ГЕНЕРАТОР ОГНЕТУШАЩЕГО АЭРОЗОЛЯ Российский патент 2011 года по МПК A62C13/22 

Изобретение относится к области пожаротушения, а именно к устройствам, действие которых основано на использовании в качестве ингибиторов горения взвешенных высокодисперсных твердых частиц - аэрозоля, образующегося при горении шашки пиротехнического состава и выделяющегося в защищаемый объем.

Уровень данной области техники характеризует генератор аэрозоля, описанный в изобретении по патенту RU 2142836 C1, A62C 35/00, 13/22, 1999 г., который содержит пиротехническую шашку функционального состава, воспламенитель, ресивер и жестко связанные, коаксиально смонтированные, перфорированные цилиндры блока охлаждения и корпуса, оснащенные термозащитными оболочками из отверждающегося материала (строительного гипса).

Выходной реверсивный канал между корпусом и кожухом блока охлаждения закрыт крышкой с соплами, выполняющей функции диафрагмы.

На кожухе дополнительно закреплен аксиальный патрубок с эжекционными окнами для подсоса атмосферного воздуха, создающего турбулентное перемешивание со струями аэрозоля для более эффективного его охлаждения.

Надежная термоизоляция кожуха позволяет использовать этот генератор для ручного направленного тушения пожара.

Однако описанный генератор аэрозоля имеет неудовлетворительную функциональную надежность из-за наружного расположения воспламенителя, который взаимодействует с пиротехнической шашкой через протяженный ресивер.

Конструктивное выполнение генератора упрощает сборку при раздельном хранении комплектующих, но определяет необходимость использования мощного воспламенителя для гарантированного инициирования устойчивого горения пиротехнического состава шашки.

Генератор имеет относительно большую протяженность из-за наличия эжекционной насадки, что ограничивает оперативность и мобильность при ручном тушении пожаров.

Более совершенным является генератор огнетушащего аэрозоля по патенту RU 2346718, A62C 13/22, B01J 7/00, С01В 13/02, 2007 г., который по технической сущности и числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному генератору.

Известный генератор огнетушащего аэрозоля содержит управляемое от внешнего пускового устройства средство инициирования (воспламенитель) функционального заряда пиротехнических шашек, распределенных в цилиндрическом термозащищенном корпусе, совмещенным с ресивером.

Ресивер перекрыт поперечной диафрагмой, коммуникационные трубопроводы которой связывают ресивер с реверсивным выходным каналом к кольцевому соплу.

Корпус через зазор закреплен коаксиально в кожухе, открытый торец которого частично перекрыт встречно смонтированной крышкой тарельчатой формы.

Крышка дном опирается на корпус, который установлен на центральном выступе кожуха, которые образуют конструкционное единство за счет жесткого крепления посредством осевой винтовой стяжки.

Особенностью известного генератора является наличие лабиринтного реверсивного канала для перемещения к выходу генерируемого аэрозоля, при торможении и переориентации направления движения которого на преградах происходит выделение тепловой энергии, то есть аэрозоль эффективно охлаждается.

Дополнительное охлаждение аэрозоля происходит за счет выпаривания связанной воды из структуры строительного гипса термозащитных оболочек примыкающих перфорированных цилиндров корпуса, кожуха и крышки.

Конструкция характеризуется высокой конструкционной жесткостью.

Однако недостатком известного генератора аэрозоля является неудовлетворительная функциональная надежность из-за того, что пиротехническая шашка изолирована от внешней среды условно герметично, что не исключает несанкционированного ее срабатывания от ударного импульса детонации в охраняемом объеме, то есть конструкция не взрывобезопасна.

Кроме того, удельная тушащая способность этого генератора невысокая из-за относительно большой массы гипса как несущего наполнения корпуса и аккумулятора выпариваемой при функционировании влаги, необходимой для разбавления и охлаждения аэрозоля.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение функциональной надежности генератора огнетушащего аэрозоля путем обеспечение его взрывобезопасности при воздействии внешнего несанкционированного импульса из охраняемой среды и качественного более высокого охлаждения генерируемого аэрозоля, что расширяет область практического применения по назначению.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известном генераторе огнетушащего аэрозоля, содержащем пиротехническую шашку, снабженную воспламенителем, электрически связанным с внешним пусковым устройством, и скрепленную посредством прослойки из отверждающегося материала с корпусом, перекрытым диафрагмой, при этом корпус через кольцевой зазор, образуя реверсивный канал к выходному кольцевому соплу, коаксиально закреплен в термозащищенном кожухе, оснащенном центральным выступом и тарельчатой формы крышкой, смонтированной на осевой стяжке, согласно изобретению, кожух наполнен жидким маслом, покрывающим корпус, к диафрагме которого примыкает сгорающая мембрана, а над корпусом на осевой стяжке распределенно установлены поперечные диски, чередующиеся со шпангоутами внутри кожуха, при этом центральный выступ кожуха имеет радиальные отверстия и примыкает к дну крышки, а открытый торец тарельчатой крышки со стороны выходного кольцевого сопла выполнен с отбортовкой, формирующей маслосборник.

Отличительные признаки направлены на повышение функциональной надежности генератора тушащего аэрозоля за счет обеспечения его взрывобезопасности при длительном сроке службы по охране помещений различного назначения, например, с повышенным содержанием в атмосфере взвешенных частиц и влаги.

Кроме того, изделие по изобретению, согласно ГОСТ Р51046 от 01.01.98 может быть аттестовано как генератор III типа (с.4, таблица 1), так как в нем обеспечивается температура аэрозольных продуктов на срезе выпускного отверстия ниже 130°С, что недостижимо для действующих аэрозольных огнетушителей.

Размещение корпуса с пиротехнической шашкой в объеме жидкого масла, наполняющего кожух, обеспечивает ее герметичное изолирование, исключая срабатывание от несанкционированного инициирующего импульса внешней среды, то есть генератор является взрывобезопасным.

Жидкое масло, наполняющее кожух, химически инертно для генерируемого тушащего аэрозоля, который в масле не растворяется, что исключает непродуктивные потери тушащего ингибитора.

Масло имеет высокую теплоемкость, поэтому служит дополнительным конвективным охладителем аэрозоля при барботаже восходящими струями генерируемого аэрозоля.

Использование жидкого масла в качестве дополнительной охлаждающей среды газообразных продуктов горения пиротехнической шашки в сочетании с транспортированием аэрозоля по лабиринтному каналу внутри генератора, при многократном торможении, диспергировании и перемешивании его струйных потоков обеспечивает выравнивание и снижение температуры огнетушащего аэрозоля на выходе из сопла генератора до уровня 100-120°С.

Кроме того, размещение средств коммуникации воспламенителя с пусковым устройством через прослойку масла исключает проскок случайной искры, так как масло по определению является отличным изолятором.

Установка на диафрагме корпуса сгорающей мембраны обеспечивает в служебном обращении разделение объемов кожуха и корпуса, то есть изолирование пиротехнической шашки от масла, причем при функционировании генератора аэрозоля мембрана сгорает практически мгновенно при его запуске и не является заметным препятствием для распределения генерируемого при горении пиротехнической шашки огнетушащего аэрозоля.

При этом следует заметить, что жидкое масло инертно относительно пиротехнического состава шашки, не растворяет его и не вступает в химическую реакцию. Шашка изолируется для стабилизации воспламенения и расчетного термодинамического режима генерирования аэрозоля при торцовом горении заряда.

Крепление на осевой стяжке распределенных по высоте поперечных дисков необходимо для ступенчатого торможения аэрозоля внутри охлаждающего масла и отражения потоков, в результате чего в аэрозоле усиливается турбулентность, активизируется барботаж, интенсифицируется теплообмен, результатом чего является эффективное снижение температуры тушащей смеси на выходе из генератора. Таким образом, поперечные диски служат в качестве экранов, препятствующих свободному прохождению потоков аэрозоля, которые тормозятся и отражаются, что сопровождается дополнительным выделением в масло тепла и увеличивает время контакта аэрозоля с теплоемким наполнением кожуха.

Размещение шпангоутов внутри кожуха между распределенными на осевой стяжке поперечными дисками совокупно формирует зигзагообразный канал сообщения пиротехнической шашки с выходным кольцевым соплом, характеризующийся большим газодинамическим сопротивлением для восходящих потоков аэрозоля, которые тормозятся для более длительного взаимодействия с поглощающим тепловую энергию маслом и дополнительного при этом охлаждения.

При торможении аэрозоля диспергированные частички масла адсорбируются на поверхности поперечных дисков, прилипая к ним, то есть в основной массе не выносятся из кожуха.

При развороте поперечных струйных потоков, выходящих из радиальных отверстий центрального выступа кожуха, на придонных стенках тарельчатой крышки происходят вышеописанные процессы охлаждения аэрозоля и адсорбции остатков масла, которое каплями стекает по стенке и накапливается в объеме внутренней отбортовки кольцевого сопла. Таким образом, масло практически не выносится в охраняемый объем.

Выполнение в центральном выступе кожуха радиальных отверстий, который в этом случае представляет собой классический ресивер, где газообразные продукты тушащей смеси накапливаются и перемешиваются, обеспечивает струйное распределенное истечение аэрозоля с высокой скоростью, в результате чего происходит сопутствующая инжекция воздуха из охраняемого объема, которым разбавляются и активно охлаждаются тонкие струи аэрозоля.

Установка центрального выступа на дне крышки тарельчатой формы, открытый торец которой формирует кольцевое выходное сопло, автоматически переориентирует еще раз направление потока тушащего аэрозоля, который расширяется, активно перемешивается и дополнительно охлаждается перед подачей в охраняемый объем.

Выполнение на открытом торце тарельчатой крышки, со стороны выходного кольцевого сопла, отбортовки, где происходит сбор сепарируемых из аэрозоля, подаваемого в охраняемый объем, распределенных частичек масла, предотвращает физическое загрязнение примыкающей площади и крапчатые следы выгорания капель масла. То есть отбортовка на торце крышки служит маслосборником для стекающих капель масла по ее стенкам.

Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными для достижения новизны качества, неприсущего признакам в разобщенности, то есть поставленная техническая задача решается не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.

Сущность предложенного изобретения поясняется чертежом, который имеет чисто иллюстративное назначение и не ограничивает объема притязаний совокупности признаков формулы. На чертеже схематично изображен продольный разрез предложенного генератора.

Генератор огнетушащего аэрозоля по изобретению содержит коаксиально смонтированную в цилиндрическом кожухе 1 пиротехническую шашку 2, которая через прослойку 3 из отверждающегося материала (строительный гипс, пенобетон и пр.) закреплена в корпусе 4, установленном с кольцевым зазором 5 относительно кожуха 1.

Кожух 1 снабжен термоизолирующей прослойкой 6 из строительного гипса или пенобетона, технологически формируемой в виде примыкающей к кожуху 1 оболочки.

Жестко связанные между собой кожух 1 и термоизолирующая прослойка 6 формируют в устойчивой совокупности несущую композитную конструкцию, упруго работающую при знакопеременных нагрузках.

Пиротехническая шашка 2 оснащена воспламенителем 7, который электрически связан посредством средств коммуникации 8 (электрошнурами) с внешним пусковым устройством 9.

Корпус 4, совмещенный с ресивером 10, закрыт диафрагмой 11, покрытой сгорающей мембраной 12, перекрывающей ее выходные отверстия 13 в служебном обращении.

Кожух 1 наполнен жидким маслом 14 (трансформаторным, моторным и т.п.), покрывая корпус 4, над которым расположен ряд поперечных дисков 15, распределено по высоте закрепленных на осевой винтовой стяжке 16. Размещение электрошнуров 8 в прослойке масла 14 формирует искробезопасную электрическую цепь воспламенителя 7, чем исключается несанкционированный запуск генератора от посторонних импульсов.

Стяжка 16 подвешена на центральном выступе 17 кожуха 1, несущем тарельчатой формы крышку 18.

В центральном выступе 17 кожуха 1 выполнены радиальные отверстия 19 для выхода генерируемого аэрозоля.

Между поперечными дисками 15 расположены шпангоуты 20, закрепленные внутри кожуха 1, совместно формируя зигзагообразный канал сообщения пиротехнической шашки 2 с кольцевым выходным соплом 21 (выпускным отверстием генератора), образованным зазором между кожухом 1 и цилиндрической стенкой крышки 18 тарельчатой формы.

Крышка 18 дном опирается на центральный выступ 17 кожуха 1, с которым жестко связана посредством осевой винтовой стяжки 16 в конструкционное единство.

Открытый торец крышки 18 тарельчатой формы изнутри снабжен кольцевой отбортовкой 22, выполняющей функции накопителя капель масла, стекающих по стенке крышки 18.

Жидкое масло 14 заливается в кожух 1 через сквозное отверстие в примыкающих дне крышки 18 и центральном выступе 17 кожуха 1, которое закрыто резьбовой пробкой 23.

Функционирует генератор следующим образом.

При возникновении возгорания в охраняемом объеме автоматически сигналом с узла 9 пуска инициируется воспламенитель 8, поджигающий пиротехнический состав шашки 2, при горении которой образуются газообразные продукты ингибиторов горения в форме аэрозоля, заполняющего ресивер 10.

В ресивере 10 генерируемый аэрозоль заполняет объем, перемешивается, при этом его температура и давление выравниваются.

При возрастании давления в ресивере 10 через отверстия 13 диафрагмы 11 прорывается мембрана 11 или она прогорает от прямого контакта с горячим аэрозолем, который струйно истекает в масло 14, наполняющее кожух 1.

В объеме масла 14 под действием распределенных струй аэрозоля возникает барботаж, сопровождающийся активным теплообменом, без химического взаимодействия.

В процессе горения шашки 2 генерируемый аэрозоль скапливается в свободном объеме кожуха 1 под центральным выступом 17, где растет давление продуктов горения шашки 2.

Из корпуса 4 аэрозоль перемещается в охлаждающем масле 14 по зигзагообразному каналу между шпангоутами 20 кожуха 1 и поперечными дисками 15 стяжки 16, которые служат механическими отбойниками, препятствующими свободному проходу аэрозоля, при торможении и развороте которого происходит дополнительный отбор тепла - охлаждение аэрозоля.

На дисках 15 в свободном объеме кожуха 1 происходит сепарация капель масла 14, увлекаемых выходящим из корпуса 4 аэрозолем, которые адгезионно прилипают к поверхности дисков 15.

Из центрального выступа 17 аэрозоль под давлением распределенными радиальными струями выбрасывается внутрь крышки 18, где они разворачиваются при торможении на ее стенках в сторону выходного отверстия 21 (кольцевого сопла) генератора.

При струйном истечении аэрозоля через радиальные отверстия центрального выступа 17 происходит интенсивное инжектирование воздуха из защищаемого объема через сопло 21 по зазору между кожухом 1 и цилиндром крышки 18, относительно холодный инжектируемый воздух активно перемешивается со струями аэрозоля, разбавляя и заметно охлаждая его.

При торможении аэрозольных струй на стенке тарельчатой крышки 18 остатки капель масла адгезионно прилипают к ее поверхности, накапливаются, увеличиваются и постепенно стекают в кольцевой буртик на торце крышки 18, сформированный отбортовкой 22, где остаются на все время действия генератора.

Следовательно, в динамике процесса происходит отделение от огнетушащего аэрозоля капель масла, которые не выбрасываются в защищаемый объем.

Организованный таким образом газо-, гидродинамический режим лабиринтного истечения генерируемого аэрозоля от горящей пиротехнической шашки 2 до выходного среза генератора (его сопла 21) обеспечивает охлаждение ингибирующих газообразных продуктов до температуры в диапазоне 110-120°С, что соответствует нормативу генераторов III типа, ранее не достигаемому уровню для всех действующих аэрозольных генераторов.

Пиротехническая шашка в этом генераторе аэрозоля герметично изолирована от внешней среды, несанкционированных электрических и ударных импульсов, что значительно расширяет области применения, например, в атмосфере повышенной влажности, взрывоопасных взвесей, электрических сетей.

Испытания опытных образцов предложенного генератора показали его высокую эффективность пожаротушения, надежное функционирование при полной взрывобезопасности в служебном обращении и при длительном времени эксплуатации по противопожарному охранению спецобъектов, например, с повышенным содержанием в атмосфере помещения горючих газов, взвешенных пыли и волокон, образующих взрывоопасные парогазовые и пылевоздушные смеси, а также полностью исключить выход за пределы генератора вместе с аэрозолем искр и твердых раскаленных частиц, способных вызвать воспламенение окружающих материалов или предметов.

Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста по огнетушителям, показал, что оно не известно, а с учетом возможности серийного изготовления генераторов огнетушащего аэрозоля в действующем производстве, можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.

Изобретение относится к области пожаротушения, а именно к устройствам, действие которых основано на использовании в качестве ингибиторов горения взвешенных высокодисперсных твердых частиц - аэрозоля, образующегося при горении шашки пиротехнического состава. Генератор содержит пиротехническую шашку, снабженную воспламенителем, электрически связанным с внешним пусковым устройством, и скрепленную посредством прослойки из отверждающегося материала с корпусом, перекрытым диафрагмой, при этом корпус через кольцевой зазор, образуя реверсивный канал к выходному кольцевому соплу, коаксиально закреплен в термозащищенном кожухе, оснащенном центральным выступом и тарельчатой формы крышкой, смонтированной на осевой стяжке. Кожух наполнен жидким маслом, покрывающим корпус, где установлена пиротехническая шашка, снабженная воспламенителем, к диафрагме корпуса примыкает сгорающая мембрана, а над корпусом на осевой стяжке распределенно установлены поперечные диски, чередующиеся со шпангоутами внутри кожуха, при этом центральный выступ кожуха имеет радиальные отверстия и примыкает к дну крышки. Изобретение обеспечивает повышение функциональной надежности генератора. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Генератор огнетушащего аэрозоля, содержащий пиротехническую шашку, снабженную воспламенителем, электрически связанным с внешним пусковым устройством, и скрепленную посредством прослойки из отверждающегося материала с корпусом, перекрытым диафрагмой, при этом корпус через кольцевой зазор, образуя реверсивный канал к выходному кольцевому соплу, коаксиально закреплен в термозащищенном кожухе, оснащенном центральным выступом и тарельчатой формы крышкой, смонтированной на осевой стяжке, отличающийся тем, что кожух наполнен жидким маслом, покрывающим корпус, к диафрагме которого примыкает сгорающая мембрана, а над корпусом на осевой стяжке распределенно установлены поперечные диски, чередующиеся со шпангоутами внутри кожуха, при этом центральный выступ кожуха имеет радиальные отверстия и примыкает к дну крышки.

2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что открытый торец тарельчатой крышки со стороны выходного кольцевого сопла выполнен с отбортовкой, формирующей маслосборник.