ЛИНЕЙНЫЙ ОГНЕТУШИТЕЛЬ Российский патент 1998 года по МПК A62C35/00 

Изобретение относится к противопожарной технике, а именно к аэрозольным огнетушителям (ОТ), и может быть использовано для объемного тушения загораний в производственных и складских помещениях, электроустановках, кабельных коробах и туннелях, распределительных шкафах, двигателях стационарных установок и транспортных средств, хранилищах нефтепродуктов и позволяет повысить эффективность тушения пожаров и безопасность при эксплуатации.

Известны генераторы аэрозоля для установок объемного пожаротушения /1/, содержащие корпус с зарядом аэрозольного топлива, воспламенитель и сопло. Имея высокую эффективность тушения большинства твердых и жидких горючих веществ при концентрации аэрозоля от 40 до 100 г/м³, известные генераторы не обеспечивают создания расчетных концентраций во всем защищаемом объеме ввиду неравномерности перемешивания при подаче в объем струи высокотемпературного аэрозоля.

Цель повышение эффективности пожаротушения за счет повышения равномерности концентрации огнетушащего вещества и снижение температуры выделяющегося при горении заряда аэрозоля отчасти достигло устройство для объемного тушения пожара /2/. Оно содержит камеру сгорания с твердотопливным зарядом, воспламенителем и механизмом ее перемещения по защищаемому объему за счет реактивной тяги продуктов сгорания, истекающих из сопла с диффузорной насадкой для подсоса воздуха. Наличие механизма перемещения ОТ по защищаемому объекту усложняет конструкцию и ограничивает возможности применения ОТ по номенклатуре и габаритам защищаемых объектов.

Известны системы пожаротушения, преимущественно энергетических установок летательных аппаратов /3,4/, обеспечивающие достижение требуемой концентрации огнетушащего вещества, хранящегося под давлением в баллонах, за счет равномерного перемешивания его по защищаемому объему с помощью распылительных коллекторов с соплами. Обеспечивая надежную защиту за счет создания огнетушащей концентрации в горящем отсеке всего за 2-3 с с момента задействования пироклапана баллона и поддержания ее в течение требуемого времени, такие системы сложны, тяжелы из-за наличия подводящих магистралей значительной протяженности, арматуры и баллонов высокого давления, а также теряемых остатков огнетушащего вещества при разрядке баллонов.

Подача огнетушащего состава в защищаемый объем без использования подводящих магистралей и баллонов для хранения состава обеспечивает линейный ОТ /5/, выбранный в качестве прототипа. ОТ состоит из высокопрочной длинной трубы, содержащей под давлением газообразное огнетушащеее вещество, например, галоидного типа; размещенный снаружи заряд при срабатывании разрушает трубу по образующей, вдоль которой происходит направленный выброс вещества. Недостатком известной конструкции является наличие хранящегося под высоким давлением газообразного огнетушащего вещества и достаточно мощного заряда взрывчатого вещества, что делает проблематичным использование известного линейного ОТ для защиты помещений и оборудования с пожаровзрывоопасной атмосферой или объектов бытового назначения. Кроме этого, подача огнетушащего вещества через щелевое сопло с падающим давлением также не обеспечивает в полной мере создание в защищаемом объеме равномерной концентрации, что увеличивает потребные запасы огнетушащего вещества.

В предложенном линейном ОТ совпадающими признаками с прототипом являются удлиненный, в пределе без ограничения длины трубчатый корпус c огнетушащим веществом и энергопровод для запуска. В отличие от известного корпус выполнен в виде коллектора с распылительными соплами, при этом в качестве огнетушащего вещества использован заряд аэрозольного топлива, а энергопривод осуществляет его воспламенение на всей длине или отдельных участках коллектора.

Выполнение корпуса ОТ в виде разветвленного коллектора с соплами позволяет рационально и одновременно подать при пожаре аэрозоль к различным зонам защищаемых объектов сложной формы энергоустановкам, стеллажам складов, поверхности нефтехранилищ и т. п. обеспечив тем самым достижение в кратчайшее время равномерной огнетушащей концентрации за счет перемешивания и охлаждения газов множества струй, истекающих из сопел. Использование аэрозольного топлива делает возможным разместить в объеме корпуса существенно больший по массе заряд огнетушащего вещества по сравнению с сжатым газом, а выбором формы заряда планировать требуемую расходно-временную зависимость подачи аэрозоля. При этом для изготовления корпуса не требуется применения высококачественных сталей, поскольку корпус не находится под давлением при хранении и нагружается только при работе. Использованием энергопровода, осуществляющего воспламенение заряда по всей или части длины коллектора вместо энергопровода, разрушающего корпус по образующей в известном решении-прототипе, достигается существенно большая безопасность ОТ при работе в пожаровзрывобезопасных средах за счет уменьшения потребной для воспламенения топлива энергии по сравнению с энергией для разрушения корпуса.

Дальнейшее развитие предложенного конструктивного решения заключается в совершенствовании его основных элементов коллектора, сопел и энергопровода для воспламенения заряда.

Предложено выполнять коллектор ОТ в поперечном сечении профилированным.

Формирование наружных профилированных элементов в виде стенок газодинамических устройств эжектора, отклоняющих лопаток или охладителя газового потока, а также в виде ребер жесткости, лапок для крепления электропровода и др. позволяет получать многофункциональный коллектор в виде профиля бесконечной длины с минимальным объемом дальнейшей механической обработки. При временах работы аэрозольных ОТ в несколько секунд в качестве материала для изготовления коллектора могут быть использованы пластмассы, перерабатываемые, например, экструзией.

Выполнение поперечного сечения коллектора с переменным радиусом кривизны, например, в форме овала, позволяет решать несколько задач, в частности, реализовать аэрозольные пастообразные топлива без введения в ОТ устройств, компенсирующих температурное изменение объема топлива за счет изменения площади поперечного сечения коллектора в пределах его упругой деформации. Кроме этого, профилированием поперечного сечения коллектора и размещенного в его полости топливного заряда достигается требуемая зависимость выгорания поверхности заряда топлива по своду и соответственно расходно- временная характеристика подачи аэрозоля. Плоская форма коллектора позволяет разместить на его поверхности больше сопел и т.о. сформировать более широкую полосу истечения аэрозоля, что может оказаться предпочтительным при размещении ОТ на поверхностях защищаемого объекта. В пределе поперечное сечение коллектора может приближаться к прямоугольнику с идентичным сечением заряда.

Определенные преимущества использования в линейных ОТ большого удлинения (более 10.20) пастообразных аэрозольных топлив по сравнению с твердыми или пиротехническими топливами заключаются в простоте снаряжения удлиненных и крупногабаритных изделий, отсутствии процесса полимеризации или прессования и соответствующего оборудования; пастообразные заряды без ухудшения работоспособности выдерживают изгиб, местное передавливание и удары.

Для формообразования заряда пастообразного топлива предложено разделить поперечное сечение коллектора, как минимум, на две полости: в одной из них размещен топливный заряд, а другая сообщена с соплами. Воспламенение заряда обеспечивается нагревом стенки, разделяющей полости, до температуры воспламенения топлива.

Для ОТ, используемых в объектах, где предусматривается возможность повторного включения, например, в самолетах, для исключения установки дублирующей системы может оказаться целесообразным введение дополнительных полостей в коллекторе для размещения топливного заряда второй очереди запуска ОТ.

Предложено выполнять стенки внутренней полости коллектора из легкосгораемого материала, например, герметизированного полотна на основе нитроцеллюлозных нитей, пленок или аэрозольного топлива, что повышает надежность запуска и уменьшение разбросов внутрибаллистических характеристик ОТ. При запуске легкосгораемая стенка воспламеняется энергоприводом и поджигает основной заряд по всей длине коллектора более равномерно, чем в случае нагрева или проплавления стенки из металлической фольги, резины и др. инертных материалов. Для ОТ, имеющего простую геометрическую форму коллектора прямолинейную, размещаемую в плоскости, например, тороид и т.п. с односторонним расположением сопел и с зарядом твердого топлива, получаемого литьем непосредственно в коллектор (с удаляемой оправкой), легкосгораемая стенка вырождается в начальную поверхность заряда.

Для обеспечения подачи аэрозоля в защищаемый объем по нескольким радиальным направлениям предложено одну из полостей коллектора размещать внутри другой, например, концентрично, при этом сопла устанавливать в перемычках, соединяющих стенки полостей.

Предложено также размещать перемычки по длине коллектора по винтовой линии, что дает возможность размещения сопел на поверхности коллектора в любом радиальном направлении (при соответствующем смещении сопел по длине) и более эффективно подавлять продольные акустические колебания при горении заряда.

Ряд усовершенствований ОТ связан с использованием в конструкции определенных материалов.

Использование в качестве материала коллектора гибкого, например, армированного, рукава позволяет унифицировать конструкцию ОТ и существенно сократить количество разрабатываемых типоразмеров за счет варьирования длиной ОТ, упростить его размещение в защищаемом объекте сложной формы. Применяемые для изготовления гибких рукавов термостойкие резины и пластмассы являются хорошими теплоизоляторами и ограничивают нагрев наружных поверхностей коллектора до безопасных температур.

Предложено выполнять коллектор из аэрозольного топлива, что при реализации явилось бы практически идеальным решением для ОТ. Трубчатый твердотопливный заряд такого перспективного ОТ, перфорированный отверстиями и служащий одновременно коллектором, при работе ОТ постепенно сгорает. Однако сложный и противоречивый комплекс требований к аэрозольному топливу предложенного "бескорпусного" ОТ в настоящее время трудно осуществим. В частности, для этого потребуется создание рецептур высокопрочных и эластичных аэрозольных топлив с пониженной относительно достигнутых в настоящее время (700.1300 К) температурой горения, перерабатываемых в непрерывную трубку по технологии получения баллиститных артиллерийских порохов, устойчиво горящих при атмосферном давлении и т.д.

Приведенный ниже ряд усовершенствований касается конструкции энергопровода, осуществляющего при запуске ОТ воспламенение заряда на всей или части его длины. В качестве энергопровода могут использоваться электрические средства нагрева, шнуровые заряды быстрогорящего топлива и каналы для прохождения нагретых газов при срабатывании навески воспламенителя или пиросвечи.

Предложен ОТ, энергопровод которого размещен снаружи коллектора и контактирует с зарядом через сопла или через стенку коллектора в ослабленных заранее зонах. При подводе энергии зоны контакта нагреваются, при достижении температуры воспламенения топлива последнее воспламеняется и образующийся аэрозоль истекает через сопла или отверстия, образовавшиеся при разрушении прогретых стенок коллектора в ослабленных заранее зонах.

Описанная схема ОТ является простой, но расходная характеристика имеет затянутые участки нарастания и спада из-за малой начальной поверхности горения топливного заряда.

Для обеспечения ступенчатого расхода (максимального для заполнения защищаемого объема и минимального для поддержания достигнутой концентрации) предложено устанавливать сопла по длине коллектора, имеющего заряд пастообразного или скрепленного со стенками коллектора твердого топлива, с переменным шагом. Минимальный расход достигается вырождением поверхности горения и переходом ее в торцевую на участке коллектора с увеличенным шагом установки сопел; при этом могут быть получены времена работы ОТ на минимальном расходе до десятков минут.

Предложен энергопровод в виде электропровода (электропроводов) с участками из материала с высоким электрическим сопротивлением, соединенных последовательно или параллельно. Выбор схемы определяется типом системы пожарной автоматики и характеристиками располагаемых источников питания. При подаче напряжения участки с высоким электрическим сопротивлением нагреваются и воспламеняют топливный заряд.

Для снижения энергопотребления при запуске предложено участки энергопровода из материала с высоким электрическим сопротивлением покрывать инициирующим составом, выделяющимся при сгорании значительное количество тепла.

Предложено энергопровод размещать в полости коллектора, сообщающейся с соплами. Это обеспечивает при запуске подачу теплового импульса заряду по всей длине полости, а также защиту энергопровода от случайного повреждения.

Предложен энергопровод, размещенный в полости коллектора, выполненный в виде быстрогорящего огнепроводного шнура с заданной температурой воспламенения и выведенный наружу на части длины коллектора через сопловые отверстия в защищаемый объем. Это позволяет сделать ОТ автономным, запускающимся автоматически при достижении в защищаемом объеме температуры воспламенения огнепроводного шнура. При воспламенении шнура луч огня через сопла воспламеняет огнепроводный шнур в полости коллектора и заряд топлива. Отсутствие промежуточных элементов, используемых в обычных системах автоматической пожарной защиты, пожарных оповещателей, коммутационной аппаратуры, электропроводки и др. делает предложенный ОТ надежным и быстродействующим устройством.

Предлагается устанавливать сопла коллектора под углом к его поверхности, например, по касательной. Такое выполнение позволит рационально организовать подачу аэрозоля в защищаемый объем со сложной геометрией и газодинамикой потоков, например, в механизированные склады с многоярусными стеллажами, багажные отсеки самолетов и т.п.

Для защиты горючих жидкостей, например, нефтепродуктов, предложен ОТ, имеющий положительную плавучесть в защищаемой от возгорания жидкости. Это достигается известными средствами: использованием легких материалов, герметизацией внутренних полостей и т.п. ОТ размещается непосредственно на поверхности жидкости в нефтехранилище, имеет форму тороида с соплами, ориентированными преимущественно горизонтально. При возгорании нефтепродукта от нагрева воспламеняется участок огнепроводного шнура, выведенного снаружи коллектора, луч огня через сопла воспламеняет огнепроводный шнур в полости коллектора и заряд топлива. Подаваемые параллельно поверхности жидкости струи аэрозоля ингибируют воздух и создают газовую завесу, препятствующую поступлению в зону горения свежего воздуха. Высокое быстродействие срабатывания ОТ несколько секунд от начала пожара позволяет эффективно подавить возгорание на ранней стадии.

На фиг. 1 дан общий вид ОТ в разрезе; на фиг.2 поперечное сечение коллектора (по А-А на фиг.1); на фиг.3 диаграмма "расход- время" работы ОТ; на фиг. 4 поперечное сечение двухполостного коллектора (вариант выполнения); на фиг. 5 поперечное сечение двухполостного с перемычками коллектора (вариант выполнения); на фиг.6 поперечное сечение коллектора, выполненного из топлива (вариант выполнения); на фиг.7 общий вид автономного ОТ для защиты нефтехранилища.

Линейный ОТ, приведенный на фиг.1, содержит трубчатый коллектор 1 с торцевыми крышками 2 и соплами 3, в полости коллектора 1 размещен заряд 4 аэрозольного топлива. На коллекторе 1 смонтирован электропровод 5 с участками 6 из материала с высоким электросопротивлением, покрытым инициирующим составом и контактирующим с зарядом 4 через герметизированные сопла 3. Сопла 3 установлены по длине коллектора 1 с переменным (Б и В) шагом и образуют с перфорированными стенками 7 линейный эжектор 8, как это показано в поперечном сечении А-А фиг.2. Коллектор в сечении имеет форму овала (эллипса), образованного радиусами R₁ и R₂, с профилированными наружными стенками 7 и гнездами для фиксации электропровода 5.

При подаче электрического сигнала на запуск протекающий через электропровод 5 ток нагревает участки 6 из материала с высоким электросопротивлением; покрывающий их инициирующий состав воспламеняется и поджигает заряд 4 со стороны сопел 3. Истекающие из сопел 3 продукты сгорания, содержащие мелкодисперсный огнетушащий аэрозоль, засасывают через перфорацию стенок 7 окружающий воздух, премешиваются с ним в эжекторе 8 и в виде охлажденной смеси поступают в защищаемый объем.

При работе ОТ горящая поверхность топливного заряда 4 является переменной и по мере выгорания топлива на участке коллектора 1 в зоне расположения сопел 3 с шагом Б постепенно вырождается на участке В коллектора до площади торца заряда. В соответствии с изменением поверхности и скорости горения, зависящей от величины давления в полости коллектора 1, изменяется по времени Т и массовый расход М продуктов сгорания, типичная диаграмма которого приведена на фиг.3. Диаграмма содержит участок 9 максимальной и участок 10 минимальной производительности ОТ, длительность которых определяется характеристиками используемого топлива и геометрическими параметрами ОТ, включая длину участка В торцевого горения.

На фиг. 4 и 5 приведены поперечные сечения усовершенствованных конструкций коллекторов с зарядами твердого и пастообразного топлива соответственно.

Внутренняя полость 1 коллектора ОТ, показанного на фиг.4, разделена на две части, в одной из которых размещен топливный заряд 4, а в другой, сообщающейся при работе через сопла 3 с атмосферой, энергопровод 11 в виде огнепроводного шнура из быстрогорящего топлива, воспламеняемый при запуске с помощью электро- или пиросредств. При высокой скорости воспламенения топливного заряда от первоначального импульса, создающего начальный очаг возгорания, быстро перемещающийся по длине заряда без дополнительного источника тепла, огнепроводный шнур может отсутствовать. Сопла 3 ОТ размещены с обоих сторон коллектора 1 под углом Г к нормали и создают при работе горизонтальную струйную завесу из аэрозоля. Полость коллектора 1 ОТ, показанного на фиг. 5, разделена стенками 12 из легкосгораемого материала. В одной из них размещен пастообразный топливный заряд 4, а в другой энергопровод 11. Сопла 3 образованы в перемычках 13, выполненных по спирали 14 вдоль коллектора 1. Истекающие при работе из сопел продукты сгорания создают вокруг такого ОТ равномерную концентрацию аэрозоля.

Температурные изменения объема пастообразного заряда 4 компенсируются за счет деформации поперечного сечения коллектора 1 овальной формы для ОТ, показанного на фиг.1 и 2, или стенок 12 внутренней полости для ОТ, показанного на фиг.5.

Перспективный ОТ на твердом аэрозольном топливе, поперечное сечение которого приведено на фиг.6, содержит коллектор в виде перфорированного отверстиями 15 и загерметизированного снаружи защитным покрытием 16 трубчатого заряда 4. При подаче во внутренний канал 17 заряда 4 теплового импульса от энергопровода топливо воспламеняется и аэрозоль после прорыва герметизирующего покрытия 16 через отверстия 15 истекает наружу.

Автономный линейный ОТ в форме тороида, запускающийся непосредственно при возникновении пожара в защищаемом объеме нефтехранилища 18, приведен на фиг. 7. ОТ имеет положительную плавучесть в нефтепродукте. Энергопровод 11, выполненный из быстрогорящего топлива с заданной температурой воспламенения, на отдельных участках коллектора 1 выведен наружу через сопла 3, ориентированные в направлении центра тора. При возникновении пожара воспламеняются участки энергопровода 11 и от них луч огня через сопла 3 воспламеняет заряд топлива. Подаваемые параллельно поверхности 19 нефтепродукта струи аэрозоля ингибируют воздух и создают газовую завесу, препятствующую поступлению в зону горения свежего воздуха. Высокое быстродействие срабатывания ОТ несколько секунд от начала пожара позволяет эффективно подавить возгорание на ранней стадии.

Экспериментальными исследованиями, проведенными совместно с предприятием-разработчиком аэрозольного состава, подтверждена реализуемость основных решений, закладываемых в изобретение.

Использование предложенного ОТ, основные узлы которого коллектор, топливный заряд, энергопривод, могут изготавливаться по высокопроизводительной технологии, например, экструдированием, литьем, печатным монтажем и т.п. что позволит, по мнению разработчика, существенно повысить эффективность и безопасность ОТ, удешевить и сделать системы пожаротушения на его основе доступными для широкого использования, включая объекты бытового назначения.

Использование: в противопожарной технике. Сущность: линейный огнетушитель содержит трубчатый корпус с огнетушащим веществом и энергопривод для запуска, корпус выполнен в виде коллектора с распылительными соплами, в качестве огнетушащего вещества использован заряд аэрозольного топлива, а энергопривод осуществляет его воспламенение по всей длине или на отдельных участках длины коллектора. Коллектор в поперечном сечении выполнен профилированным и имеет эжектор, отражатель или охладитель струи. Поперечное сечение коллектора может быть выполнено с переменным радиусом кривизны, а коллектор может быть разделен на две полости, в одной из которых может размещаться заряд аэрозольного топлива, а другая сообщена с соплами. Полости могут быть образованы концентрично расположенными поверхностями, а сопла установлены в перемычках, соединяющих стенки полостей. Перемычки по длине коллектора могут быть установлены по винтовой линии. Поверхность внутренней полости может быть выполнена из легкоплавкого материала, например, аэрозольного топлива. Коллектор может быть выполнен из гибкого материала, например, армированного рукава или из аэрозольного топлива. Энергопривод размещен снаружи коллектора и контактирует с зарядом через отверстия сопел или вмонтированные в коллектор места вскрытия поверхностей истечения, которые могут быть установлены по длине коллектора с переменным шагом. Энергопривод так же может быть выполнен в виде электропривода с участками из материала с высоким электрическим сопротивлением, которые могут быть покрыты инициирующим составом. Энергопривод может быть выполнен в виде быстрогорящего огнепроводного шнура с заданной температурой воспламенения и выведен наружу через сопла. 17 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. Линейный огнетушитель, содержащий удлиненный трубчатый корпус с огнетушащим веществом и энергопровод для запуска, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде коллектора с распылительными соплами, в качестве огнетушащего вещества использован заряд аэрозольного топлива, а энергопровод осуществляет его воспламенение на всей или отдельных участках длины коллектора. 2. Огнетушитель по п. 1, отличающийся тем, что коллектор в поперечном сечении выполнен профилированным. 3. Огнетушитель по п.2, отличающийся тем, что поперечное сечение коллектора выполнено с наружными профилированными элементами, например в виде стенок газодинамических устройств эжектора, отражателя или охладителя струи. 4. Огнетушитель по п.2, отличающийся тем, что поперечное сечение коллектора выполнено с переменным радиусом кривизны, например, в форме овала. 5. Огнетушитель по п.2, отличающийся тем, что поперечное сечение коллектора раздельно как минимум на две полости, в одной из которых размещен заряд аэрозольного топлива, а другая сообщена с соплами. 6. Огнетушитель по п.5, отличающийся тем, что одна из полостей коллектора размещена внутри другой, например, концентрично, при этом сопла установлены в перемычках, соединяющих стенки полостей. 7. Огнетушитель по п.6, отличающийся тем, что перемычки по длине коллектора установлены по винтовой линии. 8. Огнетушитель по п.5, отличающийся тем, что стенка внутренней полости выполнена из легкосгораемого материала, например аэрозольного топлива. 9. Огнетушитель по п.1, отличающийся тем, что коллектор выполнен из гибкого материала, например армированного рукава. 10. Огнетушитель по п. 1, отличающийся тем, что коллектор выполнен из аэрозольного топлива. 11. Огнетушитель по п. 1, отличающийся тем, что энергопровод размещен снаружи коллектора и контактирует с зарядом через отверстия сопел или вмонтированные в коллектор места вскрытия поверхностей истечения. 12. Огнетушитель по п.1, отличающийся тем, что сопла или места вскрытия поверхностей истечения установлены по длине коллектора с переменным шагом. 13. Огнетушитель по п.1, отличающийся тем, что энергопровод выполнен в виде электропровода (электропроводов) с участками из материала с высоким электрическим сопротивлением, соединенных последовательно или параллельно. 14. Огнетушитель по п.13, отличающийся тем, что участки воспламенителя из материала с высоким электрическим сопротивлением покрыты инициирующим составом. 15. Огнетушитель по пп.1 и 5, отличающийся тем, что энергопровод размещен в полости коллектора, сообщающейся с соплами. 16. Огнетушитель по п.15, отличающийся тем, что энергопровод выполнен в виде быстрогорящего огнепроводного шнура с заданной температурой воспламенения и выведен наружу через сопла на части длины коллектора. 17. Огнетушитель по п. 1, отличающийся тем, что сопла установлены под углом к поверхности коллектора, например, по касательной. 18. Огнетушитель по п.1, отличающийся тем, что он имеет положительную плавучесть в защищаемой от возгорания жидкости, например нефтепродукте.