Способ защиты зданий и сооружений от разрушения при взрыве газопаровоздушной смеси и устройство для обеспечения взрывобезопасности помещений

Способ защиты зданий и сооружений от разрушения при взрыве газопаровоздушной смеси и устройство для обеспечения взрывобезопасности помещений

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к строительству, в частности к устройствам для открывания оконного проема различных зданий и сооружений при дефлаграционном взрыве в них.

Уровень техники

В качестве защиты от внутренних дефлаграционных взрывов в настоящее время применяется одинарное и двойное остекление или так называемые легкосбрасываемые конструкции (ЛСК) - стеновые и навесные панели и другие предохранительные конструкции.

Все они работают по схожему принципу: вскрытие происходит при достижении определенного значения давления внутри помещения, т.е. давления вскрытия.

До сего времени существуют три относительно надежных способа размыкания замкнутого объема помещения:

1. Остекление помещения выполняется стеклом не толще 3 мм в один слой. Такое остекление в начальной стадии развития дефлаграции разрушается, открывая выход газам в окружающее пространство. Это - самый простой и дешевый в исполнении, но и самый опасный и дорогой в эксплуатации. При разрушении стекла люди, находящиеся на улице, будут поражены его осколками. Попытка сделать стекло безосколочным за счет установки ударопрочных пленок повышает его прочность и делает неразрушимым вплоть до давления 25-35 кПа. Кроме того, однослойное остекление тонким стеклом приведет к большому перерасходу энергии на отопление, а с другой стороны, сделает остекление легкоуязвимым для малоэнергетических воздействий как снаружи, так и изнутри помещения.

2. При нормальном современном остеклении, в т.ч. и при заполнении светопроемов стеклопакетами, многослойными ламинированными стеклами, закаленными, армированными стеклами, в стенах или крышах зданий устраиваются проемы заданного размера и заданной суммарной площади, заполненных легковскрываемой конструкцией требуемой прочности, которая разрушается при заданном избыточном давлении. При срабатывании устройства разрушаются и требуют замены.

3. Существующие светопроемы с установленными в них оконными системами любой конструкции снабжаются специальными устройствами, открывающими окна при повышении давления в помещении до заданной величины. В отличие от первых двух способов давление срабатывания системы может задаваться в широких пределах для исключения случайного срабатывания.

Такое устройство включает в себя:

- измеритель давления любого типа, электрически связанный с датчиком исполнительного механизма и реле включения сервопривода;

- исполнительный механизм с электрическим приводом (сервопривод) - электрический двигатель, редуктор, система защиты цепей;

- запорное устройство;

- кабельные цепи.

Такое устройство позволяет открывать окна (разомкнуть пространство) в масштабе времени, максимально приближенном к реальному, однако обладает следующими отрицательными свойствами:

- требуется энергопитание, что во взрывопожароопасных помещениях требует специального исполнения электрических приборов;

- при отключении питания система не работает;

- требует постоянного ухода и обязательной защиты от атмосферного воздействия, а также соблюдения правил и норм техники безопасности;

- высокая стоимость делает такие устройства доступными лишь для промышленных потребителей.

По вышеизложенным причинам установка таких устройств в жилых квартирах нецелесообразна и невозможна.

Используются также оконные переплеты с открывающимися створками. Створки крепятся к оконным рамам вертикальным или горизонтальным (верхним или нижним) шарниром и специальным запорным устройством, удерживающим створку в закрытом состоянии (Л.П.Пилюгин. Конструкции сооружений взрывоопасных производств. Москва, Стройиздат, 1988, с.5-6).

Срабатывание запорных устройств и открывание створок должно происходить при избыточном давлении, значительно меньшем того, которое может вызвать разрушение стекол, устанавливаемых в оконных переплетах.

Еще хуже дело обстоит при заполнении светопроемов современными стеклопакетами, разрушить которые можно при повышении давления до 15-25 кПа (1500-2500 кг/м²). При таком давлении строительные конструкции, как правило, разрушаются и гибнут люди.

Попытки создать конструкцию, распахивающую окно при повышении давления до допустимого 5 кПа и работающую в реальном масштабе времени, пока не дали ожидаемого результата. Причина этого следующая. Площадь легкосбрасываемой конструкции даже в квартире не может ограничиваться форточкой - она строго нормируется в зависимости от объема помещения. Вес одного квадратного метра однокамерного стеклопакета составляет не менее 22 кг, а с учетом веса рамы, гарнитуры и фурнитуры эту цифру можно удвоить. Большая масса (а соответственно и мера инерции) конструкции вынуждает снабжать ее для обеспечения срабатывания в масштабе времени, хотя бы близком к реальному, мощным электрическим или пневматическим приводом, а это громоздко, очень дорого и ненадежно - прекратилась подача электроэнергии и система мертва, а строительство жилых домов с автономной системой электроснабжения в обозримом будущем не планируется. Да и установка в каждой квартире громоздкого устройства, требующего квалифицированного обслуживания, маловероятна.

Известно устройство для аварийного открывания оконного проема, включающее одинарную поворотную стойку, шарнирно закрепленную в верхней части проема и соединенную с прижимным замком, расположенным в нижней части проема.

Недостатком этого устройства является его невысокая надежность.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, включающее одинарную поворотную створку с горизонтальным шарниром, закрепленным в верхней части проема. В нижней части проема устройство снабжено пружинным механизмом с предварительно сжатыми пружинами, которые высвобождают свою энергию при открывании запора, связанного с датчиком давления, который срабатывает при малом изменении давления в начальной стадии взрыва (SU 868037 A1, E06B 5/12, 30.09.1981).

Предложенное устройство обладает рядом недостатков:

- при срабатывании пружин створка испытывает значительный динамический удар, что ставит под сомнение выполнение створки светопрозрачной;

- рамная конструкция может открываться только наружу и тем самым становится непригодной для жилых газифицированных зданий, для которых по условию безопасности створки должны открываться внутрь помещения;

- использование верхнего горизонтального шарнира обязывает учитывать и инерционность конструкции, связанной с ее весом;

- пружинный механизм может открывать створку лишь на незначительный угол (не более 25%), дальнейшее вскрытие происходит под действием нарастающего избыточного давления, что может привести к разрушающим здание нагрузкам;

- пружинный механизм имеет открытый доступ и может сработать при случайном на него воздействии;

- механизм не может быть использован в помещениях с повышенной влажностью, т.к. пружины подвергаются коррозии, что значительно повышает коэффициент трения при их срабатывании.

Цель изобретения - повышение надежности вскрытия оконного проема при дефлаграционном взрыве внутри помещения здания или сооружения.

Сущность изобретения

Техническая задача заключается в создании способа, обеспечивающего требуемый уровень взрывоударобезопасности при влиянии внешних нагрузок: террористических взрывов, ураганов, вандализма и др., и устройства, позволяющего своевременно вскрывать окна при внутренних техногенных взрывах во взрывоопасных промышленных помещениях и взрыва бытового газа в газифицированных жилых и общественных зданиях. Такое устройство должно иметь малые габариты, позволяющие монтировать его в существующие оконные конструкции, низкую стоимость, прямое действие - отсутствие потребности в энергоносителях, возможность настройки на требуемый уровень давления, возможность многократного срабатывания, а также долговечность и исключение необходимости специального обслуживания.

Указанная техническая задача достигается в способе защиты зданий и сооружений от разрушения при взрыве газопаровоздушной смеси внутри помещения, включающем измерение избыточного давления внутри помещения, установку допустимого давления внутри помещения, приведение в действие запирающего механизма, фиксирующего створку и открытие створки для сброса в атмосферу продуктов горения и несгоревшей смеси, при этом для приведения в действие запирающего механизма используют избыточное давление, возникающее при взрыве.

Для измерения избыточного давления внутри помещения преимущественно используют мембрану.

Установку допустимого давления внутри помещения проводят путем подбора необходимой площади мембраны и усилия открытия запирающего механизма.

Для открытия створки преимущественно используют упругий механизм.

В качестве упругого механизма для открытия створки может быть использован торсион, пружина и др. Торсион (от франц. torsion - скручивание, кручение) - стержень, работающий на кручение, выполняющий функции пружины. Изготовляется из термически обработанной стали, допускающей большие напряжения кручения и значительные углы закручивания (десятки градусов).

Указанная техническая задача достигается и в устройстве для обеспечения взрывобезопасности помещений, включающем створку, для сброса в атмосферу газопаровоздушной смеси и продуктов сгорания во время взрыва, запирающий механизм, фиксирующий створку, элемент, реагирующий на повышение давления внутри помещения, представляющий собой мембрану, жестко связанную с запирающим механизмом и упругий механизм для открытия створки.

В качестве упругого механизма используют торсионы из высокопрочной стали.

Конструкция устройства не требует специального ухода, энергетического питания, рассчитана на многократное срабатывание, проста в изготовлении и может быть установлена в любую оконную систему.

Описание чертежей.

На чертеже изображен общий вид окна жилого газифицированного помещения.

Описание устройства

Устройство, представленное на чертеже, состоит из внутренней встраиваемой в оконную конструкцию створки 1, открывающейся наружу, для сброса в атмосферу газопаровоздушной смеси и продуктов сгорания во время взрыва, элемента, реагирующего на повышение давления внутри помещения - мембранного датчика давления 2 определенного диаметра, жестко связанного с помощью кронштейнов и соединительных элементов с запирающим механизмом 3 на встраиваемой створке 1 с помощью штока 4, перемещающегося в направляющей втулке 5.

Створка 1 крепится петлями к раме 6, открывающейся внутрь помещения по условиям безопасности, и в рабочем положении закручивает торсионы 7, стержни которых одновременно являются крепежными пальцами для петель 8 внутренней створки. Торсионы 7 представляют собой пакет из 2-4 пластин из специальной высокопрочной стали. Один конец пакета жестко закреплен в стальной обойме; которая вмонтирована в раму окна, а второй конец пакета закреплен в гильзе, вмонтированной в открывающуюся створку окна, и выполняет роль шарнира.

Настройка устройства производится при открытом окне. Усилие закрутки торсионов рассчитывается исходя из массы окна и времени его открывания и регулируется поворотом обоймы, вмонтированной в раму окна.

При принудительном закрывании окна торсионы закручиваются за счет упругих деформаций. Окно фиксируется запирающим механизмом.

При повышении давления в помещении до заданного уровня деформируется мембрана датчика давления, диаметр которой рассчитывается в зависимости от усилия, требуемого для перемещения штока запирающего механизма. Усилие от мембраны механическим путем передается на запирающий механизм.

При выдергивании штока потенциальная энергия торсиона высвобождается, открывая окно в заданном времени.

Следует отметить, что устройство обеспечивает многократное срабатывание, в нем нет элементов, которые выпадают при срабатывании устройства, что существенно для безопасности находящихся под окнами людей. Кроме того, конструкция устройства позволяет реализовать возможность визуального контроля работоспособности устройства и не требует специального ухода и энергетического питания.

Устройство может быть размещено либо в специально разработанной оконной конструкции, либо встроено в распространенные профильные оконные системы (ПВХ, алюминиевые, деревянные) с возможностью монтажа устройства на уже установленные окна.

Для промышленных взрывоопасных помещений возможно иметь одну раму, открывающуюся наружу.

1. Устройство для защиты здания или сооружения от разрушения при дефлаграционном взрыве внутри помещения, содержащее прикрепленную петлями к открывающейся внутрь помещения раме оконной конструкции открывающуюся наружу внутреннюю створку для сброса в атмосферу продуктов сгорания во время взрыва, запирающий механизм, фиксирующий внутреннюю створку, элемент в виде мембраны, реагирующий на повышение давления внутри помещения, жестко связанный с запирающим механизмом, и упругий механизм для открытия внутренней створки при взрыве в виде торсионов, состоящих из пакета пластин из высокопрочной стали, стержни которых одновременно являются крепежными пальцами для петель внутренней створки, причем один конец пакета жестко закреплен в стальной обойме, вмонтированной в раму оконной конструкции, а второй конец закреплен в гильзе, вмонтированной в открывающуюся внутреннюю створку оконной конструкции, и выполняет роль шарнира.

2. Способ защиты здания или сооружения от разрушения при дефлаграционном взрыве внутри помещения с использованием устройства по п.1, заключающийся в том, что он включает установку допустимого давления внутри помещения, измерение избыточного давления внутри помещения, приведение в действие фиксирующего внутреннюю створку запирающего механизма с использованием избыточного давления, возникающего при взрыве, и открытие створки для сброса в атмосферу продуктов сгорания при взрыве.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что допустимое давление внутри помещения устанавливается с помощью изменения рабочей площади мембраны и усилия открытия запирающего устройства.