RU2314459C2

RU2314459C2 - Fire protection system for vent air ducts

Info

Publication number: RU2314459C2
Application number: RU2005129293/06A
Authority: RU
Inventors: Валерий Леонидович Страхов (RU); Валерий Леонидович Страхов; Александр Михайлович Крутов (RU); Александр Михайлович Крутов; Сергей Вениаминович Заикин (RU); Сергей Вениаминович Заикин; Павел Петрович Девлишев (RU); Павел Петрович Девлишев
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Теплоогнезащита"
Priority date: 2005-09-21
Filing date: 2005-09-21
Publication date: 2008-01-10
Also published as: RU2005129293A

Abstract

FIELD: fire-fighting, particularly means to protect metal air duct against fire and against damage caused by high temperature action for predetermined time.

SUBSTANCE: system comprises structural fire-protection means secured to outer air duct walls and additional fire-protective means adapted to protect air duct flanges. The additional fire-protective means are made as linear thermal expansion compensators secured between adjacent duct sections. Each linear thermal expansion compensator is made as box structure of thin-walled fire-resistant material to be secured to air-duct section flanges. Flexible heat-resistant insert is installed from outer compensator side. The insert is made as shell secured to edges of adjacent air duct sections and sealed to at least one fire-protective means layer.

EFFECT: prevention of air-duct damage under thermal deformations caused by high temperatures.

4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области защиты металлических вентиляционных воздуховодов от пожара и предохранения их в течение заданного по техническим требованиям промежутка времени от повреждений при воздействии высоких температур.The invention relates to the field of protecting metal ventilation ducts from fire and protecting them for a specified period of time from technical damage from damage when exposed to high temperatures.

Наиболее близким аналогом предложенного изобретения является система для защиты вентиляционных воздуховодов от пожара по патенту RU 2151965 С1, от 27.06.2000, состоящая из конструктивной огнезащиты, закрепленной на наружных поверхностях стенки воздуховода, и имеющая дополнительные средства для защиты фланцевых соединений секций воздуховода. В известном решении формируют сплошную плотную и равномерно поджатую к поверхности воздуховода оболочку, при этом фланцевые соединения уплотнены полосами прессованного керамического или минерального волокнистого материала, а прямоугольные фланцы - дополнительно термостойким герметиком по углам и добавочными стягивающими элементами.The closest analogue of the proposed invention is a system for protecting ventilation ducts from fire according to patent RU 2151965 C1, dated June 27, 2000, consisting of structural fire protection mounted on the outer surfaces of the wall of the duct, and having additional means for protecting the flange connections of the duct sections. In the known solution, a solid shell is formed that is densely and evenly pressed to the surface of the duct, while the flange joints are sealed with strips of pressed ceramic or mineral fibrous material, and the rectangular flanges are additionally heat-resistant sealant in the corners and additional tightening elements.

Несмотря на то, что в известном решении обеспечивается повышенное уплотнение фланцев огнестойкими материалами, в нем не учитываются неизбежно возникающие при высоких температурах линейные тепловые деформации конструкций воздуховодов. Отсюда можно сделать вывод о недостаточной защищенности воздуховодов, в которых применена известная система защиты.Despite the fact that the known solution provides increased sealing of the flanges with fire-resistant materials, it does not take into account the linear thermal deformations of duct structures that inevitably occur at high temperatures. From this we can conclude that the ducts in which the well-known protection system is used are insufficiently protected.

Технической задачей, положенной в основу настоящего изобретения, является разработка системы защиты, в которой была бы предусмотрена компенсация теплового расширения секций воздуховода, обусловленного нагревом его стенок при огневом воздействии.The technical task underlying the present invention is the development of a protection system in which compensation for the thermal expansion of the duct sections due to the heating of its walls under fire exposure would be provided.

Указанная задача решается в предложенном изобретении, в котором раскрывается система для защиты вентиляционных воздуховодов от пожара, состоящая из конструктивной огнезащиты, закрепленной на наружных поверхностях стенки воздуховода, и имеющая дополнительные средства для защиты фланцевых соединений секций воздуховода, причем согласно изобретению дополнительные средства для защиты фланцевых соединений выполнены в виде закрепленных между смежными секциями компенсаторов линейных тепловых расширений, каждый из которых представляет собой коробчатую конструкцию из тонколистового огнестойкого материала и выполнен с возможностью закрепления на фланцах секций воздуховода, при этом с внешней стороны упомянутого компенсатора размещена выполненная в виде оболочки гибкая термостойкая вставка, закрепленная на кромках соседних секций и плотно соединенная с по крайней мере одним слоем конструктивной огнезащиты.This problem is solved in the proposed invention, which discloses a system for protecting ventilation ducts from a fire, consisting of structural fire protection mounted on the outer surfaces of the wall of the duct, and having additional means for protecting the flange connections of the duct sections, and according to the invention, additional means for protecting the flange connections made in the form of linear thermal expansion joints fixed between adjacent sections of expansion joints, each of which represents a box-like structure made of flame-retardant sheet material and made with the possibility of fastening on the flanges of the duct sections, while on the outside of the said compensator there is a flexible heat-resistant insert made in the form of a shell, fixed on the edges of adjacent sections and tightly connected to at least one layer of structural fire protection.

Конструктивная огнезащита преимущественно состоит из внутреннего теплоизолирующего слоя, выполненного из термостойких материалов, и наружного огнестойкого слоя, выполненного из термостойких плитных материалов.Structural fire protection mainly consists of an internal heat-insulating layer made of heat-resistant materials, and an external fire-resistant layer made of heat-resistant plate materials.

Компенсатор линейных тепловых расширений предпочтительно выполнен из тонколистовой стали, а указанная гибкая термостойкая вставка выполнена в форме кольцевого мата из термостойкого волокнистого материала, обшитого со всех сторон термостойкой тканью.The expansion joint linear expansion is preferably made of sheet steel, and said flexible heat-resistant insert is made in the form of an annular mat of heat-resistant fibrous material, sheathed on all sides with heat-resistant fabric.

Гибкая вставка преимущественно расположена встык с внутренними теплоизолирующими слоями соседних секций воздуховода и внахлест с наружными теплоизолирующими слоями соседних секций и соединена с последними.The flexible insert is advantageously located end-to-end with the internal heat-insulating layers of adjacent sections of the duct and lapped with the external heat-insulating layers of adjacent sections and connected to the latter.

Предложенное решение обеспечивает получение технического результата, заключающегося в исключении разрушения вентиляционных воздуховодов вследствие тепловых деформаций или расширений под действием высоких температур за счет использования компенсаторов линейных тепловых расширений. При этом за счет использования специальных гибких вставок обеспечивается гибкость всей конструкции, без снижения ее огнезащитных свойств.The proposed solution provides a technical result, which consists in eliminating the destruction of ventilation ducts due to thermal deformation or expansion under the action of high temperatures through the use of expansion joints linear thermal expansion. At the same time, through the use of special flexible inserts, the flexibility of the entire structure is ensured, without reducing its fire retardant properties.

Предложенная система для защиты вентиляционных воздуховодов от пожара поясняется чертежами, на которых показано:The proposed system for protecting ventilation ducts from fire is illustrated by drawings, which show:

на фиг.1 - поперечное сечение огнестойкого воздуховода с конструктивной композиционной огнезащитой, а на фиг.2 - продольное сечение стенки воздуховода с компенсатором линейных тепловых расширений и гибкой вставкой.figure 1 is a cross section of a fire-resistant duct with structural composite fire protection, and figure 2 is a longitudinal section of the wall of the duct with a compensator for linear thermal expansion and a flexible insert.

Предложенная система для защиты вентиляционных воздуховодов от пожара состоит из закрепленной на наружных поверхностях стенки воздуховода 1 конструктивной огнезащиты, основными элементами которой являются:The proposed system for protecting ventilation ducts from fire consists of structural fire protection fixed to the outer surfaces of the wall of the duct 1, the main elements of which are:

- внутренний теплоизолирующий слой 2, выполненный из волокнистых термостойких материалов;- an internal heat-insulating layer 2 made of fibrous heat-resistant materials;

- наружный огнестойкий слой 3, выполненный из термостойких плитных материалов. Конструктивная огнезащита крепится к стенке воздуховода механически с помощью винтов 4.- outer fire-resistant layer 3 made of heat-resistant plate materials. Structural fire protection is mechanically attached to the wall of the duct using screws 4.

Согласно изобретению система для защиты вентиляционных воздуховодов от пожара имеет дополнительные средства для защиты фланцевых соединений, которые выполнены в виде закрепленных между смежными секциями воздуховода 1 компенсаторов 5 линейных тепловых расширений (см. фиг.2). Компенсатор 5 представляет собой коробчатую конструкцию из тонколистовой стали, способную воспринимать большие деформации без разрушения. Компенсатор прикрепляется к установленным на торцах секций воздуховода фланцам с помощью болтов 6.According to the invention, the system for protecting ventilation ducts from fire has additional means for protecting flange joints, which are made in the form of linear expansion joints 5 compensated between adjacent sections of the duct 1 of the linear thermal expansions (see FIG. 2). The compensator 5 is a box-shaped structure of sheet steel, capable of absorbing large deformations without fracture. The compensator is attached to the flanges mounted on the ends of the duct sections using bolts 6.

Отличительной особенностью конструкции огнезащиты в зоне компенсатора является наличие гибкой термостойкой вставки 7, выполненной в форме кольцевого мата из термостойкого волокнистого материала, обшитого со всех сторон термостойкой тканью. При огневом воздействии гибкая огнезащитная вставка воспринимает деформацию сжатия, сохраняя свою целостность и огнезащитную способность в течение заданного времени. Вставка 7 закреплена на кромках соседних секций и плотно соединена с одним слоем конструктивной огнезащиты. В примере, показанном на фиг.2, гибкая вставка 7 расположена встык с внутренними теплоизолирующими слоями 2 соседних секций воздуховода и внахлест с наружными теплоизолирующими слоями 3 соседних секций и соединена с последними упомянутыми винтами 4, которыми конструкционная огнезащита крепится к стенке воздуховода.A distinctive feature of the fire protection design in the compensator zone is the presence of a flexible heat-resistant insert 7, made in the form of an annular mat of heat-resistant fibrous material, sheathed on all sides with a heat-resistant fabric. During fire exposure, a flexible fire-retardant insert perceives compression deformation, while maintaining its integrity and fire-retardant ability for a given time. The insert 7 is fixed on the edges of adjacent sections and is tightly connected to one layer of structural fire protection. In the example shown in figure 2, the flexible insert 7 is located end-to-end with the internal heat-insulating layers 2 of the adjacent sections of the duct and lapped with the external heat-insulating layers 3 of the adjacent sections and connected to the last mentioned screws 4, which are used for structural fire protection to be attached to the wall of the duct.

Выполненная из термостойкой ткани наружная обшивка гибкой огнезащитной вставки 7 имеет следующие функции:The outer skin of the flexible fire-retardant insert 7 made of heat-resistant fabric has the following functions:

а) защиты волокнистых термостойких материалов от атмосферных осадков (проникновения воды);a) protect fibrous heat-resistant materials from atmospheric precipitation (water penetration);

б) отражения теплового излучения пламени;b) reflection of the thermal radiation of the flame;

в) придания конструкции надлежащего внешнего вида.c) giving the design a proper appearance.

Толщина гибкой огнезащитной вставки определяется из условия предотвращения нагрева компенсатора выше критического уровня, при котором происходит потеря работоспособности компенсатора.The thickness of the flexible fire-retardant insert is determined from the condition that the compensator is prevented from heating above a critical level at which the compensator will not work.

Работа системы защиты вентиляционных воздуховодов от пожара демонстрируется путем описания проведенных испытаний.The operation of the fire ventilation duct protection system is demonstrated by describing the tests performed.

Для огнезащиты крупногабаритных венткоробов дымоудаления (вентиляционных воздуховодов) была предложена конструктивная композиционная огнезащита, состоящая из термостойких плит Promatect-H (наружный слой) и базальтоволокнистых плит ПНТБ (внутренний слой). В этом случае достигается наиболее рациональное сочетание высокой технологичности монтажа огнезащиты, ее повышенной механической прочности, влагостойкости и стойкости к выхлопным газам с повышенной огнезащитной эффективностью при минимальной стоимости.For fire protection of large-sized smoke exhaust ventilation ducts (ventilation ducts), a constructive composite fire protection was proposed, consisting of heat-resistant Promatect-H boards (outer layer) and PNTB basalt fiber boards (inner layer). In this case, the most rational combination of high adaptability of the fire protection installation, its increased mechanical strength, moisture resistance and resistance to exhaust gases with increased flame retardant efficiency at a minimum cost is achieved.

Предложенный метод отработки огнезащиты реализован при проектировании и строительстве автодорожных тоннелей.The proposed method of testing fire protection was implemented in the design and construction of road tunnels.

С целью определения оптимальных параметров огнезащиты разработана конечно-элементарная модель венткороба, позволяющая с достаточной для практики точностью учесть все основные особенности его конструктивного исполнения и сложное теплосиловое нагружение при пожаре.In order to determine the optimal parameters of fire protection, a finite elementary model of a ventilation box has been developed, which allows taking into account all the main features of its design and complex heat power loading in case of fire with sufficient accuracy.

В результате расчетов, проведенных с помощью разработанной модели, определена критическая температура стали венткороба (550°С), а также обоснованы параметры модельного венткороба, обеспечивающие равенство критической температуры его металла критической температуре металла натурального венткороба.As a result of calculations carried out using the developed model, the critical temperature of the ventilation duct steel was determined (550 ° C), and the parameters of the model ventilation duct are justified, ensuring that the critical temperature of its metal is equal to the critical temperature of the natural ventilation duct metal.

На этой основе разработана конструкция модельного венткороба уменьшенных размеров, предназначенного для огневых испытаний огнезащиты. Проведен расчет нестационарных полей температуры в стенке модельного венткороба с огнезащитой при огневом воздействии и требуемых параметров конструктивной композиционной огнезащиты (в том числе оптимального соотношения слоев из различных материалов), с учетом основных особенностей поведения конструкционной огнезащиты, содержащей в своем составе слои, выделяющие при нагреве водяной пар. Кроме того, учитывался сложный характер процессов теплообмена в огневой камере испытательного стенда и, в частности, в зоне прохода венткороба через проем огневой камеры.On this basis, a design of a model ventilation box of reduced dimensions designed for fire tests of fire protection was developed. The calculation of non-stationary temperature fields in the wall of a model fan box with fire protection during fire exposure and the required parameters of the structural composite fire protection (including the optimal ratio of layers of various materials), taking into account the main features of the behavior of structural fire protection, containing in its composition layers that emit water when heated steam In addition, the complex nature of heat transfer processes in the fire chamber of the test bench and, in particular, in the zone of passage of the ventilation box through the opening of the fire chamber was taken into account.

Расчеты требуемых параметров огнезащиты модели проводились для двух температурных режимов огневого воздействия на венткороб:The calculations of the required fire protection parameters of the model were carried out for two temperature regimes of fire impact on the ventilation box:

а) для стандартного температурного режима на огнестойкость EI 90;a) for standard temperature conditions for fire resistance EI 90;

б) для температурного режима, определяемого нормами ФРГ для транспортных панелей (продолжительность огневого воздействия принимается равной 90 мин):b) for the temperature regime determined by the norms of Germany for transport panels (the duration of the fire exposure is assumed to be 90 minutes):

где

- температура газовой среды, воздействующей на обогреваемую поверхность конструкции, °С, t - время, мин.Where

- temperature of the gaseous medium acting on the heated surface of the structure, ° C, t - time, min.

Анализ полученных результатов расчетов, в частности, показал, что для обеспечения требуемого предела огнестойкости (90 минут) венткороба вытяжного канала общеобменной вентиляции и дымоудаления рассматриваемых автодорожных тоннелей необходима и достаточна композиционная огнезащита толщиной 30 мм из плит Promatect-H и базальтоволокнистых плит ПНТБ с соотношением толщин 1:2. Это вариант огнезащиты наиболее экономичен.The analysis of the obtained calculation results, in particular, showed that to ensure the required fire resistance limit (90 minutes) of the ventilation box of the exhaust duct of the general exchange ventilation and smoke removal of the considered road tunnels, a composite fire protection of 30 mm thickness from Promatect-H plates and PNTB basalt fiber plates with a ratio of thicknesses is necessary and sufficient. 1: 2. This fire protection option is the most economical.

На основе результатов проведенных расчетов изготовлены опытные образцы огнезащиты.Based on the results of the calculations, prototypes of fire protection were made.

Огневые испытания, проведенные по разработанной методике, показали следующее:Fire tests carried out according to the developed methodology showed the following:

а) предел огнестойкости модельного венткороба с конструктивной композиционной огнезащитой выбранного типа по критерию достижения температурой стенки критического значения 550°С составляет 120 минут;a) the fire resistance limit of a model fan box with constructive composite fire protection of the selected type according to the criterion for reaching a critical temperature of 550 ° C by the wall temperature is 120 minutes;

б) элементы крепления огнезащиты к стенке венткороба сохранили свою работоспособность при огневом воздействии в течение 120 минут;b) the elements for attaching fire protection to the wall of the ventilation box have maintained their operability under fire for 120 minutes;

в) выбранный способ уплотнения стыков секций венткороба показал свою работоспособность в течение 120 минут огневого воздействия;c) the selected method of sealing the joints of the sections of the ventilation box showed its operability within 120 minutes of fire;

г) компенсатор теплового расширения выбранной конструкции сохранил свою работоспособность в течение 120 минут огневого воздействия.d) the compensator of thermal expansion of the selected design retained its operability for 120 minutes of fire exposure.

По результатам испытаний сделан вывод о том, что разработанная конструктивная композиционная огнезащита стенок венткороба обеспечивает предел его огнестойкости не менее EI 90.According to the test results, it was concluded that the developed structural composite fire protection of the ventilation box walls provides a fire resistance limit of at least EI 90.

Система защиты согласно настоящему изобретению позволяет обеспечить недопущение быстрого чрезмерного локального перегрева металлического воздуховода, ведущего к утрате упругой деформации металла воздуховодов, особенно разрушение металла во фланцевых соединениях.The protection system according to the present invention allows to prevent rapid excessive local overheating of the metal duct leading to the loss of elastic deformation of the metal ducts, especially the destruction of the metal in the flange joints.

Claims

1. System for protecting ventilation ducts from fire, consisting of structural fire protection mounted on the outer surfaces of the wall of the duct, and having additional means for protecting the flanged joints of the duct sections, characterized in that the additional means for protecting the flanged joints are made in the form of fixed between adjacent sections expansion joints linear thermal expansions, each of which is a box-like structure made of sheet fire-resistant material and is made with the possibility of fixing on the flanges of the duct sections, while on the outside of the said compensator there is a flexible, heat-resistant insert made in the form of a shell, mounted on the edges of adjacent sections and tightly connected to at least one layer of structural fire protection.

2. The system according to claim 1, in which the structural fire protection consists of an internal heat-insulating layer made of heat-resistant materials, and an external fire-resistant layer made of heat-resistant plate materials.

3. The system according to claim 1 or 2, in which the expansion joint linear thermal expansion is made of sheet steel, and the specified flexible heat-resistant insert is made in the form of an annular mat of heat-resistant fibrous material, lined on all sides with a heat-resistant fabric.

4. The system according to claim 3, in which the flexible insert is located end-to-end with the internal heat-insulating layers of adjacent sections of the duct and lapped with the external heat-insulating layers of the neighboring sections and connected to the latter.