Датчики противопожарных систем.

Эффективность ликвидации пожара на борту летательного аппарата существенным образом зависит от времени его обнаружения после начала возгорания.

Нормы летной годности ЕНЛГ-С и НЛГС-2 определяют следующие требования ко времени обнаружения пожара:

- датчики пожара должны обнаруживать пожар в пожароопасных отсеках, таких, например, как мотогондолы двигателей, не позднее чем через 3 с после его возникновения;

- в грузовых и технических отсеках сигнал о появлении дыма при возникновении тлеющего очага пожара должен выдаваться не позднее, чем через 100 с после его возникновения;

- инерционность датчиков температуры не должна превышать 30 с;

- датчики в пожароопасных отсеках должны сохранять работоспособность при температуре пламени до 1100С в течение не менее 5 минут.

Датчики пожара подразделяются на тепловые, ионизационные и отоэлектрические.

Тепловые датчики бывают двух типов:

- датчики максимального действия;

- датчики дифференциального действия.

Рассмотрим тепловой датчик максимального действия с биметаллической мембраной в качестве чувствительного элемента (рис. 1).

Рис. 1. Сигнализатор пожара с тепловым биметаллическим датчиком

При отсутствии пожара, т.е. при невысокой температуре окружающей среды, биметаллическая мембрана удерживает контакты датчика в замкнутом состоянии. Сигнальное реле в этом случае находится под током, и его нормально-замкнутые контакты удерживаются в разомкнутом состоянии.

В случае возникновения пожара и повышения температуры  в месте установки датчика, биметаллическая мембрана начинает деформироваться и в момент времени, когда выполнится условие , где - конструктивный параметр датчика, произойдет размыкание контактов , реле обесточится и нормально-замкнутые контакты реле замкнутся, что приведет к загоранию сигнальной лампы . Нажатием кнопки экипаж приводит в действие электрокран , который обеспечивает доступ пожарогасящей жидкости из специального баллона к месту пожара.

Рассмотренный способ включения сигнального реле обеспечивает выдачу сигнала о пожаре даже в случае разрушения вследствие пожара самого датчика.

Тепловые датчики максимального действия имеют весьма простое устройство и поэтому достаточно дешевы. Они могут быть в большом количестве размещены во всех пожароопасных местах летательного аппарата.

Однако такие датчики имеют ряд существенных недостатков, а именно:

- большая инерционность;

- зависимость времени срабатывания от температуры в очаге пожара;

- возможность ложных срабатываний при тряске и вибрациях в месте установки датчика.

В силу указанных причин тепловые датчики максимального действия в настоящее время находят лишь весьма ограниченное применение.

Дифференциальные тепловые датчики в отличие от датчиков максимального действия реагируют не на температуру окружающей среды, а на скорость ее изменения, т.е. на производную .

Дифференциальный тепловой датчик представляет собой батарею, состоящую из нескольких термоэлектрических элементов, соединенных последовательно (рисунок 2).

Рис. 2 Батарея термоэлектрических элементов дифференциального теплового датчика

Каждый термоэлектрический элемент имеет два спая: малоинерционный спай в виде тонких дисков и инерционный спай, образованный утолщением в виде шарика.

Принцип работы датчика заключается в том, что при быстром повышении температуры окружающей среды малоинерционные спаи нагреваются быстрее инерционных спаев и на выходе датчика появляется термо-э.д.с.

Изменение температуры инерционного спая _u будет определяться дифференциальным уравнением, соответствующим инерционному динамическому звену,

Практически время срабатывания существующих датчиков данного типа лежит в пределах 0,5—1,0 с.

В качестве примера можно указать на датчики типа ДПС-1АГ. Эти датчики используются в противопожарной системе самолета типа Ил-76 и устанавливаются по 18 штук в каждой из четырех мотогондолы. При скорости нарастания температуры температура срабатывания датчиков не ниже 150С, что исключает возможность их ложного срабатывания.

Ионизационные датчики используют эффект электрической проводимости пламени, обусловленной наличием в ней свободных электрических зарядов. Каждый такой датчик представляет собой изолированную от корпуса защищаемого отсека жаростойкую металлическую трубку длиной до одного метра и более. Расстояние между корпусом отсека и трубкой должно быть порядка 15…20 мм.

При появлении пламени промежуток между корпусом отсека и трубкой становится проводящим. Характерно, что проводимость пламени в направлении от корпуса к трубке датчика превышает проводимость в обратном направлении. Это объясняется, во-первых, неодинаковой подвижностью положительных и отрицательных носителей электрических зарядов в пламени и, во-вторых, тем, что поверхность корпуса отсека, соприкасающегося с пламенем, значительно превышает по площади поверхности трубки.

Таким образом, пламя обладает односторонней электрической проводимостью, что и используется для получения сигнала о пожаре.

Схема включения датчика может быть представлена в следующем виде (рис. 4):

Рис. 4 Схема подключения ионизационного датчика к усилителю постоянного тока

Переменное напряжение частотой 400 Гц через конденсатор подводится к трубке датчика и корпусу защищаемого отсека, а также ко входу усилителя постоянного тока (УПТ) с входным сопротивлением . Усилитель выделяет постоянную составляющую напряжения, поступающего на его вход, и использует для последующей сигнализации.

При отсутствии пламени входное напряжение УПТ будет гармоническим с нулевой постоянной составляющей, а его действующее значение будет определяться параметрами , и .

При появлении пламени промежуток между трубкой и корпусом становится проводящим с некоторым сопротивлением , величина которого не более нескольких МОм. Односторонняя проводимость промежутка учитывается на схеме с помощью диода .

Итак, на входе УПТ действует напряжение , равное алгебраической сумме напряжений и . Усилитель, имеющий на своем входе сглаживающий П-образный -фильтр, выделяет постоянную составляющую и формирует на ее основе выходной сигнал возникновения пожара.

Достоинством ионизационного датчика является его высокое быстродействие.

Исследования показывают, что спектр пламени горящих авиационных топлив имеет специфические компоненты с очень узкими полосами светового излучения. Это позволяет применять в качестве датчиков-сигнализаторов о пожаре фотосопротивления и фотодиоды с большой контрастностью и селективной чувствительностью.

Оптические датчики работают на основе анализа спектра пламени, который для горящих авиационных топлив имеет специфические компоненты с очень узкими полосами светового излучения.

Принцип действия основан на том, что спектр пламени топлива имеет узкий диапазон излучения. В качестве оптических датчиков-сигнализаторов используются фотосопротивления и фотодиоды с большой контрастностью и селективной чувствительностью. Основное их достоинство заключается в практической безынерционности, а недостаток – в очень низком уровне выходных сигналов, требующем применения сложных электронных схем усиления.

Управляющие и исполнительные устройства систем пожаротушения.

Исполнительные устройства систем пожаротушения включают в себя:

- баллоны (Б) с огнегасящей жидкостью или чаще нейтральными газами, такими как азот, гелий или углекислота, находящимися под давлением 100…150 КПа;

- магистрали (М) с коллекторами (К),имеющими большое число отверстий для разбрызгивания огнегасящего состава или подачи нейтрального газа;

- краны разгерметизации баллонов с электропиротехническими приводами (ЭПК);

- магистральные краны с электромагнитными приводами (ЭК), обеспечивающими подачу газа к нужному для гашения данного очага пожара коллектору.

Принцип соединения исполнительных устройств в качестве примера демонстрируется на рис.7.

Управление исполнительными элементами противопожарных систем может быть ручным или автоматическим с возможностью перехода на ручное управление в случае отказа автоматики.

В системах ручного управления средства пожаротушения на основании информации, поступающей от системы пожарной сигнализации, приводятся в действие вручную с помощью специальных включателей, расположенных на пульте в кабине экипажа.

В автоматических системах электромагнитные краны, обеспечивающие подачу огнегасящего состава к очагу пожара, включаются непосредственно датчиками пожара с одновременным включением сигнализации, информирующей экипаж о начале и месте пожара.

Рис. 7 Схема управления подачей огнегасящего состава

На тяжелых многодвигательных самолетах управляющий комплекс средств пожаротушения может состоять из трех и более автоматических систем пожарной сигнализации с общей панелью управления. В составе таких систем может быть до 100 и более датчиков различных типов, размещаемых в наиболее опасных в пожарном отношении отсеках самолета.

Включение огнетушителей первой очереди производится обычно автоматически с выдачей информации о пожаре на световое табло, в блок речевой информации и в аппаратуру регистрации полетных данных.

Конструкция блоков и агрегатов систем сигнализации о пожаре и пожаротушения

Датчик-сигнализатор пожара типа СП

Дифференциальный малоинерционный датчик типа СП (рисунок 8) предназначен для создания термо-эдс при возрастании температуры среды, окружающей датчик со скоростью, превышающей скорость изменения температуры в нормальном рабочем режиме. Чувствительным элементом датчика является дифференциальная термобатарея (7),собранная из хромель-копелевых термопар, сваренных последовательно. Термобатарея припаивается к контактным наконечникам (2), укрепленным в корпусе (4). Для предохранения термобатареи от повреждений служит корпус термобатареи (5).

Рис. 8 Датчик пожара типа СП: 1- холодный конец термобатареи; 2- контактный наконечник датчика; 3- электрические провода; 4- корпус датчика; 5- корпус термобатареи; 6 изоляционная втулка термобатареи; 7- термобатарея (термопара) датчика.

Чувствительный элемент имеет инерционные и малоинерционные спаи, имеющие различную массу, а следовательно и различную величину поверхности, соприкасающейся с окружающей средой. Малоинерционные спаи расположены в верхней части чувствительного элемента и выполнены в виде расклепанных дисков толщиной 0,l6  0,02мм. Инерционные спаи расположены в нижней части чувствительного элемента и имеют меньшую поверхность, чем малоинерционные спаи. При быстром нагревании чувствительного элемента малоинерционные спаи нагреваются значительно быстрее инерционных, в результате чего возникает разность температур нагрева малоинерционных и инерционных cпаев, и на выходе датчиков появляется термо-эдс.

Основание датчика выполнено из термостойкой пластмассы, в которой армированы посеребренные контактные наконечники (2). К верхним частям штырей припаиваются серебряным припоем концы чувствительного элемента:

- хромелевый - к плюсовому;

- копелевый - к минусовому.

Огнетушитель УБШ-6-2.

Огнетушитель представляет собой шаровой унифицированный баллон с двумя клапанными пироголовками (рисунок 9).

Рабочее давление в огнетушителе, в зависимости от температуры окружающей среды, может изменяться от 69 кгс/см² (при t = -60 ⁰С) до 142 кгс/см² (при t = +80°С). На огнетушителе установлены: манометр МA-250М и сигнализатор дав­ления МСT-40.

Рис. 9 Огнетушитель УБШ-6-2: 1 - клапанные пироголовки; 2 - датчик давления МСТ-40; 3- трубка подвода давления к датчику; 4 - пирозапалы; 5 - кронштейн датчика; 6 - манометр МА-250М; 7 – баллон

Технические данные огнетушителя УБШ-6-2:

Ёмкость баллона 6 л;

Количество пиропатронов 4 шт.;

Тип пиропатронов ПП-3;

Вес заряда 8,845 кг;

Максимальное рабочее давление 150 кгс/см²;

Давление при проверке на герметичность 150 кгс/см²;

Опрессовочное давление 225 кгс/см²;

Время выброса заряда через 1 пироголовку 1,7 с.;

Давление разрыва предохранительной мембраны 200  20 кгс/см² ;

Напряжение в электроцепи 27 В;