|
|
Поиск и анализ инновационных технических решений в области техносферной безопасности. Поиск и анализ инновационных технических решений в области техно. Наименование инновационного технического решения
Практическое задание 8
Поиск и анализ инновационных технических решений в области средств защиты от воздействия высокой температуры объектов производственной среды
Тема 2. Анализ технических решений
Цель: получить практические навыки поиска и анализа инновационных технических решений в области средств защиты от воздействия высокой температуры объектов производственной среды.
Алгоритм выполнения
1. Изучить алгоритм поиска и анализа инновационных технических решений в области охраны труда.
2. Ознакомиться с теоретической частью электронного учебника.
3. Оформить результаты в виде таблицы.
Бланк выполнения задания 8
Форма для выполнения задания
№ п/п
|
Наименование инновационного технического решения
|
Описание документа-источника
|
Сведения об авторах и организации
|
Описание сущности инновационного решения
|
Результаты анализа достоинств и недостатков
|
1
|
|
|
|
|
|
2
|
|
|
|
|
|
3
|
|
|
|
|
|
4
|
|
|
|
|
|
5
|
|
|
|
|
|
Образец выполнения задания 8
№ п/п
|
Наименование инновационного технического решения
|
Описание документа-источника
|
Сведения об авторах и организации
|
Описание сущности инновационного решения
|
Результаты анализа достоинств и недостатков
|
1
|
Материал для защиты от теплового излучения
|
Патент РФ
№ 2120783
(опубликован
27.10.1998)
|
Авторы:
Белицин М.Н., Шабанов В.А., Логинов В.И., Абрамов В.В., Бирюков В.Н., Жаров А.И., Колганова Т.В., Кузьмин В.Н.
|
Задачей настоящего изобретения является создание материала для защиты от теплового излучения, имеющего длительный срок защитного действия, без увеличения массы и при низкой стоимости исходного сырья.
Указанная задача решена за счет того, что в материале для защиты от теплового излучения, состоящем из волокнистого и металлизированного теплоотражающего слоев, волокнистый слой выполнен из базальтовых волокон и/или нитей.
Кроме того, указанная задача решена за счет того, что металлизированный теплоотражающий слой выполнен в виде односторонне или двусторонне металлизированной полимерной пленки, или металлической фольги, или в виде напыленного в вакууме слоя и расположен с лицевой стороны волокнистого слоя или с лицевой и изнаночной сторон волокнистого слоя, при этом в качестве волокнистого слоя материал содержит или ткань, или трикотажное полотно, или нетканый материал.
Металлизацию волокнистого слоя осуществляют или алюминием, или хромом, или никелем, или другим металлом, обеспечивающим высокую отражающую способность.
Использование волокнистого слоя из базальтовых волокон и/или нитей обеспечивает высокую стойкость материала к тепловому излучению и одновременно значительно снижает его теплопроводность по сравнению с другими известными материалами, имеющими высокую стойкость к тепловому излучению, что улучшает его защитные свойства и является существенным преимуществом.
Заявленный материал предназначен для использования исключительно для защиты от пламени и высокой температуры теплового излучения. Следствием использования базальтовых волокон и/или нитей в заявленном материале является сохранение целостности металлизированного теплоотражающего слоя за счет выравнивания температуры в различных точках материала при локальном тепловом излучении. Кроме того, в силу низкого влагосодержания базальтовых волокон и/или нитей (в процессе эксплуатации материал подвергается интенсивному воздействию влаги) замедляются процессы деструкции, способствующие его расслоению и разрушению, и материал продолжает «работать», отражая излучение.
Предлагаемое изобретение обеспечивает значительное повышение защитных свойств материала при тепловых воздействиях без увеличения его массы
|
Известны металлизированные ткани, представляющие собой сочетание полульняной (хлопко-льняной), стеклянной или асбестовой основы и алюминиевого слоя толщиной 0,05–0,1 мкм, из которых выполняются все детали теплоотражательного костюма, предназначенного для защиты пожарного от теплового излучения пламени при тушении пожаров и проведении аварийно-спасательных работ (Техническое описание и инструкция по эксплуатации теплоотражательного костюма. М.: ВНИИПО МВД СССР, 1981).
Известен стекловолокнистый материал с металлизированной поверхностью для теплозащитной одежды (Fitech: International Equipment Guide Emergency Service, 1980, 65).
Известен материал с металлизированной алюминием поверхностью на основе вискозной ткани для изготовления теплозащитной одежды (Close proximity fire suit Fire Protection, 1982. Т. 45. № 536, 21).
Известен теплозащитный материал, наружный и внутренний слои которого представляют собой основу из вискозных, полиамидных, полиэфирных нитей, хлопка или шерсти с металлизированной поверхностью, получаемой путем соединения с алюминиевой фольгой или напыления алюминия, цинка, меди или свинца в вакууме (патент США № 4401707, кл. B 32 B 3/06, 1983).
Известны металлизированные ткани из синтетических термостойких нитей и волокон номекс, кевлар, кайнол, фенилон, используемые преимущественно для производства наружной оболочки теплозащитных костюмов легкого типа (Термостойкие огнезащитные волокна и изделия из них / Г.Г. Френкель, А.В. Волохина, А.Ф. Жевлаков [и др.]. М.: НИИТЭХИМ, 1983).
Известна ткань из полиакрилонитрильных и полиарамидных волокон, металлизированная алюминием, используемая для изготовления наружной оболочки теплозащитного костюма (патент EP № 0108865, кл. A 62 B 17/00, 1984).
Известна кремнеземная ткань с нанесенной на нее с наружной стороны алюминизированной полиэтилентерефталатной пленкой, используемая при изготовлении теплозащитных костюмов для пожарных (ТУ 17 РСФСР 62-11217-87).
Все эти металлизированные ткани и материалы имеют высокую отражающую способность, обеспечивают хорошую защиту от жидких и газообразных веществ, но имеют разную стойкость к тепловому воздействию и обеспечивают различную степень защиты от него.
Металлизированные ткани и материалы на основе натуральных волокон (хлопка, льна, шерсти), искусственных (вискозных) и синтетических волокон и нитей (полиамидных, полиэфирных, полиакрилонитрильных) имеют сравнительно невысокую стойкость к тепловому воздействию, на основе синтетических термостойких нитей и волокон (арамид, номекс, кевлар, кайнол, венилон) имеют более высокую стойкость к тепловому воздействию, но не обеспечивают надежную защиту человека при ликвидации сложных и крупных пожаров и проведении аварийно-спасательных и аварийно-ремонтных работ на различных объектах, а также защиту техники, зданий и сооружений при интенсивных тепловых воздействиях, что ограничивает возможность их применения.
Металлизированные ткани и материалы на основе асбеста, стеклянных и особенно кремнеземных волокон и нитей имеют высокую стойкость к тепловому воздействию, однако их теплопроводность при воздействии высоких температур значительно возрастает, что снижает их защитные свойства при интенсивных тепловых воздействиях и ограничивает возможность использования.
Известна техническая ткань из стеклянных комплексных крученых нитей в основе и базальтовых нитей в утке (патент РФ № 2031993, кл. D 03 D 15/00, 1995). Ткань предназначена для использования в технических отраслях народного хозяйства, в которых предъявляются повышенные требования к прочностным характеристикам. Однако она не имеет высокой отражающей способности и не обеспечивает защиту от жидких и газообразных веществ, что ограничивает возможность ее применения.
Известна ткань, содержащая переплетенные базальтовые основания и уточные нити, применяемая в качестве напольного покрытия и пропитываемая дополнительно огнестойкой пропиткой (SU, патент № 1804507, кл. D 03 D 15/12, 1983). Эта ткань обладает теми же недостатками, что и предыдущая.
Известен материал для защиты от теплового излучения, состоящий из волокнистого слоя и металлизированного теплоотражающего слоя и используемый для изготовления теплозащитной одежды (патент Германии № 4025813, кл. A 41 D 13/00, 1992), принятый в качестве ближайшего аналога. Однако этот материал, обладая значительной массой и высокой стоимостью, имеет недостаточно высокие термо- и огнестойкость.
|
2
|
Костюм для защиты от высоких температур
|
Патент РФ
№ 2125901
(опубликован
10.02.1999)
|
Авторы:
Одаренко О.Б.,
Одаренко О.С.
|
Предлагаемое решение позволяет просто, надежно и достаточно дешево защитить человека от длительного воздействия высокой температуры.
Предлагаемый костюм для защиты от высоких температур, как и прототип, выполнен по меньшей мере из двух расположенных с зазором слоев материала, а в верхней части костюма размещен по крайней мере один травяще-предохранительный клапан.
Отличие состоит в том, что слои материала выполнены водонепроницаемыми, пространство между слоями герметично и заполнено жидкостью.
Отличие состоит также в том, что оба слоя материала соединены между собой по всей поверхности костюма прерывистыми параллельными швами с образованием вертикальных сообщающихся каналов.
Костюм отличается также тем, что один из верхних швов костюма выполнен ослабленным.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, достигается за счет использования совокупности всех признаков (как новых, так и известных). Предлагаемая конструкция костюма позволяет использовать тепло пожара вначале на нагрев жидкости, а затем на испарение жидкости в атмосферу через травяще-предохранительные клапаны, что значительно удлиняет время, когда тепло пожара достигнет внутреннего объема костюма, а следовательно, просто, надежно, дешево и достаточно долго защищает человека от воздействия высокой температуры.
Прерывистые швы по всей поверхности костюма создают сеть параллельных сообщающихся между собой каналов, что сохраняет форму костюма, придает ему дополнительную жесткость, а ослабленный шов в верхней части костюма выполняет роль предохранителя в случае выхода из строя травяще-предохранительных клапанов.
Предлагаемый костюм для защиты от высоких температур выполнен по меньшей мере из двух расположенных с зазором слоев материала – внутреннего и внешнего, пространство между ними герметично и заполнено жидкостью, например водой, в верхней части костюма расположены два травяще-предохранительных клапана. Оба слоя соединены между собой по всей поверхности костюма прерывистыми параллельными швами с образованием вертикальных сообщающихся каналов. Один из верхних швов костюма выполнен ослабленным (одинарный сварной шов). Костюм выполняется из водонепроницаемой полимерной на синтетической основе ткани, которая может выдерживать температуру от минус 40 °C до плюс 190 °C (например, по ТУ 6-00-00206693-191-91 или ТУ 6418-082-33152396-95).
Предлагаемый костюм используется следующим образом.
Костюм надевается поверх боевой одежды пожарного (тип «В» или «С» по ТУ 31.1277-93 (жаростойкая одежда)). Сверху на предлагаемый костюм надевается теплоотражающий огнезащитный контур со шлемом, дыхательным аппаратом, термоизолирующими бахилами, рукавицами-крагами.
Тепло, поступающее к предлагаемому костюму, расходуется вначале на нагрев жидкости до температуры кипения при давлении, на которое рассчитаны травяще-предохранительные клапаны, затем тепло расходуется на испарение жидкости через травяще-предохранительные клапаны. Прекращение звука работы травяще-предохранительного клапана означает, что вся жидкость испарилась и что костюм может защитить еще 10–15 мин. Взрыв оболочки костюма означает, что костюм исчерпал свои возможности термозащиты и нужно немедленно покинуть зону пожара.
Предлагаемый костюм совместно с боевой одеждой пожарного и теплоотражающим контуром защищает человека от воздействия окружающей среды с температурой 200 °C в течение 40 мин, 300 °C – в течение 15 мин, непосредственно полного контакта с пламенем в течение 5 мин
|
Известны костюмы для защиты человека от высоких температур (см., например, авторское свидетельство СССР 1 687 235, кл. A 41 D 13/00, 1991) путем использования принудительного охлаждения с помощью циркуляции хладоносителя. Все они требуют наличия сложной охлаждающей системы с хладоносителем и насоса для подачи циркулирующей охлаждающей жидкости.
Костюмы с принудительным охлаждением дороги и сложны, что приводит к недостаточной надежности при работе людей в очаге пожара.
Известны также костюмы для защиты человека от высоких температур (см., например, авторское свидетельство СССР 1 777 779, кл. A 41 D 13/00, 1992), основанные на локальном охлаждении участков тела человека. В основном они представляют собой накладные емкости в виде карманов, расположенные на участках, соответствующих охлажденным частям тела человека, каждый из которых заполнен хладагентом (в капсулах или отдельных модулях), изменяющим свое фазовое состояние при нагревании.
Костюмы с локальным охлаждением недостаточно надежны, так как нет сплошности защиты от тепла и требуется предварительная подготовка охлаждающего вещества. Кроме того, хладагент быстро нагревается и время защиты невелико.
Постоянная замена хладагентов является причиной дороговизны и сложности в эксплуатации.
Наиболее близким является решение по патенту СССР № 1 837 816, кл. A 41 D 13/00, 1993. Известный костюм для защиты от высоких температур выполнен из двух расположенных с зазором слоев, наружный из которых состоит из пористого материала с теплоотражающей поверхностью, а внутренний – из непроницаемого материала и содержит аппарат со сжатым воздухом и средство для подачи воздуха в зазор между слоями материала.
Этот костюм позволяет защитить от окружающей человека высокой температуры, а также создает улучшенный микроклимат.
Однако наличие средства для подачи воздуха в зазор между слоями материала приводит к недостаточной надежности работы.
Устройство сложно и дорого из-за постоянной подачи воздуха, а защита за счет циркуляции воздуха недостаточно эффективна в условиях длительного воздействия высоких температур (при работе в очаге пожара)
|
3
|
Способ тепловой защиты, слоистая структура для его осуществления и защитный корпус из нее
|
Патент РФ
№ 2125901
(опубликован
20.01.2001)
|
Авторы:
Лазаренков Л.И., Шевченко Е.Т., Макушина А.Ф., Хабаров В.Н., Ширяев В.Н.
Патентообладатель:
Общество с ограниченной ответственностью «Транс-Прибор»
|
Изобретение решает задачу повышения эффективности защиты внутренних объемов различного назначения от воздействия окружающей среды, особенно от воздействия высоких температур, за счет использования материалов, обеспечивающих поддержание во внутреннем объеме постоянной заданной температуры в течение заданного времени.
Для этого согласно способу, включающему создание внутреннего защищаемого объема и формирование вокруг него защитного барьера из слоистой структуры, состоящей из последовательно расположенных по меньшей мере трех слоев, из которых наружный слой выполнен ударожаропрочным, промежуточный слой формируют из сухого огнеупорного пористо-волокнистого материала, а внутренний слой формируют из пористо-волокнистого материала, пропитанного водосодержащим компонентом, или из водосодержащего геля. При этом наружный слой изготовляют из жаростойких металлов или композиционных материалов, в качестве пористо-волокнистого материала используют теплоизоляционный материал на основе минерального волокна, а для формирования внутреннего слоя пористо-волокнистый материал пропитывают водой или водосодержащим гелем. Внутренний слой с обеих сторон дополнительно покрывают защитной оболочкой, которую выполняют из полимерного пленочного материала.
Слоистая структура, согласно изобретению содержащая последовательно расположенные по меньшей мере три слоя, из которых наружный слой выполнен ударожаропрочным, отличается тем, что промежуточный слой выполнен из сухого огнеупорного пористо-волокнистого материала, а внутренний слой – из того же пористо-волокнистого материала, пропитанного водосодержащим компонентом, или из водосодержащего геля. При этом промежуточный слой выполнен из теплоизоляционного материала на основе минерального волокна, а внутренний слой выполнен из пористо-волокнистого материала, пропитанного водой или водосодержащим гелем. Наружный слой слоистой структуры выполнен из металла или композиционного материала, а внутренний слой с обеих сторон дополнительно снабжен защитной оболочкой из полимерного пленочного материала.
Защитный корпус из слоистой структуры, содержащий внешний корпус, сформированный из наружного слоя, и размещенные внутри него по меньшей мере два слоя тепловой защиты, причем внешний корпус выполнен ударожаропрочным, отличается тем, что промежуточный слой в нем выполнен из сухого огнеупорного пористо-волокнистого материала, а внутренний слой – из того же пористо-волокнистого материала, пропитанного водосодержащим компонентом, или водосодержащего геля. При этом промежуточный слой выполнен из теплоизоляционного материала на основе минерального волокна, а внутренний слой выполнен из пористо-волокнистого материала, пропитанного водой или водосодержащим гелем. Наружный слой защитного корпуса выполнен металлическим, а внутренний слой с обеих сторон дополнительно снабжен защитной оболочкой из полимерного пленочного материала.
Защитный корпус может быть снабжен дополнительным корпусом из слоистой структуры аналогичного строения, размещенным внутри основного корпуса.
Сущность изобретения заключается в совместном использовании сухого и пропитанного водосодержащим компонентом слоев огнеупорного теплоизоляционного материала. Сухой теплоизоляционный материал за счет низкой теплопроводности позволяет постепенно снизить температуру окружающей среды при аварийной ситуации до некоторой величины. Напитанный водой или водосодержащим гелем, удерживаемый в порах материала капиллярными силами, этот материал служит своего рода резервуаром, содержащим воду, кипение которой, как известно, сопровождается поддержанием постоянной температуры, равной 100°C. При однонаправленном тепловом потоке, не действующем на защищаемый объект, кипение воды в материале происходит в тонком слое, а не во всей массе. При этом освободившийся после испарения жидкости слой материала начинает выполнять функцию дополнительной теплоизоляции, препятствуя проникновению тепла внутрь, замедляя тем самым процесс кипения и увеличивая время поддержания постоянной температуры, необходимой для сохранения защищаемого объекта, в частности бортовых накопителей информации
|
Известен способ защиты микроэлектронного оборудования от перегрева, заключающийся в том, что рабочий объем герметичного контейнера частично заполняют диэлектрической жидкостью, монтажные платы с полупроводниковыми кристаллами устанавливают в рабочем объеме в параллельных плоскостях выше уровня диэлектрической жидкости, а конденсатор выполняют в виде полой крышки и полых верхних частей боковых стенок герметичного контейнера, причем их полости сообщают между собой и соединяют с системой подачи и циркуляции охлаждающей жидкости (см. патент РФ № 2042294, H 05 К 7/20, H 01 L 25/04, 1995 г.). После включения нагревателей происходит закипание диэлектрической жидкости, конденсация ее паров на стенках конденсатора и формирование там же пленки жидкости, которая стекает по вертикальным стенкам контейнера, охлаждая полупроводниковые кристаллы и частично испаряясь на них. Такой способ защиты от перегрева основан на охлаждении устройства за счет конденсации жидкости на стенках рабочего объема. Однако для осуществления этого процесса охлаждающая жидкость подается в устройство с помощью трубопровода. Это существенно влияет на габариты устройства и усложняет его конструкцию, а также требует стационарной установки контейнера, что делает такую тепловую защиту неэффективной, например для использования на транспортных средствах.
Известен способ тепловой защиты аппаратов и трубопроводов с помощью многослойной тепловой изоляции по патенту РФ № 2016348, F 16 L 59/00, выполненной в виде объемного пакета из основания и чередующихся слоев дискретных теплоизоляционных элементов, упорядоченных в слое, в которой слои основания выполняют из чередующихся слоев стеклоткани, прошитых попарно параллельными швами в пересекающихся направлениях, и металлической фольги, а теплоизоляционные элементы выполняют из высокопористой керамики. Однако такая многослойная тепловая изоляция может обеспечить тепловую защиту оборудования при температуре не выше 200–700°C, что совершенно недостаточно для аварийных ситуаций, упомянутых выше.
Известен также способ защиты действующей электронной аппаратуры от воздействия окружающей среды, заключающийся в том, что плату с указанной аппаратурой устанавливают в чехол (корпус), который содержит как минимум два слоя стойкого к разрыву пластика, расположенных на противоположных сторонах металлического барьера, после чего плату герметизируют внутри указанного корпуса. При этом корпус выполняют в виде конструкции типа сандвича, то есть многослойной, в которой каждый из слоев пластика, в свою очередь, содержит наружный и внутренний слои, причем первый из них выполняют из полиэтилена, а второй – из полиамида или полиэфира, а материал металлического барьера выбирают из группы, состоящей из алюминия, олова и сплавов, включающих алюминий и/или олово (см. заявку РФ на изобретение № 96121569/09, H 05 К 5/06, 1999 г.). Однако использование такого защитного чехла (корпуса) не может обеспечить тепловую защиту электронных компонентов при повышенной температуре окружающей среды, например до 1100 °C в аварийных ситуациях, так как материал наружного и внутреннего слоев (полиэтилен, полиамид) имеет температуру плавления не выше 200 °C, а температуры плавления алюминия и олова составляют соответственно 600 и 232 °C, то есть разрушение указанного чехла произойдет на первых минутах огневого воздействия.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ защиты от воздействия окружающей среды бортовых накопителей информации МСРП-12-96, МСРП-64-2 и МСРП-256, устанавливаемых на летательных аппаратах (см., например: Михайлов О.И., Козлов И.М., Гергель Ф.С. Авиационные приборы и пилотажно-навигационные комплексы. Ленинград: ОЛАГА, 1990. С. 54–56), согласно которому аварийный накопитель информации (магнитное записывающее устройство) устанавливают в теплозащитный контейнер из слоистой структуры, имеющей три оболочки: ударожаропрочную, оболочку, поглощающую тепловую энергию, и теплоизоляционную. Две последние оболочки представляют собой пассивную тепловую защиту, то есть позволяют постепенно снижать температуру за счет низкой теплопроводности в течение относительно непродолжительного времени.
Наличие указанных оболочек в шаровом контейнере обеспечивает сохранность записи информации при воздействии ударной перегрузки до 1000 g и теплового удара до 1100 °C в течение 15 минут. Температура внутри контейнера при таком способе защиты достигает 250 °C. Однако этот способ защиты оказывается малоэффективным для применяемых в последние годы твердотельных бортовых накопителей информации, для которых такая температура слишком высока. Кроме того, защитный корпус для накопителя информации должен удовлетворять требованиям выдерживать температуру до 1100 °C в течение 30 минут на 100 % его поверхности и ударные перегрузки до 3400 g. Указанный способ с применением только пассивной тепловой защиты оказывается также неэффективным и для сохранения от воздействия высоких температур деловых бумаг и денежных купюр внутри кейсов, сейфов и других объемов
| |
|
|
Скачать 280 Kb.