СПОСОБ ПОЖАРОТУШЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК A62C13/22 

Изобретение относится к противопожарной технике и может быть использовано для аэрозольного объемного и локального пожаротушения, блокирования распространения огня, предупреждения газовых взрывов в жилых и производственных помещениях, технологическом оборудовании, штреках, шахтах, различных складских помещениях и хранилищах; для подавления горения нефтяных и газовых скважин; для защиты бытовой и промышленной электроники, энергетического оборудования и всех видов транспорта.

Для тушения пожаров в настоящее время широко используют воду, воднохимические растворы, пену, газовые составы, порошки и различные их комбинации (Е. Н. Иванов. Технические средства тушения пожаров на химических предприятиях. М. Химия, 1976; И.В.Исавнин. Средства порошкового пожаротушения. М. Стройиздат, 1983 и др.). Причем выбор пожаротушащего средства зависит от вида и масштаба возгорания, при этом каждому агенту присущи свои достоинства и недостатки. Так, при использовании воды, водных растворов и пены в ряде случае возникает возможность поражения электрическим током, отравления токсичными продуктами разложения и образования выбросов и взрывов. Кроме этого, для этого типа пожаротушения характерна сложность конструкции и обслуживания из-за наличия большого количества трубопроводов, запорной и регулирующей аппаратуры, постоянно находящихся под давлением. Газовые составы, особенно галогенированные углеводороды и продукты их термического распада, обладают высокой токсичностью и экологической опасностью, а порошковые составы имеют склонность к слеживанию, что затрудняет их хранение и подачу в виде облака аэрозоля в очаг горения.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ пожаротушения, включающий подачу в очаг горения потока аэрозоля, образующегося в результате распыла порошкообразного пожаротушащего состава в аэраторе под воздействием потока продуктов сгорания специального газогенератора с канальным пиротехническим зарядом (авт. св. СССР N 848044 по заявке N 2660911 от 22.02.79 г. - прототип). Эффективность пожаротушения в данном случае определяется ингибирующим воздействием солей щелочных металлов (KCl, K₂CO₃, бикарбонат натрия, мел) на процессы горения в твердой и газообразных фазах.

Однако существующий способ технически сложен, так как формирование аэрозоля в этом случае протекает в замкнутом объеме корпуса огнетушителя при смешении продуктов сгорания газогенерирующего заряда с отдельно расположенным от заряда порошковым составом с последующим вытеснением облака на очаг пожара. При этом значительно усложняется и утяжеляется конструкция аэрозольного генератора, а также снижается надежность его эксплуатации из-за возможности комкования порошка под воздействием окружающей среды. Кроме этого, он не обеспечивает надежного пожаротушения в застойных зонах помещений, например в узких зазорах между стенкой и установленным оборудованием, и требует повышенного расхода огнетушащего состава.

Совершенствование указанного процесса может быть достигнуто целенаправленной корректировкой формирования его химических и газодинамических параметров, заключающейся в том, что в известном способе, включающем подачу в очаг горения потока аэрозоля, образующегося при сгорании канального пиротехнического заряда, поток аэрозоля подают со сверхзвуковой скоростью истечения, а в качестве заряда используют заряд из аэрозольгенерирующего топлива, причем поток аэрозоля формируют равномерно с обеих торцевых сторон заряда. В этом случае достигается более полное и надежное подавление горения за счет интенсификации турбулизации газового потока в застойных зонах и поверхности горения. А использование в качестве заряда специального аэрозольгенерирующего топлива, выполняющего одновременно функции аккумулятора давления и огнегасящего средства, обеспечивает прямое преобразование тепловой и химической энергии горения топлива в кинетическую энергию струи аэрозоля с высоким ингибирующим эффектом пожаротушения. Следует отметить, что образующийся при этом аэрозоль имеет более высокую (в 3-10 раз) ингибирующую способность за счет образования более высокодисперсных частиц с развитой высокоактивной поверхностью непосредственно при сгорании аэрозольгенерирующего топлива, а не в процессе смешения газообразных продуктов сгорания, которое реализуется в известном способе. Вместе с тем формирование потока аэрозоля одновременно с двух противоположных сторон заряда упрощает и удешевляет пожаротушение, делает его более безопасным и эффективным за счет исключения из конструкции металлоемкой оболочки корпуса и днищ, работающих под давлением, а также сложных крепежных приспособлений, необходимость использования которых отпадает из-за нулевой равнодействующей силы тяги, и быстрого сгорания аэрозольгенерирующего топлива. Масса заряда в зависимости от масштабов защищаемого объекта может составлять от десятков граммов до десятков тонн.

В случае необходимости на очаг пожаротушения могут быть дополнительно поданы с помощью инжектора, действующего от основного потока аэрозоля, другие охлаждающие агенты: вода, водные растворы, пена, газы, порошки или их комбинации.

Известен также огнетушитель (авт.св. N 848044, МКИ A 62 C 13/22), содержащий воспламенитель (механизм запуска), канальный цилиндрический пиротехнический газогенерирующий заряд с корпусом и коническим соплом с одной стороны заряда, размещенный в несущем корпусе огнетушителя с навеской пожаротушащего порошкового состава. Пожаротушение проводится потоком аэрозоля, образующегося при смешении газообразных продуктов сгорания с порошковым составом и выходящим через выпускной патрубок.

К основным его недостаткам относятся:
сложность и металлоемкость конструкции из-за наличия газогенерирующего устройства с пиротехническим зарядом, порошкообразного средства пожаротушения, аэратора, устройства стабилизации давления, толстостенного корпуса и выходного патрубка;
невысокая надежность и опасность эксплуатации из-за возможности слеживаемости порошка, потери его активности и закупорки выпускного клапана;
сложность обслуживания из-за громоздкости огнетушителя и необходимости регулирования направления потока аэрозоля;
сложность и металлоемкость стапельной оснастки и крепежных приспособлений.

Совершенствование технико-экономических и эксплуатационных показателей этого типа огнетушителей может быть достигнуто оптимизацией их конструкции, заключающейся в том, что в известном устройстве, содержащем воспламенитель, канальный цилиндрический заряд с корпусом и коническим соплом с одной стороны заряда для генерирования пожаротушащего аэрозоля, заряд выполнен из аэрозольсодержащего топлива, с противоположной стороны заряда размещено дополнительной сопло, аналогичное первому и обеспечивающее равнодействующую силу, близкую к нулю, причем конические сопла образованы материалом заряда и имеют угол раствора 25 30^o и критический диаметр, равный диаметру канала. В этом случае значительно упрощается и делается компактной конструкция огнетушителя, который практически состоит из одного топливного заряда в корпусе и воспламенителя, приводимого в действие от электрического импульса или термочувствительного шнура или механического или накаливающего устройства. При этом сам огнетушитель как генератор аэрозоля выполнен в виде стационарной или переносной установки с крепежными приспособлениями, а также в виде индивидуальных ручных, бросаемых или метаемых устройств для автономного пожаротушения.

Формирование торцев заряда в виде полутеплового сопла (с внутренним коническим соплом) с углом раствора 25-30^o и критическим диаметром, равным диаметру канала, обеспечивает оптимальное для пожаротушения формирование пространственных параметров струи аэрозоля. При изменении угла раствора сопла выше указанного диапазона не обеспечивается получение развитого турбулентного потока аэрозоля с числом Re>2•10⁶ и не достигается максимальная реализация его пожаротушащих свойств, в том числе в застойных зонах.

Огнетушитель содержит воспламенитель (4) и корпус (2) с канальным цилиндрическим зарядом (1), бронированным по поверхности (3), из аэрозольгенерирующего топлива, в материале которого с обоих торцов заряда выполнены полутепловые сопла с углом раствора 25 35^o и критическим диаметром, равным диаметру сопла (фиг.1).

Для увеличения эффективности пожаротушения путем подачи дополнительного количества пожаротушащих агентов огнетушитель (фиг.1) может быть снабжен инжектором (фиг.2), размещенным на концах корпуса заряда (1) и состоящим из коаксиальных цилиндров (6), соединенных с корпусом (2) посредством диафрагм (5) с заборниками (7).

Выполнение предложенного способа и описание устройства для его осуществления иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Методом шнекового прессования готовят цилиндрический канальный заряд (1) массой 10 кг с размерами: наружный диаметр D=90 мм, диаметр канала d= 50 мм и длина L= 1800 мм. Заряд из аэрозольгенерирующего топлива типа ПАС-47 содержит 79% солей калия, 17,3% связующего на основе поливинилацетата, поливинилбутираля и фенолформальдегидной смолы и 3,7% технологических добавок. С двух противоположных торцов заряда на токарном станке протачивают внутренний конус с углом раствора 30^o и выходным диаметром, равным . Длина заряда L может быть определена по формуле

где A коэффициент расхода, равный 9,9•10^-3;
p давление на выходе канала заряда;
D_экв эквивалентный диаметр канала, равный
U(ρ) скорость горения;
ρ плотность топлива.

Соотношение между наружным и внутренним диаметром должно удовлетворять условию D/d≅2.

Подготовленный таким образом заряд (1) скрепляют с корпусом (2) (выполненным из металла, пластмассы или композиционного материала) бронирующим составом (3) марки 230, при этом зазор между наружной поверхностью заряда (1) и внутренней стенкой корпуса (2) составляет 1,5 3 мм.

Снаряженный огнетушитель (фиг.1) на крепежном приспособлении помещают в специальный бокс, в различных зонах которого, в том числе и застойных, располагают твердые, жидкие и газообразные горючие вещества. Тушение пожара производят в момент максимального факела пламени, фиксируемого с помощью датчиков температуры, установленных в очаге пожара. Запуск огнетушителя в этот момент производится подачей электрического импульса на инициатор воспламенения воспламенителя. В результате подачи потока аэрозоля со сверхзвуковой скоростью, образующегося при сгорании топливного заряда, достигается быстрое и надежное пожаротушение при следующем оптимальном расходе аэрозольгенерирующего топлива в зависимости от вида горючего материала:
Для твердого материала 60 100 г/м³;
Для жидкого материала 20 60 г/м³;
Для газообразного материала 60 180 г/м³.

Одновременно с регистрацией температуры очага пожара регистрируют давление внутри канала заряда с помощью датчика давления ЛХ-412/10, температуру на срезе полутеплового сопла. По величине давления расчетным методом определяют величину секундного расхода аэрозоля по формуле
G = A•P•σ(τ)•η(τ),
где А коэффициент расхода, равный 9,9•10^-3;
σ(τ) площадь проходного сечения канала во времени;
η(τ) коэффициент восстановления давления во времени.

Пример 2. Аналогичен примеру 1, но на очаг пожара дополнительно подают охлаждающий агент, например воду, при тушении твердых горючих веществ (древесины) с помощью инжектора, действующего от основного потока аэрозоля. Для этого огнетушитель снабжают инжектором (фиг.2), размещенным на торцах корпуса заряда (1) и состоящим из коаксиальных цилиндров (6), соединенных с корпусом (2) посредством диафрагм (5) с заборниками (7). Длина диффузоров (6) не менее трех диаметров заряда (1). Площадь проходного сечения заборников (7) и диафрагм (5) определяется исходя из термодинамических и расходных характеристик аэрозольгенерирующего заряда, а также температуры газового потока на выходе диффузоров. При использовании дополнительной подачи пожаротушащих веществ достигается более быстрое тушение пожара за счет комбинированного воздействия различных типов ингибирующих средств на процессы горения.

Как следует из приведенных данных, использование предложенного способа и устройства для его осуществления позволяет значительно упростить, удешевить, обезопасить и повысить эффективность процесса пожаротушения.

Усовершенствованный способ пожаротушения и аэрозольный огнетушитель отработаны в лабораторных условиях и прошли предварительную проверку и могут быть широко использованы на предприятиях химической, деревообрабатывающей, автомобильной и электротехнической промышленности.

Использование: в области противопожарной техники. Сущность изобретения: тушение пожара осуществляют с помощью огнетушителя, в котором при срабатывании воспламенителя поджигают канальный заряд, генерирующий поток аэрозоля со сверхзвуковой скоростью на выходе полутеплового сопла. Причем поток формируют с помощью инжектора, действующего от основного потока аэрозоля, с помощью которого на очаг пожара могут быть дополнительно поданы другие виды пожаротушащих средств. Огнетушитель содержит воспламенитель и корпус с канальным цилиндрическим зарядом из аэрозолеобразующего топлива, в материале которого с обоих торцев заряда выполнены сопла с углом раствора 25-35^o и критическим диаметром, равным диаметру канала. На торцах корпуса заряда дополнительно размещены инжекторы, состоящие из коаксиально соединенных диффузоров с корпусом посредством диафрагм с заборниками. 2 с.и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ пожаротушения, основанный на подаче в очаг пожара потока аэрозоля, образующегося при горении канального цилиндрического аэрозольгенерирующего заряда, воспламеняющегося от специального зажигательного устройства, отличающийся тем, что поток аэрозоля формируют равномерно с обеих торцевых сторон заряда и подают его в очаг пожара со сверхзвуковой скоростью истечения при числе Rе > 2•10⁶. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно подают в очаг пожара охлаждающий пожаротушащий агент, например воду, пену, порошок с помощью инжектора, действующего от основного потока аэрозоля. 3. Устройство для пожаротушения, содержащее канальный цилиндрический аэрозольгенерирующий заряд с корпусом и коническим соплом с одной торцевой стороны заряда и воспламенитель, отличающееся тем, что с противоположной стороны заряд имеет дополнительное сопло, аналогичное первому, и обеспечивающее равнодействующую силу тяги, близкую к нулю, причем конические сопла образованы материалом заряда, имеют угол раствора 25 35^o и критический диаметр, равный диаметру канала. 4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено инжектором, размещенным на торцах заряда и состоящим из коаксиальных цилиндров, соединенных с корпусом заряда посредством диафрагм с заборниками.