УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЪЕМНОГО ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВ Российский патент 1998 года по МПК A62C13/22 A62C19/00 

Изобретение относится к технике пожаротушения, а именно, к аэрозольным средствам объемного тушения загораний в производственных, бытовых и других закрытых помещениях.

Известны устройства (генераторы, огнетушители) для аэрозольного объемного тушения пожаров: патенты РФ N 2028169 кл. A 62 C 19/00, 95 г. 2031671 кл. A 62 C 19/00, 95 г, патент СССР N 1834669 кл. A 62 C 13/02, 88, а.с. СССР N 1741821 кл. A 62 C 13/22, 87, принцип действия которых основан на генерации огнетушащего аэрозоля при сгорании твердотопливного заряда. Их общим недостатком с точки зрения обеспечения объемного тушения является наличие строго направленной вдоль оси устройства струи огнетушащего аэрозоля, что не позволяет быстро и равномерно заполнять аэрозолем защищаемый объем и снижает эффективность тушения.

Известно также устройство для аэрозольного объемного тушения (см. прототип), свободное от указанного недостатка и принятое авторами за прототип. Оно включает камеру сгорания, размещенный в ней твердотопливный аэрозолеобразующий заряд с воспламенителем. Заряд выполнен в виде двух расположенных оппозиционно друг другу половин, в каждой из которых имеется глухой центральный канал. Данное устройство предусматривает объемный захват очага пожара за счет радиального истечения аэрозоля через кольцевой зазор между полукорпусами и обеспечивает сравнительно быстрое и равномерное заполнение защищаемого объема огнетушащим аэрозолем и, соответственно, более эффективное тушение.

Недостатком указанной конструкции является малая дальность распыла огнетушащего аэрозоля. Разворот потока на 90 градусов и струйное безвихревое распыление аэрозоля определяют наличие больших гидродинамических сопротивлений, как в самой конструкции на выходе из камеры, так и в окружающей среде. В связи с этим огнетушащая концентрация в защищаемом объеме достигается лишь через довольно продолжительное время.

Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков и создание конструкции устройства для объемного пожаротушения с более высокой эффективностью тушения за счет увеличения дальности распыла аэрозоля и, соответственно, ускорения охвата аэрозолем защищаемого объема, достижения огнетушащей конструкции и сокращении времени тушения.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что аэрозолеобразующий заряд, выполненный, как и у прототипа, в виде двух расположенных оппозиционно друг другу полузарядов, имеет на каждом из них кольцевую проточку, радиус которой r (см. чертеж) составляет 0,5 - 0,75 радиуса R наружной поверхности полузаряда, а глубина кольцевой проточки h составляет 1,0 - 2,0 диаметра d центральной торцевой части полузаряда, ограниченной кольцевой проточкой.

Увеличение дальности распыла аэрозоля в предлагаемой конструкции достигается за счет организации в его потоке крупномасштабных периодических вихревых структур. Крупномасштабные (когерентные вихревые кольца закручены по потоку, за счет чего существенно снижается сопротивление их прохождению в окружающей среде. Следовательно, дальность доставки аэрозоля в зоне пожара также существенно возрастает, сокращается время достижения огнетушащей концентрации в средней по объему и, соответственно, время тушения.

На чертеже изображен общий вид предлагаемой конструкции устройства, реализованной в виде генератора аэрозоля. Она содержит корпус 1, заряд 2, состоящий из двух расположенных оппозиционно друг другу полузарядов, узел воспламенения 3, клеммную колодку 4, скобу 5, вставки 6. Корпус состоит из двух полукорпусов, соединенных между собой через вставки, в результате чего (как и у прототипа) образуется кольцевой зазор для истечения продуктов сгорания (огнетушащего аэрозоля). Каждый из полузарядов имеет кольцевую проточку. При возникновении пожара на клеммную колодку подается электрическое напряжение для инициирования воспламенителя и запуска генератора. Скоба 5 служит узлом крепления генератора в защищаемом помещении.

Из литературы известно (см., например, Итоги науки и техники. Механика жидкости и газа, том 20, М, 1986 г, с. 6), что истечение потока в виде периодических когерентных вихрей возможно при наличии в потоке двух кольцевых вихрей. При этом спаривание двух вихрей в начальном участке струи приводит к образованию в потоке крупно-масштабных периодических вихревых структур.

Применение в полузарядах кольцевых проточек создает в газовой полости предложенной конструкции две вихревые структуры. Первый "наружный" вихрь, как и у устройства-прототипа находится в застойной зоне газовой полости генератора на выходе потока из кольцевого зазора (поз. 7). Второй "внутренний" вихрь находится в центральной части газовой полости генератора на оси симметрии (поз. 8). Он создается за счет неустойчивости слоев смешения двух потоков различной плотности: из кольцевой проточки заряда и потока газа от центральной торцевой части заряда, ограниченной кольцевой проточкой.

На основе численно-экспериментальных данных авторами было установлено, что большое значение на образование в начальном участке струи крупномасштабных периодических вихревых структур имеет само местоположение кольцевых проточек в полузарядах генератора относительно продольной оси симметрии. Радиус кольцевых проточек r в полузарядах должен быть равен 0,5 - 0,75 от радиуса наружной поверхности полузаряда R. Именно только при таком местоположении кольцевых проточек в полузарядах в газовой полости генератора гарантировано создаются две вихревые структуры и их парное взаимодействие, приводящее к образованию в начальном участке струи истечения продуктов сгорания из генератора крупномасштабных периодических вихрей. Так при r < 0,5R отсутствует "внутренний" вихрь в центральной части газовой полости генератора на оси симметрии. Связано это с тем, что непосредственное расположение кольцевых проточек вблизи продольной оси симметрии приводит к тому, что поток продуктов сгорания из них практически "захватывает" все пространство и в центральной части газовой полости генератора. В результате этого течение становится однородным безвихревым по разомкнутым линиям тока. При r > 0,75R "внутренний" вихрь, находящийся в центральной части газовой полости генератора, становится практически соизмеримым с "наружным" вихрем, который находится в застойной зоне газовой полости генератора на выходе потока из кольцевого зазора. В результате этого "внутренний" вихрь, обладая большой массой и размерами, не догоняет "наружный" вихрь при выходе из газовой полости генератора, и спаривание вихрей не происходит. Таким образом, не выполняется основное условие образования в потоке крупномасштабных периодических вихревых структур. Истечение продуктов сгорания из газовой полости генератора идет в этом случае по типу вихревой пелены, которая имеет со стороны окружающей среды большое сопротивление.

Экспериментально установлено также, что в предложенной конструкции генератора важное значение имеет и глубина кольцевой проточки h. Ее величина должна составлять 1,0 - 2,0 диаметра d центральной торцевой части полузарядов, ограниченной кольцевой проточкой. Как отмечалось выше, второй "внутренний" вихрь, находящийся в центральной части газовой полости генератора на оси симметрии, создается за счет неустойчивости слоев смещения двух потоков различной плотности: из кольцевой проточки заряда и потока газа от центральной торцевой части заряда, ограниченной кольцевой проточкой. Неустойчивость слоев смещения двух потоков имеет место только при выполнении вышеназванных соотношений. При h < d газоприход со стороны кольцевых проточек полузарядов и их центральных торцевых поверхностей, ограниченных этими проточками, эквивалентны. В результате этого в центральной части газовой полости генератора течение продуктов сгорания однородно, устойчиво, и второй "внутренний вихрь" отсутствует. При h > 2d газоприход со стороны кольцевых проточек значительно превосходит газоприход со стороны центральных торцевых поверхностей полузарядов. В результате этого поток продуктов сгорания из кольцевых проточек практически "захватывает" все пространство в центральной части газовой полости генератора. Течение в центральной части газовой полости генератора также становится однородным, безвихревым по разомкнутым линиям тока. И, как следствие, второй "внутренний" вихрь отсутствует.

Таким образом, только при наличии на каждом полузаряде кольцевой проточки с r = (0,5 - 0,75)R и h = (1,0 - 2,0)d гарантировано обеспечивается образование в газовой полости генератора двух вихрей "наружного" и "внутреннего". Парное взаимодействие этих вихрей в начальном участке истечения огнетушащего аэрозоля (продуктов сгорания заряда генератора) создает в его потоке крупномасштабные вихревые кольца, за счет чего и удается увеличить дальность распыла аэрозоля и повысить эффективность тушения.

Сравнительные испытания прототипа и заявляемой конструкции показали (при одинаковых массогабаритных характеристиках) более, чем в два раза высокую пожаротушащую эффективность последней (за счет сокращения времени тушения).

Устройство предназначено для объемного тушения пожаров. В корпусе установлен узел инициирования и аэрозольобразующий заряд, состоящий из расположенных оппозиционно один относительно другому полузарядов с кольцевой проточкой, обеспечивающей за счет образования вихревых структур снижение гидродинамического сопротивления, увеличение дальности распыла аэрозоля и, как следствие, повышение эффективности пожаротушения.

Устройство для объемного тушения пожаров, содержащее узел инициирования, аэрозолеобразующий заряд, состоящий из оппозиционно расположенных один относительно другого полузарядов, и полукорпуса, соединенные между собой через вставки с образованием кольцевого зазора для истечения продуктов сгорания, отличающееся тем, что полузаряды имеют кольцевую проточку, радиус которой составляет 0,5 - 0,75 от радиуса наружной поверхности полузаряда, а глубина составляет 1,0 - 2,0 диаметра центральной торцевой части полузаряда, ограниченной кольцевой проточкой.