытяжной вентиляции внутренней области корпуса (25). Во внутренней полости (вентиляционном канале) трубки (60) расположен элемент (150) по меньшей мере с одним отверстием (170). Элемент (150) изготовлен из материала, который в случае нагрева при достижении температуры активирования увеличивает свой объем и при этом перекрывает отверстие (170), тем самым закрывая воздушный клапан. С внешней стороны корпуса (25) трубка (60) воздушного клапана закрыта крышкой (210) с возможностью прохождения воздуха через канальные отверстия (180). Воздух внутри крышки (210) отклоняется на 180°. При этом трубка (60) горизонтально ориентирована в пространстве.
Приточный воздух проходит в воздушный клапан последовательно через открытые торцы крышки (210), канальные отверстия (180), крышку (210), внутреннюю полость (вентиляционный канал) трубки (60) и через отверстие (170) элемента (150) поступает во внутреннюю область корпуса (25). Поток воздуха из корпуса (25) выходит по указанному пути в обратной последовательности.
Прекращению пожара внутри корпуса способствует перекрытие отверстия (170) при отсутствии в указанном корпусе (25) других отверстий.
Недостатком этого решения является то, что приток воздуха и его вытяжка происходят по одному и тому же пути одновременно, вследствие чего потоки удаляемого и входящего воздуха смешиваются, что в целом ухудшает эффективность вентиляции электрического компонента (30).
Кроме того, эффективность вентиляции снижается из-за того, что воздух при прохождении через воздушный клапан движется по криволинейной траектории и несколько раз изменяет свое направление на 90°.
Следующим недостатком является сложность конструкции деталей воздушного клапана (см. фиг 2, 3), требующих высокой точности изготовления и сборки.
Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в обеспечении работоспособности размещенного в кожухе электронного и электрического оборудования независимо от внешних температурных условий.
Технический результат достигают тем, что огнезащитный кожух для электронного и электрического оборудования, как и ближайший аналог, содержит по меньшей мере один воздушный клапан, обеспечивающий возможность притока воздуха во внутреннюю область кожуха через вентиляционный канал воздушного клапана, причем в вентиляционном канале расположен по меньшей мере один элемент, который в случае нагрева при достижении температуры активирования увеличивает свой объем и перекрывает вентиляционный канал.
В отличие от ближайшего аналога, упомянутый элемент является покрытием, нанесенным на установленную в вентиляционном канале металлическую пластину с отверстиями, воздушный клапан установлен в днище кожуха, а верхняя часть кожуха выполнена двойной с возможностью прохождения между ее внутренней и внешней стенками потока воздуха.
Сущность полезной модели поясняется следующими чертежами: фиг. 1 - огнезащитный кожух; фиг. 2 - воздушный клапан.
Огнезащитный кожух (фиг. 1) содержит воздушный клапан 1, расположенное снизу днище 2, верхнюю часть 3 и среднюю часть 4. Днище 2, верхняя 3 и средняя 4 части изготовлены из металла. В днище 2 установлен воздушный клапан 1. Верхняя часть 3 выполнена двойной с образованием между ее внешней стенкой 5 и внутренней стенкой 6 воздушного зазора 7. Во внутренней области 8 огнезащитного кожуха размещено электронное и/или электрическое оборудование 9, например электропривод. Средняя часть 4 расположена между днищем 2 и верхней частью 3 и жестко соединена с днищем 2 и внутренней стенкой 6 верхней части 3. Внешняя стенка 5 изготовлена без отверстий, предпочтительно с направленными от центра вниз краями, для обеспечения защиты от атмосферных осадков. Внутренняя область 8 сообщена с пространством зазора 7 через вентиляционные отверстия 10 во внутренней стенке 6. Пространство зазора 7 своими открытыми торцами сообщено с окружающей атмосферой.
Воздушный клапан 1 (фиг. 2) включает в себя металлическую трубку 11, поперек вентиляционного канала 12 которой жестко установлена пластина 13 с отверстиями 17. На пластину 13 по меньшей мере с одной стороны нанесено покрытие 14 из материала, который в случае нагрева при достижении температуры активирования увеличивает свой объем и перекрывает вентиляционный канал 12 путем перекрытия отверстий 17 в пластине 14. Металлическая трубка 11 может быть прикреплена к днищу 2 с помощью фланцевого соединения. Вентиляционный канал 12 сопряжен с отверстием в днище 2. На внутреннюю поверхность трубки 11 может быть нанесено покрытие 15 с эффектом вспучивания под действием высокой температуры, что дополнительно способствует перекрытию вентиляционного канала 12. Поперек вентиляционного канала 12 может быть дополнительно установлена по меньшей мере одна металлическая сетка или решетка 16 для задержания и уплотнения увеличивающегося в объеме покрытия 14 при воздействии на него температуры активирования. Отверстия 17 пластины 13 выполнены таких размеров, которые обеспечивают их полное перекрытие увеличенным в объеме (вспученным или вспененным) покрытием 14 во время воздействия высокой температуры.
Возможна установка по меньшей мере одной дверцы 17 (фиг. 1) в требуемом месте кожуха, например, для контроля и управления электронным и/или электрическим оборудованием 9. К днищу 2, верхней 3 и средней 4 частям со стороны внутренней области 8 кожуха прикреплена теплоизоляция 18 (фиг. 1) из любого огнестойкого материала, например, из базальта, для усиления огнестойкости кожуха. Теплоизоляция 18 днища 2 имеет отверстия в месте сопряжения с вентиляционным каналом 12 и трубопроводной арматурой (на фиг не показаны).
В штатном режиме, при отсутствии пожара, воздух поступает во внутреннюю область 8 по вентиляционному каналу 12 (стрелки А на фиг. 1), проходя через отверстия 17 в пластине 13. В процессе работы электронного и/или электрического оборудования 9 воздух внутри кожуха нагревается, поднимается между стенками кожуха и электронным и/или электрическим оборудованием 9 (см. стрелки Б на фиг. 1) и выводится через вентиляционные отверстия 10 внутренней стенки 6 и открытые торцы 11 зазора 7 (стрелки В на фиг. 1).
При воздействии на кожух пламени покрытие 14 пластины 13 и покрытие внутренней стенки 6 вспучиваются и увеличиваются в объеме, что приводит к перекрытию соответственно вентиляционного канала 12 и вентиляционных отверстий 10. В результате предотвращается высокотемпературное воздействие на электронное и/или электрическое оборудование 9, сохраняя его работоспособность. Проведенные опыты показали, что оборудование 9 при воздействии на кожух пламени сохранило работоспособность в течение не менее 30 мин.
Простота конструкции воздушного клапана 1 обусловлена тем, что металлические трубка 11 и пластина 13 с отверстиями не требуют для их изготовления специальной оснастки и могут быть выполнены из стандартных заготовок путем их минимальной доработки и последующего нанесения покрытия.
Благодаря тому, что воздушный клапан 1 установлен в днище 2 кожуха, а верхняя часть 3 кожуха выполнена двойной с возможностью прохождения между ее внутренней 6 и внешней 5 стенками потока воздуха, создаются организованные каналы для направленного движения воздуха от днища 2 к верхней части 3 с его беспрепятственным входом и выходом, что в итоге позволяет более эффективно охлаждать электронное и/или электрическое оборудование конвекционным воздухом.
Повышению огнестойкости кожуха способствует слой теплоизоляции 16 со стороны внутренней области 8 кожуха.
Таким образом, предложенный кожух обеспечивает эффективный отвод тепла от электронного и/или электрического оборудования. При этом кожух обладает высокой огнестойкостью и позволяет обеспечить круглогодичную эксплуатацию упомянутого оборудования на открытом воздухе.