Какое давление в пожарных баллонах
Содержание статьи
НПБ 190-2000 Техника пожарная. Баллоны для дыхательных аппаратов со сжатым воздухом для пожарных. Общие технические требования. Методы испытаний
НПБ
190-2000
Дата
введения 2000-09-01
РАЗРАБОТАНЫ Главным
управлением Государственной противопожарной службы Министерства
внутренних дел Российской Федерации (ГУГПС МВД России) (А.И.Жук,
Д.П.Игнатьев), Федеральным государственным учреждением
“Всероссийский ордена “Знак Почета” научно-исследовательский
институт противопожарной обороны Министерства внутренних дел
Российской Федерации” (ФГУ ВНИИПО МВД России) (В.Н.Чиркунов,
Ю.Н.Маслов) и НПП “Маштест” (В.В.Краев, Я.Г.Осадчий).
ВНЕСЕНЫ И ПОДГОТОВЛЕНЫ к
утверждению отделом пожарной техники и вооружения ГУГПС МВД
России.
УТВЕРЖДЕНЫ приказом ГУГПС
МВД России от 20 июля 2000 г. N 42.
ВВОДЯТСЯ ВПЕРВЫЕ
1.
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
1.1. Настоящие нормы
распространяются на малолитражные баллоны (далее — баллоны),
рассчитанные на рабочее давление не более 31 МПа (316
кгс/см) и предназначенные для использования в
составе дыхательных аппаратов со сжатым воздухом для пожарных.
1.2. Настоящие нормы
устанавливают общие технические требования к баллонам и методы их
испытаний.
1.3. Настоящие нормы
применяются на стадиях разработки, изготовления и испытания
баллонов и могут использоваться Госгортехнадзором России при
принятии решения о выдаче “Разрешения на изготовление или
применение баллонов”.
2.
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
В
настоящих нормах используются следующие термины с соответствующими
определениями.
2.1. Баллон — сосуд,
имеющий горловину с резьбой для установки вентиля и предназначенный
для хранения, транспортирования и использования сжатого
воздуха.
2.2. Баллон
металлокомпозитный — многослойный баллон, в котором внутренний слой
выполнен в виде металлической герметизирующей оболочки (лейнера), а
остальные слои — из композиционных материалов.
2.3. Лейнер — внутренняя
металлическая герметизирующая оболочка металлокомпозитного баллона,
которая может нести часть нагрузки.
2.4. Композиционный
материал (композит) — материал неоднородной структуры, состоящий из
нескольких однородных материалов (компонентов) (ПБ
10-115).
2.5. Армирующие материалы
— стеклянные, арамидные или углеродные нити, ленты и т.п., входящие
в состав композиционного материала.
2.6. Связующее —
реактопласты или термопласты, входящие в состав композиционного
материала и используемые для соединения армирующих материалов.
2.7. Вместимость баллона
— объем внутренней полости баллона, определяемый по заданным в
чертежах номинальным размерам.
2.8. Рабочее давление —
максимальное внутреннее избыточное давление, возникающее в баллоне
при нормальном протекании рабочего процесса.
2.9. Минимальное давление
— минимальное давление воздуха в баллоне, обеспечивающее стабильную
работу дыхательного аппарата и составляющее 1,0 МПа.
2.10. Давление разрушения
— максимальное давление, достигаемое при испытании баллона или
лейнера и вызывающее их разрушение.
2.11. Разрушение баллона
— утрата баллоном способности выдерживать внутреннее давление,
сопровождающаяся потерей его целостности.
2.12. Пробное давление —
давление, при котором проводится гидравлическое испытание баллона
на прочность.
2.13.
Переосвидетельствование баллона — периодический контроль баллонов,
находящихся в эксплуатации.
2.14. Партия баллонов —
оформленная одним паспортом группа баллонов, имеющих одинаковые
геометрические размеры, изготовленных по одной
конструкторско-технологической документации, на одном и том же
технологическом оборудовании, из металла одной плавки и
композиционных материалов одной марки.
2.15. Срок службы баллона
— продолжительность эксплуатации баллона в календарных годах,
исчисляемая с даты изготовления.
3.
ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ
3.1. Требования
назначения
3.1.1. Баллон должен быть
разработан и изготовлен в соответствии с требованиями ПБ
10-115, а конструкторская документация на баллон отечественного
производства должна быть согласована с Госгортехнадзором России,
ГУГПС МВД России и ФГУ ВНИИПО МВД России.
3.1.2. Баллон должен
иметь сертификат соответствия, выданный в порядке, установленном
Госстандартом России.
3.1.3. Баллон должен
иметь “Разрешение на изготовление или применение баллонов”,
выданное Госгортехнадзором России.
3.2. Срок службы баллона
должен быть не менее 10 лет.
3.3. Требования стойкости
к внешним воздействиям
3.3.1. Баллон должен
иметь климатическое исполнение О категории размещения 5 по ГОСТ
15150, быть рассчитан на применение при температуре окружающей
среды от минус 50 до 60 °С, относительной влажности до 95%.
3.3.2. Баллон должен
сохранять герметичность после воздействия климатических
факторов:
температуры (60±3) °С в
течение 4 ч;
температуры минус (60±3)
°С в течение 4 ч;
температуры (35±2) °С при
относительной влажности (90±5)% в течение 24 ч.
3.3.3. Баллон должен
сохранять герметичность после пребывания в среде с температурой
(200±20) °С в течение 60 с.
3.3.4. Баллон должен
сохранять герметичность после воздействия открытого пламени с
температурой (800±50) °С в течение (15±1) с.
3.3.5. Баллон не должен
осколочно разрушаться при пробитии его пулей.
3.3.6. Баллон должен
сохранять прочность и герметичность после падения в горизонтальном
положении с высоты (2,5±0,1) м на ребро стального уголка.
3.4. Конструктивные
требования
3.4.1. Расчеты
напряженно-деформированного состояния элементов конструкции
баллонов должны подтверждать требуемую прочность, циклическую
долговечность и несущую способность баллона.
3.4.2. Коэффициент запаса
прочности баллона по давлению разрушения для начальной стадии
эксплуатации должен быть не менее 2,6.
3.4.3. Коэффициент запаса
прочности баллона по давлению разрушения после внешних воздействий
должен быть не менее 2,2.
3.4.4. Баллон должен быть
герметичным при пневматическом давлении, равном рабочему
давлению.
3.4.5. Баллон должен быть
прочным при пробном (гидравлическом) давлении, равном 1,5 рабочего
давления.
3.4.6. Баллон должен
выдерживать не менее 5000 циклов нагружений (заправок воздухом) от
минимального до рабочего давления и не менее 10 циклов нагружений
от рабочего до пробного давления.
3.4.7. Баллоны и лейнеры
должны иметь цилиндрическую форму и сферическое днище.
3.4.8. Баллон должен
иметь следующие габаритные размеры:
длина — не более 600
мм;
наружный диаметр — не
более 200 мм.
3.4.9. Горловина баллона
должна иметь внутреннюю коническую резьбу W 19,2 по ГОСТ
9909 или метрическую резьбу М 18х1,5 по ГОСТ
9150.
3.4.10. Резьба горловины
баллона должна быть устойчивой к многократному (не менее 10 раз)
монтированию и демонтированию вентиля.
3.5. Требования к
материалам
3.5.1. Все материалы и
полуфабрикаты, используемые при изготовлении баллона, должны
соответствовать конструкторской документации и иметь документы о
качестве, выданные их изготовителями.
3.5.2. Все материалы,
используемые при изготовлении баллона, не должны образовывать
гальванических пар, должны быть совместимы и сохранять
работоспособность в интервале температур окружающего воздуха от
минус 50 до 60 °С.
3.5.3. Для изготовления
баллонов и лейнеров должны применяться стали, которые входят в
перечень материалов, используемых для изготовления сосудов,
работающих под давлением (приложение 5 ПБ
10-115), или допущенные к применению специальным разрешением
Госгортехнадзора России.
3.5.4. Содержание серы и
фосфора в сталях не должно превышать 0,03%.
3.5.5. Ударный изгиб
сталей должен быть не менее 25 Дж/смв рабочем диапазоне температур.
3.5.6. Для изготовления
лейнеров из алюминиевых сплавов должны использоваться
коррозионно-стойкие сплавы типа АД-31, АД-33 и АВ, соответствующие
ГОСТ
4784 или допущенные к применению специальным разрешением
Госгортехнадзора России.
3.5.7. Содержание
примесей свинца и висмута в алюминиевых сплавах не должно превышать
0,03%.
3.5.8. Относительное
удлинение металлов должно быть не менее 12%.
3.5.9. Стали и
алюминиевые сплавы должны быть устойчивыми к коррозионному
растрескиванию.
3.5.10. Композиционный
материал должен формироваться путем намотки на лейнер непрерывных
волокон (стеклянных, органических или углеродных) совместно со
связующим с последующей термообработкой (полимеризацией).
Примечание.
Композиционный материал может состоять из двух и более типов
волокон.
3.5.11. Композиционный
материал должен быть прочным на разрыв.
3.6. В комплект баллона
должны входить:
баллон;
заглушка для защиты
резьбы и внутренней поверхности баллона;
эксплуатационная
документация (паспорт и руководство по эксплуатации);
упаковочная тара.
Примечание. Допускается
паспорт и руководство по эксплуатации объединять в один
документ.
3.7. Требования к
внешнему виду и маркировке баллона
3.7.1. Наружная
поверхность баллона должна иметь покрытие желтого или серого
цвета.
Примечание. Рекомендуется
наносить на баллон световозвращающее или светящееся покрытие.
3.7.2. На цилиндрической
части баллона должна быть нанесена надпись “Воздух”, а также
указано рабочее давление в баллоне.
Примечание. Все надписи
на баллоне, касающиеся безопасности эксплуатации баллона, должны
быть на русском языке.
3.7.3. Баллон должен
иметь маркировку, содержащую следующие данные:
наименование
предприятия-изготовителя или его товарный знак;
условное обозначение
баллона;
номер баллона;
дату (месяц и год)
изготовления и год следующего освидетельствования;
фактическую массу
порожнего баллона (кг);
рабочее давление, МПа
(кгс/см) или bar;
пробное гидравлическое
давление, МПа (кгс/см) или bar;
вместимость (л);
клеймо ОТК
изготовителя.
3.8. Срок
переосвидетельствования баллона должен составлять:
для стальных баллонов —
не более одного раза в 5 лет;
для металлокомпозитных
баллонов — не более одного раза в 3 года.
3.9. В паспорте и
руководстве по эксплуатации на баллон должны содержаться следующие
сведения:
данные об изготовителе
(наименование организации, юридический адрес, контактные
телефоны);
номер сертификата
соответствия;
номер “Разрешения на
изготовление или применение баллонов”, выданного Госгортехнадзором
России;
условное обозначение;
номер чертежа
баллона;
номер баллона и дата (год
и месяц) изготовления;
рабочее давление в
баллоне;
вместимость;
масса;
габаритные размеры;
размер резьбы в горловине
баллона;
крутящий момент,
необходимый для установки вентиля в баллон;
допустимое количество
циклов наполнения баллона;
срок службы баллона;
срок
переосвидетельствования;
условия эксплуатации;
критерии отбраковки
баллонов;
правила и порядок
технического освидетельствования баллона;
отметка о приемке
изделия;
гарантии
изготовителя;
требования
безопасности.
4.
ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ
4.1. Эксплуатация баллона
в составе дыхательного аппарата должна проводиться в соответствии с
положениями ПБ
10-115, “Наставления по газодымозащитной службе ГПС МВД
России”, а также с эксплуатационной документацией на баллон.
4.2. Испытания баллонов
должны проводиться с учетом требований инструкции по технике
безопасности, утвержденной на предприятии-изготовителе баллонов или
в испытательном центре.
4.3. Сжатый воздух,
предназначенный для заполнения баллонов, должен удовлетворять
требованиям, приведенным в таблице 1.
Таблица
1
Наименование | Значение |
Содержание | 0,03 |
Содержание | 0,0016 |
Содержание | 0,1 |
Содержание | 0,06 |
Содержание | 21,0 |
Влажность, | 35,0 |
5.
ПОРЯДОК КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА БАЛЛОНОВ
5.1. Для контроля
качества баллонов отечественного производства проводят следующие
испытания:
приемочные;
квалификационные;
приемо-сдаточные;
сертификационные;
периодические;
типовые.
5.2. Изготовитель должен
проводить контроль всех используемых материалов и полуфабрикатов.
Применение материалов с истекшим гарантийным сроком хранения не
допускается.
5.3. Виды и объем
проверок материалов, используемых для производства баллонов,
приведены в таблице 2.
Таблица
2
Источник
Назначение и устройство воздушного дыхательного аппарата. Баллон с запорным вентилем и коллектором.
Баллон предназначен для хранения рабочего запаса сжатого воздуха. Баллоны, входящие в состав дыхательного аппарата, выполняются в соответствии с НПБ 190-2000 «Техника пожарная. Баллоны для дыхательных аппаратов со сжатым воздухом для пожарных. Общие технические требования. Методы испытаний». Вместимость и конструкция баллонов могут быть различными (рисунок 1) от 1 до 10 л.
На цилиндрической части баллона наносится надпись: «ВОЗДУХ 29,4 МПа».
Рисунок 1. Баллоны
В зависимости от модели аппарата могут применяться металлические, металлокомпозитные баллоны (рисунок 2). Баллоны имеют цилиндрическую форму с полусферическими или полуэлептическими донышками (обечайками).
а) б) в)
Рисунок 2. Баллоны цилиндрической формы:
а — металлические, б, в — металлокомпозитные
Сферические баллоны применяются редко, несмотря на целый ряд их преимуществ. Например, у сферических баллонов меньшая масса, так как они более прочные вследствие равномерного (по сравнению с цилиндрическими баллонами) распределения давления. В дыхательном аппарате PSS 500 с тремя сферическими баллонами (рисунок 3) удается снизить положение центра масс, относительно поясного ремня, поэтому совершать наклоны с таким аппаратом более удобно.
Рисунок 3. Применение сферических баллонов в аппарате PSS 500
Баллоны для сжатого воздуха PSS 500 изготовлены из углеволоконного композитного материала. Емкость каждого баллона — 2 л. Максимальное рабочее давление — 300 бар.
Еще одним примером применения тонкостенных сферических баллонов объемам 2 л (рисунок 4) являются воздушные дыхательные аппараты ИВА-12С, ИВА-12СП (Россия).
Рисунок 4. Использование сферических баллонов в аппарате ИВА-12С
В результате работ по снижению массы аппаратов и совершенствованию применяемых материалов широкое применение получили металлокомпозитные баллоны. Производство и использование металлокомпозитных и полностью композитных баллонов позволяет, в сравнении с цельнометаллическими баллонами, увеличить время защитного действия и надежность дыхательного аппарата. Так, основу металлокомпозитного баллона составляет стальной или алюминиевый лейнер, который оплетают специальным химическим волокном (для этих целей могут использовать стекловолокно, нить «Армос» и др.). В результате этого металлокомпозитные баллоны, в отличие от цельнометаллических, становятся «безосколочными». На рисунке 5 приведен пример безосколочного искусственного разрушения металлокомпозитного баллона объемом 2-литра и с рабочим давлением 300 кгс/см2. При номинальном проверочном давлении в 450 кгс/см2 (150% от рабочего давления) разрушение баллона произошло только при давлении в 530 кгс/см2.
Рисунок 5. Пример безосколочного разрушения металлокомпозитного баллона
К недостаткам металлокомпозитных баллонов следует отнести их низкую устойчивость к механическим повреждениям и высоким температурам, а также высокую стоимость. Поэтому при эксплуатации металлокомпозитных баллонов необходимо использование специальных защитных чехлов.
Для установки запорного вентиля в горловине баллона нарезается коническая или метрическая резьба. Вентиль баллона должен быть выполнен таким образом, чтобы нельзя было полностью вывернуть его шпиндель во время эксплуатации. Конструкция вентиля должна быть такой, чтобы во время работы спасателя исключалась возможность случайного закрытия вентиля из положения «Открыто». Соединение «вентиль-баллон» должно быть герметичным. Вентиль баллона должен выдерживать не менее чем 3000 циклов открытия и закрытия. В штуцере вентиля для присоединения к редуктору, как правило, применяться внутренняя резьба диаметром 5/8″.
Конструкция вентиля показана на рисунке 6 Вентиль с помощью конической резьбы или цилиндрической резьбы ввинчен в горловину баллона — 14, при варианте с цилиндрической резьбой герметичность соединения баллона с вентилем обеспечивается прокладкой — 18 и уплотнительным кольцом — 13.
Рисунок 6. Вентиль
Вентиль состоит из корпуса — 15 со штуцером А для подсоединения коллектора (или редуктора — вариант с одним баллоном; клапана — 11 со вставкой — 16; шточка — 9 с пером — 10; гайки сальниковой — 7; маховичка, состоящего из обоймы — 3 и облицовки — 2; заглушки — 1, гайки — 4 и пружины — 5. Герметичность вентиля обеспечивается прокладками — 8 и 17. Прокладка — 6 служит для уменьшения сил трения. При хранении баллонов отдельно от аппаратов в штуцер А вкручивается заглушка — 12. При вращении маховичка по часовой стрелке клапан II, перемещаясь по резьбе в корпусе вентиля — 15, прижимается вставкой — 16 к седлу и перекрывает канал, по которому воздух поступает из баллона в коллектор (или редуктор — вариант с одним баллоном).
Рисунок 7. Вентили баллонов:
а — с горизонтальным расположением маховичка, б — с вертикальным расположением маховичка, в — с наружной резьбой, г — с индикатором и предохранительным клапаном
Примером совершенствования надежности вентилей баллонов является запатентованный фирмой Interspiro (Швеция) вентиль с механизмом блокировки от случайного закрытия. Такой вентиль снабжен предохранительным устройством, предотвращающим случайное закрывание: вентиль баллона может быть закрыт только при дополнительном нажатии на вентиль (маховичок) баллона. Вентиль баллона соединяется с блоком редуктора при помощи резьбового соединительного штуцера.
Все большее распространение получают вентили баллонов, оснащенные индикаторами и предохранительными устройствами (рисунок 7 г). Индикатор позволяет контролировать наличие и величину давления сжатого воздуха в баллоне. Предохранительное устройство обеспечивает защиту баллона от разрушения вследствие увеличения в нём давления, например, при нагревании или неправильной заправке.
Для экономии времени на замену баллонов, фирмой MSA AUER разработан штекерный адаптер AlfaClik, позволяющий заменить баллоны в 10 раз быстрее, чем при использовании резьбовых соединений. AlfaClik представляет из себя быстроразъемное соединение, одна часть которого навинчивается на резьбовой соединительный штуцер редуктора, а другая устанавливается на воздушный баллон (рисунок 8). По сравнению с резьбовым соединением, система AlfaClik обеспечивает не только простоту использования, но и более высокий уровень безопасности. При использовании системы AlfaClik баллон может быть отсоединен только когда давление уже сброшено. Для отсоединения баллона необходимо повернуть специальное высвобождающее кольцо на 20 градусов, одновременно надавив на него.
Рисунок 8. Устройство AlfaClik
При отсоединении баллона начинает действовать особый клапан-ограничитель потока воздуха, встроенный в систему AlfaClik, что помогает избегать опасных ситуаций в случаях, когда вентиль баллона был случайно оставлен открытым.
Устройство AlfaClik имеет встроенный фильтр против грязи для очистки подаваемого воздуха и подходит ко всем баллонам со стандартным резьбовым соединением [EN 144].
Штекерный адаптер AlfaClik может использоваться для подсоединения баллонов к системам наполнения воздухом в мастерских (рисунок 3.13).
Рисунок 9. Вариант использование AlfaClik для наполнения баллонов в мастерских
В целях снижения времени на наполнение и перезарядку баллонов аппаратов рядом фирм производителей воздушных дыхательных аппаратов используется система быстрого наполнения баллонов. Для работы этой системы на магистрали высокого давления аппарата устанавливается адаптер (разъем) к которому подсоединяют источник высокого давления. Это соединение позволяет заправлять баллон(ы) от независимого вторичного источника высокого давления, например, от ресивера, в течение 1-2 минут, при этом спасатель может не выключаться из дыхательного аппарата. Примером реализации системы быстрого наполнения воздухом являются системы Quick-Fill фирмы MSA Auer и ChargAir фирмы Drager (рисунок 10). Недостатком системы быстрого наполнения являются зависимость от места нахождения вторичного источника воздуха, необходимость приобретения, транспортировки и наполнения ресивера.
Рисунок 10. Пример использования системы быстрого наполнения баллонов Quick-Fill
Адаптер (разъем) системы быстрой дозаправки аппарата воздухом может быть для удобства спасателя установлен на выносном шланге, расположенном в районе поясного ремня (рисунок 10) или расположен непосредственно за коллектором аппарата (рисунке 11).
Рисунок 11. Пример безшлангового варианта адаптера системы Quick-Fill
Вариант безшлангового варианта адаптера (разъема) системы быстрой дозаправки баллонов Quick-Fill позволяет не только упростить конструкцию, но и снизить вес аппарата до 10%. На рисунке 12 представлены варианты ресивера для заправки аппаратов через систему Quick-Fill.
а) Возимая ресивер-кассета
б) Передвижной ресивер 2*50л
Рисунок 12. Варианты ресивера для заправки аппаратов через систему Quick-Fill
Коллектор (рисунок 13) дыхательного аппарата предназначен для подсоединения баллонов с воздухом к редуктору.
Рисунок 13. Варианты внешнего вида коллектора
Пример конструкции коллектора приведен на рисунок 14. Коллектор состоит из корпуса — 6 со штуцером А для подсоединения редуктора. В корпус на припое ввинчены два штуцера — 1 для подсоединения баллонов.
Рисунок 14. Коллектор
Баллоны со сжатым воздухом подсоединяются к коллектору с помощью гаек – 2, прижимающих штуцеры – 4, с уплотнительными кольцами — 3 к посадочным местам баллонов. Герметичность соединения штуцеров — 4 с коллектором обеспечивается кольцами уплотнительными — 5.
Увеличение времени защитного действия дыхательного аппарата в загазованной зоне может быть достигнуто также за счет замены баллонов (при двухбаллонной схеме ВДА) непосредственно на месте работ без выключения из дыхательного аппарата. Такая возможность была реализована в аппарате АВХ – 324НТ (Россия, ЗАО «ЦАСФ») за счет оригинальной конструкции коллектора и вентиля баллона (рисунок 15).
Рисунок 15. Аппарат АВХ-НТ
Разработанная конструкция обеспечивала автоматическую продувку токсодозы при открытии вентиля и сброс остаточного давления из коллектора при закрытии вентиля баллона. Эта схема позволила производить попеременную и безопасную замену баллонов в загазованной зоне спасателю, не выключаясь из дыхательного аппарата.
Источник: Никулин В.В., Сидорчук В.К., Андрианов С.Н.
Изолирующие дыхательные аппараты. Аппараты на сжатом воздухе
и особенности их конструктивных элементов.
Т.2/ Тула, 2010. – 299 с.
Источник