СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ПОЖАРА ИЛИ ПЕРЕГРЕВА В ОТСЕКЕ АВИАДВИГАТЕЛЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF DETECTING FIRE OR OVERHEATING IN AIRCRAFT ENGINE COMPARTMENT AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области пожарной безопасности, а именно к способам и устройствам обнаружения пожара или перегрева в отсеках двигателей подвижных технических объектов, в том числе в отсеках авиадвигателей летательных аппаратов.
Известен способ обнаружения пожара и перегрева, основанный на измерении температуры в отсеке авиадвигателя с помощью датчика, содержащего проволочный чувствительный элемент, намотанный в виде спирали на изолированный стержень. [Патент США №3470744, опубликовано 7.10.1969]. Недостатками такого способа являются низкая надежность и значительное время обнаружения пожара и перегрева, обусловленные конструкцией датчика.
Известен способ обнаружения пожара или перегрева, заключающийся в том, что с помощью линейного теплового датчика с двумя разнотипными чувствительными элементами измеряют температуру в контролируемой зоне, определяют место возгорания и анализируют динамику поведения температуры. Для определения пожара или перегрева сравнивают измеренную температуру с заданным пороговым значением [Патент США №7098797, опубликовано 29.08.2006].
Недостатком такого способа и устройства, реализующего этот способ, является значительное время, необходимое для обнаружения пожара. Это связано с большой тепловой инерционностью термисторного чувствительного элемента датчика.
Наиболее близкими к предлагаемому изобретению являются способ и устройство обнаружения пожара или перегрева, принятые за прототип, в которых в качества датчика обнаружения пожара используется линейный терморезистивный датчик, обладающий меньшей тепловой инерционностью по сравнению с термисторным датчиком обнаружения пожара. Такой датчик позволяет определять пожар или перегрев по средней температуре в зоне контроля и локальное возгорание по скорости изменения температуры [Патент РФ №2626716, опубликовано 31.07.2017].
Недостатком этих способа и устройства обнаружения пожара или перегрева является то, что в данном техническом решении, как и в других аналогах, на время определения пожара или перегрева по средней температуре в контролируемой зоне существенно влияют инерционность самого линейного теплового датчика, а также удаленность очага возгорания от этого датчика. Эти параметры существенно влияют на время нарастания измеренной температуры до заданного порогового значения, особенно на начальном участке возгорания.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является сокращение времени обнаружения пожара или перегрева по средней температуре в контролируемой зоне.
Поставленная задача решается с помощью способа обнаружения пожара или перегрева, заключающегося в том, что вычисляют температуру и скорость ее изменения по показаниям линейного терморезистивного датчика, определяют по этим параметрам пожар или перегрев, формируют и передают соответствующую информацию о пожаре или перегреве. Новым в заявляемом изобретении является то, что для определения пожара или перегрева по средней температуре находят сумму температуры и скорости ее изменения, сравнивают эту сумму с заданным пороговым значением и, в случае превышения этого порогового значения, формируют сигнал о пожаре или перегреве.
Поставленная задача решается устройством обнаружения пожара или перегрева, содержащим блок обнаружения пожара, в котором осуществляется вычисление температуры и скорости ее изменения по показаниям линейного терморезистивного датчика, который подключен на вход этого блока, осуществляется формирование и передача в систему пожарной защиты объекта контроля информации о пожаре или перегреве. Но, в отличие от известного технического решения, в блоке обнаружения пожара определяется сумма температуры и скорости ее изменения, найденная сумма сравнивается с заданным пороговым значением средней температуры и, в случае превышения этого порогового значения, осуществляется формирование сигнала о пожаре или перегреве.
Достигаемый технический результат-сокращение времени обнаружения пожара, обеспечивается за счет того, что, для обнаружения пожара или перегрева по средней температуре в контролируемой зоне используется не просто измеренная температура, а сумма этой температуры и скорости ее изменения. За счет этой дополнительной динамической составляющей возникает эффект форсирования, который позволяет компенсировать как инерционные свойства линейного терморезистивного датчика, так и запаздывание в измерении температуры, вносимое удаленностью очага возгорания от линейного терморезистивного датчика. В соответствии с п. 2 формулы изобретения, степень форсирования может изменяться в зависимости от заданного времени обнаружения пожара или перегрева.
На фиг. 1 представлен вариант устройства обнаружения пожара или перегрева, на фиг. 2 представлен вычислитель устройства обнаружения пожара. Устройство обнаружения пожара или перегрева состоит из блока обнаружения пожара 1, на вход которого подключен линейный терморезистивный датчик 2. Блок обнаружения пожара 1 содержит последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь 3, вычислитель 4 и формирователь 5. Современный уровень развития техники позволяет реализовать все составные части блока обнаружения пожара 1 в виде одной микросхемы-микроконтроллера, например C8051F351 фирмы Silicon Laboratories. Этот микроконтроллер содержит быстродействующее вычислительное ядро со встроенной FLASH-памятью, встроенный 24-битный аналого-цифровой преобразователь, цифро-аналоговый преобразователь, компараторы, различные цифровые интерфейсы и др. Линейный терморезистивный датчик 2 представляет собой тонкостенную металлическую оболочку, например, из материала ХН78Т, длина которой может быть от 1 м до 12 м и более, диаметром 1,2 мм и с толщиной стенки 0,2 мм. Внутри оболочки размещен чувствительный элемент, выполненный из металла с положительным температурным коэффициентом сопротивления, например, никеля. Чувствительный элемент изготовлен из двух жил диаметром 0,2 мм, соединенных между собой с одного конца с помощью лазерной сварки и изолированных друг от друга и от оболочки теплопроводным материалом, заполняющим все свободное пространство внутри оболочки. В качестве материала, обладающего хорошими изолирующими свойствами и хорошей теплопроводностью, чаще всего используется окись магния. Сопротивление такого чувствительного элемента изменяется в рабочем диапазоне температур от нескольких десятков Ом до сотен Ом и зависит от длины чувствительного элемента.
Устройство обнаружения пожара или перегрева работает следующим образом. Из блока обнаружения пожара 1 (микроконтроллера) осуществляется питание линейного терморезистивного датчика 2. В аналого-цифровом преобразователе 3 осуществляется преобразование выходного сигнала линейного терморезистивного датчика 2 в цифровой код, по которому в вычислителе 4 определяется измеренное значение температуры и скорость ее изменения. Кроме того в вычислителе 4 осуществляется суммирование измеренной температуры и скорости ее изменения, умноженной на коэффициент и сравнение найденной суммы с заданным пороговым значением температуры. Для иллюстрации эти операции, реализованные в вычислителе 4, отражены на фиг. 2 в виде соответствующей структурной схемы. Кроме перечисленных функций в вычислителе 4 осуществляется также контроль исправности линейного терморезистивного датчика 2, компенсация его погрешности, вызванной сопротивлением линии связи и др. При отсутствии пожара или перегрева в контролируемом отсеке выполняется условие:
Ти+Кд × dТи/dt<Тзад, где:
Ти - измеренное значение средней температуры;
Кд - коэффициент пропорциональности;
dTи/dt - скорость изменения температуры;
Тзад - заданный пороговый уровень пожара или перегрева.
В этом случае в формирователе 5 формируется кодовое сообщение об отсутствии пожара или перегрева, которое передается по внешнему интерфейсу в систему пожарной защиты.
При возникновении пожара или перегрева выполняется условие:
Ти+Кд × dTи/dt≥Тзад,
что приводит к формированию сообщения о пожаре или перегреве, которое вызывает в системе пожарной защиты включение индикации, речевых извещателей, устройства управления огнетушителями и др.
Из приведенного выше выражения следует, что при возникновении пожара или перегрева, когда идет процесс резкого нарастания температуры, за счет слагаемого, пропорционального скорости изменения температуры, момент превышения порогового значения температуры наступает значительно раньше. За счет выбора величины коэффициента Кд можно соответствующим образом регулировать момент, с которого начинается выполнение неравенства, т.е. можно настраивать время обнаружения пожара или перегрева. При выборе коэффициента Кд, как правило, учитывается инерционность линейного терморезистивного датчика, место его установки, размеры контролируемой зоны и др.
Источники информации
1. Патент США №3470744.
2. Патент США №7098797.
3. Патент РФ №2626716.