Пристрій для локалізації вибуху метаноповітряної суміші /варіанти/

1. Пристрій для локалізації вибухів метаноповітряної суміші, який містить бункер, що має у верхній частині заправну горловину, закриту кришкою, наповнений вогнегасним порошком і на виході легкоруйнівну діафрагму та розпилювач, пневматичний патрон автономної дії, який має механізм дистанційного спрацьовування зі сферичними опорами, взаємодіючими з підпружиненим ступінчастим поршнем, який спирається на них, робочі камери, розміщені всередині корпусу патрона уздовж його осі з вихлопними отворами, а також золотники з рухомими перепускними каналами, що розміщені в робочих камерах та розділяють їх, передню камеру між головною частиною корпусу патрона і ковзаючою по ньому муфтою, виконану з можливістю розміщення у ній газоутворюючої хімічної сполуки, який відрізняється тим, що корпус пневмопатрона, який містить декілька послідовно поєднаних між собою через перепускні канали рівних перерізів робочих камер, коаксіально розміщений у перфорованій проміжній камері, яка, у свою чергу, коаксіально розміщена у бункері, який містить вогнегасний порошок, конусоподібної або циліндричної форми по усій його довжині, один кінець якої жорстко закріплено на внутрішній торцевій стінці бункера, а другий 2 (19) 1 3 80945 гвинтоподібно з рівним або збільшуваним кроком (навивкою) по усій довжині корпусу проміжної камери, причому у міру наближення до виходу з бункера конусоподібної форми вони виконані з послідовно збільшуваними діаметрами, а при використанні бункера циліндричної форми отвори виконані з однаковими діаметрами, в обох випадках повинна виконуватись умова: 4 отворів у проміжній камері. 7. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що завихрювач (розпилювач) являє собою кільцеподібну основу, яка закріплюється на корпусі бункера біля його входу, з прикріплюваними до неї і висунутими вперед, у напрямку центральної поздовжньої осі корпусу пневмопатрона, декількома ребрами жорсткості, на котрих розміщено також висунуту вперед стрічкову гвинтоподібну спіраль, з кроком витка, який дорівнює або більший за ширину стрічки, з напрямом навивки, відповідним напрямові гвинтової навивки, утвореної вихлопними отворами на корпусі проміжної камери, причому площина стрічки зорієнтована відносно поздовжньої осі корпусу під розрахунковим кутом в межах від 0 до 45°. 8. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що ковзаюча муфта пневмопатрона обладнана стопорним болтом - запобіжником, а до зовнішнього торця у центральній частині ковзаючої муфти прикріплено штангу, на кінці котрої розміщено приймальний диск, який сприймає вплив ударної хвилі. 9. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що він містить два приставлених один до одного базових модулі пристрою за п. 1 (за дзеркальним принципом) з рухомою частиною корпусів робочих камер, з відокремленими спрацьовуючими механізмами, робочими камерами й прикріпленими до них штангами, на кінці яких розміщений приймальний диск, сприймаючий вплив ударної дії, причому у хвостовій робочій камері пневмопатронів відсутня штокоподібна рухома втулка, а в головній частині пневмопатронів відсутня передня газогенеруюча камера, а на кінцях корпусу пневмопатронів установлено контактні вмикачі для передачі сигналу по лінії зв'язку до газогенеруючої камери пристрою за п. 1. 10. Пристрій за п. 9, який відрізняється тим, що містить два приставлених один до одного за дзеркальним принципом базових модулі пристрою за п. 1, що виконані з рухомою частиною корпусів перфорованих проміжних камер. Винахід відноситься до гірничої промисловості, зокрема до пристроїв локалізації вибуху метаноповітряної суміші і вугільного пилу, що ліквідують поширення фронту полум'я по підйомних гірничих виробітках, внаслідок вибухів метану і вугільного пилу. Відомий пневматичний патрон [1], призначений для руйнування гірських порід стиснутим повітрям високого тиску. Пневматичний патрон містить механізм зі сферичними рухомими опорами, що взаємодіють із поршнем, який спирається на них і починає рухатись за рахунок джерела зовнішньої сили. Однак цей пневматичний патрон не можна використовува ти безпосередньо для реалізації технічної сутності запропонованого винаходу, оскільки він потребує наявності точки опори у разі впливу на спрацьовуючий механізм джерела зовнішньої сили і внесення суттєвих конструктивних змін для його використання у запропонованому пристрої локалізації вибухів. Окрім того, через відсутність у конструкції обмежувача ходу поршня, металеві кульки, діаметри яких дорівнюють діаметру радіальної проточки, не застраховані від випадання їх всередину гільзи при випадковому зміщенні поршня ліворуч або праворуч, тобто за межі припустимої величини, наприклад, коли патрон встановлюється у вертикальному положенні. Відомий газодинамічний патрон, призначений для руйнування вугілля і гірських порід стиснутим повітрям високого тиску, який містить трубчатий металевий корпус, головну камеру з керуючим елементом, встановлену на торці корпусу, робочі камери, розташовані всередині корпусу патрона вздовж його осі і виконані з вихлопними отворами, а також підпружинені золотники, розміщені в робочих камерах і виконані з перепускними каналами, причому перепускні канали золотників виконані у формі усічених конусів, менші основи яких звернені до головної камери, при цьому по мірі віддалення від головної камери золотники виконані у послідовному зменшенні довжини, робочі камери - у послідовному збільшенні об'єму, а перепускні канали й вихлопні отвори - у послідовному збільшенні діаметра [2]. Цей газодинамічний патрон також не може бути використаний безпосередньо для реалізації технічної сутності запропонованого винаходу, оскільки у цього аналога при діафрагмовозолотниковому механізмі, коли проривається (зрізається) діафрагма, золотник першої камери залучається до руху надлишковою силою, сформованою за рахунок різниці швидкостей повітряного потоку, який проходить (витікає) через конусоподібну порожнину в золотнику до атмосфери (аналогічно спрацьовують наступні золотники), тобто працює принцип підйомної сили літака, що є неприйнятним для вирішення поставленого завдання запропонованого винаходу. А також при цьому має місце вимушена втрата деякого об'єму (кількості) стиснутого åS £ åS , де å S - сумарна площа p кп p перерізу ви хлопних отворів робочих камер; åS кп - сумарна площа перерізу вихлопних 5 80945 повітря, яке витікає з першої робочої камери прямим потоком до атмосфери без цільового призначення. Найближчим за досягнутим результатом винаходу в області пристрою аналогом, прийнятим за прототип, є вибухознешкоджуючий пристрій, який містить контейнер, що має у верхній частині заправнокомпенсаційну горловину, закриту кришкою, заповнений порошковим інгібітором. Контейнер має з одного торця діафрагму, яка легко руйнується, і розпилювач, а з другого торцеву стінку, патрубки з дросеруючими отворами, циліндричну камеру згоряння з газогенеруючим зарядом й електровогнезаймачем. Робота пристрою заснована на викиді порошкового інгібітору з контейнера під впливом газів, які утворюються внаслідок згоряння газогенеруючого заряду. У разі виникнення осередку загоряння за сигналом датчика полум'я електровогнезаймач запалює займисту навіску, а вона -пучок циліндричних порохових елементів (газогенеруючий заряд) [3]. Прототип має наступні недоліки: 1. Втрата певного часу від моменту надходження виконувального імпульсу на газоутворюючий заряд до моменту руйн ування першої діафрагми, яка знаходиться у патрубку камери згоряння, для отримання газу з тиском заданого значення й руйнування вказаної діафрагми. Окрім цього, після процесу генерації газу, його виходу у контейнер і змішування з порошком, проривається друга діафрагма (при заданому надлишковому тискові). На це також витрачається час (тимчасовий опір розриву). Усі ці фактори протікання газу в часі після прориву двох діафрагм негативно впливають на процес швидкого реагування, оскільки збільшується затримка процесу гасіння спалаху метану. 2. Наявність хімічного процесу запалювання і горіння при перетворенні газогенеруючого заряду в робоче тіло-газ, тобто, наявний екзотермічний процес із виділенням тепла у довкілля. Такому способу висувається низка додаткових вимог щодо безпеки проведення робіт. 3. При наближенні до гирла контейнера змішаний із порошковим інгібітором газовий потік усе більше послаблюється за рахунок розсіювання у бік виходу з контейнера. Це призводить до збільшення часу для створення повітряноінгібіторної хмари у гірничому виробітку. 4. Вибухознешкоджуючий пристрій призначений для гасіння спалахів р удничного газу на початковій стадії виникнення осередку загоряння і спрацьовує за сигналом зовнішнього пристрою керування (датчика полум'я), що має лише певний кут огляду. Також цей пристрій не реагує на ударну хвилю (У Х), утворену внаслідок вибуху метаноповітряної суміші й вугільного пилу, і не може використовуватись для локалізації вибухів метаноповітряної суміші й вугільного пилу, які з великою швидкістю поширюються по гірничому виробітку. Метою винаходу є підви щення ефективності процесу локалізації вибухів метану та вугільного 6 пилу, що розвиваються по гірничому виробітку, за рахунок стиснутого повітря (або іншого інертного газу), яке автономно утримується під високим тиском у пневмопатроні, коаксіально розміщеному в перфорованій проміжній камері, яка у свою чергу коаксіально розміщена в бункері конусоподібної або циліндричної форми по усій його довжині і заповненого вогнегасним порошком, котрий має властивості флегматизації пилоповітряних сумішей та інгібування метаноповітряних сумішей, до того ж один кінець перфорованої проміжної камери жорстко закріплений на виході з бункера у завихрювачі (розсікані), а інший кінець - на внутрішній торцевій стінці бункера, за рахунок зменшення часу утворення вогнегасної хмари в гірничому виробітку, за рахунок збільшення повноти диспергування вогнегасного порошку та надійності роботи пристрою, а також у керуванні процесом утворення вогнегасної хмари в гірничому виробітку, за рахунок регулювання режимів впливу стисн утого повітря (або іншого інертного газу), яке витікає з пневмопатрона на вогнегасний порошок, який знаходиться у бункері, і конструкції завихрювана (розпилювача), встановленого на виході з бункера. Поставлена мета досягається завдяки тому, що пристрій локалізації вибуху містить заповнений вогнегасним порошком бункер, на виході якого розміщено легкоруйнівну діафрагму й завихрювач (розпилювач), а на корпусі - заправну горловину, що має кришку, пневматичний патрон, який коаксіально розташований у перфорованій проміжній камері і містить низку послідовно з'єднаних робочих камер із вихлопними отворами та механізм зі сферичними рухомими опорами, які взаємодіють із підпружиненим ступінчатим поршнем, котрий спирається на них і міститься в головній робочій камері та перекриває її вихлопні отвори. Ступінчатий поршень приводиться у р ух за рахунок джерела зовнішньої сили, яка впливає на приймальний диск пневмопатрона або на стінки його газогенеруючої камери, причому наступні вихлопні отвори робочих камер герметично перекривають підпружинені диференційні золотники, з перепускними каліброваними каналами однакових перерізів, які пов'язують усі робочі камери при заповненні їх стиснутим повітрям. У запропонованому винаході, який містить поршнево-золотниковий механізм у пневмопатроні, при спрацьовуванні поршня зміщення диференційного золотника справа наліво здійснюється за рахунок різкого перепаду тиску стиснутого повітря (або іншого інертного газу) між камерами і золотника, який діє з надлишковою силою на правий торець. При цьому усе стисн уте повітря з робочих камер витікає через вихлопні отвори робочих камер і перфорованої проміжної камери у бункер з цільовим призначенням. Отже, з точки зору к. к. д. стиснутого повітря перевага поршневозолотникового механізму над прототипом є очевидною. Згідно запропонованого винаходу, пневмопатрон містить декілька послідовно з'єднаних між собою через перепускні канали 7 80945 однакових перерізів, робочих камер, з об'ємами, що зменшуються, починаючи від головної робочої камери. Тобто, об'єми робочих камер відповідають умовам V1>V2>...Vn, де V1 - об'єм головної робочої камери, V2... Vn - об'єми наступних робочих камер. Пневмопатрон коаксіально розміщений у перфорованій проміжній камері, яка, у свою чергу, коаксіально розміщена у бункері конусоподібної або циліндричної форми по усій його довжині, один кінець якого жорстко закріплений на внутрішній торцевій стінці бункера, а другий кінець жорстко закріплений на виході з бункера у завихрювачі (розпилювачі). Завихрювач (розпилювач) являє собою кільцеподібну основу, яка закріплюється на корпусі бункера біля його виходу, з прикріпленими до неї (основи) і висун утими уперед, у напрямі до центральної поздовжньої осі корпусу пневмопатрона, кількома ребрами жорсткості, де розміщена також висунута уперед стрічкова гвинтоподібна спіраль, з кроком витка, який дорівнює або більший за ширину стрічки, з напрямом навивки, яка відповідає напрямові гвинтоподібної навивки, створеної вихлопними отворами на корпусі проміжної камери, причому, площина стрічки зорієнтована по відношенню до поздовжньої осі корпусу під розрахунковим кутом в межах від 0 до 45°. Підпружинений ступінчатий поршень циліндричної форми, який перекриває вихлопні отвори головної робочої камери, своїм уступом упирається в сферичні рухомі опори (металеві кульки). Кульки розміщені у ступінчатих радіальних проточках, де діаметр більшого уступу дорівнює або більше за діаметр кульки, а меншого уступ у, відповідно, менше за діаметр цієї кульки. Перепускні канали розташовані в підпружинених диференційних золотниках, які розділяють робочі камери пневмопатрона і перекривають вихлопні отвори. Вихлопні отвори робочих камер зорієнтовані під розрахунковим кутом у межах від 0 до 90° відносно центральної поздовжньої осі корпусу пневмопатрона і виконані рівних діаметрів в один ряд або гвинтоподібно з кроком витка рівним або більше за діаметр вихлопного отвору, на довжині, що дорівнює довжині ступінчатого поршня від уступу або довжині золотника, які перекривають ці отвори. Гирло хвостової робочої камери перекрите штокоподібною рухомою втулкою, в якій розміщено два штуцери, один з яких зі зворотнім клапаном призначений для підключення джерела стиснутого повітря (або іншого інертного газу) для заправки робочих камер, а другий - для встановлення датчика контролю тиску стиснутого газу в робочих камерах. На перфорованій проміжній камері отвори виконані гвинтоподібно з рівним або збільшуваним кроком (навивкою) по усій довжині корпусу проміжної камери, причому за мірою наближення до виходу з бункера конусоподібної форми вони виконані з діаметрами, котрі послідовно збільшуються, а при використанні бункера циліндричної форми виконуються отвори рівних діаметрів. В обох випадках повинна виконуватись умова: SSp < SSкп, 8 де SSp- сумарна площа перерізу вихлопних отворів робочих камер; SSкп - сумарна площа перерізу ви хлопних отворів у проміжній камері. Винахідницький акт полягає у наступному. Відомі аналоги й прототип пристрою не можуть використовува тися безпосередньо для реалізації технічної сутності запропонованого винаходу, оскільки кожний з аналогів при подальшому інженерному проектуванні спричиняє подальше ускладнення пристрою, а прототип має низку суттєвих нездоланних при подальшому його вдосконаленні недоліків. У запропонованому пристрої з урахуванням обмежувальних ознак відомих пристроїв розширюються функціональні можливості кожного з них, усуваються недоліки й досягається поставлена мета не тільки без додаткових ускладнень пристроїв, а й при спрощенні пристрою порівняно з прототипом. Для цього необхідними й достатніми є усі одинадцять відмінних ознак пристрою. Якщо виключити будьяку з 11 відмінних ознак, то мета не буде досягнена. Це однозначно випливає з наведеного нижче опису. Тому, на думку авторів, сукупність 11 відмінних ознак відповідає критеріям "новизна" й "винахідницький рівень". На фіг.3 зображено пристрій вибухознешкодження - локалізації вибухів із конусоподібною формою бункера у положенні до спрацювання, а на фіг.4-у момент спрацювання цього пристрою, шляхом впливу на його приймальний диск силою ударної дії від надлишкового тиску на фронті ударної хвилі (УХ), створеної внаслідок вибуху метаноповітряної суміші й вугільного пилу. На фіг.5, фіг.6 та фіг.7 показано принцип роботи сферичного рухомого механізму зі сферичними рухомими опорами (металевими кульками), розміщеними у ступінчатих радіальних проточках, відповідно, на фіг.5 до спрацювання пристрою, на фіг.6 після спрацювання пристрою від впливу ударної хвилі і на фіг.7 після спрацювання пристрою від впливу на стінки його газогенеруючої камери тиском створеного газу. На фіг.8 та фі г.9 показано завихрювач (розпилювач) пристрою. На фіг.10 зображено пристрій вибухознешкодження локалізації вибухів із циліндричною формою бункера у момент спрацювання цього пристрою, шляхом впливу на стінки його газогенеруючої камери тиском утвореного газу. На фіг.11 зображено загальний вигляд модифікованого пристрою вибухознешкодження - локалізації вибухів з конусоподібною формою бункерів із рухомою частиною корпусу робочих камер пневмопатронів у положенні до спрацювання, а на фіг.11 -а та фіг.11-6 - у момент спрацювання цього модифікованого пристрою, шляхом впливу на один з його приймальних дисків сили ударної дії від надлишкового тиску на фронті УХ при підході фронту полум'я праворуч або ліворуч відповідно. На фіг.12 зображено загальний вигляд модифікованого пристрою вибухознешкодження