Статья открывает серию, посвященную выбору технических средств оповещения для озвучивания территорий, в зависимости от окружающих факторов. В цикле статей рассматриваются различные средства оповещения, затрагиваются вопросы оптимизации и повышению качественных и экономических показателей по доведению сигналов оповещения до населения. Раскрываются аспекты применения принципов расположения оконечных средств оповещения, типы применяемых оконечных устройств, факторов, ограничивающих применение отдельных технологий, преимущества решения в контексте задачи.
 
Интересно, что ГОСТ Р 42.3.01−2021 «Гражданская оборона. ТСО. Классификация. Основные технические требования.» понятие электромеханическая сирена отсутствует. Есть механическая сирена, как ручное механическое устройство, работающее по принципу преобразования ручной кинетической энергии в звуковую энергию. Есть пневматическая сирена, как техническое устройство, формирующее звуковой сигнал, используя подачу сжатого воздуха. И есть электрическая сирена, как электромеханическое устройство, имеющее в своей конструкции электрический двигатель, работающий по принципу преобразования кинетической энергии в звуковую энергию, с круговой диаграммой направленности. В статье, если это не будет особо оговорено, термин электрическая сирена, электромеханическая сирена, электросирена и сирена будет использоваться на равных правах. Последние два термина, хоть и не регламентирован стандартом, но присутствуют в паспортах на изделие, как название, и несколько отличаются от производителя к производителю.

Итак, согласно определению электросирена — это техническое средство оповещения, имеющее в своей конструкции электродвигатель. По функциональному предназначению сирены относятся к средствам звукового оповещения и подразделяются на электрические, пневматические и механические сирены.

Если ненадолго углубиться в конструкцию, то электросирены относятся к необратимым излучателям звука, то есть к устройствам, в которых звук образуется в результате модуляции потока газа (в нашем случае воздуха) за счет механической энергии вращения. Необратимыми они названы потому, что обратное преобразование не может быть осуществлено, как например с динамической головкой громкоговорителя. То есть, при воздействии на электросирену звуковой волной невозможно добиться того, чтобы за ее счет раскручивался ротор, вырабатывая при этом электроэнергию. Обратное, частично справедливо для динамических головок громкоговорителей.

Принцип работы сирены, состоит в нагнетании воздушного потока ротором (или несколькими роторами) и периодическом пропуске воздуха через открывающиеся и закрывающиеся отверстия. Частота открытия и закрытия отверстий для сброса давления воздуха влияет на частоту звука, воспроизводимого электросиреной.

Конструктивно, на вал двигателя жестко закреплена крыльчатка с лопастями центробежного насоса, называемая рабочим колесом. Крыльчатка закрыта кожухом рабочего колеса, имеющего сплошную конструкцию с окнами по периметру, для прерывания и высвобождения потока воздуха, нагнетаемого рабочим колесом. Отдельные виды электросирен имеют два идентичных рабочих колеса и два кожуха рабочего колеса, расположенные по разные стороны от рабочего вала электродвигателя.

Сирены с двумя роторами устанавливаются с горизонтальным расположением вала. Наибольшее распространение получили электросирены с вертикально ориентированным валом двигателя. При такой конструкции под двигателем конструктивно предусмотрена станина, для установки на различные поверхности и конструкции, а сверху рабочее колесо и кожух рабочего колеса закрыты защитными колпаками. Для исключения попадания в отверстия кожуха рабочего колеса посторонних предметов и гнездования птиц, которые могут привести к блокировке вращения рабочего колеса, отверстия защищены металлической сеткой.

Наибольшее распространение получили электромеханические сирены, приводимые в работу трехфазными асинхронными двигателями. Однако, с повышением производительности однофазных двигателей, появилась возможность производить и использовать электромеханические сирены с питанием от сети 220 В.

Принцип работы электромеханической сирены достаточно прост: при подаче напряжения на электродвигатель сирены, он начинает раскручиваться от состояния покоя до рабочей частоты вращения вала.

Увлекая за собой жестко закрепленное рабочее колесо, которое за счет спиралевидных камер, расположенных на нем, создает поток воздуха от центра колеса к его сторонам, где поток воздуха упирается в стенки кожуха рабочего колеса, создавая избыточное давление.

При дальнейшем вращении рабочего колеса выход спиралевидных камер совпадает с окнами кожуха рабочего колеса и избыточное давление, ранее созданное рабочим колесом сбрасывается через окна в кожухе рабочего колеса, формируя тем самым звук. При дальнейшем вращении рабочего колеса спиралевидные камеры вновь перекрывается стенкой кожуха рабочего колеса и цикл повторяется. Очевидно, что для снижения утечек избыточного давления расстояние от стенки спиралевидной камеры рабочего колеса до стенки кожуха рабочего колеса должно быть минимально. Об отрицательной стороне такого конструктивного решения будет описано во второй части статьи.

С увеличением скорости вращения вала электродвигателя количество сбросов избыточного давления в секунду начинает расти, что приводит к увеличению тональности звука, воспроизводимого сиреной.

При достижении номинальной частоты вращения асинхронного двигателя количество сбросов избыточного давления из спиралевидных камер стабилизируется и звук, излучаемый электромеханической сиреной, становится однотональным и не меняет частоту до снятия электропитания с двигателя сирены.

При снятии электропитания с двигателя, частота вращения вала начинает снижаться под действием силы трения узлов вала электродвигателя и сопротивления воздуха в спиралевидных камерах рабочего колеса. Количество перекрытий окнами кожуха рабочего колеса, спиралевидных камер в единицу времени уменьшается, вследствие этого, снижается частота звука, воспроизводимого электросиреной. При полной остановке вала двигателя избыточное давление в спиралевидных камерах перестает создаваться и звук не воспроизводится.

Одним из самых простых способов управления сиреной является ручная подача и снятие напряжения питания электродвигателя электромеханической сирены. При этом коммутационный прибор выполняется как по принципу триггера — имеющему два устойчивых состояния: включено и выключено, так и по принципу тангенты — рабочий режим, только пока коммутационный аппарат удерживается в положении включено.

Такой способ, в основном, применим на производстве, где присутствует дежурная смена в обязанности которой входит подача сигналов оповещения. Но такой способ не применим в рамках систем оповещения населения регионального, муниципального и объектового уровней. Для использования электромеханических сирен в составе региональных, муниципальных и локальных систем оповещения для управления ими используются блоки управления сиреной. Конструктивно, данные блоки представляют собой управляемый контактор.

При этом, управление контактором может производиться по аналоговым и цифровым линиям связи, с использованием проприетарных и универсальных протоколов информационного обмена, используемыми в системах оповещения населения. Многие блоки управления сиреной имеют некоторые сервисные функции, такие как: контроль вскрытия блока управления, обеспечение бесперебойного питания блока управления (но не самой электросирены), контроль наличия фаз и величины напряжения, контроль целостности цепи питания электродвигателя сирены, схему контроля звукового давления, создаваемого электросиреной и т. д.

Перечень дополнительных функций, команд и квитанций определяется производителем самостоятельно, однако пунктом 5.3.2 ГОСТ Р 42.3.01−2021 установленные обязательные требования к устройствам запуска, управления и мониторинга средств звукового, речевого и индивидуального оповещения. В отношении блоков запуска сирен должны выполняться требования по запуску оконечных средств звукового оповещения, мониторингу состояния аналоговых и цифровых каналов/сетей связи, по которым осуществляется обмен сигналами оповещения, а также контроль целостности линий питания сирен.

Также обязательным является обеспечение возможности проверки работоспособности (мониторинга) оконечных средств оповещения населения без их реального запуска, и обеспечение защиты от несанкционированного доступа, модификации, навязывания и ввода ложной информации.
 
Продолжение во второй части