ГЕНЕРАТОР ОГНЕТУШАЩЕГО АЭРОЗОЛЯ Российский патент 2008 года по МПК A62C13/00 

Изобретение относится к противопожарной технике, а более конкретно к устройствам объемного тушения, генерирующим газоаэрозольные ингибиторы горения, и может быть использовано для тушения пожаров в замкнутых или полузамкнутых пространствах, преимущественно, производственных и складских помещений, моторных и багажных отсеков транспортных средств, объектов электроснабжения.

Известен генератор огнетушащего аэрозоля, содержащий корпус с камерой сгорания, твердотопливный аэрозольобразующий заряд и теплопоглотитель, при этом корпус выполнен в виде двух цилиндров разного диаметра, один торец каждого цилиндра открыт, а другой снабжен дном, цилиндры соосно установлены один внутри другого таким образом, что внутренний цилиндр открытым торцом обращен к дну наружного цилиндра и между боковыми стенками цилиндров образован кольцевой зазор, причем твердотопливный аэрозольобразующий заряд установлен во внутреннем цилиндре вблизи его дна посредством перфорированной опоры со стойками, а теплопоглотитель размещен в кольцевом зазоре между боковыми стенками цилиндров, см. пат. RU, кл. А62С 37/00, №2091104, опубликован 1997.09.27. В указанном известном генераторе не решена проблема теплозащиты дна наружного цилиндра, на которое оказывает непосредственное воздействие форс от горящего канального заряда.

Известен беспламенный генератор огнетушащего аэрозоля, содержащий цилиндрический корпус с выпускными отверстиями, воспламенитель, заряд из аэрозольобразующего состава, охлаждающий элемент и лабиринтный блок охлаждения, при этом в корпусе установлен металлический стакан, который образует с цилиндрической частью корпуса лабиринтный зазор, внутри стакана расположены заряд и охлаждающий элемент, разделенные камерой догорания продуктов горения, см. пат. RU, кл. А62С 13/22, №2208463, опубликован 2003.07.20. Воспламенитель расположен непосредственно в канале заряда, что при определенных условиях может послужить причиной разрушения заряда в момент срабатывания воспламенителя и нештатного функционирования генератора в целом.

Известен генератор огнетушащего аэрозоля, содержащий помещенные аксиально в корпусе через прослойку строительного гипса пиротехническую шашку, блок охлаждения из гранул абляционного материала, в сообщающейся с камерой сгорания центральной огнепередаточной трубке которого закреплен воспламенитель, связанный с устройством дистанционного управления, выпуклую крышку с распределенными выходными радиальными отверстиями и сформированный в корпусе над блоком охлаждения перфорированный ресивер, характеризующийся тем, что ресивер выше перфораций перекрыт алюминиевой мембраной, расположенной над воспламенителем, и геометрически замкнутой на корпусе по контуру крышкой, выходные отверстия которой закрыты бандажом из алюминиевой фольги, при этом воспламенитель связан с устройством дистанционного управления через закрытый коммутатор, см. пат. RU, кл. А62С 3/02, №2205671, опубликован 2003.06.10. Генератор обладает повышенной функциональной надежностью и расширенными технологическими возможностями при эксплуатации в условиях высокой атмосферной влажности. В генераторе центральная огнепередаточная трубка с закрепленным в ней воспламенителем в известной степени уподоблены оружейному стволу, из которого ведется лобовая стрельба «в упор» по пиротехнической шашке. Такая схема огневого воздействия обеспечивает надежное воспламенение шашки, но не гарантирует ее целостность.

Известен генератор огнетушащего аэрозоля для объемного пожаротушения, содержащий корпус, твердотопливный аэрозольобразующий элемент в виде двух зарядов, инициатор и теплопоглощающий элемент, размещенный в полукорпусе с перфорированным дном и закрепленный в нем перфорированной перегородкой, заряды выполнены в виде цилиндрических одноканальных шашек из одинакового состава, на глухое дно полукорпуса напротив канала медленногорящего заряда нанесено теплозащитное покрытие, теплопоглощающий элемент выполнен в виде гранул, засыпанных в полукорпус, при этом объем полукорпуса по длине разделен по крайней мере на две секции металлическими сетками, см. пат. RU, кл. А62С 13/22, №2078599, опубликован 1997.05.10. За счет оснащения генератора дополнительным зарядом он обеспечивает надежное и эффективное пожаротушение при негерметичности защищаемого объема или его разгерметизации в процессе тушения. Данное известное конструкторское решение принято в качестве прототипа, как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату аналог.

Недостатком прототипа является свободное расположение инициатора в виде электрозапала, что снижает надежность его срабатывания и воспламенения зарядов. В момент срабатывания инициатора он, не успевая полностью сгореть, перемещается ввиду отсутствия крепления и под воздействием общего потока газов в наиболее удаленную от заряда область генератора. Результатом такой организации процесса воспламенения может оказаться вынужденное увеличение массы инициатора. Кроме того, как уже отмечалось, инициатор расположенный непосредственно в канале заряда, представляет угрозу его целостности в момент воспламенения. Еще одним важным недостатком прототипа является наличие в его конструкции различных зарядов, каждый из которых выполняет специфическую функцию. При разрушении любого из зарядов в момент воспламенения или в процессе его горения возрастает вероятность нештатной работы генератора в целом. Указанные недостатки прототипа ухудшают его потребительские свойства и не позволяют использовать для целей настоящего изобретения.

Предлагаемое изобретение направлено на достижение технического результата, который выражается в повышении надежности воспламенения и функционирования твердотопливного заряда аэрозольобразующего состава при снижении массы инициатора и средства его запуска. В генераторе максимально сохранены все положительные свойства прототипа, наиболее важными из которых являются использование одного и того же типа твердого топлива для изготовления зарядов и возможность дистанционного управления процессом инициирования.

В конечном итоге указанный технический результат повышает надежность срабатывания генератора огнетушащего аэрозоля в целом и обеспечивает достижение высокой эффективности тушения пожаров.

Указанный положительный результат достигается тем, что генератор огнетушащего аэрозоля, содержащий корпус с цилиндрической оболочкой, сплошным дном и перфорированным дном, заряд аэрозольобразующего состава, размещенный между сплошным дном и закрепленным на корпусе опорным кольцом, блок охлаждения, зафиксированный с одной стороны перфорированным дном, а со стороны заряда перфорированной перегородкой, и инициатор со средством запуска, отличается от прототипа тем, что он снабжен цилиндрической втулкой с перфорированной боковой поверхностью, расположенной на внутренней поверхности сплошного дна по оси корпуса. При этом заряд выполнен многошашечным, состоящим из одной центральной и, по меньшей мере, двух периферийных цилиндрических шашек, причем центральная цилиндрическая шашка расположена по оси корпуса с возможностью опоры одним торцом на цилиндрическую втулку, а другим на перфорированную перегородку. Периферийные цилиндрические шашки расположены продольно с осевым смещением относительно центральной по окружности между центральной шашкой и цилиндрической оболочкой корпуса. Инициатор со средством запуска смонтирован внутри цилиндрической втулки.

Оптимальным с точки зрения достижения указанного положительного эффекта является генератор, снабженный по меньшей мере одним сепаратором для образования гарантированного зазора между боковыми поверхностями периферийных цилиндрических шашек, который имеет в поперечном сечении лучевую структуру и установлен на центральной цилиндрической шашке. Принципиально возможно оснащение генератора двумя и более однотипными сепараторами.

Во всех исполнениях генератора предпочтительно выполнение в его переднем дне резьбового отверстия для монтажа средства запуска инициатора и заполнение внутренней полости цилиндрической втулки между сплошным дном и инициатором термостойким герметиком.

В генераторе в качестве огнетушащего аэрозоля используют продукты сгорания зарядов из специально скомпонованных самогорящих высокомолекулярных соединений типа баллиститных, пиротехнических либо смесевых порохов. Такие заряды, обладающие определенными физико-механическими характеристиками, требуют обеспечения специальных условий при транспортировании, хранении, воспламенении и функционировании для предотвращения их разрушения, особенно при интенсивных знакопеременных нагрузках и больших колебаниях температур. Поскольку вероятность разрушения заряда полностью исключить невозможно, представляется целесообразным предусмотреть уменьшение негативных последствий, связанных с этим явлением. Наиболее вероятным с точки зрения разрушения заряда является момент его воспламенения, когда действующие на него нагрузки приобретают максимальные значения.

Наличие цилиндрической втулки, перфорированной боковой поверхностью, расположенной на внутренней поверхности сплошного дна, позволяет разместить в ней систему воспламенения, состоящую из инициатора и средства запуска, что сводит к минимуму их ударное воздействие на заряд. Кроме того, воспламенительные газы, проделывая сложный путь перед соприкосновением с поверхностью шашки, теряют значительную часть своей кинетической энергии. Касательный характер такого соприкосновения в совокупности с однонаправленным перемещением воспламенительных газов и продуктов сгорания заряда создают оптимальные условия воспламенения и предотвращения эрозионного горения. Центральная цилиндрическая шашка в процессе транспортировки и хранения подвержена наибольшим нагрузкам. Примененная схема позволяет значительно разгрузить центральную шашку в момент воспламенения за счет осевого смещения и вывода тем самым из опасной зоны.

Выполнение заряда многошашечным, с одной центральной и несколькими периферийными шашками, позволяет повысить надежность работы генератора. При разрушении одной из шашек многошашечного заряда отклонение внутрибаллистических характеристик от расчетных будет не таким значительным как при разрушении единственной шашки. Кроме того, многошашечная конструкция позволяет, не усложняя форму вкладного заряда всестороннего горения, реализовать высокое быстродействие генератора (до нескольких миллисекунд) при использовании медленногорящих твердых топлив. Наиболее оптимальной является конструкция с одной центральной и шестью периферийными однотипными шашками, что соответствует максимальной плотности упаковки заряда, однако возможно другое количество периферийных шашек, в зависимости от конструктивного оформления генератора. Количество периферийных шашек не может быть меньше двух, поскольку в противном случае существенно осложняется решение проблемы воспламенения заряда в выбранной схеме.

Все основные элементы генератора надежно закреплены в корпусе и дистанцированы друг от друга, что исключает возможность их нежелательного контакта, трения, разрушения или самопроизвольного срабатывания в процессе эксплуатации, особенно если генератор смонтирован на подвижном объекте, например в мотоотсеке автомобиля, судна или самолета. Средство запуска надежно закреплено в резьбовом отверстии сплошного дна, зафиксировано термостойким герметиком и вместе с инициатором отделено от заряда цилиндрической втулкой. Шашки заряда неподвижно зафиксированы по торцам, а, кроме того, отделены друг от друга одним или несколькими сепараторами, лучевая структура которых повторяет форму периферийных шашек и задает величину зазора между ними.

Техническое решение иллюстрировано чертежами.

На фиг.1 изображен общий вид генератора огнетушащего аэрозоля; фиг.2 - поперечный разрез А-А генератора.

Корпус генератора огнетушащего аэрозоля состоит из цилиндрической оболочки 1, сплошного (переднего) дна 2 и перфорированного дна 3. В корпусе размещен многошашечный заряд аэрозольобразующего состава, состоящий из одной центральной цилиндрической шашки 4 и нескольких периферийных цилиндрических шашек 5. На фиг. изображен семишашечный заряд с шестью периферийными цилиндрическими шашками 5, соответствующий рациональной схеме с высокой плотностью упаковки. Шашки 4 и 5 имеют одинаковые геометрические размеры, изготавливаются из одного и того же состава по смесевой технологии и перерабатываются методами свободного литья или литья под давлением. В корпусе также размещены блок охлаждения 6 и инициатор 7 со средством запуска 8. По оси корпуса, на внутренней поверхности сплошного дна 2 посредством резьбового участка установлена цилиндрическая втулка 9 с перфорированной сквозными отверстиями 10 боковой поверхностью. На внутреннюю поверхность сплошного дна 2 и торцевую поверхность цилиндрической втулки 9 нанесен слой теплозащитного покрытия 11, который предотвращает перегрев внешней поверхности сплошного дна 2. Теплозащитное покрытие 11 изготовлено из термостойкой резины и одновременно обеспечивает дополнительную продольную фиксацию шашек 4 и 5 вкладного заряда в корпусе за счет предварительного поджатия. На внутренней поверхности цилиндрической оболочки 1 установлены опорное кольцо 12 и перфорированная перегородка 13. Центральная шашка 4 заряда расположена по оси корпуса с возможностью опоры одним торцом на торцевую поверхность цилиндрической втулки 9, а другим на перфорированную перегородку 13. Все периферийные шашки 5 смещены в осевом направлении относительно центральной шашки 4 и расположены по окружности 14 вокруг нее. Кроме того, все периферийные шашки 5 расположены в кольцевом зазоре между центральной шашкой 4 и внутренней поверхностью цилиндрической оболочки 1 с возможностью опоры одним торцом на внутреннюю поверхность сплошного дна 2, а другим на опорное кольцо 12. На центральной шашке 4 коаксиально установлен сепаратор 15, который имеет в поперечном сечении шестилучевую структуру и дистанцирует боковые поверхности периферийных шашек 5 друг от друга. На фиг. изображен генератор с одним сепаратором 15. Инициатор 7 представляет собой, например, навеску зернистого пороха в легкоразрушаемом футляре и может быть каким-либо образом зафиксирован внутри цилиндрической втулки 9. Средство запуска 8 представляет собой, например, пиропатрон, который смонтирован в резьбовом отверстии 16, которое выполнено в сплошном дне 2. Для повышения надежности крепления средства запуска 8 и герметичности внутренняя полость цилиндрической втулки 9 между сплошным дном 2 и инициатором 7 заполнена термостойким герметиком 17, например эпоксидным компаундом. Для предотвращения несанкционированного срабатывания и предохранения от повреждения узла воспламенения сплошное дно 2 снабжено крышкой 18. Блок охлаждения 6 может быть выполнен в виде засыпки механической смеси кристаллогидратов солей металлов и/или ультрадисперсных порошков ингибиторов, ограничен с обеих сторон металлическими или пластиковыми сетчатыми вставками 19 и зафиксирован с одной стороны перфорированным дном 3, а со стороны заряда - перфорированной перегородкой 13.

Генератор огнетушащего аэрозоля функционирует следующим образом.

Генератор может быть установлен стационарно в месте наиболее вероятного (нежелательного) возникновения пожара либо использоваться как перемещаемый огнетушитель. В любом случае электрические контакты (на фиг. они изображены в виде отрезков электропровода) средства запуска 8 должны быть подключены к цепи источника электроимпульса. При функционировании генератора в составе автономной системы пожаротушения последняя содержит средства автоматического обнаружения и запуска. После возникновения и обнаружения очага пожара управляющий импульс подается на средство запуска 8, которое при срабатывании создает кратковременную направленную на инициатор 7 струю пламени, воспламеняющую последний. Инициатор 7 является тоже достаточно кратковременным, но мощным источником высокотемпературных газов, которые вначале заполняют внутренний объем цилиндрической втулки 9 и лишь затем через сквозные отверстия 10 воздействуют на многошашечный заряд аэрозольобразующего состава. Наличие термостойкого герметика 17 не только предотвращает самопроизвольное вывинчивание средства запуска 8 при транспортировке генератора, но и повышает его герметичность в процессе работы. Цилиндрическая втулка 9, таким образом, выполняет роль форкамеры, которая воспринимает давление срабатывания средства запуска 8 инициатора 7 и выдает только направленные струи высокотемпературного «мятого» газа, предотвращая разрушение заряда. Наличие термостойкого герметика 17 не только предотвращает самопроизвольное вывинчивание средства запуска 8 при транспортировке генератора, но и обеспечивает его герметичность в процессе работы. Благодаря наличию сепаратора 15 воспламенительные газы гарантировано направлены в зазор между периферийными цилиндрическими шашками 5, обтекая их по касательной. Такая схема воспламенения заряда является достаточно надежной и простой, поскольку обеспечивает минимальный разброс параметров и обеспечивается доступными средствами. Воспламенение и горение периферийных цилиндрических шашек 5 и центральной цилиндрической шашки 4 происходит практически одновременно в условиях продольного истечения продуктов сгорания. Каждая шашка является независимым источником газа, благодаря чему не образуется компактного центрального жгута пламени на входе в блок охлаждения 6, как при единственной шашке. Высокотемпературные продукты сгорания многошашечного заряда аэрозольобразующего состава равномерным фронтом по всей площади поперечного сечения цилиндрической оболочки 1 проходя через перфорированную перегородку 13, и металлические или пластиковые сетчатые вставки 19 взаимодействуют с твердофазным наполнителем блока охлаждения 6. В результате такого термогазодинамического взаимодействия высокотемпературных аэрозольсодержащих продуктов сгорания с поверхностью твердофазного охладителя происходит отщепление кристаллизированной воды, разложение механической смеси кристаллогидратов солей металлов и ультрадисперсных порошков ингибиторов углеводородных пламен. При этом происходит эффективное снижение до требуемой температуры огнетушащей газоаэрозольной смеси с 2000К до 390...430К и насыщение ее ингибиторами углеводородных пламен. Образующаяся в генераторе газоаэрозольная пожаротушащая смесь через перфорированное дно 3 поступает непосредственно в зону возникновения пожара. Конфигурация перфорированного дна 3 и его геометрические размеры обеспечивают устойчивое горение заряда и требуемые расходные характеристики.

Таким образом, все отличительные от прототипа признаки генератора огнетушащего аэрозоля направлены на получение положительного результата, а именно повышение надежности срабатывания и достижение высокой эффективности тушения. Генератор, характеризующийся описанной совокупностью существенных признаков, является новым, промышленно применим и соответствует изобретательскому уровню.

Изобретение относится к устройствам объемного тушения, генерирующим газоаэрозольные ингибиторы, и может быть использовано в замкнутых или полузамкнутых пространствах. Для повышения надежности срабатывания генератор содержит корпус с цилиндрической оболочкой, сплошным дном и перфорированным дном, заряд аэрозольобразующего состава, блок охлаждения, зафиксированный с одной стороны перфорированным дном, а со стороны заряда - перфорированной перегородкой. На внутренней поверхности сплошного дна по оси корпуса расположена цилиндрическая втулка с перфорированной боковой поверхностью. Заряд выполнен многошашечным, состоящим из одной центральной и, по меньшей мере, двух периферийных цилиндрических шашек, причем центральная цилиндрическая шашка расположена по оси корпуса с возможностью опоры одним торцом на цилиндрическую втулку, а другим на перфорированную перегородку, периферийные цилиндрические шашки расположены продольно с осевым смещением относительно центральной по окружности между центральной шашкой и цилиндрической оболочкой корпуса, инициатор со средством запуска смонтирован внутри цилиндрической втулки. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Генератор огнетушащего аэрозоля, включающий корпус с цилиндрической оболочкой, сплошным дном и перфорированным дном, заряд аэрозольобразующего состава, размещенный между сплошным дном и закрепленным на корпусе опорным кольцом, блок охлаждения, зафиксированный с одной стороны перфорированным дном, а со стороны заряда аэрозольобразующего состава - перфорированной перегородкой, и инициатор со средством запуска, отличающийся тем, что он снабжен цилиндрической втулкой с перфорированной боковой поверхностью, расположенной на внутренней поверхности сплошного дна по оси корпуса, при этом заряд аэрозольобразующего состава выполнен многошашечным, состоящим из одной центральной и, по меньшей мере, двух периферийных цилиндрических шашек, причем центральная цилиндрическая шашка расположена по оси корпуса с возможностью опоры одним торцом на цилиндрическую втулку, а другим - на перфорированную перегородку, периферийные цилиндрические шашки расположены продольно с осевым смещением относительно центральной по окружности между центральной шашкой и цилиндрической оболочкой корпуса, инициатор со средством запуска смонтирован внутри цилиндрической втулки.2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен по меньшей мере одним сепаратором для образования гарантированного зазора между боковыми поверхностями периферийных цилиндрических шашек, который имеет в поперечном сечении лучевую структуру и установлен на центральной цилиндрической шашке.3. Генератор по п.1 или 2, отличающийся тем, что в переднем дне выполнено резьбовое отверстие для монтажа средства запуска инициатора, а внутренняя полость цилиндрической втулки между сплошным дном и инициатором заполнена термостойким герметиком.