ПРОТИВОПОЖАРНАЯ КЛАПАННАЯ СИСТЕМА Российский патент 2010 года по МПК A62C35/68 F16K17/22 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области техники, связанной с клапанами, в частности, с клапанами для противопожарных систем, а также с клапанами, применяемыми в области медицины, например, в системах введения и дозирования лекарств, средствах регулирования давления, обработки крови и т.д.

Уровень техники

Противопожарные системы спринклерного типа давно и хорошо известны из уровня техники. Эти системы применяются в качестве систем автоматического пожаротушения. Они позволяют быстро погасить пожар в месте его возникновения, включаясь в работу в ответ на обнаружение высокой температуры. После того как температура достигает определенного значения (обычно порядка 68°С), спринклерная головка разрывается, и вода разбрызгивается на соответствующее место. Эффективность таких систем является признанной, и они находят очень широкое применение.

Ниже указаны три основных типа спринклерных систем:

- Мокрые системы - эти системы самые недорогие и наиболее эффективные. Труба постоянно заполнена водой под давлением. Когда спринклерная головка разрывается, вода сразу же разбрызгивается, что позволяет быстро потушить пожар.

- Пенные установки.

- Сухие системы - принцип действия этих систем аналогичен принципу действия мокрых систем, но их используют в тех случаях, когда трубы могут замерзать, а следовательно, их заполняют не водой, а воздухом. Основным недостатком этого типа является время, требуемое для того, чтобы вода дошла до спринклера.

Один обычный тип сухой спринклерной системы схематически изображен на фиг.1. На одной стороне вода подходит под давлением порядка 16 бар и останавливается запорным клапаном 1 разности давления. На другой стороне запорного клапана 1 находятся трубы 2, 2', 2", 2'" под давлением воздуха в диапазоне приблизительно от 1,5 до 4 бар. На желаемом уровне давление воздуха между запорным клапаном 1 и спринклерными головками 3', 3", 3'", которые предусмотрены в виде групп, поддерживается с помощью компрессора 4, способного компенсировать потери от утечки. В случае пожара система работает следующим образом: когда спринклерная головка 3 разрывается, возникающее в ней отверстие позволяет сжатому воздуху, находящемуся в трубах 2, 2', 2", 2'", выйти через головку. Поскольку давление воздуха падает, оно становится недостаточным для того, чтобы удерживать запорный клапан 1 в закрытом состоянии. Открываясь, запорный клапан 1 дает возможность воде войти в трубы 2, 2', 2", 2'" и погасить обнаруженный огонь. Сигнализация, соединенная с различными группами спринклеров, позволяет точно определить местонахождение группы, которая подала сигнал, а следовательно, и место, в котором обнаружен пожар.

Действующие стандарты безопасности требуют, чтобы спринклеры 3 были сгруппированы вместе (с максимальной площадью поверхности 5000 м² на группу), так чтобы можно было точно определить то место, в котором случилось происшествие. Единственным известным до настоящего времени способом является использование различных гидропневматических комбинаций для каждой группы спринклеров 3', 3", 3'". Если место, в котором установлена противопожарная система, охватывает несколько этажей, то необходимо соответственным образом пропорционально увеличить количество гидропневматических комбинаций.

Стоимость такого агрегата может составлять CHF 10000, и, кроме того, важно отметить, что в зависимости от конфигурации защищаемого здания для подвода к требуемым точкам параллельно выводится много труб. Более того, количество имеющихся комбинаций делает испытания, которые в этом виде системы необходимо проводить регулярно, более сложными, а также увеличивает число источников потенциальных проблем.

Кроме того, все вторичные сети 2, 2', 2", 2'", подключенные к одной гидропневматической комбинации, и ее запорный клапан 1 должны быть полностью заполнены прежде, чем давление в данной группе достигнет своего максимума, а это, в связи с размерами такой системы, приводит к потере времени, и задержка во время тушения пожара, т.е. в ситуации, когда первые минуты или даже секунды имеют жизненно важное значение, может оказаться критической. По этой причине государственные стандарты устанавливают предельно допустимое время, за которое вода должна достигнуть группы спринклеров 3', 3", 3'", дальше всего расположенных от запорного клапана 1.

Другая проблема, возникающая в сухих системах, заключается во времени, которое требуется для того, чтобы при возникновении пожара выпустить из сети воздух. Действительно, если принять во внимание длины таких сетей, то, чтобы минимизировать время выпуска, в этой части сети (которая расположена после запорного клапана 1) необходимо работать при возможно более низком давлении. Для решения этой проблемы на конце сети добавляется своего рода ускоритель выпуска воздуха. Этот клапан усложняет систему и требует отдельного управления. Кроме того, вся система заполняется водой, и с этой точки зрения не создает преимуществ перед системами, в которых ускорителей выпуска воздуха нет.

И наконец, в таких сетях трубопроводов, которые могут простираться на несколько километров и иметь многочисленные отводы и соединения, в части, расположенной после запорного клапана 1, всегда существует проблема потерь давления. Для компенсации этих потерь и поддержания давления, которое позволяет сохранять запорный клапан 1 в закрытом положении, используется компрессор 4, который при необходимости вдувает в сеть сжатый воздух (фиг.1).

Раскрытие изобретения

Задача изобретения заключается в том, чтобы усовершенствовать известные системы и преодолеть вышеупомянутые недостатки. Более конкретно, изобретение предлагает сухую противопожарную систему, которая работает лучше известных систем, сохраняя при этом приемлемую стоимость.

С более широкой точки зрения задача настоящего изобретения заключается в создании системы, которая помимо противопожарных систем может быть применена в различных областях техники, в частности, в медицине.

Для решения названных задач предлагается распределительная сеть, в особенности противопожарная сеть, содержащая, по меньшей мере, один источник подачи жидкости под давлением, запорный клапан и главную сеть, подключенную на одной стороне к запорному клапану, а на другой стороне - к ответвлениям, каждое из которых подключено, по меньшей мере, к одному отключающему элементу, выполненному чувствительным к заранее заданному параметру. Распределительная сеть по изобретению содержит также устройство для подачи текучей среды под давлением в указанную главную сеть. Отключающий элемент выполнен с возможностью обеспечения открытия главной сети и снижения в ней давления до атмосферного. Указанное понижение давления до атмосферного обеспечивает открытие запорного клапана для заполнения жидкостью сети и ответвлений до отключающего элемента. При этом каждое ответвление соединено с сетью через клапан, выполненный с возможностью предотвращения заполнения ответвлений.

Используемые в сети по изобретению жидкость и текучая среда предпочтительно представляют собой соответственно воду или иной вид жидкости и воздух или иной вид текучей среды.

Отключающий элемент данной сети может быть выполнен в виде спринклера или, альтернативно, в виде датчика.

Одна из особенностей изобретения состоит в том, чтобы подразделить сеть, находящуюся после запорного клапана, на несколько подсетей, причем каждая подсеть отделяется индивидуальным клапаном, предотвращая таким образом попадание воды в те участки сети, где она не требуется, и улучшая эксплуатационные качества.

Другая особенность изобретения состоит в предложении такого промежуточного клапана, который способен компенсировать падение давления в сети и при этом может полностью открываться после обнаружения пожара.

Соответственно, клапан по изобретению, предназначенный для использования (в качестве промежуточного клапана) в указанной находящейся под давлением сети с впускным участком и выпускным участком, содержит регулирующие средства для поддержания разности давлений между впускным участком и выпускным участком. Эти средства выполнены, с одной стороны, с возможностью компенсации выпускного давления, если оно уменьшается, оставаясь при этом выше установленного значения, посредством использования впускного давления, и, с другой стороны, с возможностью полного открытия клапана, если выпускное давление опускается ниже установленного значения.

Регулирующие средства клапана предпочтительно содержат, по меньшей мере, одно приводное устройство для открытия и закрытия клапана. Данное устройство может быть выполнено с возможностью создания разности давлений между впускным участком и выпускным участком, причем оно предпочтительно содержит установленный в цилиндре поршень, на который действует сила сжатия пружины.

Регулирующие средства могут дополнительно содержать трехпозиционный клапан и дроссельное устройство.

Ниже представлено более подробное описание изобретения с использованием примеров, проиллюстрированных с помощью прилагаемых чертежей.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой блок-схему противопожарной системы в соответствии с предшествующим уровнем техники.

Фиг.2 представляет собой блок-схему противопожарной системы в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.3 представляет собой блок-схему клапана в соответствии с изобретением.

Фиг.4 и 4А иллюстрируют систему в соответствии с изобретением, находящуюся в состоянии покоя (исходном состоянии).

Фиг.5 и 5А иллюстрируют систему в соответствии с изобретением, настроенную и готовую к работе.

Фиг.6 и 6А иллюстрируют систему в соответствии с изобретением во время компенсации.

Осуществление изобретения

Фиг.1 подробно описана ранее в уровне техники.

Фиг.2 изображает блок-схему противопожарной системы в соответствии с изобретением. Система имеет источник 5 для подачи воды (обычно под давлением порядка 16 бар), который перекрывается с помощью запорного клапана 1. По ходу потока после запорного клапана 1 имеется промежуточный клапан 6, 6', 6" для каждой из вторичных сетей 2', 2", 2'" главной сети 2, которые ведут к группе спринклеров 3', 3", 3'". Чтобы сохранять закрытое положение запорного клапана 1 в то время, когда спринклеры 3', 3", 3'" не подвергаются воздействию огня, воздух во вторичных сетях 2, 2', 2", 2'" удерживается под давлением с помощью компрессора 4. Обычно воздух находится под давлением порядка от 1,5 до 4 бар.

Чтобы скомпенсировать падение давления между запорным клапаном 1 и клапанами 6', 6", 6'", обычно используется компрессор. В отличие от этого в трубах вторичных сетей 2', 2", 2'" специального компрессора, предназначенного для этой цели, нет, поскольку это было бы слишком дорого. Поэтому клапан в соответствии с изобретением рассчитан на то, чтобы компенсировать падения давления, которые возникают в ответвлениях 2', 2", 2'" главной сети между клапанами 6, 6', 6" и группами спринклеров 3', 3", 3'".

Давление, поддерживаемое между клапанами 6, 6', 6" и группами спринклеров 3', 3", 3'", обычно находится в диапазоне от 0,5 дo 3 бар. В отличие от этого давление, поддерживаемое между клапаном 1 и клапанами 6, 6', 6", обычно находится в диапазоне от 1,5 до 4 бар, и, следовательно, оно на 1 бар превышает вышеназванное давление.

Работа клапанов 6', 6", 6'", которые являются идентичными, а также действие средств управления этих клапанов, более подробно описаны в связи с фиг.3 и примерами, приведенными в качестве иллюстрации, но не ограничения на Фиг.4-6 и 4А, 5А и 6А соответственно.

На фиг.3-6, 4А-6А элементы, описанные ранее в связи с Фиг.1 и 2, сохраняют те же ссылочные номера. Таким образом, имеется труба 2 (впускная сторона), подходящая к одной стороне клапана 6, и труба 2', отходящая с другой стороны клапана 6 (выпускная сторона). На чертежах показан также механизм для компенсации утечек после клапана 6.

Этот механизм, в частности, включает в себя трехпозиционный клапан 7 с тремя положениями А, В и С, который на одной стороне подсоединен к трубе 2', а на другой стороне - к цилиндру 8 через дроссельное устройство 9. Цилиндр содержит поршень 10, который управляет клапаном 6, делая возможным его открытие или закрытие, и пружину 11, приводящую в движение поршень 10 в цилиндре 8 в направлении левой стороны чертежа.

Цилиндр 8 дополнительно подсоединен к трубе 2' с помощью подготавливающей трубы 12, которая содержит невозвратный элемент 13 и позволяет незамедлительно сбрасывать давление с поршня.

Применяя эту систему, можно с помощью способа, описываемого ниже, компенсировать падение давления в выпускной трубе 2', используя более высокое давление, имеющееся во впускной трубе 2.

Позиция А клапана 7 (см. фиг.3, 4 и 4А) соответствует состоянию покоя, в котором систему можно спустить (опорожнить). Клапан V2 является спускным. Прежде чем подать давление на клапан по изобретению, он освобождает трубу от всех загрязнений перед ним.

В положении В (см. фиг.3, 5 и 5А) система может быть приведена в готовность. В начале этой процедуры, как это изображено на фиг.4, отсутствует давление, превышающее величину атмосферного давления (1 бар). Все значения давления, указанные в данном приложении, являются манометрическими давлениями (их следует добавлять к нормальному атмосферному давлению). Таким образом, поршень 10 перемещается прямо к концу (влево на Фиг.4 или вправо на Фиг.4А) цилиндра 8 посредством пружины 11. В этом положении приводное устройство 14, например, стержень, действует на клапан 6 для его открытия. Запуск компрессора вызывает закачивание находящегося под давлением воздуха в сеть 2 и через открытый клапан 6 в сеть 2' до спринклеров 3', 3", 3'". Сжатый воздух проходит также через клапан 7 (в положении В) в трубу 12 и заполняет цилиндр 8 перед поршнем 10 через первый канал 15. Клапан 7 сохраняет это положение, и указанный режим работы поддерживается для того, чтобы продвинуть поршень 10 обратно к верхней части цилиндра 8 (вправо на фиг.5 и влево на фиг.5А), сжимая пружину 11. В конце цикла подготовки система настроена и готова к работе.

Сразу же после того как поршень пройдет мимо второго канала 16, соединенного с дроссельным устройством 9, можно начинать стандартный рабочий режим, который обеспечивает компенсацию и соответствует положению С клапана 7.

Компенсационный режим работы изображен на фиг.6 и 6А. Объем в цилиндре 8, который находится перед поршнем 10 (влево от него на фиг.6 или вправо на фиг.6А) создает возможность задания положения поршня, а следовательно, и открытия клапана 6. Фактически, в конце цикла подготовки весь участок после клапана находится в состоянии равновесия при одинаковом давлении (на фиг.- Р2), которое задано заранее. Утечки приведут к падению давления в трубах 2' и 12 (через невозвратный элемент 13), и, соответственно, давление в объеме цилиндра будет понижаться в связи с утечкой воздуха через канал 15. Это уменьшение в объеме обеспечит пружине 11 возможность перемещать поршень 10 влево (фиг.6) или вправо (фиг.6А), в результате чего будет происходить открытие клапана 6. Разумеется, эти перемещения имеют незначительную амплитуду, поскольку они создаются утечками в сети сжатого воздуха.

При несколько открытом клапане 6 воздух, который перед клапаном 6 будет сохраняться при давлении, большем, чем приблизительно 1 бар, компрессором 4 будет выпускаться в трубу 2' через клапан 6. Этот воздух, который из-за невозвратного элемента 13 не может войти в объем цилиндра через канал 15, будет зато проходить через клапан 7 и дроссельное устройство 9, чтобы, в конечном счете, войти в объем цилиндра 8 и переместить поршень 10 обратно (вправо на фиг.6 или влево на фиг.6А), в результате чего клапан будет вновь закрываться. Таким способом возможно компенсировать потери давления в сети после клапана 6, не добавляя компрессор, а просто используя тот компрессор, который действует на впускной трубе 2.

Дроссельное устройство 9 имеет замедляющий эффект, благодаря которому оно не дает системе сразу же вернуться в состояние равновесия и позволяет обеспечить правильное закрытие клапана 6, используя объем выпускной сети в качестве резервуара, работающего под давлением.

В случае пожара работа происходит следующим образом. Одна спринклерная головка, например 3', разрывается, и выходит воздух, имеющийся в трубе 2' после клапана 6. Давление в цилиндре уменьшается, что заставляет поршень двигаться влево на фиг.4-6 или вправо на фиг.4А-6А. Поскольку клапан 6 скомпенсировать это падение давления не может, поршень продолжает двигаться за точку 16, не допуская таким образом никакой дальнейшей компенсации. Поршень заканчивает свой ход, доходя до упора. Система при этом находится в тревожной ситуации с широким раскрытием клапана 6. Компрессор 4, в свою очередь, также не в состоянии скомпенсировать падение давления, связанное с выпуском воздуха. Давление на впуске падает, и запорный клапан 1 открывается, что позволяет воде устремиться в трубы и дойти до спринклерной группы 3', вызвавшей сигнал. Благодаря наличию клапанов 6', 6", отделяющих ответвления 2" и 2'", вода не поступает в ответвления труб, которые обеспечивают спринклерные группы 3" и 3'", экономя тем самым значительное время поступления воды на спринклерную группу 3', поскольку отсутствует необходимость в повышении давления во всех ответвлениях 2', 2" и 2'".

Приведенные выше варианты осуществления изобретения представлены в качестве примера, и эти концепции могут быть обобщены с использованием элементов и принципов изобретения для других применений, в которых требуется подобный тип действия, то есть система, в которой в одном состоянии текучая среда поддерживается при впускном давлении посредством текучей среды при меньшем заданном выпускном давлении, перекрытом на запорном клапане, а в другом состоянии жидкая среда может пропускаться путем открытия запорного клапана, если выпускное давление опустится ниже заранее заданной величины давления.

Элементы, которые участвуют в открытии и закрытии главной трубы спринклерной сети, иначе говоря, запорного клапана, могут быть следующими: шаровой клапан, клиновой клапан, сферический клапан, клиновая задвижка, шиберно-ножевая задвижка, двустворчатый клапан, откидной клапан, эксплуатируемый механически или с зоной перепада, или аналогичные устройства.

Компенсация выпускного давления, выполняемая системой в соответствии с настоящим изобретением, может быть внутренней по отношению к открывающим и закрывающим элементам или же наружной по отношению к этим элементам. Кроме того, компенсация может достигаться с использованием замедления при открытии/закрытии или без такового; компенсация может выполняться перед открытием/закрытием регулирующего средства управления или иным образом.

Регулирующие средства управления для обеспечения компенсации или введения тревожной ситуации (открытия или остановки системы) могут быть следующими: пневматические средства управления, электрические средства управления, механические средства управления или аналогичные устройства.

Можно представить, например, приводной механизм, содержащий электронные средства управления, использующие в качестве регулирующих параметров впускное и выпускное давление и управляющие на основании этих величин открытием/закрытием клапана способом, аналогичным описанному выше.

В качестве отключающего элемента, которым в вышеописанном примере осуществления изобретения является спринклер, можно представить себе и другие виды сенсорных датчиков, которые выполняют ту же функцию. Помимо сигнальных термодетекторов может быть использован датчик давления или любой другой тип датчика, который может оказаться полезным для данного применения.

Само собой разумеется, что систему по изобретению можно присоединять к системе трубопроводов с использованием следующих элементов: сварочных швов, фланцев, винтовых соединений, систем быстроразъемного соединения и гофрированного соединения.

В соответствии с изобретением системе нужно передавать сигнал, когда она открыта или закрыта. Этот сигнал подается с помощью электрических, пневматических, механических или других контактов.

Команда открытия/закрытия оказывает воздействие на главный клапан с помощью системы, включающей в себя электродвигатель, пневматический привод, гидравлический привод, гидропневматический привод или, в качестве альтернативы, механический привод.

Само собой разумеется, что вышеуказанные элементы можно выбирать свободно, руководствуясь намеченным применением и используя принципы изобретения.

Перечень ссылочных номеров: 1 - запорный клапан, 2 - главная сеть, 2', 2", 2" - вторичная сеть, 3', 3", 3'" - группа спринклеров, 4 - компрессор, 5 - водопровод, 6, 6', 6" - клапан, 7 - трехпозиционный клапан, 8 - цилиндр, 9 - дроссельное устройство, 10 - поршень, 11 - пружина, 12 - сеть, 13 - невозвратный элемент, 14 - приводное устройство, например, стержень, 15 - первый канал, 16 -второй канал, V2 - клапан.

Система содержит главную сеть, расположенную после запорного клапана, которая питает сенсорные датчики, например, в виде спринклеров. Главная сеть подразделена на вторичные сети, причем каждая вторичная сеть отделена от главной сети посредством клапана, который не допускает попадания воды в те участки сети, в которых она не нужна, и способен не только компенсировать падение давления в сети, но и в случае обнаружения пожара может полностью открываться. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Клапан (6, 6', 6"), предназначенный для использования в находящейся под давлением сети с впускным участком (2) и выпускным участком, содержащий регулирующие средства для поддержания разности давлений между впускным участком и выпускным участком, причем указанные средства выполнены, с одной стороны, с возможностью компенсации выпускного давления, если оно уменьшается, оставаясь при этом выше установленного значения, посредством использования впускного давления, и, с другой стороны, с возможностью полного открытия клапана, если выпускное давление опускается ниже установленного значения.

2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что регулирующие средства содержат по меньшей мере одно приводное устройство для открытия и закрытия клапана (6, 6', 6"), которое выполнено с возможностью создания разности давлений между впускным участком и выпускным участком.

3. Клапан по п.2, отличающийся тем, что приводное устройство содержит поршень (10), установленный в цилиндре (8), причем на указанный поршень действует сила сжатия пружины (11).

4. Клапан по п.3, отличающийся тем, что регулирующие средства дополнительно содержат трехпозиционный клапан (7).

5. Клапан по п.4, отличающийся тем, что регулирующие средства дополнительно содержат дроссельное устройство (9).

6. Распределительная сеть, в особенности противопожарная сеть, содержащая по меньшей мере один источник (5) подачи жидкости под давлением, запорный клапан (1), главную сеть, подключенную на одной стороне к запорному клапану (1), а на другой стороне - к ответвлениям (2, 2', 2", 2'"), каждое из которых подключено по меньшей мере к одному отключающему элементу (3', 3", 3'"), выполненному чувствительным к заранее заданному параметру, и устройство (4) для подачи текучей среды под давлением в указанную главную сеть, при этом отключающий элемент выполнен с возможностью обеспечения открытия главной сети и снижения в ней давления до атмосферного, причем указанное понижение давления до атмосферного обеспечивает открытие запорного клапана (1) для заполнения жидкостью сети (2) и ответвлений (2', 2", 2'") до отключающего элемента (3', 3", 3'"), причем каждое ответвление (2', 2", 2'") соединено с сетью (2) через клапан (6, 6', 6"), выполненный с возможностью предотвращения заполнения ответвлений, охарактеризованный в одном из предыдущих пунктов.

7. Распределительная сеть по п.6, отличающаяся тем, что жидкость представляет собой воду или иной вид жидкости.

8. Распределительная сеть по п.6, отличающаяся тем, что текучая среда представляет собой воздух или иной вид текучей среды.

9. Распределительная сеть по п.7, отличающаяся тем, что текучая среда представляет собой воздух или иной вид текучей среды.

10. Распределительная сеть по одному из пп.6-9, отличающаяся тем, что отключающий элемент выполнен в виде спринклера (3', 3", 3'").

11. Распределительная сеть по одному из пп.6-9, отличающаяся тем, что отключающий элемент выполнен в виде датчика.