ВОДОАЭРОЗОЛЬНЫЙ СПОСОБ ПОЖАРОТУШЕНИЯ Российский патент 2000 года по МПК A62C3/00 

Изобретение относится к способу пожаротушения и может применяться в мобильных, индивидуальных и стационарных установках пожаротушения.

Известны способы пожаротушения мелкодисперсной распыленной водой и аэрозолеобразующими огнетушащими составами.

Так, например, известен способ тушения по патенту N 1834669, Россия, МПК A 62 C 35/00, 1993, основанный на воздействии на зону горения аэрозоля, содержащего ингибиторы горения.

Известен также способ получения струи комбинированного огнетушащего состава по патенту N 2058168, Россия, МПК A 62 C 2/00, 1993, где в качестве способа для перемешивания и распыления компонентов состава используют сверхзвуковой поток газа с параметрами торможения P=0,2-20 МПа, T=500-4000 K.

Наиболее близким к заявленному является способ тушения пожара по патенту N 2050866, Россия, МПК 6 A 62 C 3/00. Данный способ принят за прототип и заключается в подаче в зону горения под давлением распыленной воды, насыщенной до предельной растворимости солью, ингибирующей горение. Ее подают с интенсивностью 10-300 м³ в 1 с при давлении 0,5-5 МПа. Подача раствора соли происходит за счет давления, создаваемого продуктами сгорания при сжигании твердотопливного заряда. После чего в зону пожара поступает пожаротушащая аэрозоль в количестве 0,005-0,01% от массы поданного раствора.

Однако данный способ является недостаточно эффективным ввиду того, что в зону горения подается готовый раствор соли, который отрицательно воздействует на детали конструкции, при этом не используется ингибирующее действие продуктов сгорания.

Задачей изобретения является создание эффективного водоаэрозольного способа пожаротушения с образованием водоаэрозольной струи.

Поставленная задача решается следующим образом. В известном способе комбинированного пожаротушения, включающем в себя тушение мелкодисперсным распылением раствора соли и аэрозолеобразующим огнетушащим составом, тушение производится водоаэрозольной струей, состоящей из 2-7% водного раствора соли, образующегося в процессе горения аэрозолеобразующего твердотопливного заряда, содержащего ингибиторы горения на основе соединений щелочных металлов.

Способ тушения аэрозолеобразующими огнетушащими составами основан на воздействии аэрозоля на пламя. Наибольший эффект ингибирования проявляет аэрозоль, содержащий соединения щелочных металлов.

В качестве инициатора выброса и распыления воды выступает твердотопливный заряд на основе перхлората калия (83-85%). В процессе горения заряда создается поток газа, содержащий ингибитор горения на основе соединения щелочного металла с параметрами торможения P=3-6 МПа, T=800-3000 K. При взаимодействии продуктов сгорания с водой образуется раствор соли. На выходе установки образуется мелкодисперсная струя раствора соли с содержанием ингибитора горения на основе соединения щелочного металла в виде твердой фазы.

Анализируя график (фиг. 1) зависимости времени тушения от концентрации солей щелочных металлов в водной струе, видно, что наименьшим временем тушения обладают растворы с 10% содержанием солей. Добиться 10% содержания солей щелочных металлов в водном растворе можно путем значительного наполнения рецептуры твердотопливного заряда соединениями щелочных металлов, что отрицательно сказывается на газодинамических характеристиках заряда, а это недопустимо для стабильной работы установки пожаротушения.

Верхний предел оптимального содержания солей щелочных металлов, определенный экспериментально при опытных испытаниях составляет 6-7%. Нижний предел оптимального содержания солей щелочных металлов определяется исходя из условий эффективности тушения, т. е. заметное улучшение процесса тушения начинается с минимального предела концентрации в 2-3%.

Таким образом, экспериментально при отработке опытных изделий в рамках заводских испытаний была определена оптимальная концентрация солей щелочных металлов в водных растворах, которая составляет 2-7%.

Конструкция устройства, с помощью которого осуществляется заявленный способ показана на фиг. 2.

Газогенерирующее устройство состоит из корпуса 2, заполненного огнегасящей жидкостью (водой). Внутри корпуса размещается газогенератор 1. Рабочим телом газогенератора является пороховая шашка или совокупность пороховых шашек, содержащих в своем составе соединения щелочного металла. Горение шашек обеспечивает поступление в объем камеры сгорания газогенератора горячих газообразных продуктов. Продукты горения истекают из камеры сгорания через сверхзвуковое сопло 4, при этом на срезе сопла обеспечивается давление продуктов сгорания меньше, чем давление окружающей среды. Тем самым образуется зона разряжения в зазоре 3 газогенератора. Создающееся разряжение приводит к эжекции воды. По мере перемещения продукты сгорания пороховой шашки и вода перемешиваются друг с другом в трубе 5 и в виде плотной паровой завесы направляются в очаг загорания. Таким образом, на выходе мы имеем тонкодисперсную струю 2-7% водного раствора соли щелочного металла. Результирующее значение температуры смеси определяются соотношением массовых концентраций воды и продуктов сгорания пороховой шашки в формирующейся струе. Воспламенение пороховой шашки происходит от системы воспламенения 6.

В водоаэрозольной струе, попавшей в область очага горения, происходят следующие процессы.

1. За счет большой температуры в пламени испаряется водная фаза раствора соли, и соль выпадает в твердом виде. При испарении воды получаем мелкодисперсное капельное облако, за счет охлаждающего действия которого уменьшается температура продуктов горения, участвующих в окислительно-восстановительных реакциях.

2. Соль в виде твердой фазы воздействует на очаг горения. Под ее действием перекиси, необходимые для поддержания горения, разрушаются, и цепная реакция горения обрывается. Огнетушащее действие соли заключается в том, что в пламени она распадается на радикалы. Эти радикалы взаимодействуют при реакции горения с молекулами горючих веществ, имеющих реакционноспособные связи, образуя новые соединения, которые затем распадаются на новые радикалы со слабоактивными связями. Это способствует обрыву цепи и, по существу, ведет к прекращению реакции горения. На основании исследований, проведенных отечественными учеными, было доказано, что радикалы солей имеют более низкие активности, чем радикалы CH₃, OH, H, содержащиеся в пламени. При объединении обоих типов радикалов (процесс полностью осуществим при тушении) образуется малоактивные продукты реакции, необходимые для развития цепной реакции, что неизбежно ведет к обрыву реакции горения.

3. Ингибирование углеводородного пламени аэрозолью соединений щелочных металлов протекает в следующей последовательности: на первой, газовая смесь обогащается водородом; на второй, при помощи каталитического действия аэрозоля синтезируется метан и другие углеводороды, выделяется тепло; на третьей, при высоких температурах протекают химические реакции с отбором большого количества тепла и обогащением высокотемпературной зоны горючим. Происходит перераспределение выделения тепла, в результате которого уменьшается значение температуры. Это ведет к падению скорости распространения пламени и, как следствие, к прекращению цепной реакции горения.

Таким образом, предложен комбинированный способ тушения на основе охлаждающего действия мелкодисперсной воды и ингибирующего действия солей и аэрозолей на основе щелочных металлов.

Использование предлагаемого водоаэрозольного способа пожаротушения обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:
a) формирование раствора соли в процессе работы установки, что обеспечивает сохранность конструкции от нежелательного воздействия данного раствора при хранении и эксплуатации;
b) получение оптимальной концентрации ~2-7% соли в водном растворе;
c) значительное повышение эффективности пожаротушения, за счет комбинированного применения методов тушения мелкодисперсным распыленным раствором соли и аэрозолеобразующим огнетушащим составом.

Предложенное техническое решение экспериментально подтверждено и доказало свою эффективность при тушении модельных пожаров различных классов.

Заявленный способ относится к средствам пожаротушения и может применяться в мобильных, индивидуальных и стационарных установках пожаротушения. Предлагаемый способ тушения комбинированным воздействием водного раствора соли и ингибитора горения на основе соединений щелочных металлов осуществляется путем сжигания твердотопливного заряда на основе соединений щелочных металлов с последующим формированием водоаэрозольной струи с параметрами торможения Р 3 - 6 МПа, Т 800 - 3000 К и обеспечивает значительное повышение эффективности пожаротушения, 2 ил.

Водоаэрозольный способ пожаротушения, включающий в себя комбинированное тушение мелкодисперсным распылением раствора соли и аэрозолеобразующим огнетушащим составом, отличающийся тем, что тушение производят водоаэрозольной струей, состоящей из 2 - 7% водного раствора соли, получающегося в процессе горения аэрозолеобразующего твердотопливного заряда, содержащего ингибиторы горения на основе соединений щелочных металлов.