RU2301312C2 - Method and device to protect buildings and building structures against damage caused by gas-steam-air mixture explosion - Google Patents

Abstract

FIELD: building, particularly window opening devices used in different buildings and building structures to open windows during deflagration explosion.

SUBSTANCE: building or building structure protection device comprises inner leaf pivotally connected to window frame of window assembly. Window frame of window assembly is opened inwards the building. The inner leaf is opened outwards and is adapted to relief combustion products generated during explosion. Protection device also has locking mechanism adapted to secure inner leaf, membrane member sensitive to pressure increase inside the building fixedly connected to locking mechanism and resilient mechanism for inner leaf opening during explosion. The resilient mechanism is made as torsions. The torsions include a plate set made of high-strength steel and having rods used as retaining fingers for inner leaf hinges. One end of the plate set is fixed inside steel holder embedded in window assembly frame. Another end thereof is fastened to case mounted in inner leaf and serves as hinge.

EFFECT: increased reliability of window opening as deflagration explosion occurs in building or building structure.

3 cl, 1 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к строительству, в частности к устройствам для открывания оконного проема различных зданий и сооружений при дефлаграционном взрыве в них.The invention relates to the construction, in particular, to devices for opening a window opening of various buildings and structures with a deflagration explosion in them.

Уровень техникиState of the art

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.As protection against internal deflagration explosions, single and double glazing or the so-called easy-to-erase structures (LSC) are currently used - wall and curtain panels and other safety structures.

Все они работают по схожему принципу: вскрытие происходит при достижении определенного значения давления внутри помещения, т.е. давления вскрытия.They all work according to a similar principle: an autopsy occurs when a certain pressure value is reached indoors, i.e. opening pressure.

До сего времени существуют три относительно надежных способа размыкания замкнутого объема помещения:Until now, there are three relatively reliable ways to open a closed volume of a room:

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.1. The glazing of the room is carried out with glass no thicker than 3 mm in one layer. Such glazing at the initial stage of development of deflagration is destroyed, opening the way for gases into the surrounding space. This is the simplest and cheapest in execution, but also the most dangerous and expensive to operate. When glass is destroyed, people on the street will be struck by its fragments. An attempt to make glass shatterproof by installing shockproof films increases its strength and makes it indestructible up to a pressure of 25-35 kPa. In addition, single-layer glazing with thin glass will lead to a large waste of energy for heating, and on the other hand, will make glazing easily vulnerable to low-energy impacts both outside and inside the room.

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.2. With normal modern glazing, incl. and when filling light openings with double-glazed windows, laminated laminated glass, tempered, reinforced glass, openings of a given size and a given total area are filled in the walls or roofs of the buildings, filled with an easily-opened structure of the required strength, which collapses at a given overpressure. When triggered, the devices are destroyed and require replacement.

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.3. Existing lights with installed window systems of any design are equipped with special devices that open windows when the pressure in the room rises to a predetermined value. Unlike the first two methods, the response pressure of the system can be set over a wide range to prevent accidental operation.

Такое устройство включает в себя:Such a device includes:

- измеритель давления любого типа, электрически связанный с датчиком исполнительного механизма и реле включения сервопривода;- a pressure meter of any type, electrically connected to the sensor of the actuator and the actuator relay;

- исполнительный механизм с электрическим приводом (сервопривод) - электрический двигатель, редуктор, система защиты цепей;- actuator with electric drive (servo) - electric motor, gearbox, circuit protection system;

- запорное устройство;- locking device;

- кабельные цепи.- cable chains.

Такое устройство позволяет открывать окна (разомкнуть пространство) в масштабе времени, максимально приближенном к реальному, однако обладает следующими отрицательными свойствами:Such a device allows you to open windows (open space) in a time scale that is as close to real as possible, but has the following negative properties:

- требуется энергопитание, что во взрывопожароопасных помещениях требует специального исполнения электрических приборов;- energy supply is required, which in explosion and fire hazardous areas requires special design of electrical devices;

- при отключении питания система не работает;- when the power is turned off, the system does not work;

- требует постоянного ухода и обязательной защиты от атмосферного воздействия, а также соблюдения правил и норм техники безопасности;- requires constant care and mandatory protection against atmospheric effects, as well as compliance with safety rules and standards;

- высокая стоимость делает такие устройства доступными лишь для промышленных потребителей.- the high cost makes such devices available only to industrial consumers.

По вышеизложенным причинам установка таких устройств в жилых квартирах нецелесообразна и невозможна.For the above reasons, the installation of such devices in residential apartments is impractical and impossible.

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).Window bindings with opening flaps are also used. The shutters are attached to the window frames with a vertical or horizontal (upper or lower) hinge and a special locking device that keeps the shutter closed (L.P. Pilyugin. Structures of structures of explosive industries. Moscow, Stroyizdat, 1988, p.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.The operation of the locking devices and the opening of the shutters should occur at an excess pressure significantly less than that which can cause the destruction of the glass installed in the window frames.

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.The situation is even worse when filling the light apertures with modern double-glazed windows, which can be destroyed by increasing the pressure to 15-25 kPa (1500-2500 kg / m ² ). At this pressure, building structures tend to collapse and die.

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.Attempts to create a structure that opens up a window when the pressure rises to an acceptable 5 kPa and works in real time, have not yet yielded the expected result. The reason for this is as follows. The area of an easy-to-clean design, even in an apartment, cannot be limited by a window - it is strictly standardized depending on the volume of the room. The weight of one square meter of a single-chamber double-glazed window is at least 22 kg, and taking into account the weight of the frame, headset and accessories, this figure can be doubled. A large mass (and, accordingly, a measure of inertia) of the structure forces it to be supplied in order to operate on a time scale that is at least close to a real, powerful electric or pneumatic drive, and this is cumbersome, very expensive and unreliable - the power supply and the system are dead and the construction is dead residential buildings with an autonomous power supply system in the foreseeable future are not planned. And the installation in each apartment of a bulky device that requires qualified service is unlikely.

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.A device is known for emergency opening of a window opening, including a single rotary rack, pivotally mounted in the upper part of the opening and connected to the pressure lock located in the lower part of the opening.

Недостатком этого устройства является его невысокая надежность.The disadvantage of this device is its low reliability.

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).Closest to the proposed is a device comprising a single pivoting sash with a horizontal hinge mounted in the upper part of the opening. In the lower part of the opening, the device is equipped with a spring mechanism with pre-compressed springs, which release their energy when opening the lock associated with the pressure sensor, which is triggered by a small change in pressure in the initial stage of the explosion (SU 868037 A1, E06B 5/12, 09/30/1981) .

Предложенное устройство обладает рядом недостатков:The proposed device has several disadvantages:

- при срабатывании пружин створка испытывает значительный динамический удар, что ставит под сомнение выполнение створки светопрозрачной;- when the springs are triggered, the sash experiences a significant dynamic impact, which casts doubt on the performance of the sash translucent;

- 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;- the frame structure can only open outward and thereby becomes unsuitable for residential gasified buildings, for which, according to the safety condition, the sashes must open inside the room;

- использование верхнего горизонтального шарнира обязывает учитывать и инерционность конструкции, связанной с ее весом;- the use of the upper horizontal hinge makes it necessary to take into account the inertia of the structure associated with its weight;

- 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;- the spring mechanism can open the sash only at a slight angle (no more than 25%), further opening occurs under the influence of increasing overpressure, which can lead to loads destroying the building;

- пружинный механизм имеет открытый доступ и может сработать при случайном на него воздействии;- the spring mechanism has open access and can work if it is accidentally exposed;

- механизм не может быть использован в помещениях с повышенной влажностью, т.к. пружины подвергаются коррозии, что значительно повышает коэффициент трения при их срабатывании.- the mechanism cannot be used in rooms with high humidity, because springs undergo corrosion, which significantly increases the coefficient of friction when they are triggered.

Цель изобретения - повышение надежности вскрытия оконного проема при дефлаграционном взрыве внутри помещения здания или сооружения.The purpose of the invention is to increase the reliability of opening a window opening in a deflagration explosion inside a building or structure.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

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.The technical task is to create a method that provides the required level of explosion safety under the influence of external loads: terrorist explosions, hurricanes, vandalism, etc., and a device that allows you to open windows in time for internal technogenic explosions in explosive industrial premises and the explosion of domestic gas in gasified residential and public buildings. Such a device should be small in size, allowing it to be installed in existing window structures, low cost, direct action - no need for energy, the ability to adjust to the required pressure level, the possibility of repeated operation, as well as the durability and elimination of the need for special maintenance.

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.The specified technical problem is achieved in a method of protecting buildings and structures from destruction during the explosion of a gas-air mixture indoors, including measuring the excess pressure inside the room, setting the permissible pressure inside the room, actuating the locking mechanism that fixes the sash and opening the sash to discharge combustion products into the atmosphere and unburned mixture, while to actuate the locking mechanism using the excess pressure that occurs during the explosion.

Для измерения избыточного давления внутри помещения преимущественно используют мембрану.To measure the overpressure indoors, a membrane is preferably used.

Установку допустимого давления внутри помещения проводят путем подбора необходимой площади мембраны и усилия открытия запирающего механизма.The permissible pressure inside the room is set by selecting the required membrane area and the opening force of the locking mechanism.

Для открытия створки преимущественно используют упругий механизм.To open the sash, an elastic mechanism is predominantly used.

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).As an elastic mechanism for opening the sash, a torsion bar, spring, etc. can be used. Torsion (from French torsion - twisting, torsion) is a torsion bar that acts as a spring. It is made of heat-treated steel that allows high torsional stresses and significant torsion angles (tens of degrees).

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.The specified technical problem is achieved in the device for ensuring the explosion safety of the premises, including the sash, for discharge into the atmosphere of the gas-air mixture and combustion products during the explosion, a locking mechanism, fixing the sash, an element that responds to increased pressure inside the room, which is a membrane rigidly connected with locking mechanism and an elastic mechanism for opening the sash.

В качестве упругого механизма используют торсионы из высокопрочной стали.As an elastic mechanism use torsion bars made of high strength steel.

Конструкция устройства не требует специального ухода, энергетического питания, рассчитана на многократное срабатывание, проста в изготовлении и может быть установлена в любую оконную систему.The design of the device does not require special care, power supply, designed for multiple operation, easy to manufacture and can be installed in any window system.

Описание чертежей.Description of the drawings.

На чертеже изображен общий вид окна жилого газифицированного помещения.The drawing shows a General view of the window of a residential gasified room.

Описание устройстваDevice description

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.The device shown in the drawing consists of an internal flap 1 built into the window structure, which opens outward, to discharge into the atmosphere a gas-air mixture and combustion products during an explosion, an element that responds to increased pressure inside the room - a membrane pressure sensor 2 of a certain diameter, rigidly connected using brackets and connecting elements with a locking mechanism 3 on the flap 1 using the rod 4, moving in the guide sleeve 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.The leaf 1 is hinged to the frame 6, which opens into the room according to safety conditions, and in the working position twists the torsion bars 7, the rods of which are simultaneously the fixing fingers for the hinges 8 of the inner leaf. Torsion bars 7 are a package of 2-4 plates of special high-strength steel. One end of the bag is rigidly fixed in a steel sleeve; which is mounted in the window frame, and the second end of the package is fixed in a sleeve mounted in the opening window sash, and acts as a hinge.

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.The device is configured with the window open. The torque of the torsion bars is calculated based on the mass of the window and the time it was opened and is adjusted by turning the holder mounted in the window frame.

При принудительном закрывании окна торсионы закручиваются за счет упругих деформаций. Окно фиксируется запирающим механизмом.When the window is forced to close, the torsion bars are twisted due to elastic deformations. The window is fixed with a locking mechanism.

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.When the pressure in the room rises to a predetermined level, the membrane of the pressure sensor deforms, the diameter of which is calculated depending on the force required to move the rod of the locking mechanism. The force from the membrane is mechanically transmitted to the locking mechanism.

При выдергивании штока потенциальная энергия торсиона высвобождается, открывая окно в заданном времени.When pulling the rod, the potential energy of the torsion bar is released, opening the window at a given time.

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.It should be noted that the device provides multiple triggering, there are no elements that fall out when the device is triggered, which is essential for the safety of people under the windows. In addition, the design of the device allows you to realize the possibility of visual control of the health of the device and does not require special care and energy supply.

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.The device can be placed either in a specially designed window design, or built into common profile window systems (PVC, aluminum, wood) with the possibility of mounting the device on already installed windows.

Для промышленных взрывоопасных помещений возможно иметь одну раму, открывающуюся наружу.For industrial hazardous areas, it is possible to have one frame that opens outwards.

Claims (3)

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.1. A device for protecting a building or structure from destruction during a deflagration explosion indoors, containing hinges to the frame of the window structure opening to the inside of the room, the inner door opening outward to discharge combustion products into the atmosphere during the explosion, a locking mechanism fixing the inner door, an element in the form membranes that respond to increased pressure inside the room, rigidly connected to the locking mechanism, and an elastic mechanism for opening the inner sash during an explosion in the form of t rsion, consisting of a package of plates of high strength steel, the rods of which are simultaneously fixing fingers for hinges of the inner casement, one end of the package is rigidly fixed in a steel holder mounted in the frame of the window structure, and the second end is fixed in a sleeve mounted in the opening inner casement of the window casement design, and acts as a hinge. 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.2. A method of protecting a building or structure from destruction during a deflagration explosion indoors using the device according to claim 1, which consists in setting the allowable pressure inside the room, measuring the overpressure inside the room, actuating the locking mechanism that locks the inner flap with the use of excess pressure arising from the explosion, and the opening of the sash to discharge into the atmosphere the products of combustion during the explosion. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что допустимое давление внутри помещения устанавливается с помощью изменения рабочей площади мембраны и усилия открытия запирающего устройства.3. The method according to claim 2, characterized in that the permissible pressure inside the room is set by changing the working area of the membrane and the opening force of the locking device.