Автоматическое предохранительное устройство систем безопасности в чрезвычайных ситуациях
Изобретение относится к машиностроению, в частности к предохранительным устройствам систем безопасности для взрывоопасного оборудования. 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 системы зондирования опасной зоны, включающей в себя датчики, настроенные на превышение предельно допустимых концентраций химически опасных веществ, присутствующих в этой зоне, и предельно допустимых уровней радиоактивных веществ, а также датчик инфракрасного излучения, извещающий о возникновении пожара, при этом сигнал от любого из датчиков поступает на общий микропроцессор, обрабатывающий эти сигналы и выдающий управляющий сигнал на исполнительное устройство, включающее аварийную вентиляцию, при этом в систему безопасности в чрезвычайных ситуациях дополнительно введен дублирующий элемент безопасности, выполненный в виде противовзрывной панели с системой оповещения о чрезвычайной ситуации, содержащей металлический бронированный каркас с металлической бронированной обшивкой и наполнителем - свинцом, имеющей в торцах четыре неподвижных патрубка-опоры, а в покрытии взрывоопасного объекта жестко заделаны четыре опорных стержня, которые телескопически вставлены в неподвижные патрубки-опоры панели, наполнитель выполнен в виде дисперсной системы воздух-свинец, причем свинец выполнен по форме в виде крошки, а опорные стержни выполнены упругими, к торцам опорных стержней, со стороны, обращенной к металлическому каркасу, прикреплен демпфирующий элемент, демпфирующий воздействие ударных нагрузок панели о листы-упоры. Между дополнительными элементами и металлическим каркасом с бронированной металлической обшивкой на опорных стержнях установлены втулки из быстроразрушающегося материала, например стекла, типа «триплекс», при этом система оповещения о чрезвычайной ситуации с индикатором безопасности состоит из узла крепления «слабого звена» в системе безопасности взрывоопасного объекта, реагирующего на возникновение аварийной ситуации, выполненного, например, в виде индикатора безопасности, закрепленного между фланцами, которые жестко закреплены на верхней части бронированной металлической обшивки металлического каркаса противовзрывной панели, и в верхней части покрытия взрывоопасного объекта у проема, предназначенного для сбрасывания избыточного давления, при этом индикатор безопасности состоит из датчика, реагирующего на деформацию, например тензорезистора, выход которого соединен с усилителем сигнала, например тензоусилителем, а выход тензоусилителя соединен со входом устройства системы оповещения об аварийной ситуации. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к предохранительным устройствам систем безопасности для взрывоопасного оборудования.
Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту является предохранительное устройство по патенту РФ №2546367, F16L 3/04, (прототип), содержащее корпус, на котором закреплены рычажный и исполнительный механизмы, 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.
Недостатками известного решения являются сравнительно невысокая надежность срабатывания и невысокое быстродействие для предупреждения и ликвидации чрезвычайной ситуации (ЧС).
Технический результат - повышение эффективности защиты технологического оборудования от аварийных ситуаций путем увеличения быстродействия и надежности срабатывания системы.
Это достигается в автоматическом предохранительном устройстве систем безопасности в чрезвычайных ситуациях, содержащем систему датчиков системы зондирования опасной зоны, включающей в себя датчики, настроенные на превышение предельно допустимых концентраций химически опасных веществ, присутствующих в этой зоне, и предельно допустимых уровней радиоактивных веществ, а также датчик инфракрасного излучения, извещающий о возникновении пожара, при этом сигнал от любого из датчиков поступает на общий микропроцессор, обрабатывающий эти сигналы и выдающий управляющий сигнал на исполнительное устройство, включающее аварийную вентиляцию, при этом в систему безопасности в чрезвычайных ситуациях дополнительно введен дублирующий элемент безопасности, выполненный в виде противовзрывной панели с системой оповещения о чрезвычайной ситуации, содержащей металлический бронированный каркас с металлической бронированной обшивкой и наполнителем - свинцом, имеющей в торцах четыре неподвижных патрубка-опоры, а в покрытии взрывоопасного объекта жестко заделаны четыре опорных стержня, которые телескопически вставлены в неподвижные патрубки-опоры панели, наполнитель выполнен в виде дисперсной системы воздух-свинец, причем свинец выполнен по форме в виде крошки, а опорные стержни выполнены упругими, при этом к торцам опорных стержней, со стороны, обращенной к металлическому каркасу, прикреплены дополнительные элементы, демпфирующие воздействие ударной волны, при этом между дополнительными элементами и металлическим каркасом с бронированной металлической обшивкой на опорных стержнях установлены втулки из быстроразрушающегося материала, например стекла, типа «триплекс», при этом система оповещения о чрезвычайной ситуации с индикатором безопасности состоит из узла крепления «слабого звена» в системе безопасности взрывоопасного объекта, реагирующего на возникновение аварийной ситуации, выполненного, например, в виде индикатора безопасности, закрепленного между фланцами, которые жестко закреплены на верхней части бронированной металлической обшивки металлического каркаса противовзрывной панели, и в верхней части покрытия взрывоопасного объекта у проема, предназначенного для сбрасывания избыточного давления, при этом индикатор безопасности состоит из датчика, реагирующего на деформацию, например тензорезистора, выход которого соединен с усилителем сигнала, например тензоусилителем, а выход тензоусилителя соединен со входом устройства системы оповещения об аварийной ситуации.
На фиг. 1 представлена схема автоматического предохранительного устройства системы безопасности, на фиг. 2 - схема противовзрывной панели с системой оповещения о ЧС.
Автоматическое предохранительное устройство системы безопасности содержит защищаемый объект, например, в виде взрывоопасного производственного помещения, которое оснащено в свой верхней части покрытием 28 с проемом 29 для сброса избыточного давления в случае ЧС.
Элементом «слабого звена» в системе безопасности представлена втулка 36 из быстроразрушающегося материала, например стекла, типа «триплекс», которая установлена в противовзрывной панели с системой оповещения о чрезвычайной ситуации, состоящей из бронированного металлического каркаса 30 с бронированной металлической обшивкой 31, причем каркас заполнен наполнителем, например крошкой свинца, образующей с воздухом демпфирующую систему «свинец-воздух». В покрытии взрывоопасного объекта 28 у проема 29, симметрично относительно оси, заделаны четыре опорных стержня 33, телескопически вставленные в неподвижные патрубки-опоры 32, установленные в металлической обшивке 31 панели. Для фиксации предельного положения панели к торцам опорных стержней 33 приварены листы-упоры 34, при этом опорные стержни 33 выполнены упругими.
К листам-упорам 34, со стороны, обращенной к металлическому каркасу 30, прикреплены дополнительные элементы 35, демпфирующие воздействие ударной волны при взрыве, которые выполнены из эластомера, например полиуретана, или комбинированными (на чертеже не показано), например упругодемпфирующими в виде упругого элемента, например пружины, заполненной полиуретаном.
Между дополнительными элементами 35 и металлическим каркасом 30 на опорных стержнях 33 установлены втулки 36 из быстроразрушающегося материала, например стекла, типа «триплекс», которые выполняют функции «слабого звена» в системе безопасности.
Встроенная система оповещения о чрезвычайной ситуации выполнена с индикатором безопасности 23, реагирующим на возникновение аварийной ситуации и закрепленным между фланцами 24 и 25, которые жестко закреплены на верхней части бронированной металлической обшивки 31 (фланец 241) металлического каркаса 30 противовзрывной панели, и в верхней части покрытия 28 взрывоопасного объекта у проема 29 (фланец 25), предназначенного для сбрасывания избыточного давления. Индикатор безопасности 23 состоит из датчика, реагирующего на деформацию, например тензорезистора (тензодатчика), выход которого соединен с усилителем сигнала, например тензоусилителем 26, а выход тензоусилителя 26 соединен со входом устройства системы оповещения 27 об аварийной ситуации.
Защищаемым объектом 1 в предлагаемой системе безопасности является рабочая зона взрывоопасного оборудования, которая при разгерметизации этого оборудования может быть опасной, так как в аварийном режиме работы взрывоопасного оборудования может наблюдаться превышение ПДК (предельно допустимые концентрации) химически опасных веществ, способных в этой зоне привести к негативным последствиям, например к взрыву.
Для предотвращения развития аварийного режима работы предусмотрена система зондирования опасной зоны, включающая в себя: датчики 18, настроенные на превышение ПДК (предельно допустимые концентрации) химически опасных веществ, присутствующих в этой зоне, зонд 20, настроенный на превышение ПДУ (предельно допустимые уровни) радиоактивных веществ, а также датчик 21 инфракрасного излучения, извещающий о возникновении пожара, при этом сигнал от любого из датчиков поступает на общий микропроцессор 19, обрабатывающий эти сигналы и выдающий управляющий сигнал, поступающий на электроклапан 4 устройства управления исполнительным органом (двигателем) 16.
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.
Исполнительный двигатель (или другое исполнительное устройство) 16 воздействует на систему оповещения о чрезвычайной ситуации, которая встроена в противовзрывной панели защищаемого объекта 1, которая предотвращает развитие аварии взрывного характера, за счет того, что при поднятии ее от превышения избыточного давления в опасной зоне освобождается (приоткрывается) проем 29, предназначенный для сбрасывания избыточного давления.
Сигнал на включение исполнительного устройства (двигателя) 16 поступает с устройства управления (например, серводвигателя, сервоклапана), выполненного в виде электроклапана 4, корпус которого расположен вертикально и выполнен цилиндрическим, а 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, расположенным перпендикулярно оси поршня 5 и фиксируемым в отверстии поршня и 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 с грузом, настраиваемым на требуемое перемещение двуплечего рычага 22, воздействующего на индикатор безопасности 23, выполненный в виде датчика, реагирующего на деформацию, например тензорезистора (тензодатчика), который за счет полученной деформации от рычага 22 реагирует на включение системы оповещения. Индикатор безопасности 23 закреплен между фланцами 24 и 25, которые жестко закреплены на обшивке 31 (фланец 24) металлического каркаса 30 противовзрывной панели, и в верхней части покрытия 28 взрывоопасного объекта у проема 29 (фланец 25).
Исполнительное устройство 16 приводится в действие только в аварийном режиме, например от кнопки включения 17, входящей в систему запуска исполнительного устройства 16 для запуска аварийной системы вентиляции (на чертеже не показана).
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 имеется 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 транспортировки 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 (предельно допустимые 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 торцем 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.
Возможен вариант (фиг. 2), когда для фиксации предельного положения противовзрывной панели в металлическом каркасе 30 к торцам опорных упругих стержней 33 с листами-упорами 34, прикреплен демпфирующий элемент 37, предназначенный для демпфирования ударных нагрузок панели о листы-упоры 34.
Демпфирующий элемент 37 прикреплен оппозитно панели и направлен в ее сторону, т.е. навстречу ее движению во время взрыва.
Демпфирующий элемент 37 выполнен в виде объемного тела с внутренней полостью и поверхностями, эквидистантными поверхностям панели, при этом его внутренняя полость заполнена дисперсной системы воздух-свинец, а свинец выполнен в виде крошки шарообразной формы.
При взрывном движении вверх панели по упругим стержням 33 она встречает на своем пути демпфирующий элемент 37, при взаимодействии с которым происходит гашение энергии взрыва.
Противовзрывная панель с системой оповещения служит дублирующим звеном в системе безопасности, так как она способна, в случае аварийного режима, когда исчерпаны возможности аварийной вентиляции, включенной в работу системой зондирования опасной зоны посредством управляющего сигнала, поданного на исполнительный орган 16, при увеличивающемся избыточном давлении в опасной зоне, приоткрывать проем 29 на величину, обусловленную возросшей величиной избыточного давления, с одновременным оповещением об аварийной ситуации, причем величина полного открытия проема 29 определяется прочностью втулки 36 из быстроразрушающегося материала, например стекла, типа «триплекс», которая установлена в противовзрывной панели.
Использование предложенного технического решения позволяет осуществить предотвращение взрывоопасных объектов от разрушения и снижение поступления вредных веществ в атмосферу при аварийном взрыве.
Возможен вариант, когда со стороны взрывозащитного элемента 31, к демпфирующему элементу 37, оппозитно панели, и в направлении ударной волны присоединено буферное устройство 38 (фиг. 2), выполненное в виде конуса, вершина которого находится на оси проема 29 защищаемого объекта.
Возможен вариант, когда внутренняя полость демпфирующего элемента 37 заполнена трехслойной симметричной дисперсной системой, при этом центральный слой (на чертеже не показан), являющийся слоем симметрии демпфирующего элемента 37 как объемного тела с внутренней полостью и поверхностями, эквидистантными поверхностям панели, выполнен из вибродемпфирующего материала, а прилегающие к нему слои заполнены дисперсной системой воздух-свинец.
Возможен вариант выполнения демпфирующего элемента 37, когда центральный слой, являющийся слоем симметрии его как объемного тела с внутренней полостью и поверхностями, эквидистантными поверхностям панели, выполнен комбинированным, состоящим из трех слоев: средний слой выполнен из жесткого вибродемпфирующего материала, например типа «Агат», или «Антивибрит», а симметрично расположенные относительно него верхний и нижний слои выполнены из сплошного демпфирующего материала, в котором использована губчатая резина, или иглопробивной материал типа «Вибросил» на базе кремнеземного или алюмоборосиликатного волокна, или нетканый вибродемпфирующий материал (на чертеже не показано).
Возможен вариант, когда выход устройства системы оповещения 27 (фиг. 1) об аварийной ситуации линией 39 связи соединен с записывающим устройством видеокамеры 40, установленной на штативе, закрепленном в верхней части покрытия 28 взрывоопасного объекта у проема 29, с возможностью кругового обзора и видеозаписи развития чрезвычайной ситуации.
1. Автоматическое предохранительное устройство систем безопасности в чрезвычайных ситуациях, содержащее систему датчиков системы зондирования опасной зоны с управляющим электроклапаном, устройство электропуска электроклапана, которое монтируется на запорно-поджимной гайке, закрепленной в верхней части корпуса электроклапана, при этом внутри корпуса электроклапана, соосно ему, установлен поршень, фиксируемый в дежурном состоянии фиксатором, расположенным перпендикулярно оси поршня и фиксируемым в отверстии поршня и двух соосных с ним отверстиях в корпусе электроклапана, причем на конце пускового рычага имеется 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, 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, при этом в систему безопасности в чрезвычайных ситуациях дополнительно введен дублирующий элемент безопасности, выполненный в виде противовзрывной панели с системой оповещения о чрезвычайной ситуации, содержащей металлический бронированный каркас с металлической бронированной обшивкой и наполнителем - свинцом, имеющей в торцах четыре неподвижных патрубка-опоры, а в покрытии взрывоопасного объекта жестко заделаны четыре опорных стержня, которые телескопически вставлены в неподвижные патрубки-опоры панели, наполнитель выполнен в виде дисперсной системы воздух-свинец, причем свинец выполнен по форме в виде крошки, а опорные стержни выполнены упругими, демпфирующими воздействие ударной волны, при этом между дополнительными элементами и металлическим каркасом с бронированной металлической обшивкой на опорных стержнях установлены втулки из быстроразрушающегося материала, например стекла, типа «триплекс», при этом система оповещения о чрезвычайной ситуации с индикатором безопасности состоит из узла крепления «слабого звена» в системе безопасности взрывоопасного объекта, реагирующего на возникновение аварийной ситуации, выполненного, например, в виде индикатора безопасности, закрепленного между фланцами, которые жестко закреплены на верхней части бронированной металлической обшивки металлического каркаса противовзрывной панели, и в верхней части покрытия взрывоопасного объекта у проема, предназначенного для сбрасывания избыточного давления, при этом индикатор безопасности состоит из датчика, реагирующего на деформацию, например тензорезистора, выход которого соединен с усилителем сигнала, например тензоусилителем, а выход тензоусилителя соединен со входом устройства системы оповещения об аварийной ситуации, отличающееся тем, что для фиксации предельного положения панели к торцам опорных упругих стержней с листами-упорами прикреплен демпфирующий элемент, предназначенный для демпфирования ударных нагрузок панели о листы-упоры, причем прикреплен оппозитно панели и направлен в ее сторону, и выполнен в виде объемного тела с внутренней полостью и поверхностями, эквидистантными поверхностям панели, при этом его внутренняя полость заполнена дисперсной системой воздух-свинец, а свинец выполнен в виде крошки шарообразной формы, причем со стороны взрывозащитного элемента к демпфирующему элементу оппозитно панели и в направлении ударной волны присоединено буферное устройство, выполненное в виде конуса, вершина которого находится на оси проема защищаемого объекта.
2. Автоматическое предохранительное устройство систем безопасности в чрезвычайных ситуациях по п. 1, отличающееся тем, что внутренняя полость демпфирующего элемента заполнена трехслойной симметричной дисперсной системой, при этом центральный слой, являющийся слоем симметрии демпфирующего элемента как объемного тела с внутренней полостью и поверхностями, эквидистантными поверхностям панели, выполнен из вибродемпфирующего материала, а прилегающие к нему слои заполнены дисперсной системой воздух-свинец.
3. Автоматическое предохранительное устройство систем безопасности в чрезвычайных ситуациях по п. 2, отличающееся тем, что центральный слой демпфирующего элемента, являющийся слоем симметрии его как объемного тела с внутренней полостью и поверхностями, эквидистантными поверхностям панели, выполнен комбинированным, состоящим из трех слоев: средний слой выполнен из жесткого вибродемпфирующего материала, например типа «Агат» или «Антивибрит», а симметрично расположенные относительно него верхний и нижний слои выполнены из сплошного демпфирующего материала, в котором использована губчатая резина, или иглопробивной материал типа «Вибросил» на базе кремнеземного или алюмоборосиликатного волокна, или нетканый вибродемпфирующий материал.
4. Автоматическое предохранительное устройство систем безопасности в чрезвычайных ситуациях по п. 1, отличающееся тем, что выход устройства системы оповещения об аварийной ситуации линией связи соединен с записывающим устройством видеокамеры, установленной на штативе, закрепленном в верхней части покрытия взрывоопасного объекта у проема, с возможностью кругового обзора и видеозаписи развития чрезвычайной ситуации.
