Результат интеллектуальной деятельности: АВТОМАТИЧЕСКОЕ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО СИСТЕМ БЕЗОПАСНОСТИ В ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ

Изобретение относится к машиностроению, в частности к предохранительным устройствам систем безопасности.

Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту является предохранительное устройство по патенту РФ №2406904, F16L 3/04 (прототип), содержащее корпус, на котором закреплены рычажный и исполнительный механизмы.

Недостатком известного решения является сравнительно невысокая надежность срабатывания и малое быстродействие.

Технический результат - повышение эффективности защиты технологического оборудования от аварийных ситуаций путем увеличения быстродействия и надежности срабатывания системы.

Это достигается тем, что в автоматическом предохранительном устройстве систем безопасности в чрезвычайных ситуациях, содержащем систему датчиков и электроклапан, дополнительно содержится защищаемый объект, который требуется перевести из обычного режима работы в аварийный режим в результате возникновения опасности развития чрезвычайной ситуации, который соединен с исполнительным устройством, на срабатывание которого поступает сигнал с устройства управления, выполненного в виде электроклапана, корпус которого расположен вертикально, а устройство электропуска электроклапана монтируется на запорно-поджимной гайке, закрепленной в верхней части корпуса электроклапана и содержит два контакта: центральный контакт, расположенный в изолирующей втулке, соосной с поршнем, и контакт "корпус", при этом внутри корпуса электроклапана, соосно ему, установлен поршень, фиксируемый в дежурном состоянии фиксатором, расположенным перпендикулярно оси поршня и фиксируемым в отверстии поршня и в двух соосных с ним отверстиях в корпусе электроклапана, причем при срабатывании электроклапана поршень выполняет функцию фрезы, срезающей фиксатор, выполненный в виде отожженной проволоки диаметром ∅ 1,0 мм, при этом один конец фиксатора закреплен на корпусе электроклапана, а другой - на конце пускового рычага, соединенном с пусковой пружиной, а исполнительное устройство приводится в действие только в аварийном режиме от кнопки включения, входящей в систему запуска исполнительного устройства, включающей в себя пусковой рычаг, на одном из концов которого зафиксированы пусковая пружина и фиксатор, а на другом конце имеются два отверстия: отверстие для предохранительной чеки и отверстие для установки оси пускового рычага, причем торец этого конца рычага выполнен профильным, например по спирали Архимеда, и взаимодействует при срабатывании с кнопкой включения, запускающей исполнительное устройство, при этом ось пускового рычага закреплена на кронштейне, жестко связанном с корпусом исполнительного устройства, а на рычаге предусмотрена маркировка "В" и "Н" ("верх"; "низ") пускового рычага для правильной ориентации его профильного конца, взаимодействующего с кнопкой включения исполнительного устройства, при этом угол ориентации параллельных плоскостей "В" и "Н" пускового рычага должен составлять порядка 5÷10° относительно оси кнопки включения, расположенной в горизонтальной плоскости, а электроклапан связан с системой зондирования опасной зоны, включающей в себя датчики, настроенные на превышение предельно допустимых концентраций химически опасных веществ, присутствующих в этой зоне, и зонд, настроенный на превышение предельно допустимых уровней радиоактивных веществ, сигналы с которых поступают на общий микропроцессор, обрабатывающий эти сигналы и выдающий управляющий сигнал на включение электроклапана.

На фиг. 1 представлено автоматическое предохранительное устройство систем безопасности в чрезвычайных ситуациях с исполнительным органом, например защиты от пожара (химический воздушно-пенный огнетушитель), на фиг. 2 - схема запорно-пускового устройства химического воздушно-пенного огнетушителя в исходном состоянии, на фиг. 3 представлена схема пеногенератора 37 химического воздушно-пенного огнетушителя.

Автоматическое предохранительное устройство систем безопасности в чрезвычайных ситуациях содержит защищаемый объект 1, который требуется перевести из обычного режима работы в аварийный режим в результате возникновения опасности развития чрезвычайной ситуации (ЧС), например система приточной вентиляции, подающая воздух в рабочую зону из опасной зоны, где возможен аварийный выброс вредных и опасных для здоровья операторов веществ, например химических, радиоактивных, канцерогенных и т.д. В системе приточной вентиляции защищаемым объектом может быть заслонка, перекрывающая подачу воздуха в рабочую зону.

Защищаемый объект 1 соединен с исполнительным устройством 16, например электродвигателем, который может закрыть заслонку системы вентиляции в нужный момент. Сигнал на закрытие заслонки исполнительному устройству 16 поступает с устройства управления 4 (например, серводвигателя, сервоклапана), например выполненного в виде электроклапана 4, корпус которого расположен вертикально и выполнен цилиндрическим. Устройство электропуска 6 электроклапана 4 монтируется на запорно-поджимной гайке 7, закрепленной в верхней части корпуса 4 электроклапана и содержит два контакта: центральный контакт 8 (пропаивается), расположенный в изолирующей втулке 9, соосной с поршнем 5, и контакт 10 "Корпус". Внутри корпуса электроклапана 4, соосно ему, установлен поршень 5, фиксируемый в «дежурном» состоянии фиксатором 11, расположенном перпендикулярно оси поршня 5 и фиксируемым в отверстии поршня и в двух соосных с ним отверстиях в корпусе электроклапана 4. При срабатывании электроклапана поршень 5 выполняет функцию фрезы, срезающей фиксатор 11, выполненный в виде отожженной проволоки диаметром ∅ 1,0 мм. При этом один конец фиксатора закреплен на корпусе электроклапана 4, а другой - на конце пускового рычага 2, соединенном с пусковой пружиной 3.

Исполнительное устройство 16 приводится в действие только в аварийном режиме, например от кнопки включения 17, входящей в систему запуска исполнительного устройства 16. Система запуска исполнительного устройства 16 включает в себя пусковой рычаг 2, на одном из концов которого зафиксированы пусковая пружина 3 (при установке удлиняется в 2 раза) и фиксатор 11 (отожженная проволока ∅ 1,0 мм), а на другом конце имеются два отверстия: отверстие 12 для предохранительной чеки (на чертеже не показано) и отверстие 13 для установки оси 14 пускового рычага, причем торец этого конца рычага выполнен профильным, например по спирали Архимеда, и взаимодействует при срабатывании с кнопкой включения 17, запускающей исполнительное устройство 16, например электродвигатель. Ось пускового рычага 14 закреплена на кронштейне 15, жестко связанном с корпусом исполнительного устройства 16. На рычаге 2 предусмотрена маркировка "В" и "Н" ("верх"; "низ") пускового рычага для правильной ориентации его профильного конца, взаимодействующего с кнопкой включения 17 исполнительного устройства 16. При этом угол ориентации параллельных плоскостей "В" и "Н" пускового рычага 2 должен составлять порядка 5÷10° относительно оси кнопки включения 17, расположенной в горизонтальной плоскости.

Электроклапан 4 связан с системой зондирования опасной зоны, включающей в себя датчики 18, настроенные на превышение ПДК (предельно допустимые концентрации) химически опасных веществ, присутствующих в этой зоне, и зонд 20, настроенный на превышение ПДУ (предельно допустимые уровни) радиоактивных веществ, а также датчик 21 пожарной сигнализации, сигналы с которых поступают на общий микропроцессор 19, обрабатывающий эти сигналы и выдающий управляющий сигнал на включение электроклапана 4.

Автоматическое предохранительное устройство систем безопасности в чрезвычайных ситуациях работает следующим образом.

Для перевода исполнительного устройства 16 из состояния траспортировки в «дежурное» состояние выдергивается предохранительная чека (на чертеже не показано) и пусковой рычаг 2 переводится в состояние «готовности к ЧС», т.е. располагается относительно горизонтальной плоскости под углом 5÷10° путем фиксации (крепления) конца рычага 2 с одной стороны фиксатором 11, соединенным с корпусом электроклапана 4, и проходящим через его отверстия и отверстие в поршне 5, а с другой - пусковой пружиной 3.

При получении сигнала от системы зондирования опасной зоны, включающей в себя датчики 18, настроенные на превышение ПДК (предельно допустимые концентрации) химически опасных веществ, присутствующих в этой зоне, и зонд 20, настроенный на превышение ПДУ (предельнодопустимые уровни) радиоактивных веществ, а также датчик 21 инфракрасного излучения, извещающий о возникновении пожара, сигнал от любого из датчиков поступает на общий микропроцессор 19, обрабатывающий эти сигналы и выдающий управляющий сигнал, поступающий на электроклапан 4. Кратность превышения ПДК или ПДУ (например, в 10 раз), на которую настраиваются датчики системы зондирования опасной зоны, должна согласовываться с надзорными органами отрасли, в которой используется предлагаемая система, а также техническими регламентами и отраслевыми нормами по СНИПам (санитарным нормам и правилам), ГОСТам (государственным общероссийским стандартам), ТУ (техническим условиям) и т.д.

При этом поршень 5 поднимается вверх, срезая фиксатор 11. При этом освобождается пусковой рычаг 2, на одном из концов которого зафиксирована пусковая пружина 3, которая отводит один конец рычага 2 вниз, а другой конец с профильным торцом поднимается вверх, утапливая (передвигая влево по горизонтальной плоскости) ось 17 кнопки включения, запускающей исполнительное устройство 16, например электродвигатель, который воздействует на защищаемый объект 1, например передвигает заслонку системы вентиляции и перекрывает канал приточного воздуха в момент возникновения ЧС.

В качестве исполнительного органа, прекращающего возникновение пожара, используется химический воздушно-пенный огнетушитель (фиг. 1 и 2), который состоит из стального корпуса 23, содержащего 9 л водно-щелочного раствора (бикарбонат натрия NaHCO₃ + солодковый экстракт), и полиэтиленовой емкости 24 с кислотной смесью (серная кислота H₂SO₄ + сульфид железа FeSO₄), повышающий объем и прочность пены).

Полиэтиленовая емкость 24 жестко соединена с седлом клапана 25, закрепленного в нижней части стакана 32, жестко соединенного с крышкой 31 стального корпуса 23. К корпусу 23, в верхней его части, прикреплена ручка 26 для режима эксплуатации огнетушителя вручную (как запасной вариант). В верхней части корпуса 23, ниже крышки 31, размещен выпускной патрубок 29, на котором закреплен пеногенератор 37.

Стакан 32 установлен внутри корпуса 23, осесимметрично ему и полиэтиленовой емкости 24. Клапан 25 соединен со штоком 28, размещенным осесимметрично в стакане 32 и подпружиненным пружиной 35. В нижней части стакана 32, над клапаном 25, выполнены, по крайней мере, три отверстия 30, обеспечивающих соединение щелочной и кислотной частей огнетушителя.

На крышке 13 корпуса 23 огнетушителя смонтировано запорно-пусковое устройство (фиг. 2), включающее в себя подпружиненный шток 28 с клапаном 25 и пусковую рукоятку 27, опломбированную и закрепленную на серьге 34, посредством оси 36, при этом серьга 34 жестко установлена на крышке 31. Пусковая рукоятка 27 состоит из двух частей: круглой, взаимодействующей с осью 36 и кривошипом 33, шарнирно соединенным со штоком 28, и клиновидной - для поворота рукоятки 27 рукой вверх на угол 180° (как запасной вариант). При этом кривошип 33 подсоединен к отверстию, выполненному в круглой части пусковой рукоятки 27 и расположенному с эксцентриситетом по отношению к оси 36. Причем величина эксцентриситета выбирается таким образом, что при поворачивании рукоятки 27 вверх на угол 180°, кривошип 33 также перемещается вверх на 180°, открывая клапан 25 и обеспечивая тем самым соединение щелочной и кислотной частей огнетушителя через отверстия 30 в стакане 32.

Химический воздушно-пенный огнетушитель работает следующим образом.

Когда поршень 5 поднимается вверх, срезая фиксатор 11, груз 38 через пружину 3 воздействует на шарнирно рычажный механизм 22, который переводит рычаг 27 огнетушителя в крайнее правое положение, отчего открывается клапан 25, обеспечивая соединение щелочной и кислотной частей через отверстия 30. Сода начинает взаимодействовать с кислотным соединением. Образующийся в результате химической реакции углекислый газ вспенивает содержимое огнетушителя и выбрасывает через клапан 29 и пеногенератор 37 на очаг пламени 41 пену порядка 55 на расстояние 6…8 м в течение 1 мин.

Для более точного и быстрого наведения струи пены на очаг пламени 41, огнетушитель помещают на платформу 39, снабженную механизмами вращения вокруг оси огнетушителя, и его перемещения по вертикали, например от ходового винта 40. Работа этих механизмов синхронизирована с датчиком 21 инфракрасного излучения.

Даже при граничных условиях работы пеногенератора, т.е. при низких давлениях раствора пенообразователя на входе пеногенератора (8 атм) и низких температурах окружающей среды (-15°С) пена, под давлением создаваемым пеногенератором, подается в заданный объект, где образует растекающуюся по поверхности объекта, стойкую, не разрушаемую огнем пленку, которая прекращает доступ кислорода в зону горения и пожар прекращается.

На фиг. 3 представлена схема пеногенератора 37 химического воздушно-пенного огнетушителя.

Пеногенератор 37 (фиг. 3) содержит полый корпус 41, состоящий из цилиндрической части с внешней резьбой для подсоединения к штуцеру (на чертеже не показано) распределительного трубопровода для подвода жидкости, и, закрепленную в нижней части корпуса, накидную гайку 46 с рассекателем 47 потока жидкости. В корпусе 41, соосно ему, выполнено цилиндрическое отверстие 42, в верхней части которого установлен сетчатый фильтр 44, а в нижней части - дроссельная шайба 43 с жиклером 45.

К торцевой поверхности накидной гайки 46, осесимметрично корпусу 41, крепится рассекатель 47, который состоит из трех соосных, коаксиально расположенных пирамидальных обечаек 48, 49, 50 в виде генерирующих сеток: внешней 48, промежуточной 49 и внутренней 50. Каждая из обечаек содержит проволочный каркас из двух оснований в виде квадрата и боковых ребер усеченной пирамидальной поверхности. Внешняя обечайка 48 большим основанием крепится к накидной гайке 46, а ее второе меньшее основание, является одновременно большим основанием промежуточной 49 обечайки с боковыми ребрами, а ее меньшее основание является одновременно большим основанием внутренней 50 обечайки с меньшим основанием. Генерирующие сетки в виде усеченных пирамидальных поверхностей расположены таким образом, что все вершины их лежат на оси, совпадающей с осью корпуса 41, причем направление вершин внешней 48 и внутренней 50 генерирующих сеток совпадает, а вершина промежуточной 49 генерирующей сетки направлена противоположно вершинам внешней 48 и внутренней 50 генерирующих сеток, причем в сторону дроссельной шайбы 43 с жиклером 45.

Перфорация на внешней обечайке 48, со стороны крепления ее усеченной пирамидальной поверхности к торцевой поверхности накидной гайки 46, выполнена с более мелким шагом, и большим диаметром отверстий, способствующих усилению эжекционного эффекта. Перфорация внутренней обечайки 50 на основании, обращенном в сторону от дроссельной шайбы 43 с жиклером 45 и выполненном в виде квадрата, имеет больший диаметр отверстий, способствующих усилению эжекционного эффекта и дальнобойности распыляемого потока.

Возможен вариант, когда система датчиков 18, 20, 21, контролирующих аварийный режим работы защищаемого объекта, соединена с системой оповещения возникновения чрезвычайной ситуации на защищаемом объекте (на чертеже не показано), которая, в свою очередь, через космическую связь, например «ГЛАНАСС» соединена с государственном органом, контролирующим развитие и предотвращение чрезвычайной ситуации на защищаемом объекте.

Возможен вариант, когда к внешней обечайке 48 пеногенератора химического воздушно-пенного огнетушителя соосно и осесимметрично прикреплена цилиндрическая обечайка 51, на выходе из которой установлен распылитель потока жидкости, выполненный в виде перфорированного диска 52.