СПОСОБ ТУШЕНИЯ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ Российский патент 2009 года по МПК A62C3/02 

Изобретение относится к противопожарной технике, и в частности к способам сдерживания огня, преимущественно, при лесных пожарах.

Лесные пожары обычно распространяются в виде фронта огня, чаще всего движущегося по ветру. Известным способом тушения такого пожара является создание на пути пожара заградительной полосы, препятствующей продвижению огня. В качестве препятствия могут быть использованы негорючие материалы или удалены лесные породы.

Известны как негорючие материалы, создающие огнегасящую среду, инертные газы. Так, известны стационарная установка «Саупиг», выбрасывающая жидкий азот, и передвижная «Штурм», см. патент РФ №2050865. Однако мощности обеих установок недостаточны для подавления крупных пожаров. Так, установка «Саупиг» имеет запас жидкого азота в количестве 10 т, а установка «Штурм» - всего 6 т.

Известна также установка для пожаротушения, использующая воздушно-реактивный двигатель для подачи водовоздушной огнегасящей смеси, см. патент РФ №2236876.

В качестве генератора инертного газа используют отработавшие авиационные газотурбинные двигатели (ГТД). Известен авиационный ГТД, используемый для тушения пожаров на промыслах нефти и газа, см. патент РФ №2039212.

В настоящее время многие применяемые огнегасительные составы содержат аэрозоли, которые доставляются в очаг горения с инертным газом и способствуют поглощению тепла и кислорода при смешении с продуктами горения. Однако значительная часть аэрозолей вырабатывается путем сжигания твердотопливных (пороховых) зарядов.

Известен, например, способ генерации инертной среды путем сжигания твердого топлива с выделением аэрозолей щелочных металлов по патенту РФ №2005516. Известен способ получения пороховых газов с аэрозолями твердых ингибиторов по патенту РФ №2019214. Известен также способ получения пороховых газов с аэрозолями по патенту РФ №2078599.

Известен также способ тушения пожара по патенту РФ №2102093, по которому получают инертную пену средней кратности. После смещения пены с пиротехническим газом получают инертную пену высокой кратности, содержащую аэрозоль.

Известно применение аэрозолей в виде огнестойких порошков, доставляемых в зону горения метанием, см. патенты РФ №1818107 и №2027452, струей гасящей среды, см. патент РФ №2036674.

Известен также способ тушения пожара по патенту РФ №2100302, по которому в очаг горения подают огнестойкие частицы, размеры которых принимают из расчета зависания или взвешивания частиц в восходящем потоке продуктов горения.

Известен способ тушения пожара реактивной струей ТРД, см. патент РФ №2130793. Способ работы этой установки принят за прототип предлагаемого изобретения.

При крупномасштабных лесных пожарах для наработки инертного газа требуются десятки и сотни тонн горючих материалов. Недостатком известного способа является жесткая ограниченность горючих материалов. Доставка их в район лесного пожара чаще всего становится проблематичной. В то же время недостаток горючих материалов крайне ограничивает количество вырабатываемой огнегасящей среды, что не позволяет ей противостоять мощности пожара.

Другим недостатком известного способа пожаротушения является разбавление воздухом и унос огнегасящей среды из огнезащитной полосы до подхода фронта пожара.

Целью предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, обеспечение неограниченного запаса горючих материалов для получения необходимого количества огнегасящей среды и обеспечение удержания ее в пределах огнезащитной полосы до подхода к ней фронта пожара.

Поставленная цель достигается по предлагаемому способу тушения лесных пожаров, преимущественно сильных, распространяющихся в виде фронта пожара, по которому перед фронтом пожара создают огнезащитную полосу, в которую подают смесь инертного газа с аэрозолем, при этом в качестве инертного газа используют выхлопные газы ТРД, а в качестве аэрозоля используют порошок огнестойких частиц.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в качестве горючего в ТРД используют древесный порошок, который смешивают в двухкамерном питателе со сжатым воздухом и подают в камеру сгорания ТРД, а размеры частиц аэрозоля принимают из расчета зависания их в восходящем потоке инертного газа до прихода фронта пожара.

Древесина является хорошим топливом, запасы которого на месте пожара не ограничены. Калорийность сухой древесины близка к калорийности бурого угля, зольность ее незначительна (1,5-2%). Влажность сырой древесины составляет около 30%, но эта влага полезна при сжигании топлива. Однако обычные технологии сжигания твердого топлива непригодны для условий лесного пожара. Обычно уголь и древесину сжигают в плотном или кипящем слое или в измельченном виде в открытом факеле топки. При анализе этих схем выявляются существенные недостатки, прежде всего низкая производительность единицы объема реактора и неравномерность горения.

Более совершенным является сжигание твердого топлива в проточной камере при высоком давлении. Для эффективного распыла и сжигания твердого топлива требуется более тонкое измельчение материалов, чем для сжигания их в кипящем слое или открытом факеле. Для измельчения материалов применяют шаровые, валковые, дисковые, струйные мельницы и другие агрегаты. Пылевидную древесину можно заготавливать в лесах как недорогое и возобновляемое фитотопливо. Это же оборудование может применяться непосредственно на месте пожара.

Сжигание пылевидного топлива в проточной камере ЖРД применялось еще в 60-х годах прошлого века, см. «Маленькая энциклопедия «Космонавтика», стр.296, «Металлосодержащее топливо» и стр.362, «Псевдожидкое топливо», изд. «Советская энциклопедия», М., 1970 г. Для подачи в камеру сгорания ТРД древесный порошок, или фитотопливо смешивают со сжатым воздухом от компрессора в двухкамерном питателе и подают в камеру сгорания как псевдожидкую среду. В камеру сгорания фитотопливо вводят через форсунки и сжигают с воздухом, подаваемым от компрессора ТРД. Для снижения температуры продуктов сгорания фитотопливо сжигают при недостатке кислорода. Зола, остающаяся после сгорания пылевидных частиц древесины, имеет субмикронную тонкость и не опасна для лопаток турбины. Инертный газ с избыточным давлением получают после турбины ТРД в виде выхлопных газов.

В качестве аэрозоля в инертный газ подмешивают измельченные частицы глины или грунта, получаемые на месте пожара или заготавливаемые на базах. После измельчения глины ее порошок разделяют на фракции в известных аэродинамических сепараторах, см. патенты РФ №№2102113, 2102114, 2122887 и др.

Размеры зависающих частиц аэрозоля определяют исходя из расчетной величины тяги восходящего потока инертного газа. При подаче инертного газа в объем огнезащитной полосы зависающие частицы аэрозоля утяжеляют инертный газ и удерживают его у земли как более тяжелый, чем воздух. Размеры зависающих частиц находятся в диапазоне 10-50 мкм в зависимости от времени подхода фронта пожара. Концентрация зависающего аэрозоля может достигать 2 кг/м³ инертного газа. Аэрозоли подмешивают к инертному газу с помощью вентилятора или эжектора. После подмешивания температура инертного газа снижается, что учитывается при расчете подачи огнегасящей среды (ОГС).

ОГС подают на отдельные короткие участки огнезащитной полосы путем последовательного перемещения ГТД на борту вездехода и распределения ОГС по сборным или надувным трубам, устанавливаемым в две стороны от ГТД. ОГС распределяют по короткому участку полосы, равномерно выпуская ее через отверстия в трубах и поддерживая скорость течения ее по трубам за счет постепенного уменьшения их диаметра. Телескопическое исполнение сборных труб упрощает их хранение и перевозку. За время до подхода фронта пожара по всем участкам огнезащитной полосы образуют вал огнегасящей среды.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение и использование новых масштабных средств для борьбы с лесными пожарами, в том числе доступных и неограниченных горючих материалов, инертных газов высокого давления, огнестойких аэрозолей и огнегасящих сред с заданными тактическими свойствами. Другим техническим результатом изобретения является возможность использования древесины в качестве нового псевдожидкого горючего для широкой области применения: в газотурбинных, дизельных, паросиловых установках и двигателях. Кроме того, предложенное изобретение может быть использовано для борьбы с террористами и противником путем создания защитных полос и препятствий для передвижения боевой техники и живой силы.

Сущность изобретения поясняется на примерах.

Пример 1. Низовой пожар в сыром лесу распространяется фронтом 12 км по ветру со скоростью 3 км в сутки. Огневой рубеж выбирают на расстоянии 6 км от фронта с учетом полосы мелколесья. В течение первых суток расчищают и прокладывают огнезащитную полосу шириной 15 м и подъездную дорогу. В это же время на опорной базе вблизи полосы валят лес и нарабатывают фитотопливо, добывают в карьере глину и нарабатывают зависающую пыль.

В течение следующих суток нарабатывают ОГС и заполняют ею огнезащитную полосу. По полосе, разделенной на 12 коротких участков, перемещают ГТД, переоборудованный из двигателя ТВ3-117 вертолета Ми-8. На новый участок переносят сборные трубопроводы. При работе ГТД расход сжатого воздуха составляет 10 кг/сек, расход фитотоплива при влажности 30% - 3,0 кг/сек. В течение суток ГТД вырабатывает 1,25 млн.м³ инертного газа, который образует на огнезащитной полосе вал ОГС шириной 10 м и высотой 10 м. Для удержания ОГС на полосе в инертный газ подмешивают 600 т аэрозоля тонкостью 15-20 мкм, охлаждающего инертный газ и зависающего в ОГС на время до нескольких суток.

При подходе к огнезащитной полосе фронта пожара тягой восходящего потока в зону горения подсасывается ОГС. Из-за недостатка кислорода мощность очагов горения падает, вследствие чего уменьшаются температура продуктов горения, тяга восходящего потока и подсос воздуха из атмосферы. Выбросы огня и тлеющих частей деревьев не могут преодолеть вал ОГС. В результате пожар останавливается и прекращается при догорании горящих материалов. При ослаблении пожара ГТД может перемещаться по полосе для подавления отдельных прорывов огня. За валом ОГС могут находиться обычные средства пожаротушения.

Пример 2. Верховой пожар в сыром лесу распространяется сильным ветром на фронте 20 км со скоростью 6 км в сутки. Огневой рубеж выбирают на расстоянии 18 км от фронта. В течение первых двух суток валят лес и прокладывают огнезащитную полосу шириной 20 м, подъездную дорогу и дорогу вдоль всей полосы. В это же время на опорной базе вблизи полосы нарабатывают фитотопливо, добывают в карьере глину и нарабатывают и завозят заготовленные фитотопливо и аэрозоль.

В течение следующих суток нарабатывают ОГС и заполняют ею огнезащитную полосу. По полосе, разделенной на 10 коротких участков, перемещают ГТД, переоборудованный из газотурбинной установки ГТУ-10С привода компрессора газоперекачивающей станции. На новый участок переносят сборные трубопроводы. При работе ГТД расход сжатого воздуха составляет 45 кг/сек, расход фитотоплива при влажности 30% - 13 кг/сек. В течение суток ГТД вырабатывает 5,6 млн.м³ инертного газа, который образует на огнезащитной полосе вал ОГС шириной 20 м и высотой 14 м. Для удержания ОГС на полосе в инертный газ подмешивают 2800 т аэрозоля тонкостью 15-20 мкм.

При подходе к огнезащитной полосе фронта пожара ветром забрасываются в ОГС и гаснут в ней горящие ветки и угли. По мере выгорания леса перед валом ОГС унос и выброс горящих материалов уменьшается. При ослаблении пожара ГТД может продолжать свое действие.

Пример 3. Сильный пожар в сухом лесу распространяется несколькими фронтами общей протяженностью 50 км со скоростью 4 км в сутки. Огневой рубеж выбирают на расстоянии 12 км от фронтов и пускают встречный пожар, ограничивая его мощность обычными средствами. В течение первых двух суток выжигают лес и прокладывают огнезащитную полосу шириной 30 м, подъездную и тыловую дороги. В это же время на опорные тыловые базы завозят заготовленные и наработанные на месте фитотопливо и аэрозоль.

В течение третьих суток нарабатывают ОГС и заполняют ею огнезащитную полосу. На полосе, разделенной на 5-6 меньших участков, размещают 2 мобильных ГТД, переоборудованных из газотурбинной установки ГТУ-20С привода компрессора ГПС. При переводе ТРД на другой короткий участок туда переносят и сборные трубопроводы. При работе каждой ГТД расход сжатого воздуха составляет 100 кг/сек, расход фитотоплива при влажности 30% - 30 кг/сек. В течение суток два ГТД вырабатывают 26 млн.м³ инертного газа, который образует на огнезащитной полосе вал ОГС шириной 30 м и средней высотой 17 м. Для удержания ОГС на полосе в инертный газ подмешивают 8000 т аэрозоля.

При подходе к огнезащитной полосе пожара его мощность будет ослаблена за счет выжигания леса встречным огнем. Тем не менее тяга восходящего потока увлекает в зону горения значительные объемы ОГС. Из-за недостатка кислорода мощность остающихся очагов падает, при этом исчезает тяга восходящего потока, в результате пожар прекращается.

Предлагаемое изобретение может иметь широкую область применения. При наличии на местности малоценной древесины можно использовать ее с помощью установок типа ГРД для получения недорогой тепловой и электрической энергии. При регулярном восстановлении плантаций леса фитотопливо становится широко доступным возобновляемым источником энергии.

С другой стороны, применение по данному способу ОГС позволяет жестко ограничивать действия военного противника при проведении наземных и водных боевых операций. Применение ОГС по широкой полосе или по площади позволяет блокировать и выдавливать из укрытия террористов, крыс, саранчу и других вредителей.

Предлагаемый способ может быть применен и для тушения других видов пожаров: фонтанных, поверхностных, торфяных, в закрытых объемах и других.

Изобретение относится к противопожарной технике, и в частности к способам сдерживания огня преимущественно при лесных пожарах. В качестве препятствия перед фронтом пожара создают огнезащитную полосу, в которую подают смесь инертного газа с аэрозолем, при этом в качестве инертного газа используют выхлопные газы ТРД, а в качестве аэрозоля используют порошок огнестойких частиц. Целью изобретения является обеспечение генератора инертного газа неограниченным запасом горючих материалов и обеспечение удержания инертного газа в пределах огнезащитной полосы до подхода к ней фронта пожара. Сущность изобретения заключается в том, что в качестве горючего в ТРД используют древесный порошок, который смешивают в двухкамерном питателе со сжатым воздухом и подают в камеру сгорания ТРД, а размеры частиц аэрозоля принимают из расчета зависания их в восходящем потоке инертного газа до прихода фронта пожара. Техническим результатом изобретения является получение и использование доступных и неограниченных горючих материалов, инертных газов высокого давления, огнестойких аэрозолей и огнегасящих сред с заданными тактическими свойствами. Кроме того, изобретение может быть использовано для создания защитных полос и препятствий при проведении оборонительных действий.

Способ тушения лесных пожаров, преимущественно сильных, распространяющихся в виде фронта пожара, по которому перед фронтом пожара создают огнезащитную полосу, в которую подают смесь инертного газа с аэрозолем, при этом в качестве инертного газа используют выхлопные газы турбореактивного двигателя, а в качестве аэрозоля используют порошок огнестойких частиц, отличающийся тем, что в качестве горючего в турбореактивном двигателе используют древесный порошок, который смешивают в двухкамерном питателе со сжатым воздухом и подают в камеру сгорания турбореактивного двигателя, а размеры частиц аэрозоля принимают из расчета зависания их в восходящем потоке инертного газа до прихода фронта пожара.