ПЕРЕНОСНОЙ ИМПУЛЬСНЫЙ ОГНЕТУШИТЕЛЬ Российский патент 1994 года по МПК A62C19/00 

Изобретение относится к индивидуальным средствам пожаротушения и предназначено для импульсного воздействия распыленной огнетушащей жидкостью на очаги горения.

В технике пожаротушения известны и получили распространение переносные (ручные, пистолетные, ранцевые) огнетушители, оснащаемые регулируемыми форсунками, в том числе с дефлекторами, обеспечивающими требуемые траектории истечения огнетушащей жидкости.

Переносные огнетушители могут оснащаться также сопловыми головками, позволяющими получать как распыленные полые струи с большим углом раскрыва, так и компактные полые струи огнегасящей жидкости. Переносным огнетушителям в целом присущи возможность автономного использования, отсутствия проблем доставки к месту возникновения пожара, оперативность применения. Однако наряду с этим необходимо отметить ряд недостатков, к которым относятся низкая энергия струи огнегасящей жидкости, не оказывающая динамического воздействия на очаг горения и, как следствие, малая дальнобойность, низкие значения интенсивности подачи тушащей жидкости, а в итоге сравнительно невысокая эффективность пожаротушения.

Основным фактором, сдерживающим повышение энергии потока, формируемого переносными огнетушителями, является воздействие на оператора недопустимых значений динамических нагрузок, которые определяются силой реакции истекающей струи жидкости или иначе - параметрами отдачи (по аналогии с процессом производства выстрела из образцов стрелкового оружия).

Известно техническое решение, позволяющее применять переносной огнетушитель с высокой энергией струи, в котором для снижения усилия отдачи предложено использовать наплечный ремень и упор со стороны, противоположной выходному отверстию форсунки, обеспечивающий контакт корпуса огнетушителя с какой-либо устойчивой неподвижной конструкцией, например стеной здания, сооружения. Однако, использование данного решения существенно ограничено необходимостью иметь в непосредственной близости от очага горения надежный упор. Кроме того, в условиях пожара данное решение не позволяет оперативно производить подачу огнетушащего средства в произвольном направлении, например в вертикальной плоскости.

В качестве прототипа предлагаемого устройства по совокупности общих признаков выбран "ранцевый огнетушитель", включающий ранцевый бак с огнетушащей жидкостью, соединительный шланг, расходную емкость с подвижным поршнем, вытесняющим жидкость посредством приложения физического усилия оператором, выпускной и обратный клапаны, струйную форсунку и лямки для переноски.

Применение устройства для создания скоростных аэрозольных потоков мелкораспыленной жидкости, способных оказать динамическое воздействие и обеспечивающих высокие значения интенсивности подачи огнетушащей среды на очаг пожара, не представляется возможным в силу ряда причин: во-первых, малые величины давления на поршень не позволяют достичь высокой скорости струи и требуемого качества распыливания жидкости; во-вторых, поскольку физические возможности оператора весьма ограничены, с помощью данного устройства однократно можно вытеснить только небольшое количество жидкости, при этом дальнобойность струи также невелика: в-третьих, использование струйной форсунки не обеспечивает регулировку параметров потока (угол раскрытия струи, степень заполнения частицами жидкости сечения потока) в зависимости от размеров и удаленности очага горения; в-четвертых, модернизация данного устройства в плане повышения давления вытеснения ограничена ввиду отсутствия в конструкции технических решений, уменьшающих реакцию струи и, соответственно усилий отдачи, действующего на оператора.

Изобретение решает задачу повышения эффективности пожаротушения за счет увеличения энергии потока распыленной жидкости и повышения интенсивности подачи тушащего состава путем обеспечения равномерного распределения частиц жидкости по сечению струи при условии ограничения усилия отдачи импульсного огнетушителя, передаваемого на оператора.

Для решения поставленной задачи в подпоршневой полости огнетушителя, образующей зарядную камеру, размещаются пороховые аккумуляторы давления со средствами инициирования, что позволяет достичь высоких давлений вытеснения жидкости из расходной емкости, там же установлен дренажный клапан, обеспечивающий сброс давления пороховых газов после вытеснения порции огнетушащей жидкости. Для возвращения поршня в исходное положение и обеспечения автоматической заправки жидкостью в расходной емкости устанавливается пружина, один конец которой скреплен с корпусом емкости, а другой - с поршнем, причем пружина может быть размещена и с наружной стороны емкости. Кроме того, по оси форсунки на направляющей закрепляется дефлектор, частично перекрывающий струю жидкости, истекающую из выходного отверстия форсунки при вытеснении жидкости, при этом отношение площади сечения дефлектора, перекрывающего струю, к площади выходного отверстия форсунки определяется в зависимости от необходимости снизить усилие отдачи следующим выражением:
S_д/S_o=2/c ^. (1-F_д/F_o) при F_д/F_о<1,
где S_д - площадь сечения дефлектора;
S_о - площадь отверстия форсунки;
с - коэффициент гидравлического сопротивления дефлектора;
F_д - усилие отдачи огнетушителя с дефлектором;
F_о - усилие отдачи огнетушителя без дефлектора.

Для обеспечения равномерного распределения аэрозоля по сечению струи выходное отверстие форсунки выполняется в виде кольцевого сопла, а дефлектор имеет радиальные щелевые отверстия, при этом отношение указанных выше площадей составляет не менее 0,4.

В результате реализации предложенного устройства может быть достигнута скорость потока аэрозоля 20...50 м/с на удалении 2...6 м от огнетушителя при максимальном давлении вытеснения 5...10 МПа. Время воздействия на очаг горения составляет 0,1. ..1 с при вытеснении порции жидкости 3^.10^-3 м³, а интенсивность подачи - не менее (1...2)10^-3 кг/м^2. с. Поток аэрозоля с подобными параметрами обладает высокой огнетушающей способностью, так как мелкодисперсные частицы проникают глубоко в очаг горения, обеспечивают прямое охлаждение его поверхности, а также производят разбавление горючей среды инертным компонентом при испарении. Формирование потока с такими параметрами с помощью переносного импульсного огнетушителя становится возможным благодаря следующему обстоятельству: диспергирование жидкости и образование потока аэрозоля происходит при ударе импульсной струи о дефлектор, а наличие гидравлического сопротивления дефлектора обуславливает снижение усилия отдачи огнетушителя при сохранении неизменным расхода жидкости через форсунку.

Изобретение позволяет приводить действующие на оператора импульсные нагрузки к допустимым значениям и в конечном счете повысить эффективность пожаротушения переносного огнетушителя. Выполненные расчеты и эксперименты показывают, что эффективное снижение усилия отдачи (например, в 1,25 и более раз) с условием сохранения высоких динамических характеристик огнетушащего потока обеспечивается при перекрытии дефлектором сечения истекающей струи не менее, чем на 40%.

На фиг. 1, 2 и 3 приведена конструктивная схема предлагаемого устройства.

Переносной импульсный огнетушитель состоит из ранцевого бака 1 с огнетушащей жидкостью 2, соединительного шланга 3, расходной емкости 4, подвижного поршня 5, выпускного 6 и обратного 7 клапанов, струйной форсунки 8. Кроме того, огнетушитель включает пороховые аккумуляторы давления 9 со средствами инициирования 10, дренажный клапан 11 для сброса отработанных газов из подпоршневой полости, пружину 12, обеспечивающую возврат поршня в исходное положение и автоматическое поступление очередной порции жидкости в расходную емкость, направляющую 13 с закрепленным на ней дефлектором 14, а также заправочную арматуру 15 и лямки для переноски 16.

Огнетушитель действует следующим образом.

При инициировании заряда порохового аккумулятора давления 9 выделяющиеся газы создают необходимое усилие на поршень 5, с помощью которого жидкость в импульсном режиме вытесняется из расходной емкости 4 через выпускной клапан 6 и форсунку 8 в направлении на очаг горения. Струя огнетушащей жидкости, ударяясь о дефлектор 14, дробится и образует аэрозольный поток, распространяющийся к очагу. После завершения процесса вытеснения жидкости поршень останавливается в крайнем положении, сжимая пружину 12, при этом выпускной клапан 6 закрывается. При открывании дренажного клапана 11 отработанные газы истекают в атмосферу из подпоршневой полости, а усилием пружины поршень начинает двигаться в исходное положение, при этом обратный клапан 7 открывается, обеспечивая заполнение расходной емкости 4 через соединительный шланг 3 жидкостью из ранцевого бака 1. По завершении рабочего цикла огнетушитель вновь готов к применению до тех пор, пока не используют все аккумуляторы давления и запас огнетушащей жидкости в ранцевом баке. Для регулирования угла факела распыливания и дальнобойности струи в зависимости от размеров и удаленности очага горения предусмотрена возможность закрепления дефлектора 14 на направляющей 13 на различных расстояниях от выходного сечения форсунки 8, а наличие радиальных щелевых отверстий на дефлекторе позволяет обеспечивать равномерное распределение аэрозоля по сечению потока.

Использование предложенного устройства позволяет повысить эффективность пожаротушения переносными огнетушителями импульсного действия за счет увеличения энергии струи жидкости и обеспечения равномерного распределения аэрозоля по сечению потока, оказывающего динамическое воздействие на очаг горения, при ограничении усилий отдачи, передаваемых на оператора, удерживающего огнетушитель.

Использование: в противопожарной технике. Сущность изобретения: огнетушитель содержит ранцевый бак, шланг, расходную емкость с подвижным поршнем, выпускной и обратный клапаны, струйную форсунку, а также пороховые аккумуляторы давления со средствами инициирования, дренажный клапан, пружину, возвращающую поршень в исходное положение. Кроме того, по оси форсунки на направляющей закреплен дефлектор, с помощью которого осуществляется дробление струи жидкости и снижение импульсного усилия отдачи, действующего на оператора, причем отношение площади сечения дефлектора, перекрывающего струю, к площади выходного отверстия форсунки определяется расчетным выражением в зависимости от необходимости в той или иной мере снизить динамическое воздействие на оператора при сохранении эффективности пожаротушения распыленной струей высокой энергии с равномерным распределением частиц жидкости в потоке. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. ПЕРЕНОСНОЙ ИМПУЛЬСНЫЙ ОГНЕТУШИТЕЛЬ, включающий ранцевый бак с огнетушащей жидкостью, соединительный шланг, расходную емкость с подвижным поршнем, выпускной и обратный клапаны, струйную форсунку и лямки для переноски, отличающийся тем, что в подпоршневой полости размещены аккумуляторы давления со средствами инициирования и дренажный клапан, а в расходной емкости установлена пружина, один конец которой скреплен с корпусом емкости, другой соединен с поршнем, при этом по оси форсунки на направляющей закреплен дефлектор, причем отношение площади S_q его сечения, перекрывающего струю, к площади S₀ выходного отверстия форсунки определяется выражением
= 1 - при < 1 ,
где C - коэффициент гидравлического сопротивления форсунки;
F₀ - усилие отдачи огнетушителя без дефлектора;
F_q - то же с дефлектором. 2. Огнетушитель по п.1, отличающийся тем, что выходное отверстие форсунки выполнено в виде кольцевого сопла, а дефлектор имеет радиальные щелевые отверстия, при этом отношение площади сечения дефлектора к площади отверстия форсунки составляет не менее 0,4.