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

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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/м ²). 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.